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JP4248178B2 - Internal combustion engine - Google Patents

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JP4248178B2
JP4248178B2 JP2001391392A JP2001391392A JP4248178B2 JP 4248178 B2 JP4248178 B2 JP 4248178B2 JP 2001391392 A JP2001391392 A JP 2001391392A JP 2001391392 A JP2001391392 A JP 2001391392A JP 4248178 B2 JP4248178 B2 JP 4248178B2
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    • F02B29/04Cooling of air intake supply
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
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    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers

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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関から排出される窒素酸化物(NOx)の量を低減する方法として、内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を該内燃機関の吸気通路へ再循環させる排気再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)装置を利用する方法が提案されている。
【0003】
EGR装置は、排気中に含まれる水蒸気(H2O)、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)等の不活性ガス成分が持つ不燃性及び吸熱性を利用して、内燃機関の燃焼室における混合気の燃焼速度及び燃焼温度を低下させ、以て燃焼時に発生する窒素酸化物(NOx)の量を低減させるものである。
【0004】
ところで、EGRガスは比較的比熱比が高く、温度を上昇させるために多くの熱量を必要とするので、吸気中におけるEGRガス割合が高くなるほど気筒内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとNOxの発生量も低下するので、EGRガス割合が高くなればなるほどNOxの排出量を低下させることができる。
【0005】
しかし、EGRガス割合を高くしていくとある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常のEGR制御は、このように煤が急激に増大し始めるよりも低いEGRガス割合のところで行われている。
【0006】
ところが、更にEGRガス割合を高くしていくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更にEGRガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
【0007】
これは、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度がある温度以下のときには炭化水素(HC)の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭化水素(HC)は一気に煤まで成長してしまうためである。
【0008】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素(HC)の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくなる。この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量即ちEGRガス割合を調整することによって煤の発生を抑制することが可能となる。
【0009】
上述のような燃焼(以下、低温燃焼という。)を行うとNOx及び煤の排出量を低減させることができるが、新気量が少ない状態で燃焼が行われるため安定した燃焼状態を得ることができる燃料噴射時期は狭い範囲に限られている。即ち、燃料噴射時期を早くすると噴射燃料は長時間に亘り高温ガスに曝されるため、燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度が高くなりその結果スモークや、燃焼騒音が発生する。一方、燃料噴射時期を遅くすると反対に燃料の温度が上昇しないため燃焼に至らない燃料が増加して失火を誘発する。
【0010】
このような問題を解決するために、例えば、特開2000−120487号公報では、燃焼室内の燃焼圧を検出してこの燃焼圧の変化から良好な燃焼が行われているか否かを判定し、燃焼状態がスモークの発生する領域或いは燃焼騒音を発生する領域、若しくは失火する領域である場合には、燃料噴射時期等を変更して燃焼状態を改善している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃焼圧の波形に基づいて制御パラメータを抽出するためには、CPUの処理能力が高くなければならず、車両の搭載を考慮するとコスト高となり、また、装置も複雑化する。また、単に燃料噴射時期を進角又は遅角するだけでは燃焼状態の改善を図ることが困難な場合もあり、このような場合の制御方法については言及されていなかった。
【0012】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関において、燃料噴射時期を補正することにより低温燃焼時の燃焼状態を安定させる技術を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関は、以下の手段を採用した。即ち、
内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記内燃機関の吸気系に排気の一部を再循環させるEGR装置と、
再循環するEGRガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に更にEGRガス量を増大させる低温燃焼又は煤の発生量が最大になるEGRガス量よりも少ないEGRガスを再循環させる通常燃焼の何れか一方を選択して切り替える燃焼状態切替手段と、
前記気筒内の圧縮上死点での圧力及び膨張行程中の最高圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
気筒内の膨張行程中の最高圧力とその直前の圧縮上死点での圧力との偏差であって、前記内燃機関の燃焼状態が不安定となった場合の値を、前記運転状態検出手段により検出された機関運転状態から算出する失火レベル算出手段と、
気筒内の膨張行程中の最高圧力とその直前の圧縮上死点での圧力との偏差であって、前記内燃機関の燃焼状態が最適となった場合の値を、前記運転状態検出手段により検出された機関運転状態から算出する目標レベル算出手段と、
前記低温燃焼中において前記圧力検出手段で検出された気筒内の膨張行程中の最高圧力とその直前の圧縮上死点での圧力との偏差を算出する圧力偏差算出手段と、
前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記失火レベル算出手段により算出された値よりも大きい場合であって、前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記目標レベル算出手段により算出された値よりも大きい場合には前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記目標レベル算出手段により算出された値となるように燃料噴射時期を遅角させ、前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記目標レベル算出手段により算出された値よりも小さい場合には前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記目標レベル算出手段により算出された値となるように燃料噴射時期を進角させる燃料噴射時期補正手段と、
を備えたことを特徴とする
【0014】
本発明の最大の特徴は、内燃機関において、低温燃焼時の最大圧力と圧縮上死点での圧力との偏差が燃焼状態により変動することに着目し、失火が発生していると推定されるときの値よりも前記偏差が大きい場合には、最適な燃焼状態で得られる値になるように燃料噴射時期を補正するものである。
【0015】
このように構成された内燃機関では、通常燃焼又は低温燃焼の何れか一方が運転状態に基づいて選択される。低温燃焼が選択された場合には、燃料噴射時期を狭い範囲で制御する必要があるため、燃料噴射時期補正手段により燃料噴射時期が補正され燃料噴射時期の適正化が図られる。ここで、低温燃焼時には圧縮上死点後に燃焼圧のピークが現れ、この最高圧力と圧縮上死点での圧力との偏差は燃焼状態により変動する。本発明では、失火レベル算出手段は、そのときの運転状態において失火が発生した場合に検出されると推定される最高圧力と圧縮上死点での圧力との偏差を求める。このようにして求めた圧力偏差と圧力検出手段により求められた圧力偏差とを比較して失火が発生しているか否か判定することが可能となる。そして、失火が発生していないと判定された場合には、燃料噴射時期補正手段は、目標レベル算出手段が算出した目標となる最高圧力と圧縮上死点での圧力との偏差に基づき燃料噴射時期の補正を行い最適な燃料噴射時期を得ることが可能となる。
【0022】
本発明においては、前記内燃機関は複数の気筒を備え、何れかの気筒において前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が所定のサイクル数連続して所定の範囲外となった場合には、他の気筒において前記圧力偏差算出手段により夫々算出された圧力の偏差の気筒間ばらつきが小さいときには他の気筒における圧力の偏差の平均値を用いて前記燃料噴射時期補正手段は前記所定の範囲外となった気筒の燃料噴射時期の補正を行い、一方、気筒間ばらつきが大きいときには前記燃料噴射時期補正手段は前記所定の範囲外となった気筒の燃料噴射時期の補正を行わないようにしても良い。
【0023】
このように構成された内燃機関では、圧力検出手段が何等かの原因により圧力の検出を正常に行うことができなくなった場合に、他の気筒での圧力検出手段が検出した値の平均値に基づいて燃料噴射時期の補正を行うことが可能となる。この場合、気筒間のばらつきが大きい場合には、燃料噴射時期の補正を禁止することにより過補正を抑制することが可能となる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【0031】
図1は、本実施の形態によるエンジン1とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【0032】
図1に示すエンジン1は、4つの気筒2を有する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。
【0033】
エンジン1は、各気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁3は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室(コモンレール)4と接続されている。このコモンレール4には、該コモンレール4内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ4aが取り付けられている。
【0034】
前記コモンレール4は、燃料供給管5を介して燃料ポンプ6と連通している。この燃料ポンプ6は、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ6の入力軸に取り付けられたポンププーリ6aがエンジン1の出力軸(クランクシャフト)に取り付けられたクランクプーリ1aとベルト7を介して連結されている。
【0035】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ6の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ6は、クランクシャフトから該燃料ポンプ6の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【0036】
前記燃料ポンプ6から吐出された燃料は、燃料供給管5を介してコモンレール4へ供給され、コモンレール4にて所定圧まで蓄圧されて各気筒2の燃料噴射弁3へ分配される。そして、燃料噴射弁3に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁3が開弁し、その結果、燃料噴射弁3から気筒2内へ燃料が噴射される。
【0037】
次に、エンジン1には、吸気枝管8が接続されており、吸気枝管8の各枝管は、各気筒2の燃焼室と吸気ポート(図示省略)を介して連通している。
【0038】
また、各気筒2の燃焼室には、気筒2内の圧力に対応した電気信号を出力する筒内圧センサ37が取り付けられている。
【0039】
前記吸気枝管8は吸気管9に接続されている。吸気管9には、該吸気管9内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ11が取り付けられている。
【0040】
前記吸気管9における吸気枝管8の直上流に位置する部位には、該吸気管9内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁13が設けられている。この吸気絞り弁13には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁13を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ14が取り付けられている。
【0041】
前記エアフローメータ11と前記吸気絞り弁13との間に位置する吸気管9には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機(ターボチャージャ)15のコンプレッサハウジング15aが設けられ、コンプレッサハウジング15aより下流の吸気管9には、前記コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ16が設けられている。
【0042】
このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管9を介してコンプレッサハウジング15aに流入する。
【0043】
コンプレッサハウジング15aに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング15aに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ16にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁13によって流量を調節されて吸気枝管8に流入する。吸気枝管8に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒2の燃焼室へ分配され、各気筒2の燃料噴射弁3から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【0044】
一方、エンジン1には、排気枝管18が接続され、排気枝管18の各枝管が排気ポート(図示省略)を介して各気筒2の燃焼室と連通している。
【0045】
前記排気枝管18は、前記遠心過給機15のタービンハウジング15bと接続されている。前記タービンハウジング15bは、排気管19と接続され、この排気管19は、下流にてマフラー(図示省略)に接続されている。
【0046】
前記排気管19の途中には、吸蔵還元型NOx触媒を担持したパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという。)20が設けられている。フィルタ20より上流の排気管19には、該排気管19内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ24が取り付けられている。
【0047】
前記したフィルタ20下流の排気管19には、該排気管19内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁21が設けられている。この排気絞り弁21には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁21を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ22が取り付けられている。
【0048】
このように構成された排気系では、エンジン1の各気筒2で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気ポートを介して排気枝管18へ排出され、次いで排気枝管18から遠心過給機15のタービンハウジング15bへ流入する。タービンハウジング15bに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング15b内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング15aのコンプレッサホイールへ伝達される。
【0049】
前記タービンハウジング15bから排出された排気は、排気管19を介してフィルタ20へ流入し、排気中のパティキュレートマター(以下、単にPMとする。)が捕集される。また、吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒とする。)は、該NOx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵(吸収、吸着)する。一方、NOx触媒は、該NOx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出する。その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、NOx触媒は、該NOx触媒から放出された窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元される。フィルタ20にてPMを捕集された排気はマフラーを介して大気中に放出される。
【0050】
また、排気枝管18と吸気枝管8とは、排気枝管18内を流通する排気の一部を吸気枝管8へ再循環させる排気再循環通路(以下、EGR通路とする。)25を介して連通されている。このEGR通路25の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記EGR通路25内を流通する排気(以下、EGRガスとする。)の流量を変更する流量調整弁(以下、EGR弁とする。)26が設けられている。
【0051】
前記EGR通路25の途中でEGR弁26より上流には、該EGR通路25内を流通するEGRガスを冷却するEGRクーラ27が設けられている。前記EGRクーラ27には、冷却水通路(図示省略)が設けられエンジン1を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【0052】
このように構成された排気再循環機構では、EGR弁26が開弁されると、EGR通路25が導通状態となり、排気枝管18内を流通する排気の一部が前記EGR通路25へ流入し、EGRクーラ27を経て吸気枝管8へ導かれる。
【0053】
その際、EGRクーラ27では、EGR通路25内を流通するEGRガスとエンジン1の冷却水との間で熱交換が行われ、EGRガスが冷却される。
【0054】
EGR通路25を介して排気枝管18から吸気枝管8へ還流されたEGRガスは、吸気枝管8の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒2の燃焼室へ導かれる。
【0055】
ここで、EGRガスには、水(H2O)や二酸化炭素(CO2)などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、EGRガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物(NOx)の発生量が抑制される。
【0056】
更に、EGRクーラ27においてEGRガスが冷却されると、EGRガス自体の温度が低下するとともにEGRガスの体積が縮小されるため、EGRガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量(新気の体積)が不要に減少することもない。
【0057】
エンジン1には、該エンジン1を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)35が併設されている。このECU35は、エンジン1の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン1の運転状態を制御するユニットである。
【0058】
ECU35には、コモンレール圧センサ4a、エアフローメータ11、排気温度センサ24、クランクポジションセンサ33、アクセル開度センサ36、筒内圧センサ37等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がECU35に入力されるようになっている。
【0059】
一方、ECU35には、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエータ22、EGR弁26等が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU35が制御することが可能になっている。
【0060】
ここで、ECU35は、CPU351と、ROM352と、RAM353と、A/Dコンバータ(A/D)354と、を備えている。
【0061】
前記ROM352は各種アプリケーションプログラム及び制御マップを記憶している。
【0062】
前記RAM353は、各センサからの出力信号やCPU351の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ33がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ33がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【0063】
前記CPU351は、前記ROM352に記憶されたアプリケーションプログラム等に従って動作する。
【0064】
ところで、エンジン1が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン1から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)がNOx触媒に吸蔵されることになるが、エンジン1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【0065】
特に、エンジン1のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては例えば20乃至50で、三元触媒ではNOxを浄化できない領域を意味する。
【0066】
従って、エンジン1が希薄燃焼運転されている場合は、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和する前にNOx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元させる必要がある。
【0067】
このように排気の酸素濃度を低下させる方法として、排気中の燃料添加や、再循環するEGRガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にEGRガス量を増大させる低温燃焼(特許第3116876号)がある。
【0068】
ここで、低温燃焼について説明する。
【0069】
前記したように従来、NOxの発生を抑制するためにEGRが用いられてきた。EGRガスは、比較的比熱比が高く、温度を上げるのに多くの熱量を必要とするので、吸気中におけるEGRガス割合が高くなるほど気筒2内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとNOxの発生量も低下するので、EGRガス割合が高くなればなるほどNOxの排出量を低下させることができる。
【0070】
しかし、EGRガス割合を高くしていくとある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常のEGR制御は煤が急激に増大し始めるよりも低いEGRガス割合のところで行われている。
【0071】
ところが、更にEGRガス割合を高くしていくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更にEGRガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
【0072】
これは、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度がある温度以下のときには炭化水素(HC)の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭化水素(HC)は一気に煤まで成長してしまうためである。
【0073】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃焼及びその周囲のガス温度を炭化水素(HC)の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくなる。この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量即ちEGRガス割合を調整することによって煤の発生を抑制することが可能となる。
【0074】
一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素(HC)は、フィルタ20に担持された吸蔵還元型NOx触媒により酸化させることができる。従って、低温燃焼で発生した炭化水素(HC)は、還元剤として働く。
【0075】
このように、低温燃焼では、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素(HC)を吸蔵還元型NOx触媒等により浄化することを基本としている。従って吸蔵還元型NOx触媒等が活性化していないときには、炭化水素(HC)は浄化されずに大気中へ放出しされてしまうために低温燃焼を用いることは困難である。
【0076】
また、気筒2内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素(HC)の成長が途中で停止する温度以下に制御しうるのは燃焼による発熱量が少ない比較的機関負荷が低いときである。
【0077】
従って、本実施の形態においては、エンジン1が低回転低負荷で運転されているときで且つフィルタ20に担持された吸蔵還元型NOx触媒が活性領域に達したときに低温燃焼制御が行われる。
【0078】
活性領域内であるか否かは排気温度センサ24の出力信号等に基づいて判定することができる。
【0079】
このようにして、低温燃焼では、煤に代表されるPMの排出を抑制しつつ吸蔵還元型NOx触媒へ還元剤たる炭化水素(HC)を供給でき、NOxを還元浄化することができる。
【0080】
また、低温燃焼を行うと、フィルタ20に流入した炭化水素(HC)により活性酸素が放出されることによって、PMが酸化されやすいものに変質し単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、炭化水素(HC)により、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。更に、炭化水素(HC)の酸化反応によりフィルタ20の温度が上昇する。そして、活性酸素によりPMは酸化燃焼され除去される。
【0081】
更に、炭化水素(HC)が酸化するときに熱が発生し、フィルタ20の温度を上昇又は維持することが可能となる。
【0082】
このような低温燃焼によりフィルタ20へ還元剤の供給を行う場合には、CPU351は、まず目標空燃比を求める。目標空燃比は、エンジン1の運転状態に基づいたマップを予め定めておくことにより求めることができる。次いで、CPU351は目標空燃比に応じた吸気絞り弁13の目標開度を算出し、該吸気絞り弁13を目標開度となるように制御する。次いで、CPU351は目標空燃比に応じたEGR弁26の目標開度を算出し、該EGR弁26を目標開度となるように制御する。また、CPU351は、燃料噴射量及び燃料噴射開始時期を算出する。吸気絞り弁13及びEGR弁26の目標開度、燃料噴射量、燃料噴射開始時期は予め求められたマップに基づいて算出される。
【0083】
このように低温燃焼を行うことによって、フィルタ20に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、フィルタ20に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元させ、また、フィルタ20の温度を上昇させることが可能である。
【0084】
ところで、前記低温燃焼は新気が少ない状態で燃焼が行われるため、燃料噴射時期や空燃比を狭い範囲に合わせなくては燃焼状態が不安定となる虞がある。
【0085】
ここで、従来の内燃機関では、低温燃焼時の気筒内圧力を計測し、計測された燃焼圧波形に基づいて燃焼状態が良好か否か判定していた。
【0086】
ところが、計測された燃焼圧波形を解析して燃料噴射時期を補正するにはある程度の時間を要するため、CPUの処理速度が遅いと解析が間に合わず燃料噴射時期の補正が困難であった。また、燃料噴射時期を単に進角又は遅角するだけでは、燃焼状態の改善を図れなくなる虞がある。
【0087】
そこで、本実施の形態では、圧縮上死点での圧力及びその後の最高圧力のみをパラメータとして用いることにより、燃焼状態の解析を容易にして燃料噴射時期の補正を行うことを可能とした。
【0088】
図2は、本実施の形態による気筒内圧力の検出装置の概略構成を示した図である。
【0089】
ECU35には、CPU351及びA/D354の他に、マルチプレクサ355及びピークホールドアンプ356を備えて構成されている。また、ECU35には、筒内圧センサ37が接続されている。
【0090】
筒内圧センサ37は、気筒内の圧力に応じた信号を出力する。マルチプレクサ355は、CPU351からの信号によりサンプリング対象となる気筒2の筒内圧センサ37を選択して切り替える。ピークホールドアンプ356は、サンプリングされた圧力の最高値のみを記憶する。圧力を記憶する開始時期、終了時期、及び記憶した値の消去をCPU351からの信号により制御される。A/D354は筒内圧センサ37で検出されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。CPU351は、筒内圧センサ37により検出された気筒内圧力に基づいて燃料噴射時期の補正を行う。
【0091】
図3は、筒内圧センサの出力信号と圧力データ取り込み時期とのタイミングを示したタイミングチャート図である。
【0092】
センサ出力は、筒内圧センサ37の出力信号により求まる値である。マルチプレクサ制御信号は、圧力データを読み込む対象となる気筒を判別するために発せられる信号であり、4段階の大きさにより対象となる気筒を判別する。ピークホールドアンプサンプリング許可信号は、圧力を読み込む範囲を指定する。ピークホールドアンプサンプリング許可信号が発せられている場合に限り、ピークホールドアンプ356は、筒内圧センサ37の出力信号を読み込む。データリセット信号は、記憶された圧力データを消去するために発せられる。A/D354では、圧縮上死点での圧力Ptdc及びサンプリングされた圧力のうちの最高圧力がデジタルデータに変換されCPU351に読み込まれる。圧縮上死点及び最高圧力でのクランクポジションは、Neパルス割り込みにより求められる。
【0093】
ここで、図4は、本実施の形態による制御方法の概念を示した図である。
【0094】
本実施の形態では、膨張行程中の最高圧力Pmaxと圧縮上死点での圧力Ptdcとの偏差に基づいて燃料噴射時期の補正が行われる。即ち、膨張行程中の最高圧力Pmaxと圧縮上死点での圧力Ptdcとの偏差ΔPが目標となるように燃料噴射時期の補正が行われる。ここで、燃料噴射時期を進角すると前記偏差ΔPは大きくなり、遅角すると前記偏差ΔPは小さくなる。従って、本実施の形態においては、目標となる偏差よりも計測された圧力の偏差が大きい場合には燃料噴射時期は遅角され、一方、目標となる偏差よりも計測された圧力の偏差が小さい場合には燃料噴射時期は進角される。
【0095】
次に、本実施の形態による燃料噴射時期の具体的な補正方法について説明する。
【0096】
図5は、本実施の形態による燃料噴射時期を補正するためのフローを示したフローチャート図である。
【0097】
ステップS101では、低温燃焼実行中であるか否か判定する。ステップS101で肯定判定がなされた場合にはステップS102へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了し通常燃焼が継続される。
【0098】
ステップS102では、本ルーチンで対象となる気筒の判別を行う。例えば、次回に燃料が噴射される気筒である。CPU351からの信号によりマルチプレクサ355は、サンプリング対象となる気筒2の筒内圧センサ37を選択する。サンプリングされた圧力の最高値Pmaxはピークホールドアンプ356に記憶され、圧縮上死点での圧力PtdcはRAM353に記憶される。
【0099】
ステップS103では、データの更新が正常に行われたか否か判定する。即ち、CPU351は、圧縮上死点での圧力Ptdc及び膨張行程での最高圧力Pmaxが更新されたか否か判定する。データの更新が正常に行われない場合には、筒内圧センサ37の故障等が考えられるため、データ更新異常ロジックによりその後の処理がなされる。ステップS103で肯定判定がなされた場合にはステップS104へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS105へ進む。
【0100】
ステップS104では、ピークホールドアンプ356に記憶されている値がRAM353に記憶され、また更新フラグがONにされ、更に検出不良カウンタがクリアされる。ここで、更新フラグ及び検出不良カウンタは気筒2毎に付与される変数であり、更新フラグとは、サンプリングデータが正常に更新されたときにONにされ、更新されなかった場合にはOFFにされる。また、検出不良カウンタは、データが正常に更新されなかった回数を示す値である。
【0101】
ステップS105では、データ更新が正常に行われなかった場合であっても燃料噴射時期の補正を行うためになされるデータ更新異常ロジックが実行される。具体的内容については、ステップS301以下において説明する。
【0102】
ステップS106では、膨張行程中の最高圧力Pmaxと圧縮上死点での圧力Ptdcとの圧力差ΔPが算出される。CPU351はRAM353に記憶されている膨張行程中の最高圧力Pmax及び圧縮上死点での圧力Ptdcを読み込んで偏差を算出する。算出された圧力差ΔPは、RAM353に記憶される。
【0103】
ステップS107では、ステップS106で算出された圧力差ΔPが失火判定レベルよりも大きいか否か判定される。ここで、失火判定レベルとは、失火が発生したときに検出される圧力差であり、実験等により予め求めておく。ステップS107で肯定判定がなされた場合にはステップS108へ進み、一方、否定判定がなされた場合には、ステップS109へ進む。
【0104】
ステップS108では、フィードバック補正値が算出され、強制進角カウンタがクリアされる。具体的内容については、ステップS201以下において説明する。
【0105】
ステップS109では、失火復帰ロジックが実行される。具体的内容については、ステップS401以下において説明する。
【0106】
ステップS110では、失火判定レベル算出ロジックが実行される。具体的内容については、ステップS501以下において説明する。
【0107】
ステップS111では、強制進角カウンタがクリアされる。強制進角カウンタとは、ステップS401以下で行われる強制進角を行った回数を示示している。
【0108】
ステップS112では、燃料噴射時期の補正が行われる。
【0109】
以上のように燃料噴射時期の補正値が算出され、最適な燃焼状態を得るべく燃料噴射時期の補正が行われる。
【0110】
次に、燃料噴射時期の補正値算出のフローについて説明する。
【0111】
図6は、燃料噴射時期の補正値を算出するフローを示したフローチャート図である。
【0112】
ステップS201では、膨張行程での最高圧力Pmaxと圧縮上死点での圧力Ptdcとの圧力差であって目標となる圧力差ΔPt(以下、目標圧力差ΔPtとする。)と、ステップS106で算出された圧力差ΔPとの偏差を算出する。目標圧力差ΔPtは、機関回転数と負荷との関係を予め実験等により求めてマップ化してROM352に記憶させておき、これに基づいて算出される。機関回転数はクランクポジションセンサ33の出力信号から求め、負荷はアクセル開度センサ36の出力信号又は燃料噴射量(燃料噴射弁3の開弁時間)から求める。
【0113】
ステップS202では、不感処理が行われる。不感とは、ステップS201で算出された目標圧力差ΔPtと圧力差ΔPとの偏差が小さい範囲を示し、無用な補正を避けるために設けられるものである。即ち、低温燃焼実行中には燃焼のサイクル間ばらつきが大きくなるので、ばらつきの範囲内で補正を禁止するものである。
【0114】
ここで、図7は、機関回転数及び負荷と不感の幅との関係の一例を示したものである。機関回転数が高回転になるほど、不感の幅は狭くなる。しかし、エンジンの種別によっては、特定の領域でばらつきが大きくなる場合があり、この領域では不感の幅が広くされる。また、低温燃焼と通常燃焼との切り替えが頻繁に起きる運転領域においてもばらつきが大きくなるので不感の幅が広くされる。
【0115】
一方、負荷が大きくなると低温燃焼の実行が困難となり通常燃焼に切り替るがこのときにサイクル間のばらつきが大きくなる。従って、負荷が大きいほど不感の幅が広くなる。
【0116】
また、定常運転から過渡運転へ移行したとき、若しくは、過渡運転から定常運転に移行したときには、不感の幅が適正でなくなる場合があるので、このような場合には不感の幅を0にする。更に、過渡運転から定常運転へ移行した場合には、サイクル数又は時間に応じて不感の幅を0から徐々に図7で求まる不感の幅へと増加させていく。
【0117】
ここで、図8は、サイクル数又は時間と不感の幅の補正項との関係を示した図である。不感幅補正項が1となるサイクル数又は時間が経過するまでは、サイクル数又は時間から求まる補正項を図7で求められる不感の幅に乗じた値を新たに不感の幅として用いる。
【0118】
目標圧力差ΔPtと圧力差ΔPとの偏差が不感幅の範囲内であった場合には、圧力差ΔPは目標圧力差ΔPtに等しいものとして取り扱う。
【0119】
ステップS203は、PID項を算出する。PID項は目標圧力差ΔPtと圧力差ΔPとの偏差に基づいて算出される。
【0120】
ステップS204では、噴射時期のフィードバック補正項を算出する。通常の燃料噴射時期にステップS203で算出されたPID項を補正項として加算する。ここで、例えば筒内圧センサ37の故障等によりフィードバック制御が困難となった場合には、補正項は加算されない。
【0121】
ステップS205では、上下限ガードがかけられる。ここで、上下限ガードをかけるとは、ステップS204で算出された補正後の燃料噴射時期が許容範囲外となった場合には異常と判定し補正を禁止するものである。例えば、燃料噴射弁3や各種センサ等の劣化によりこのような状態となる。燃料噴射時期の上限値及び下限値は、予め実験等により求めてROM352に記憶させておく。この燃料噴射時期の下限値から上限値の範囲内にある場合に限り、本ルーチンにより求められた補正後の燃料噴射時期を用いて燃料噴射が行われる。
【0122】
このようにして、補正後の燃料噴射時期を算出することが可能となる。
【0123】
次に、ステップS105において実行されるデータ更新異常ロジックについて説明する。
【0124】
図9は、データ更新異常ロジックのフローを示したフローチャート図である。
【0125】
ステップS301では、更新フラグがOFFにされ、検出不良カウンタに1が加算される。
【0126】
ステップS302では、検出不良カウンタがフェイル判定値よりも大きいか否か判定する。ここで、筒内圧センサ37の出力信号は、ノイズ等の影響を受けて適正に読み込まれない場合がある。従って、このような場合には、筒内圧センサ37の不良とは判断しない。一方、連続して筒内圧センサ37の出力信号を得ることができない場合には、センサの故障等が考えられる。ここで、フェイル判定値は、実験等により予め求めROM352に記憶させておく。フェイル判定値よりも検出不良カウンタ値が大きい場合には、センサの故障等が発生しているとして、対象となる気筒2の筒内圧センサ37の出力信号は使用されない。ステップS302で肯定判定がなされた場合にはステップS303へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS304へ進む。
【0127】
ステップ303では、他気筒の燃料噴射時期の補正値が所定の値以下であるか否か判定する。ここでは、他気筒で得られた筒内圧センサ37の出力値を用いることができるか否か判定される。ここで、判定条件となる所定値は、気筒間ばらつきの許容上限値を示していて、予め実験等により求めておく。気筒間のばらつきが小さいときには、対象となっている気筒2の補正値も所定の範囲内にあると推定される。一方、気筒間のばらつきが大きいときには、対象となっている気筒2の補正値も他気筒と比較してばらついている可能性がある。従って、他の気筒間の補正値のばらつきが小さい場合にはそれらの平均値を用い、一方、他の気筒間の補正値のばらつきが大きい場合には補正を禁止する。ステップS303で肯定判定がなされた場合にはステップS305へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS306へ進む。
【0128】
ステップS304では、対象となっている気筒の前回に求められた補正値を用いる。例えば、筒内圧センサ37の出力信号がノイズ等の影響により読み込まれなかった場合には、前回のルーチンで算出された補正値が用いられる。
【0129】
ステップS305では、他気筒の補正値の平均値を対象となっている気筒の補正値として用いる。
【0130】
ステップS306では、気筒間のばらつきが大きいためステップS305のように平均値を用いてもそれが適正な値とは限らないので、対象となっている気筒の燃料噴射時期の補正は禁止される。また、筒内圧センサ37の異常を示すセンサフェイルフラグがONにされる。
【0131】
このようにして、筒内圧センサ37の出力信号を得られない場合であっても、燃料噴射時期の補正を行うことが可能な場合があり、燃料噴射時期補正の機会を広げることができる。
【0132】
次に、ステップS109において実行される失火復帰ロジックのフローについて説明する。
【0133】
図10は、失火復帰ロジックのフローを示したフローチャート図である。
【0134】
ステップS401では、強制進角を行った回数を示す強制進角カウンタに1が加算される。
【0135】
ステップS402では、強制進角カウンタ値が1であるか否か判定する。1回目の失火と2回目以降の失火とで補正方法を異ならせるために、強制進角を行った回数が判定される。ステップS402で肯定判定がなされた場合にはステップS403へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS404へ進む。
【0136】
ステップS403では、前回のルーチンで算出された補正値に強制進角値が加算される。ここで、燃料噴射時期を進角させると、燃料が圧縮された吸気により昇温され、着火し易いものとなる。従って、失火を抑制することが可能となる。補正後の燃料噴射時期が機関回転数及び負荷から求まる基本となる燃料噴射時期を超えない範囲内で、前回のルーチンで算出された補正値に所定の値が加算される。
【0137】
ステップS404では、前回のルーチンで求められた補正値がクリアされる。
【0138】
ステップS405では、強制進角値が求められる。
【0139】
ここで、図11は、強制進角カウンタ値と強制進角値との関係を示した図である。このマップに強制進角カウンタの値を代入して強制進角値を求めこの値が補正値となる。
【0140】
ステップS406では、燃料噴射時期の補正値が許容される進角上限値よりも小さいか否か判定する。燃料噴射時期の進角値が進角上限値以上となった場合には、燃料噴射の進角では失火の発生を抑制することができない他の要因があると考えられる。従って、別途低温燃焼異常判定ロジックが行われる。ステップS406で肯定判定がなされた場合にはステップS407へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS408へ進む。
【0141】
ステップS407では、強制進角カウンタの値が上限値未満であるか否か判定される。強制進角が所定の回数以上行われた場合には、強制進角では失火の発生を抑制することができない他の要因があると考えられる。従って、別途低温燃焼異常判定ロジックが行われる。ステップS407で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを終了し、一方、否定判定がなされた場合にはステップS408へ進む。
【0142】
ステップS408では、低温燃焼仮異常フラグがONにされる。また、強制進角値を0にして低温燃焼異常判定ロジックへ移行する。尚、本実施の形態では、低温燃焼異常判定ロジックの説明は割愛する。
【0143】
このようにして、失火発生後に燃料噴射時期を進角させてその後の失火発生を抑制することができる。
【0144】
次に、ステップS110において実行される失火判定レベル算出ロジックのフローについて説明する。
【0145】
図12は、失火判定レベル算出ロジックのフローを示したフローチャート図である。本ルーチンは、強制進角を行っても圧力差ΔPが失火判定レベルよりも大きくならない場合に失火判定レベルの大きさを小さくすることにより、失火判定に対する余裕度を増し、箇体間ばらつき等に起因した失火の誤判定を抑制することを目的とする。
【0146】
ステップS501では、ステップS401以下に基づいて強制進角が行われているか否か判定する。
【0147】
ステップS501で肯定判定がなされた場合にはステップS502へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了する。
【0148】
ステップS502では、圧力差ΔPが失火判定レベル以下であるか否か判定する。即ち、本ステップにおいては、まだ失火が発生しているか否か判定される。ステップS502で肯定判定がなされた場合にはステップS503へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了する。
【0149】
ステップS503では、失火判定レベルを補正するための補正値に所定値が加算される。失火判定レベルから失火判定補正値を減算した値に基づいて失火の判定が行われる。ここで、基本となる失火判定レベルは、機関回転数と負荷と失火判定レベルとのマップにより算出される。しかし、燃料噴射時期の強制進角を行っても圧力差ΔPが失火判定レベルよりも大きな値とならない場合には、失火判定レベルを補正して小さくする。これは、装置間のばらつき等に対して失火判定レベルを適正な値に補正するために行われる。
【0150】
ステップS504では、ステップS503で求められた補正値が許容限界を示す所定値以上となったか否か判定される。補正値が許容限界を示す所定値以上となった場合には、他の要因により失火が発生していると考えられるため、これ以上補正をせずに、別途低温燃焼異常判定ロジックに移行する。
【0151】
ステップS505では、低温燃焼仮異常フラグがONにされる。また、強制進角値を0にして低温燃焼異常判定ロジックへ移行する。尚、本実施の形態では、低温燃焼異常判定ロジックの説明は割愛する。
【0152】
このようにして、装置間のばらつきをも考慮した燃料噴射時期の補正が可能となる。
【0153】
ここで、従来の内燃機関では、燃料噴射時期の補正を気筒内の圧力波形を解析して行っていた。しかし、圧力波形を解析するには高速な処理が必要となり、車両への適用は困難であった。また、単に燃料噴射時期を補正するだけでは、失火発生後早期に正常燃焼状態へ復帰させるためには十分でなかった。
【0154】
その点、本実施の形態においては、圧縮上死点での圧力及びその後の最高圧力に基づいて燃料噴射時期の補正を行うことが可能となるため、高速なCPUを用いる必要がなく、車両への搭載も容易になる。また、失火が発生したとしても早期に正常燃焼状態へ復帰させ、更に装置間のばらつきによる過補正を抑制することができる。
【0155】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関では、圧縮上死点での圧力とその後の最高圧力に基づいて失火の発生を検知することができる。また、最高圧力と圧縮上死点での圧力との偏差に基づいて燃料噴射時期の補正を行うことができる。以て、低温燃焼時の燃焼状態を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る内燃機関を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図2】 気筒内圧力の検出装置の概略構成を示した図である。
【図3】 筒内圧センサの出力信号と圧力データ取り込み時期とのタイミングを示したタイミングチャート図である。
【図4】 本実施の形態による制御方法の概念を示した図である。
【図5】 燃料噴射時期を補正するためのフローを示したフローチャート図である。
【図6】 燃料噴射時期の補正値を算出するフローを示したフローチャート図である。
【図7】 機関回転数及び負荷と不感の幅との関係の一例を示したものである。
【図8】 サイクル数又は時間と不感の幅の補正項との関係を示した図である。
【図9】 データ更新異常ロジックのフローを示したフローチャート図である。
【図10】 失火復帰ロジックのフローを示したフローチャート図である。
【図11】 強制進角カウンタ値と強制進角値との関係を示した図である。
【図12】 失火判定レベル算出ロジックのフローを示したフローチャート図である。
【符号の説明】
1・・・・エンジン
1a・・・クランクプーリ
2・・・・気筒
3・・・・燃料噴射弁
4・・・・コモンレール
4a・・・コモンレール圧センサ
5・・・・燃料供給管
6・・・・燃料ポンプ
6a・・・ポンププーリ
8・・・・吸気枝管
9・・・・吸気管
18・・・排気枝管
19・・・排気管
20・・・パティキュレートフィルタ
21・・・排気絞り弁
24・・・排気温度センサ
25・・・EGR通路
26・・・EGR弁
27・・・EGRクーラ
33・・・クランクポジションセンサ
35・・・ECU
36・・・アクセル開度センサ
37・・・筒内圧センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
As a method for reducing the amount of nitrogen oxide (NOx) discharged from an internal combustion engine, exhaust gas recirculation (EGR: Exhaust Gas) that recirculates part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage of the internal combustion engine to the intake passage of the internal combustion engine A method using a recirculation apparatus has been proposed.
[0003]
The EGR device uses water vapor (H2O), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), Etc., to reduce the combustion speed and temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine, thereby reducing the nitrogen oxide (NOx) generated during combustion. The amount is reduced.
[0004]
By the way, since EGR gas has a relatively high specific heat ratio and requires a large amount of heat to raise the temperature, the higher the EGR gas ratio in the intake air, the lower the combustion temperature in the cylinder. As the combustion temperature decreases, the amount of NOx generated also decreases. Therefore, the higher the EGR gas ratio, the lower the NOx emission.
[0005]
However, as the EGR gas ratio is increased, the generation amount of soot begins to increase abruptly at a certain ratio or more. The normal EGR control is performed at a lower EGR gas ratio than the soot starting to increase rapidly.
[0006]
However, as the EGR gas ratio is further increased, soot rapidly increases as described above, but there is a peak in the generation amount of this soot, and when the EGR gas ratio is further increased beyond this peak, This time, wrinkles start to decrease rapidly, and finally it hardly occurs.
[0007]
This is because when the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas is below a certain temperature, the growth of hydrocarbons (HC) stops at an intermediate stage before reaching soot, and the temperature of the fuel and the surrounding gas is reduced. This is because the hydrocarbon (HC) grows to soot all at once when the temperature rises above a certain temperature.
[0008]
Therefore, if the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the temperature of the gas around the fuel are suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbon (HC) stops halfway, soot will not be generated. In this case, the endothermic effect of the gas around the fuel when the fuel burns greatly affects the temperature of the fuel and the surrounding gas, and the endothermic amount of the gas around the fuel, that is, EGR, according to the amount of heat generated during fuel combustion. It is possible to suppress the generation of soot by adjusting the gas ratio.
[0009]
Combustion as described above (hereinafter referred to as low temperature combustion) can reduce NOx and soot emissions. However, since combustion is performed with a small amount of fresh air, a stable combustion state can be obtained. The fuel injection timing that can be performed is limited to a narrow range. That is, if the fuel injection timing is advanced, the injected fuel is exposed to the high-temperature gas for a long time, so that the temperature of the fuel during combustion and the surrounding gas becomes high, resulting in smoke and combustion noise. On the other hand, if the fuel injection timing is delayed, the temperature of the fuel does not rise, so that the amount of fuel that does not cause combustion increases, leading to misfire.
[0010]
In order to solve such a problem, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-120487, the combustion pressure in the combustion chamber is detected and it is determined whether or not good combustion is performed from the change in the combustion pressure. When the combustion state is a region where smoke is generated, a region where combustion noise is generated, or a region where misfiring occurs, the fuel injection timing is changed to improve the combustion state.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to extract the control parameter based on the waveform of the combustion pressure, the processing capacity of the CPU must be high, and the cost increases when the mounting of the vehicle is taken into account, and the apparatus becomes complicated. Further, there are cases where it is difficult to improve the combustion state simply by advancing or retarding the fuel injection timing, and a control method in such a case has not been mentioned.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique for stabilizing the combustion state during low-temperature combustion in an internal combustion engine by correcting the fuel injection timing.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is,
  Fuel supply means for supplying fuel into the cylinders of the internal combustion engine;
  An EGR device that recirculates part of the exhaust gas to the intake system of the internal combustion engine;
  Increase the amount of recirculated EGR gas to increase the maximum amount of soot and then increase the amount of EGR gas. Combustion state switching means for selecting and switching either normal combustion to be recirculated,
  Pressure detecting means for detecting the pressure at the compression top dead center in the cylinder and the maximum pressure during the expansion stroke;
  An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
The deviation between the maximum pressure during the expansion stroke in the cylinder and the pressure at the compression top dead center just before it,The value when the combustion state of the internal combustion engine becomes unstable isFrom the engine operating state detected by the operating state detecting meansMisfire level calculating means for calculating;
The deviation between the maximum pressure during the expansion stroke in the cylinder and the pressure at the compression top dead center just before it,The value when the combustion state of the internal combustion engine is optimalFrom the engine operating state detected by the operating state detecting meansTarget level calculation means for calculating,
Pressure deviation calculating means for calculating a deviation between the maximum pressure during the expansion stroke in the cylinder detected by the pressure detecting means during the low temperature combustion and the pressure at the compression top dead center immediately before the expansion stroke;
  The pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means isA value greater than the value calculated by the misfire level calculating means,The pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means isIf it is larger than the value calculated by the target level calculation meansThe pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means is set to the value calculated by the target level calculating means.Retard the fuel injection timing,The pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means isIf it is smaller than the value calculated by the target level calculation meansThe pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means is set to the value calculated by the target level calculating means.Fuel injection timing correction means for advancing the fuel injection timing;
  It is characterized by having
[0014]
  The greatest feature of the present invention is that the maximum pressure during low-temperature combustion in an internal combustion engineDeviation between pressure and compression top dead centerPaying attention to the fact that fluctuates depending on the combustion state, the value is more than the value when it is estimated that misfire has occurred.deviationWhen is large, the fuel injection timing is corrected so as to obtain a value obtained in an optimum combustion state.
[0015]
  In the internal combustion engine configured as described above, either normal combustion or low temperature combustion is selected based on the operating state. When low temperature combustion is selected, it is necessary to control the fuel injection timing within a narrow range, so that the fuel injection timing is corrected by the fuel injection timing correction means, and the fuel injection timing is optimized. Here, during low temperature combustion, the peak of combustion pressure appears after compression top dead center, and this maximum pressureAnd the pressure at the compression top dead center isIt varies depending on the combustion state. In the present invention, the misfire level calculation means is the highest pressure estimated to be detected when a misfire occurs in the operating state at that time.Deviation between pressure and compression top dead centerAsk for. Obtained in this wayPressure deviation and pressure deviation obtained by pressure detection meansIt is possible to determine whether or not misfire has occurred. If it is determined that no misfire has occurred, the fuel injection timing correction means determines the target maximum pressure calculated by the target level calculation means.Deviation between pressure and compression top dead centerBased on this, it is possible to correct the fuel injection timing and obtain the optimum fuel injection timing.
[0022]
  In the present invention, the internal combustion engine includes a plurality of cylinders,The pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means isIf the specified number of cycles has been continuously outside the specified range,Pressure deviations respectively calculated by the pressure deviation calculating meansWhen there is little variation among cylinders,Pressure deviationThe fuel injection timing correction means corrects the fuel injection timing of the cylinders outside the predetermined range by using the average value of the cylinders. On the other hand, when the variation between the cylinders is large, the fuel injection timing correction means The correction of the fuel injection timing of the outside cylinder may not be performed.
[0023]
In the internal combustion engine configured as described above, when the pressure detection unit cannot detect the pressure normally due to some cause, the average value of the values detected by the pressure detection unit in other cylinders is obtained. Based on this, it becomes possible to correct the fuel injection timing. In this case, when the variation between the cylinders is large, overcorrection can be suppressed by prohibiting correction of the fuel injection timing.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the case where the internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
[0031]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine 1 and its intake / exhaust system according to the present embodiment.
[0032]
An engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
[0033]
The engine 1 includes a fuel injection valve 3 that injects fuel directly into the combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber (common rail) 4 that accumulates fuel to a predetermined pressure. A common rail pressure sensor 4 a that outputs an electrical signal corresponding to the fuel pressure in the common rail 4 is attached to the common rail 4.
[0034]
The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 through a fuel supply pipe 5. This fuel pump 6 is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the engine 1 as a drive source, and a pump pulley 6 a attached to the input shaft of the fuel pump 6 is connected to the output shaft (crankshaft) of the engine 1. ) And the belt pulley 7 are connected to each other.
[0035]
In the fuel injection system configured as described above, when the rotational torque of the crankshaft is transmitted to the input shaft of the fuel pump 6, the fuel pump 6 transmits the rotational torque transmitted from the crankshaft to the input shaft of the fuel pump 6. The fuel is discharged at a pressure according to the pressure.
[0036]
The fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied to the common rail 4 via the fuel supply pipe 5, accumulated in the common rail 4 up to a predetermined pressure, and distributed to the fuel injection valves 3 of each cylinder 2. When a drive current is applied to the fuel injection valve 3, the fuel injection valve 3 opens, and as a result, fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the cylinder 2.
[0037]
Next, an intake branch pipe 8 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown).
[0038]
An in-cylinder pressure sensor 37 that outputs an electrical signal corresponding to the pressure in the cylinder 2 is attached to the combustion chamber of each cylinder 2.
[0039]
The intake branch pipe 8 is connected to an intake pipe 9. An air flow meter 11 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 9 is attached to the intake pipe 9.
[0040]
An intake throttle valve 13 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 9 is provided at a portion of the intake pipe 9 located immediately upstream of the intake branch pipe 8. The intake throttle valve 13 is provided with an intake throttle actuator 14 that is configured by a step motor or the like and that drives the intake throttle valve 13 to open and close.
[0041]
The intake pipe 9 located between the air flow meter 11 and the intake throttle valve 13 is provided with a compressor housing 15a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 15 that operates using exhaust energy as a drive source. The intake pipe 9 downstream of 15a is provided with an intercooler 16 for cooling the intake air that has been compressed in the compressor housing 15a and has reached a high temperature.
[0042]
In the intake system configured as described above, the intake air flows into the compressor housing 15 a via the intake pipe 9.
[0043]
The intake air flowing into the compressor housing 15a is compressed by the rotation of the compressor wheel built in the compressor housing 15a. The intake air that has been compressed in the compressor housing 15a and has reached a high temperature is cooled by the intercooler 16, and then the flow rate is adjusted by the intake throttle valve 13 as necessary to flow into the intake branch pipe 8. The intake air that has flowed into the intake branch pipe 8 is distributed to the combustion chambers of the respective cylinders 2 through the respective branch pipes, and is burned using the fuel injected from the fuel injection valves 3 of the respective cylinders 2 as an ignition source.
[0044]
On the other hand, an exhaust branch pipe 18 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 18 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port (not shown).
[0045]
The exhaust branch pipe 18 is connected to the turbine housing 15 b of the centrifugal supercharger 15. The turbine housing 15b is connected to an exhaust pipe 19, and the exhaust pipe 19 is connected to a muffler (not shown) downstream.
[0046]
In the middle of the exhaust pipe 19, a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 20 carrying an NOx storage reduction catalyst is provided. An exhaust gas temperature sensor 24 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 is attached to the exhaust pipe 19 upstream of the filter 20.
[0047]
The exhaust pipe 19 downstream of the filter 20 is provided with an exhaust throttle valve 21 for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19. The exhaust throttle valve 21 is provided with an exhaust throttle actuator 22 that is configured by a step motor or the like and that drives the exhaust throttle valve 21 to open and close.
[0048]
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) combusted in each cylinder 2 of the engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 18 through the exhaust port, and then centrifugally supercharged from the exhaust branch pipe 18. Flows into the turbine housing 15b of the machine 15. The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b rotates the turbine wheel rotatably supported in the turbine housing 15b using the energy of the exhaust gas. At that time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a described above.
[0049]
The exhaust discharged from the turbine housing 15b flows into the filter 20 through the exhaust pipe 19, and particulate matter (hereinafter simply referred to as PM) in the exhaust is collected. The NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as NOx catalyst) stores (absorbs or adsorbs) nitrogen oxides (NOx) in the exhaust when the oxygen concentration in the exhaust flowing into the NOx catalyst is high. . On the other hand, the NOx catalyst releases the stored nitrogen oxide (NOx) when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst decreases. At that time, if a reducing component such as hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) is present in the exhaust, the NOx catalyst converts nitrogen oxide (NOx) released from the NOx catalyst to nitrogen (N2). The exhaust gas from which PM is collected by the filter 20 is released into the atmosphere through the muffler.
[0050]
Further, the exhaust branch pipe 18 and the intake branch pipe 8 have an exhaust recirculation passage (hereinafter referred to as an EGR passage) 25 for recirculating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8. It is communicated through. In the middle of the EGR passage 25, a flow rate adjusting valve is configured with an electromagnetic valve or the like, and changes the flow rate of exhaust gas (hereinafter referred to as EGR gas) flowing through the EGR passage 25 in accordance with the magnitude of applied power. (Hereinafter referred to as an EGR valve) 26 is provided.
[0051]
An EGR cooler 27 that cools the EGR gas flowing in the EGR passage 25 is provided in the middle of the EGR passage 25 and upstream of the EGR valve 26. The EGR cooler 27 is provided with a cooling water passage (not shown), and a part of the cooling water for cooling the engine 1 circulates.
[0052]
In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the EGR valve 26 is opened, the EGR passage 25 becomes conductive, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 flows into the EGR passage 25. Then, it is guided to the intake branch pipe 8 through the EGR cooler 27.
[0053]
At that time, in the EGR cooler 27, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the EGR passage 25 and the cooling water of the engine 1 to cool the EGR gas.
[0054]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8 via the EGR passage 25 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while being mixed with fresh air flowing from the upstream side of the intake branch pipe 8.
[0055]
Here, the EGR gas contains water (H2O) and carbon dioxide (CO2) And the like, and since an inert gas component having a high heat capacity is not included, if the EGR gas is contained in the mixture, the combustion temperature of the mixture is lowered. Therefore, the amount of nitrogen oxide (NOx) generated is suppressed.
[0056]
Further, when the EGR gas is cooled in the EGR cooler 27, the temperature of the EGR gas itself is reduced and the volume of the EGR gas is reduced. Therefore, when the EGR gas is supplied into the combustion chamber, the atmospheric temperature in the combustion chamber is reduced. Is not increased unnecessarily, and the amount of fresh air (volume of fresh air) supplied into the combustion chamber is not unnecessarily reduced.
[0057]
The engine 1 is provided with an electronic control unit (ECU) 35 for controlling the engine 1. The ECU 35 is a unit that controls the operating state of the engine 1 according to the operating conditions of the engine 1 and the driver's request.
[0058]
Various sensors such as a common rail pressure sensor 4a, an air flow meter 11, an exhaust temperature sensor 24, a crank position sensor 33, an accelerator opening sensor 36, an in-cylinder pressure sensor 37, and the like are connected to the ECU 35 through electric wiring. The output signal is input to the ECU 35.
[0059]
On the other hand, the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the EGR valve 26, and the like are connected to the ECU 35 via electrical wiring, and the ECU 35 can control the above-described parts. Yes.
[0060]
Here, the ECU 35 includes a CPU 351, a ROM 352, a RAM 353, and an A / D converter (A / D) 354.
[0061]
The ROM 352 stores various application programs and a control map.
[0062]
The RAM 353 stores output signals from the sensors, calculation results of the CPU 351, and the like. The calculation result is, for example, the engine speed calculated based on the time interval at which the crank position sensor 33 outputs a pulse signal. These data are rewritten to the latest data every time the crank position sensor 33 outputs a pulse signal.
[0063]
The CPU 351 operates in accordance with an application program stored in the ROM 352.
[0064]
By the way, when the engine 1 is operated with lean combustion, the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust becomes high, so that nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust is NOx. When the lean combustion operation of the engine 1 is continued for a long period of time, the NOx storage capacity of the NOx catalyst is saturated, and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are removed by the NOx catalyst. Without being released into the atmosphere.
[0065]
In particular, in a diesel engine such as the engine 1, the lean air-fuel ratio mixture is combusted in the most operating region, and the exhaust air-fuel ratio becomes the lean air-fuel ratio in the most operating region accordingly. The NOx occlusion capacity is easily saturated. Here, the lean air-fuel ratio means, for example, 20 to 50 in a diesel engine, and a region in which NOx cannot be purified by a three-way catalyst.
[0066]
Therefore, when the engine 1 is operated in lean combustion, before the NOx occlusion capacity of the NOx catalyst is saturated, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is lowered and the concentration of the reducing agent is increased, and the NOx catalyst occludes. It is necessary to reduce the formed nitrogen oxides (NOx).
[0067]
As a method of reducing the oxygen concentration in the exhaust gas in this way, after adding the fuel in the exhaust gas or increasing the amount of recirculated EGR gas to increase the amount of soot to the maximum, further increase the EGR gas amount. There is a low temperature combustion (Japanese Patent No. 3116876).
[0068]
Here, the low temperature combustion will be described.
[0069]
As described above, conventionally, EGR has been used to suppress the generation of NOx. Since the EGR gas has a relatively high specific heat ratio and requires a large amount of heat to raise the temperature, the combustion temperature in the cylinder 2 decreases as the EGR gas ratio in the intake air increases. As the combustion temperature decreases, the amount of NOx generated also decreases. Therefore, the higher the EGR gas ratio, the lower the NOx emission.
[0070]
However, as the EGR gas ratio is increased, the generation amount of soot begins to increase abruptly at a certain ratio or more. Normal EGR control is performed at a lower EGR gas ratio than when soot begins to increase rapidly.
[0071]
However, as the EGR gas ratio is further increased, soot rapidly increases as described above, but there is a peak in the generation amount of this soot, and when the EGR gas ratio is further increased beyond this peak, This time, wrinkles start to decrease rapidly, and finally it hardly occurs.
[0072]
This is because when the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas is below a certain temperature, the growth of hydrocarbons (HC) stops at an intermediate stage before reaching soot, and the temperature of the fuel and the surrounding gas is reduced. This is because the hydrocarbon (HC) grows to soot all at once when the temperature rises above a certain temperature.
[0073]
Therefore, no soot will be generated if the combustion during combustion in the combustion chamber and the gas temperature around it are controlled below the temperature at which hydrocarbon (HC) growth stops midway. In this case, the endothermic effect of the gas around the fuel when the fuel burns greatly affects the temperature of the fuel and the surrounding gas, and the endothermic amount of the gas around the fuel, that is, EGR, according to the amount of heat generated during fuel combustion. It is possible to suppress the generation of soot by adjusting the gas ratio.
[0074]
On the other hand, hydrocarbons (HC) that have stopped growing before reaching soot can be oxidized by the NOx storage reduction catalyst supported on the filter 20. Therefore, hydrocarbon (HC) generated by low temperature combustion works as a reducing agent.
[0075]
Thus, low temperature combustion is based on purifying hydrocarbons (HC) whose growth has stopped before reaching soot with a NOx storage reduction catalyst or the like. Therefore, when the NOx storage reduction catalyst or the like is not activated, it is difficult to use low temperature combustion because hydrocarbons (HC) are not purified but are released into the atmosphere.
[0076]
Further, the temperature of the fuel during combustion in the cylinder 2 and the gas temperature around it can be controlled to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons (HC) stops halfway. It is.
[0077]
Therefore, in the present embodiment, low-temperature combustion control is performed when the engine 1 is operating at a low rotation and low load and when the NOx storage reduction catalyst carried on the filter 20 reaches the active region.
[0078]
Whether it is in the active region or not can be determined based on an output signal of the exhaust temperature sensor 24 or the like.
[0079]
In this way, in low-temperature combustion, hydrocarbon (HC) as a reducing agent can be supplied to the NOx storage reduction catalyst while suppressing the emission of PM typified by soot, and NOx can be reduced and purified.
[0080]
In addition, when low-temperature combustion is performed, active oxygen is released by the hydrocarbon (HC) that has flowed into the filter 20, so that PM is easily oxidized and the amount that can be removed by oxidation per unit time is improved. Further, the hydrocarbon (HC) removes oxygen poisoning of the catalyst and increases the activity of the catalyst, so that active oxygen is easily released. Furthermore, the temperature of the filter 20 rises due to the oxidation reaction of hydrocarbon (HC). Then, PM is oxidized and burned by active oxygen and removed.
[0081]
Furthermore, heat is generated when the hydrocarbon (HC) is oxidized, and the temperature of the filter 20 can be increased or maintained.
[0082]
When supplying the reducing agent to the filter 20 by such low temperature combustion, the CPU 351 first obtains the target air-fuel ratio. The target air-fuel ratio can be obtained by determining a map based on the operating state of the engine 1 in advance. Next, the CPU 351 calculates a target opening degree of the intake throttle valve 13 according to the target air-fuel ratio, and controls the intake throttle valve 13 to become the target opening degree. Next, the CPU 351 calculates a target opening degree of the EGR valve 26 corresponding to the target air-fuel ratio, and controls the EGR valve 26 so as to become the target opening degree. Further, the CPU 351 calculates the fuel injection amount and the fuel injection start timing. The target opening, the fuel injection amount, and the fuel injection start timing of the intake throttle valve 13 and the EGR valve 26 are calculated based on a map obtained in advance.
[0083]
By performing low-temperature combustion in this way, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the filter 20 is reduced, the concentration of the reducing agent is increased, the nitrogen oxide (NOx) occluded in the filter 20 is reduced, and the filter It is possible to raise the temperature of 20.
[0084]
By the way, since the low-temperature combustion is performed with little fresh air, the combustion state may become unstable unless the fuel injection timing and the air-fuel ratio are set within a narrow range.
[0085]
Here, in the conventional internal combustion engine, the pressure in the cylinder at the time of low-temperature combustion is measured, and it is determined whether or not the combustion state is good based on the measured combustion pressure waveform.
[0086]
However, since a certain amount of time is required to correct the fuel injection timing by analyzing the measured combustion pressure waveform, if the processing speed of the CPU is slow, the analysis is not in time and it is difficult to correct the fuel injection timing. In addition, the combustion state may not be improved by simply advancing or retarding the fuel injection timing.
[0087]
Therefore, in this embodiment, by using only the pressure at the compression top dead center and the maximum pressure thereafter as parameters, it is possible to easily analyze the combustion state and correct the fuel injection timing.
[0088]
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the in-cylinder pressure detecting device according to the present embodiment.
[0089]
In addition to the CPU 351 and the A / D 354, the ECU 35 includes a multiplexer 355 and a peak hold amplifier 356. Further, an in-cylinder pressure sensor 37 is connected to the ECU 35.
[0090]
The in-cylinder pressure sensor 37 outputs a signal corresponding to the pressure in the cylinder. The multiplexer 355 selects and switches the in-cylinder pressure sensor 37 of the cylinder 2 to be sampled based on a signal from the CPU 351. The peak hold amplifier 356 stores only the highest sampled pressure value. The start time and end time for storing the pressure and the deletion of the stored value are controlled by a signal from the CPU 351. The A / D 354 converts the analog signal detected by the in-cylinder pressure sensor 37 into a digital signal. The CPU 351 corrects the fuel injection timing based on the cylinder pressure detected by the cylinder pressure sensor 37.
[0091]
FIG. 3 is a timing chart showing the timing of the output signal of the in-cylinder pressure sensor and the timing of taking in the pressure data.
[0092]
The sensor output is a value obtained from the output signal of the in-cylinder pressure sensor 37. The multiplexer control signal is a signal that is issued to determine the cylinder that is the target for reading the pressure data, and determines the target cylinder based on the magnitude of four stages. The peak hold amplifier sampling permission signal designates the pressure reading range. Only when the peak hold amplifier sampling permission signal has been issued, the peak hold amplifier 356 reads the output signal of the in-cylinder pressure sensor 37. A data reset signal is issued to erase the stored pressure data. In the A / D 354, the pressure Ptdc at the compression top dead center and the highest pressure among the sampled pressures are converted into digital data and read into the CPU 351. The crank position at the compression top dead center and maximum pressure is obtained by Ne pulse interruption.
[0093]
Here, FIG. 4 is a diagram illustrating the concept of the control method according to the present embodiment.
[0094]
  In this embodimentThe bulgeThe fuel injection timing is corrected based on the deviation between the maximum pressure Pmax during the tension stroke and the pressure Ptdc at the compression top dead center.Done. That is,The fuel injection timing is corrected so that the deviation ΔP between the maximum pressure Pmax during the expansion stroke and the pressure Ptdc at the compression top dead center becomes a target. Here, when the fuel injection timing is advanced, the deviation ΔP increases, and when the fuel injection timing is retarded, the deviation ΔP decreases. Accordingly, in the present embodiment, when the measured pressure deviation is larger than the target deviation, the fuel injection timing is retarded, while the measured pressure deviation is smaller than the target deviation. If the fuel injection timing is advancedThe
[0095]
Next, a specific correction method for the fuel injection timing according to the present embodiment will be described.
[0096]
FIG. 5 is a flowchart showing a flow for correcting the fuel injection timing according to the present embodiment.
[0097]
In step S101, it is determined whether low temperature combustion is being performed. If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is terminated and normal combustion is continued.
[0098]
In step S102, the target cylinder in this routine is determined. For example, the cylinder in which fuel is injected next time. In response to a signal from the CPU 351, the multiplexer 355 selects the cylinder pressure sensor 37 of the cylinder 2 to be sampled. The maximum value Pmax of the sampled pressure is stored in the peak hold amplifier 356, and the pressure Ptdc at the compression top dead center is stored in the RAM 353.
[0099]
In step S103, it is determined whether or not the data has been updated normally. That is, the CPU 351 determines whether or not the pressure Ptdc at the compression top dead center and the maximum pressure Pmax at the expansion stroke have been updated. If the data update is not performed normally, a failure of the in-cylinder pressure sensor 37 may be considered, and the subsequent processing is performed by the data update abnormality logic. If an affirmative determination is made in step S103, the process proceeds to step S104. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S105.
[0100]
In step S104, the value stored in the peak hold amplifier 356 is stored in the RAM 353, the update flag is turned ON, and the detection failure counter is cleared. Here, the update flag and the detection failure counter are variables given to each cylinder 2. The update flag is turned on when the sampling data is updated normally, and is turned off when the sampling data is not updated. The The detection failure counter is a value indicating the number of times data has not been updated normally.
[0101]
In step S105, a data update abnormality logic that is performed to correct the fuel injection timing is executed even if the data update is not normally performed. Specific contents will be described in step S301 and subsequent steps.
[0102]
In step S106, a pressure difference ΔP between the maximum pressure Pmax during the expansion stroke and the pressure Ptdc at the compression top dead center is calculated. The CPU 351 reads the maximum pressure Pmax during the expansion stroke and the pressure Ptdc at the compression top dead center stored in the RAM 353 and calculates the deviation. The calculated pressure difference ΔP is stored in the RAM 353.
[0103]
In step S107, it is determined whether or not the pressure difference ΔP calculated in step S106 is greater than the misfire determination level. Here, the misfire determination level is a pressure difference detected when a misfire occurs, and is obtained in advance by an experiment or the like. If an affirmative determination is made in step S107, the process proceeds to step S108. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S109.
[0104]
In step S108, a feedback correction value is calculated, and the forced advance angle counter is cleared. Specific contents will be described in step S201 and subsequent steps.
[0105]
In step S109, a misfire recovery logic is executed. Specific contents will be described in step S401 and subsequent steps.
[0106]
In step S110, misfire determination level calculation logic is executed. Specific contents will be described in step S501 and subsequent steps.
[0107]
In step S111, the forced advance angle counter is cleared. The forced advance angle counter indicates the number of times of forced advance angle performed in step S401 and subsequent steps.
[0108]
In step S112, the fuel injection timing is corrected.
[0109]
As described above, the correction value of the fuel injection timing is calculated, and the fuel injection timing is corrected in order to obtain an optimal combustion state.
[0110]
Next, the flow for calculating the correction value of the fuel injection timing will be described.
[0111]
FIG. 6 is a flowchart showing a flow for calculating the correction value of the fuel injection timing.
[0112]
In step S201, the target pressure difference ΔPt (hereinafter referred to as target pressure difference ΔPt), which is the pressure difference between the maximum pressure Pmax in the expansion stroke and the pressure Ptdc at the compression top dead center, is calculated in step S106. The deviation from the calculated pressure difference ΔP is calculated. The target pressure difference ΔPt is calculated based on the relationship between the engine speed and the load obtained in advance through experiments or the like, mapped and stored in the ROM 352. The engine speed is obtained from the output signal of the crank position sensor 33, and the load is obtained from the output signal of the accelerator opening sensor 36 or the fuel injection amount (the valve opening time of the fuel injection valve 3).
[0113]
  In step S202, insensitivebandProcessing is performed. InsensitivebandIndicates a range in which the deviation between the target pressure difference ΔPt and the pressure difference ΔP calculated in step S201 is small, and is provided to avoid unnecessary correction. In other words, the variation between combustion cycles becomes large during low-temperature combustion, so correction is prohibited within the range of variation.The
[0114]
  Here, FIG. 7 shows engine speed and load and insensitivity.bandIt shows an example of the relationship with the width of. The higher the engine speed, the less sensitivebandThe width of becomes narrower. However, depending on the type of engine, there may be large variations in a specific area.bandThe width of is widened. In addition, in the operation region where switching between low-temperature combustion and normal combustion frequently occurs, the variation becomes large, so it is insensitive.bandThe width of is widened.
[0115]
  On the other hand, when the load increases, it becomes difficult to perform low-temperature combustion, and the combustion is switched to normal combustion. Therefore, the greater the load, the less sensitivebandThe width of becomes wide.
[0116]
  Also, it is insensitive when transitioning from steady operation to transient operation or when transitioning from transient operation to steady operation.bandIn such cases, it is insensitive.bandSet the width of to 0. Furthermore, when transitioning from transient operation to steady operation, it is insensitive depending on the number of cycles or time.bandThe insensitivity obtained from Fig. 7 gradually from 0bandIncrease to the width of.
[0117]
  Here, FIG. 8 shows the number of cycles or time and insensitivity.bandIt is the figure which showed the relationship with the correction | amendment term of width | variety. InsensitivebandUntil the number of cycles or time for which the width correction term becomes 1 has elapsed, the correction term obtained from the number of cycles or time can be found in FIG.bandNewly insensitive to the value multiplied by the width ofbandUsed as the width of
[0118]
  Deviation between target pressure difference ΔPt and pressure difference ΔP is insensitivebandWhen it is within the range of the width, the pressure difference ΔP is handled as being equal to the target pressure difference ΔPt.
[0119]
Step S203 calculates a PID term. The PID term is calculated based on the deviation between the target pressure difference ΔPt and the pressure difference ΔP.
[0120]
In step S204, a feedback correction term for the injection timing is calculated. The PID term calculated in step S203 is added as a correction term to the normal fuel injection timing. Here, for example, when feedback control becomes difficult due to a failure of the in-cylinder pressure sensor 37, the correction term is not added.
[0121]
In step S205, upper and lower limit guards are applied. Here, applying the upper / lower limit guard means that when the corrected fuel injection timing calculated in step S204 is outside the allowable range, it is determined as abnormal, and the correction is prohibited. For example, such a state is caused by deterioration of the fuel injection valve 3 and various sensors. The upper limit value and the lower limit value of the fuel injection timing are obtained in advance through experiments or the like and stored in the ROM 352. Only when the fuel injection timing is within the range from the lower limit value to the upper limit value, the fuel injection is performed using the corrected fuel injection timing obtained by this routine.
[0122]
In this way, it is possible to calculate the corrected fuel injection timing.
[0123]
Next, the data update abnormality logic executed in step S105 will be described.
[0124]
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the data update abnormality logic.
[0125]
In step S301, the update flag is turned off and 1 is added to the detection failure counter.
[0126]
In step S302, it is determined whether the detection failure counter is larger than a fail determination value. Here, the output signal of the in-cylinder pressure sensor 37 may not be read properly due to the influence of noise or the like. Therefore, in such a case, it is not determined that the cylinder pressure sensor 37 is defective. On the other hand, when the output signal of the in-cylinder pressure sensor 37 cannot be obtained continuously, a sensor failure or the like is considered. Here, the fail determination value is obtained in advance by experiments or the like and stored in the ROM 352. When the detection failure counter value is larger than the fail determination value, it is determined that a sensor failure or the like has occurred, and the output signal of the cylinder pressure sensor 37 of the target cylinder 2 is not used. If an affirmative determination is made in step S302, the process proceeds to step S303, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S304.
[0127]
In step 303, it is determined whether or not the correction value of the fuel injection timing of the other cylinders is equal to or less than a predetermined value. Here, it is determined whether or not the output value of the in-cylinder pressure sensor 37 obtained in the other cylinder can be used. Here, the predetermined value as the determination condition indicates an allowable upper limit value of the variation between the cylinders, and is obtained in advance by an experiment or the like. When the variation between the cylinders is small, it is estimated that the correction value of the target cylinder 2 is also within a predetermined range. On the other hand, when the variation between the cylinders is large, there is a possibility that the correction value of the target cylinder 2 also varies as compared with other cylinders. Therefore, when the variation in correction values among other cylinders is small, those average values are used, and when the variation in correction values between other cylinders is large, the correction is prohibited. If an affirmative determination is made in step S303, the process proceeds to step S305. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S306.
[0128]
In step S304, the correction value obtained last time for the target cylinder is used. For example, when the output signal of the in-cylinder pressure sensor 37 is not read due to the influence of noise or the like, the correction value calculated in the previous routine is used.
[0129]
In step S305, the average value of the correction values of the other cylinders is used as the correction value of the target cylinder.
[0130]
In step S306, since the variation among the cylinders is large, even if the average value is used as in step S305, it is not always an appropriate value, and thus correction of the fuel injection timing of the target cylinder is prohibited. Further, a sensor fail flag indicating an abnormality of the in-cylinder pressure sensor 37 is turned ON.
[0131]
In this way, even when the output signal of the in-cylinder pressure sensor 37 cannot be obtained, it may be possible to correct the fuel injection timing, and the opportunity for fuel injection timing correction can be expanded.
[0132]
Next, the misfire recovery logic flow executed in step S109 will be described.
[0133]
FIG. 10 is a flowchart showing the flow of the misfire recovery logic.
[0134]
In step S401, 1 is added to a forced advance counter that indicates the number of times of forced advance.
[0135]
In step S402, it is determined whether the forced advance angle counter value is 1. In order to make the correction method different between the first misfire and the second and subsequent misfires, the number of times of forced advance is determined. If an affirmative determination is made in step S402, the process proceeds to step S403. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S404.
[0136]
In step S403, the forced advance value is added to the correction value calculated in the previous routine. Here, when the fuel injection timing is advanced, the temperature of the fuel is raised by the compressed intake air, and ignition is easy. Therefore, misfire can be suppressed. A predetermined value is added to the correction value calculated in the previous routine so long as the corrected fuel injection timing does not exceed the basic fuel injection timing obtained from the engine speed and load.
[0137]
In step S404, the correction value obtained in the previous routine is cleared.
[0138]
In step S405, a forced advance value is obtained.
[0139]
Here, FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the forced advance angle counter value and the forced advance angle value. The value of the forced advance angle counter is substituted into this map to obtain the forced advance value, and this value becomes the correction value.
[0140]
In step S406, it is determined whether or not the fuel injection timing correction value is smaller than the allowable advance angle upper limit value. If the advance value of the fuel injection timing is equal to or higher than the advance angle upper limit value, it is considered that there are other factors that cannot suppress the occurrence of misfire by the advance angle of the fuel injection. Therefore, a separate low-temperature combustion abnormality determination logic is performed. If an affirmative determination is made in step S406, the process proceeds to step S407. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S408.
[0141]
In step S407, it is determined whether or not the value of the forced advance angle counter is less than the upper limit value. When the forced advance angle is performed a predetermined number of times or more, it is considered that there are other factors that cannot suppress the occurrence of misfire by the forced advance angle. Therefore, a separate low-temperature combustion abnormality determination logic is performed. If an affirmative determination is made in step S407, this routine is terminated. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S408.
[0142]
In step S408, the low temperature combustion temporary abnormality flag is turned ON. Further, the forced advance angle value is set to 0, and the process proceeds to the low temperature combustion abnormality determination logic. In the present embodiment, the description of the low-temperature combustion abnormality determination logic is omitted.
[0143]
In this way, it is possible to advance the fuel injection timing after the misfire has occurred and suppress the subsequent misfire occurrence.
[0144]
Next, the flow of the misfire determination level calculation logic executed in step S110 will be described.
[0145]
FIG. 12 is a flowchart showing a flow of misfire determination level calculation logic. This routine increases the margin for misfire judgment by reducing the magnitude of the misfire judgment level when the pressure difference ΔP does not become larger than the misfire judgment level even when forced advance is performed. The purpose is to suppress misjudgment of misfire caused.
[0146]
In step S501, it is determined whether forced advance is performed based on step S401 and subsequent steps.
[0147]
If an affirmative determination is made in step S501, the process proceeds to step S502. On the other hand, if a negative determination is made, this routine ends.
[0148]
In step S502, it is determined whether or not the pressure difference ΔP is equal to or less than the misfire determination level. That is, in this step, it is determined whether or not misfire has occurred. If an affirmative determination is made in step S502, the process proceeds to step S503. On the other hand, if a negative determination is made, this routine ends.
[0149]
In step S503, a predetermined value is added to the correction value for correcting the misfire determination level. The misfire determination is performed based on a value obtained by subtracting the misfire determination correction value from the misfire determination level. Here, the basic misfire determination level is calculated from a map of the engine speed, the load, and the misfire determination level. However, if the pressure difference ΔP does not become larger than the misfire determination level even if the fuel injection timing is forcibly advanced, the misfire determination level is corrected and reduced. This is performed in order to correct the misfire determination level to an appropriate value with respect to variations between apparatuses.
[0150]
In step S504, it is determined whether or not the correction value obtained in step S503 is equal to or greater than a predetermined value indicating an allowable limit. When the correction value is equal to or greater than the predetermined value indicating the allowable limit, it is considered that misfire has occurred due to other factors, and therefore, the control proceeds to a separate low-temperature combustion abnormality determination logic without further correction.
[0151]
In step S505, the low temperature combustion temporary abnormality flag is turned ON. Further, the forced advance angle value is set to 0, and the process proceeds to the low temperature combustion abnormality determination logic. In the present embodiment, the description of the low-temperature combustion abnormality determination logic is omitted.
[0152]
In this way, it is possible to correct the fuel injection timing in consideration of variations between apparatuses.
[0153]
Here, in the conventional internal combustion engine, the fuel injection timing is corrected by analyzing the pressure waveform in the cylinder. However, high-speed processing is required to analyze the pressure waveform, and application to vehicles has been difficult. Further, simply correcting the fuel injection timing is not sufficient for returning to the normal combustion state early after the occurrence of misfire.
[0154]
In this respect, in the present embodiment, it is possible to correct the fuel injection timing based on the pressure at the compression top dead center and the maximum pressure thereafter, so there is no need to use a high-speed CPU, and the vehicle Can be easily installed. Moreover, even if misfire occurs, it is possible to return to the normal combustion state at an early stage, and to further suppress overcorrection due to variations among devices.
[0155]
【The invention's effect】
  In the internal combustion engine according to the present invention, it is possible to detect the occurrence of misfire based on the pressure at the compression top dead center and the maximum pressure thereafter. Also, maximum pressure and pressure at compression top dead centerDeviation fromBased on this, the fuel injection timing can be corrected. Therefore, the combustion state at the time of low temperature combustion can be stabilized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an engine to which an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an in-cylinder pressure detection device.
FIG. 3 is a timing chart showing the timing of the output signal of the in-cylinder pressure sensor and the timing for taking in pressure data.
FIG. 4 is a diagram showing a concept of a control method according to the present embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a flow for correcting a fuel injection timing.
FIG. 6 is a flowchart showing a flow for calculating a correction value for fuel injection timing.
[Fig. 7] Engine speed, load and insensitivitybandIt shows an example of the relationship with the width of.
[Figure 8] Cycle count or time and insensitivitybandIt is the figure which showed the relationship with the correction | amendment term of width | variety.
FIG. 9 is a flowchart showing a flow of data update abnormality logic.
FIG. 10 is a flowchart showing a flow of misfire recovery logic.
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a forced advance angle counter value and a forced advance angle value.
FIG. 12 is a flowchart showing a flow of misfire determination level calculation logic.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine
1a ... Crank pulley
2. Cylinder
3. Fuel injection valve
4 ... Common rail
4a ... Common rail pressure sensor
5. Fuel supply pipe
6. Fuel pump
6a ... Pump pulley
8 ... Intake branch pipe
9. Intake pipe
18 ... Exhaust branch pipe
19 ... Exhaust pipe
20 ... Particulate filter
21 ... Exhaust throttle valve
24 ... Exhaust temperature sensor
25 ... EGR passage
26 ... EGR valve
27 ... EGR cooler
33 ... Crank position sensor
35 ... ECU
36 Accelerator opening sensor
37 ... In-cylinder pressure sensor

Claims (2)

内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記内燃機関の吸気系に排気の一部を再循環させるEGR装置と、
再循環するEGRガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に更にEGRガス量を増大させる低温燃焼又は煤の発生量が最大になるEGRガス量よりも少ないEGRガスを再循環させる通常燃焼の何れか一方を選択して切り替える燃焼状態切替手段と、
前記気筒内の圧縮上死点での圧力及び膨張行程中の最高圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
気筒内の膨張行程中の最高圧力とその直前の圧縮上死点での圧力との偏差であって、前記内燃機関の燃焼状態が不安定となった場合の値を、前記運転状態検出手段により検出された機関運転状態から算出する失火レベル算出手段と、
気筒内の膨張行程中の最高圧力とその直前の圧縮上死点での圧力との偏差であって、前記内燃機関の燃焼状態が最適となった場合の値を、前記運転状態検出手段により検出された機関運転状態から算出する目標レベル算出手段と、
前記低温燃焼中において前記圧力検出手段で検出された気筒内の膨張行程中の最高圧力とその直前の圧縮上死点での圧力との偏差を算出する圧力偏差算出手段と、
前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記失火レベル算出手段により算出された値よりも大きい場合であって、前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記目標レベル算出手段により算出された値よりも大きい場合には前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記目標レベル算出手段により算出された値となるように燃料噴射時期を遅角させ、前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記目標レベル算出手段により算出された値よりも小さい場合には前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が前記目標レベル算出手段により算出された値となるように燃料噴射時期を進角させる燃料噴射時期補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関。
Fuel supply means for supplying fuel into the cylinders of the internal combustion engine;
An EGR device that recirculates part of the exhaust gas to the intake system of the internal combustion engine;
Increase the amount of soot generated by increasing the amount of recirculated EGR gas, and then increase the amount of EGR gas, and then increase the amount of EGR gas. Combustion state switching means for selecting and switching either normal combustion to be recirculated,
Pressure detecting means for detecting the pressure at the compression top dead center in the cylinder and the maximum pressure during the expansion stroke;
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
A deviation between the pressure at the maximum pressure and the compression top dead center immediately before in the expansion stroke in the cylinder, the value of the case where the combustion state of the internal combustion engine becomes unstable, by the operating condition detecting means Misfire level calculating means for calculating from the detected engine operating state ;
A deviation between the maximum pressure during the expansion stroke in the cylinder and the pressure at the compression top dead center just before that is detected by the operating state detecting means when the combustion state of the internal combustion engine is optimum. Target level calculation means for calculating from the engine operating state ,
Pressure deviation calculating means for calculating a deviation between the maximum pressure during the expansion stroke in the cylinder detected by the pressure detecting means during the low temperature combustion and the pressure at the compression top dead center immediately before the expansion stroke;
When the pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means is larger than the value calculated by the misfire level calculating means, the pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means is calculated by the target level calculating means. If the value is larger than the calculated value, the fuel injection timing is retarded so that the pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means becomes the value calculated by the target level calculating means , and the pressure deviation calculating means calculates When the pressure deviation is smaller than the value calculated by the target level calculation means, the fuel injection timing is set so that the pressure deviation calculated by the pressure deviation calculation means becomes the value calculated by the target level calculation means. Fuel injection timing correction means for advancing,
An internal combustion engine comprising:
前記内燃機関は複数の気筒を備え、何れかの気筒において前記圧力偏差算出手段が算出した圧力の偏差が所定のサイクル数連続して所定の範囲外となった場合には、他の気筒において前記圧力偏差算出手段により夫々算出された圧力の偏差の気筒間ばらつきが小さいときには他の気筒における圧力の偏差の平均値を用いて前記燃料噴射時期補正手段は前記所定の範囲外となった気筒の燃料噴射時期の補正を行い、一方、気筒間ばらつきが大きいときには前記燃料噴射時期補正手段は前記所定の範囲外となった気筒の燃料噴射時期の補正を行わないことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。The internal combustion engine is provided with a plurality of cylinders, one of when the pressure deviation of the pressure difference calculation means has calculated the cylinder becomes a predetermined range continuously a predetermined number of cycles, the in the other cylinders When the cylinder-to-cylinder variation in pressure deviation calculated by the pressure deviation calculating means is small, the fuel injection timing correcting means uses the average value of the pressure deviation in the other cylinders, and the fuel injection timing correcting means uses the fuel in the cylinders outside the predetermined range. 2. The fuel injection timing correction unit according to claim 1, wherein the fuel injection timing correction unit does not correct the fuel injection timing of the cylinder that is out of the predetermined range when the injection timing is corrected while the variation between cylinders is large. Internal combustion engine.
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