JP5046190B2 - In-cylinder injection internal combustion engine control device - Google Patents
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Description
この発明は、筒内噴射型内燃機関の制御装置に係り、特に燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関において燃料噴射時期を制御してノッキングを抑制する筒内噴射型内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a direct injection internal combustion engine, and more particularly to a direct injection internal combustion engine that controls fuel injection timing and suppresses knocking in a direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber. The present invention relates to a control device.
車載用の筒内噴射型内燃機関においては、燃料タンク内の燃料を低圧側の電磁式燃料ポンプで圧送し、そして、この低圧の燃料を高圧側の機械式燃料ポンプで高圧にし、さらに、この高圧の燃料をデリバリパイプで分配して燃料噴射弁から燃焼室内に直接的に噴射している。
このような筒内噴射型内燃機関の制御装置には、燃焼室内に直接燃料を供給可能な燃料供給装置を備え、また、内部状態を含む様々な状態に応じて燃料噴射量を制御するとともに、所定条件では燃料噴射を複数回に分割して行うように制御する燃料噴射機能を有する制御手段を備えたものがある。
In a cylinder injection type internal combustion engine for in-vehicle use, fuel in a fuel tank is pumped by a low-pressure side electromagnetic fuel pump, and this low-pressure fuel is made high-pressure by a high-pressure side mechanical fuel pump. High pressure fuel is distributed by a delivery pipe and directly injected from a fuel injection valve into a combustion chamber.
Such a direct injection internal combustion engine control device includes a fuel supply device capable of supplying fuel directly into the combustion chamber, and controls the fuel injection amount in accordance with various states including an internal state. There are some equipped with a control means having a fuel injection function for performing control so that fuel injection is divided into a plurality of times under predetermined conditions.
従来、筒内噴射型内燃機関の制御装置には、ノッキングの発生が検出されたときの実際の点火時期とその運転条件における推定最適点火時期とのずれに基づき、燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分割噴射するとともに、噴射圧、噴射時期、噴射割合の中の少なくともいずれか一つを変更するものがある。
内燃機関の制御装置には、筒内噴射型内燃機関において、機関運転状態が、燃焼室内の吸気の燃料による冷却が必要とされるような所定の第一領域にあるときに、その第一領域以外の所定の第二領域にある場合に比べ、燃料噴射の噴射率を低下し、その噴射率が低下した分、噴射時間を長くし、燃焼室内の吸気の冷却を有利とするものがある。
The internal combustion engine control device includes a first region when the engine operating state is in a predetermined first region where cooling of the intake air in the combustion chamber is required in the direct injection internal combustion engine. Compared to the case where the fuel injection rate is in a predetermined second region other than the above, there is a fuel injection rate that is reduced, and the injection time is increased by that amount, which is advantageous for cooling the intake air in the combustion chamber.
ところで、従来、高圧縮比の内燃機関、あるいは、低回転高負荷等の機関運転条件における内燃機関においては、この内燃機関の部品に損傷を与えようとするノッキングが発生することから、点火時期の遅角制御や可変バルブ機構のバルブタイミング制御等を用いてノッキングを抑制しているが、これらのノッキングの抑制手法は、内燃機関の性能を低下させる弊害を併せ持っているので、改善が望まれていた。
また、筒内噴射型内燃機関は、燃焼室内に直接燃料を噴射することで、燃料蒸発による気化潜熱を利用し、混合気温度を低下させることが可能となるため、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型内燃機関に比ベて、ノッキングが発生しにくいものである。一方、内燃機関の性能に大きな影響を与えるノッキングは、燃焼室内の混合気温度に大きく影響を受け、吸気行程から圧縮行程時における混合気温度が低ければ低い程、圧縮行程後(点火直前)の混合気温度が低くなり、発生しにくくなるものである。
一般的に、ノッキングの発生に大きな影響を与える圧縮行程後の混合気温度を低下させるためには、圧縮行程の開始時の混合気温度を低下させることが有効となる。そこで、吸気バルブの閉時期と同期して、噴射した全燃料を全て気化させることができれば、効率良く圧縮行程後の混合気温度の低下が図れる。しかし、吸気バルブの閉時期近傍に合わせて燃料を全て噴射してしまうと、混合気の均質度が低下して内燃機関の性能の低下を招くおそれがある。
また、上記の特許文献においては、燃料噴射と並行して点火時期の進角を実施する一方、早期に分割噴射の前期噴射である主噴射を多少のずれが含まれることを許容する程度に吹く、つまり、大方(大雑把に)吹いておき、ノッキングが発生するようであれば、後期に行う分割噴射を微調整するものであり、この分割噴射の後期噴射を、圧縮行程中、特にその後期に行う構成であっても、燃焼室内の混合気を冷却する効果はあるが、混合気の冷却効率の点で、さらに改良の余地があった。
更に、従来においては、分割噴射の後期噴射を行う場合でも、燃焼室内の混合気の冷却を目的としているのではなく、燃焼室内の燃料の濃度分布を層状化することを目的とし、また、点火プラグ周りに濃い混合気を生成させることを目的としていることもあり、圧縮行程で噴射する場合に、混合気を冷却する効果はある。しかし、混合気の冷却効率の点で、さらに改良の余地があることは、上記の特許文献と同様である。
更にまた、筒内噴射型内燃機関においては、一般的に、吸気行程での噴射であっても、混合気を冷却する効果はある。しかし、噴射時期が早過ぎる分は、その後の充填空気によって平均温度が上がって充填効率が下がり、一方、噴射時期が遅い分には、充填効率を上げる時期に冷却させることができない。よって、混合気の冷却効率の点で、さらに改良の余地があることは、上記の特許文献と同様である。
Conventionally, in an internal combustion engine with a high compression ratio, or an internal combustion engine under engine operating conditions such as a low rotation and high load, knocking that tends to damage the components of the internal combustion engine occurs. Knocking is suppressed by using retard angle control, valve timing control of variable valve mechanism, etc., but these knocking suppression methods have the adverse effect of lowering the performance of the internal combustion engine, so improvement is desired. It was.
Further, the direct injection internal combustion engine injects fuel directly into the combustion chamber, thereby making it possible to reduce the mixture temperature by using the latent heat of vaporization caused by the evaporation of the fuel. Compared to a port injection type internal combustion engine, knocking is less likely to occur. On the other hand, knocking that greatly affects the performance of the internal combustion engine is greatly affected by the mixture temperature in the combustion chamber, and the lower the mixture temperature from the intake stroke to the compression stroke, the lower the post-compression stroke (just before ignition). The mixture temperature becomes low and it is difficult to generate.
Generally, in order to lower the mixture temperature after the compression stroke that greatly affects the occurrence of knocking, it is effective to lower the mixture temperature at the start of the compression stroke. Therefore, if all the injected fuel can be vaporized in synchronism with the closing timing of the intake valve, the temperature of the mixture after the compression stroke can be reduced efficiently. However, if all the fuel is injected in the vicinity of the closing timing of the intake valve, the homogeneity of the air-fuel mixture may be reduced, leading to a decrease in the performance of the internal combustion engine.
Further, in the above-mentioned patent document, the ignition timing is advanced in parallel with the fuel injection, while the main injection, which is the first injection of the divided injection, is blown to the extent that some deviation is included at an early stage. In other words, if it blows mostly (roughly) and knocking occurs, it will finely adjust the divided injection performed in the latter period, and the latter part of the divided injection will be adjusted during the compression stroke, especially in the latter period. Even if it is the structure to perform, although there exists an effect which cools the air-fuel | gaseous mixture in a combustion chamber, there was room for improvement from the point of the cooling efficiency of air-fuel | gaseous mixture.
Furthermore, in the past, even in the case of late injection of split injection, the purpose is not to cool the air-fuel mixture in the combustion chamber, but to stratify the fuel concentration distribution in the combustion chamber. It may be intended to generate a rich air-fuel mixture around the plug, and has an effect of cooling the air-fuel mixture when it is injected in the compression stroke. However, it is the same as the above-mentioned patent document that there is room for further improvement in terms of the cooling efficiency of the air-fuel mixture.
Furthermore, in a cylinder injection internal combustion engine, generally, there is an effect of cooling the air-fuel mixture even in the injection in the intake stroke. However, if the injection timing is too early, the average temperature is increased by the subsequent charging air and the charging efficiency is lowered. On the other hand, if the injection timing is late, it cannot be cooled when the charging efficiency is increased. Therefore, it is the same as the above-mentioned patent document that there is room for further improvement in terms of the cooling efficiency of the air-fuel mixture.
そこで、この発明の目的は、燃焼室内の混合気温度を下げて、圧縮行程から点火時に至る過程での異常燃焼、特にノッキングの発生防止、スモークの発生防止、圧縮前の混合気温度を下げて圧縮に伴う温度上昇を含めて効率を上げる筒内噴射型内燃機関の制御装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to reduce the temperature of the mixture before the compression, by reducing the temperature of the mixture in the combustion chamber and preventing abnormal combustion in the process from the compression stroke to the ignition, especially the occurrence of knocking, the prevention of smoke, and the compression. It is an object of the present invention to provide a control device for a direct injection internal combustion engine that increases the efficiency including a temperature rise accompanying compression.
この発明は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を供給可能な燃料供給装置を備え、前記内燃機関の内部状態を含む様々な状態に応じて燃料噴射量を制御するとともに、所定条件では燃料噴射を複数回に分割して行うように制御する燃料噴射機能を有する制御手段を備えた筒内噴射型内燃機関の制御装置において、前記内燃機関に吸気バルブの開閉時期を変更する可変バルブ機構を設け、前記吸気バルブの開閉時期を人為操作及びエミッション条件を含む様々な条件に応じて進角及び遅角するように変更制御する位相制御機能を前記制御手段に有さしめる一方、前記制御手段は、変更される前記吸気バルブの開期間に燃料噴射を分割して行うとともに、分割最後の燃料噴射を前記吸気バルブの閉時期に対して所定時間前に全量噴射完了し、且つ最後噴射量の気化に要する時間を考慮して前記所定時間を前記最後の分割噴射の噴射量から設定することを特徴とする。 The present invention includes a fuel supply device capable of supplying fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, controls the fuel injection amount in accordance with various states including the internal state of the internal combustion engine, and performs fuel injection under a predetermined condition. In a control apparatus for a direct injection internal combustion engine provided with a control means having a fuel injection function that performs control so as to be divided into a plurality of times, the internal combustion engine is provided with a variable valve mechanism for changing the opening and closing timing of the intake valve, The control means has a phase control function to change and control the opening / closing timing of the intake valve so as to advance and retard according to various conditions including artificial operation and emission conditions. The fuel injection is divided during the intake valve opening period, and the final fuel injection is completed for a predetermined time before the closing timing of the intake valve. Taking into account the time required for vaporization of the injection amount and sets the predetermined time from the injection amount of the final split injection.
この発明の筒内噴射型内燃機関の制御装置は、燃焼室内の混合気温度を下げることにより、圧縮行程から点火時に至る過程での異常燃焼、特にノッキングの発生防止、スモークの発生防止、圧縮前の混合気温度を下げて圧縮に伴う温度上昇を含めて効率を上げることができる。
特に、分割噴射の後期噴射において、少ない燃料配分で最大の混合気の冷却効果を得ようとするように効率化を図り、また、制御パラメータの増加による制御の複雑化を防止し、制御手段の負荷の増大を防止して制御精度を高めることができる。
The control device for a direct injection internal combustion engine according to the present invention reduces the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber, thereby preventing abnormal combustion in the process from the compression stroke to the ignition time, particularly knocking, smoke, and before compression. The efficiency of the gas mixture can be increased by lowering the temperature of the air-fuel mixture, including the temperature rise accompanying compression.
In particular, in the latter-stage injection of split injection, the efficiency is improved so as to obtain the maximum cooling effect of the air-fuel mixture with a small fuel distribution, and the control means is prevented from becoming complicated due to an increase in control parameters. Control accuracy can be increased by preventing an increase in load.
この発明は、圧縮行程から点火時に至る過程での異常燃焼、特にノッキングの発生防止、スモークの発生防止、圧縮前の混合気温度を下げて圧縮に伴う温度上昇を含めて効率を上げる目的を、燃焼室内の混合気温度を下げて実現するものである。
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。
The purpose of the present invention is to prevent abnormal combustion in the process from the compression stroke to ignition, in particular, to prevent knocking, to prevent the occurrence of smoke, to lower the mixture temperature before compression, and to increase the efficiency including the temperature increase due to compression, This is achieved by lowering the temperature of the mixture in the combustion chamber.
Embodiments of the present invention will be described in detail and specifically with reference to the drawings.
図1〜図9は、この発明の実施例を示すものである。
図6において、1は車載用で多気筒用の筒内噴射型内燃機関(以下「内燃機関」という)、2はこの内燃機関1の制御装置である。
内燃機関1は、図6、図7に示すように、シリンダブロック3とシリンダヘッド4とシリンダヘッドカバー5とが一体的になって構成されている。シリンダブロック3には、シリンダ(気筒)6が形成されているとともに、このシリンダ6内でピストン7が摺動可能に設けられる。
内燃機関1には、図7に示すように、シリンダブロック3のシリンダ6とピストン7とシリンダヘッド4とによって燃焼室8が形成される。ピストン7は、コネクティングロッド9を介してクランク軸10(図8参照)に連結している。
シリンダヘッド4には、燃焼室8と連通するように、吸気側で、吸気口11を備えた吸気ポート12が形成されているとともに、排気側で、排気口13を備えた排気ポート14が形成されている。また、シリンダヘッド4には、中央部位で、燃焼室8内に臨んだ点火プラグ15が上下方向に指向して取り付けられている。
1 to 9 show an embodiment of the present invention.
In FIG. 6, reference numeral 1 denotes an in-vehicle and multi-cylinder direct injection internal combustion engine (hereinafter referred to as “internal combustion engine”), and 2 is a control device for the internal combustion engine 1.
As shown in FIGS. 6 and 7, the internal combustion engine 1 includes a
In the internal combustion engine 1, as shown in FIG. 7, a
In the
シリンダヘッド4には、動弁機構16が設けられる。この動弁機構16においては、吸気側で、吸気カム軸17が吸気カムキャップ18で支持され、また、吸気カム軸17で駆動される吸気バルブ19が吸気タペット20を介して設けられる。また、シリンダヘッド4には、排気側で、排気カム軸21が排気カムキャップ22で支持され、また、排気カム軸21で駆動される排気バルブ23が排気タペット24を介して設けられている。
吸気バルブ19は、この吸気バルブ19に固定した吸気スプリング座部25とシリンダヘッド4の吸気ヘッド壁部26との間に保持された吸気スプリング27の弾発力によって往復動可能であり、吸気口11を開閉する。
この吸気バルブ19は、基本的に、開時期(吸気バルブ開時期)から閉時期(吸気バルブ閉時期)までの開時間がクランク角180°以上を有している。この吸気バルブ19の開時間は、内燃機関1の吸気行程となるものであり、後述する可変バルブ機構83によって進角及び遅角されることにより変化する。また、内燃機関1の吸気行程は、クランク角に対応した上死点(TDC、0°、±360°(その360°周期))及び下死点(BDC、±180°(その360°周期))を跨いで変化する。
排気バルブ23は、この排気バルブ23に固定した排気スプリング座部28とシリンダヘッド4の排気ヘッド壁部29との間に保持された排気スプリング30の弾発力によって往復動可能であり、排気口13を開閉する。
The
The
The
The
図6に示すように、内燃機関1の吸気側においては、エアクリーナ31と、このエアクリーナ31から燃焼室8側に吸入空気を導く吸気管32と、スロットルバルブ33を備えたスロットルボディ34と、サージタンク35が一体でシリンダヘッド4に取り付けられる吸気マニホルド36とが、順次に接続されている。また、吸気管32途中には、エアクリーナ31側から順次に、吸入空気を過給して燃焼室8内に供給する過給機37と、この過給機37で過給された吸入空気を冷却するインタクーラ38とが取り付けられる。これにより、吸気管32は、エアクリーナ31と過給機37間の第1吸気管部32Aと、過給機37とインタクーラ38間の第2吸気管部32Bと、インタクーラ38とスロットルボディ34間の第3吸気管部32Cとに分割される。
スロットルバルブ36は、燃焼室8への吸入空気量を制御するものであり、電子制御型のスロットルバルブとしても良く、急激な変化を抑制したり、無駄な全負荷状態を減らしたりすれば、過渡応答が安定し、より安定した制御が可能となる。
As shown in FIG. 6, on the intake side of the internal combustion engine 1, an
The
一方、内燃機関1の排気側においては、内燃機関1からの排気を導くようにシリンダヘッド4に取り付けられる排気マニホルド39と、触媒コンバータ40と、排気管41とが、順次に接続されている。
On the other hand, on the exhaust side of the internal combustion engine 1, an
過給機37は、過給機ケース42内で、第1吸気管部32Aと第2吸気管部32B間に配設されたコンプレッサ43と、排気マニホルド39と触媒コンバータ40との間に配設されて排気流によりコンプレッサ43を駆動するタービン44とを備えるとともに、コンプレッサ43とタービン44とをターボ軸45で連結して構成されている。このタービン44への排気量は、ウエストゲート機構46によって調整される。
このウエストゲート機構46は、タービン44を迂回するように過給機ケース42に形成した過給バイパス通路47を開閉する開閉弁48と、この開閉弁48を作動するバルブアクチェエータ49と、このバルブアクチェエータ49と第1吸気管部32Aとを連通するアクチェエータ圧力通路50と、このアクチェエータ圧力通路50に設けられてバルブアクチェエータ49への空気圧力を制御するウエストゲート制御弁(VSV)51とを備えている。
The
The
吸気管32には、過給機37の上流と下流との吸気圧力を調整する圧力調整装置52が設けられる。この圧力調整装置52は、過給機37を迂回するように第1吸気管部32Aと第2吸気管部32Bとを連通する圧力調整通路53と、この圧力調整通路53の途中に設けられた圧力調整弁54と、この圧力調整弁54と第2吸気管部32Bとを連通する圧力連絡通路55と、この圧力連絡通路55の途中に設けられた圧力制御弁56とを備えている。
The
内燃機関1には、燃料供給装置57が設けられる。この燃料供給装置57は、内燃機関1の燃焼室8内に直接燃料を供給可能なものであり、低圧燃料機構58と高圧燃料機構59とからなる。
低圧燃料機構58には、燃料タンク60内で低圧側の電磁式燃料ポンプ61が設けられ、この電磁式燃料ポンプ61にオイルフィルタ62を介して圧力レギュレータ63が接続され、この圧力レギュレータ63に低圧側燃料供給通路64の一端が接続されている。電磁式燃料ポンプ61は、燃料タンク60内の燃料を内燃機関1側に圧送する。
高圧燃料機構59には、低圧側燃料供給通路64の他端で高圧側の機械式燃料ポンプ65が設けられている。この機械式燃料ポンプ65は、排気カム軸21の回転によって機械的に駆動され、電磁式燃料ポンプ61側からの低圧の燃料を高圧して後述する燃料噴射弁69に圧送する。この機械式燃料ポンプ65には、燃料タンク60内に開口した燃料戻り通路66が接続している。
また、機械式燃料ポンプ65には、高圧側燃料供給通路67の一端が接続している。この高圧側燃料供給通路67の他端は、シリンダヘッド4に取り付けたデリバリパイプ68に接続されている。このデリバリパイプ68には、シリンダヘッド4に取り付けられた燃料噴射弁69が接続している。
この燃料噴射弁69は、吸気側の吸気ポート12と並んで燃焼室8内に臨んで取り付けられ、内燃機関1の吸気行程時に燃料にタンブル流を生じさせる(図7参照)。
また、この燃料噴射弁69は、後述の制御手段122で決定された噴射パルスに応じて燃料を燃焼室8内に直接噴射する。燃料噴射弁69には、図6に示すように、該燃料噴射弁69への電圧を高くする燃料噴射弁ドライバ70が連絡している。
この燃料供給装置57においては、燃焼室8内に燃料を直接噴射することにより、燃料の持つ気化潜熱が燃焼室8内の混合気温度を下げ、充填効率を向上するとともに、耐ノッキング性能を向上し、また、圧縮比(最大圧縮比)を高い値に設定することができ、高トルク、高出力化を可能とし、更に、燃焼速度が速いため、後述するEGR装置80によるEGR制御によって大量の排気を導入しても安定した燃焼が可能となり、しかも、EGR制御を広い運転範囲で行うことで、NOx及びポンピングロス(ポンプ損失)を低減し、排気ガス浄化性能を向上し、低燃費とする。
The internal combustion engine 1 is provided with a
The low
The high
In addition, one end of a high-pressure side
The
The
In this
内燃機関1には、蒸発燃料制御装置71が設けられる。この蒸発燃料制御装置71においては、燃料タンク60に二ウェイチェックバルブ72を取り付け、この二ウェイチェックバルブ72にエバポ通路73の一端を接続し、このエバポ通路73の他端にキャニスタ74を設け、このキャニスタ74にパージ通路75の一端を接続し、このパージ通路75の他端をスロットルバルブ33よりも下流のスロットルボディ34内に連通し、そして、パージ通路75の途中にパージ弁(VSV)76が設けている。
The internal combustion engine 1 is provided with an evaporated
また、内燃機関1には、アイドル回転数制御装置77が設けられる。このアイドル回転数制御装置77においては、スロットルバルブ33を迂回してスロットルボディ34内とサージタンク35内とを連通するようにアイドル空気通路78を設け、このアイドル空気通路78の途中に燃焼室8へのアイドル空気量を調整するISCバルブ(アイドル空気量制御バルブ)79を設けている。
The internal combustion engine 1 is provided with an idle speed control device 77. In this idle speed control device 77, an
更に、内燃機関1には、EGR装置80が設けられる。このEGR装置80においては、サージタンク35と排気マニホルド39とを連通するEGR通路81を設け、このEGR通路81途中にEGR弁82を設けている。このEGR装置80は、機関回転数及び吸気管圧力の状態に応じてEGR弁82の目標開度を定め、この目標開度に水温補正を加えてEGR弁82の開度を最適に制御する後述の制御手段122によって作動される。
Further, the internal combustion engine 1 is provided with an
また、内燃機関1には、図8に示すように、可変バルブ機構(VVT)83が設けられる。この可変バルブ機構83は、吸気バルブ19の開閉時期を変更するものであり、油圧制御弁(OCV)を介在させた油圧制御型可変バルブ機構や、電動モータを介在させた電動制御型可変バルブ機構等からなる。
この実施例において、図8に示すように、可変バルブ機構83は、油圧制御型のものであり、油圧アクチュエータ84と油圧制御弁(OCV)85とを備えている。
油圧アクチュエータ84は、クランク軸10のクランクスプロケットにタイミングチェーンを介して連結したアクチュエータスプロケット86と、このアクチュエータスプロケット86と共に吸気カム軸17に取付ボルト87で取り付けられたアクチュエータケース88と、このアクチュエータケース88内に配置されたロータ89とからなる。アクチュエータケース88には、進角室90と遅角室91とが形成される。
油圧制御弁85は、バルブ本体92を備えている。このバルブ本体92には、内部でソレノイド93を収容するソレノイド収容部94とスプール弁95を摺動させるスプール孔96とが形成されているとともに、このスプール孔96から外部に連通する油圧導入口97と進角口98と遅角口99とドレン口100とが並列に形成されている。
この油圧制御弁85は、後述する制御手段122からのデューティ制御信号によってソレノイド93が励磁・非励磁され、このソレノイド93によってスプール弁95が往復動して油圧導入口97と進角口98と遅角口99とドレン口100とを所要に切り替える。
油圧制御弁85の油圧導入口97には、オイルフィルタ62に連通する油圧導入通路101が接続している。油圧アクチュエータ84の進角室90と油圧制御弁85の進角口98とは、進角室通路102で接続している。油圧アクチュエータ84の遅角室91と油圧制御弁85の遅角口99とは、遅角室通路103で接続している。油圧制御弁85のドレン口100には、オイルパン104に連通するドレン通路105が接続している。
この可変バルブ機構83においては、吸気カム軸17の位相をクランク軸10の基準位置に対して変更させるものが適用可能である。そこで、この実施例では、後述する制御手段122には、吸気バルブ19の開閉時期の位相を、人為操作及びエミッション条件を含む様々な機関運転条件に応じて、進角及び遅角するように変更制御する位相制御機能を有さしめる。
また、この可変バルブ機構83の作動により、吸気行程と圧縮行程とがクランク角に対して変化するとともに、点火時期も変化するものである。
図9に示すように、可変バルブ機構83において、吸気バルブ19の位相を遅角することによって、下死点(BDC)を跨ぐことになり、よって、実質的な圧縮行程が短くなり、実圧縮比が変化する。これは、吸気バルブ19の位相が変化しない膨張行程との関係や、圧縮行程よりも膨張行程の方が長い高膨張比システムとなり、内燃機関1の高効率化に寄与する。一方、吸気バルブ19の位相を進角することによって、上死点(TDC)を跨ぐことになり、また、排気バルブ23の位相とオーバーラップする期間(図9の「バルブオーバーラップ」で示す)が増大する。機関回転数によってこの位相制御(VVT等の作動)を実施することは、動力性能(特にトルク)の向上と低燃費と排出ガス低減を、内燃機関1の運転全域にわたってバランスさせて成立するのに貢献する。
なお、この可変バルブ機構83としては、2段ステージ、3段ステージといったマルチステージカムの選択的乗り換えによって構成しても良いし、可変バルブリフト(VVL)機能を併せ持つように構成しても良い。少なくとも吸気バルブ19の閉時期がピストン7の下死点(それに対応するクランク角)に対して、位相を変更できる機能を有していれば、適用可能である。
Further, the internal combustion engine 1 is provided with a variable valve mechanism (VVT) 83 as shown in FIG. The
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the
The
The
In the
A hydraulic pressure introduction passage 101 communicating with the
In this
Further, by the operation of the
As shown in FIG. 9, in the
The
また、図6に示すように、内燃機関1のシリンダヘッドカバー5には、点火プラグ15に接続したイグニションコイル106が取り付けられているとともに、PCVバルブ107が取り付けられている。このPCVバルブ107には、サージタンク35内に連通するタンク側ブローバイガス通路108が接続している。また、シリンダヘッドカバー5には、エアクリーナ31の直下流の第1吸気管部32A内に連通するクリーナ側ブローバイガス通路109が接続している。
Further, as shown in FIG. 6, an
図8に示すように、内燃機関1には、クランク軸10のクランク角を検出するクランク角センサ110と、吸気カム軸17のカム角を検知するカム角センサ111とが設けられている。クランク角センサ110は、クランク角を検出し、後述する制御手段122において、燃料噴射の開始時期を決定させ、また、機関回転数を検出する機能を有し、この機関回転数により機械式燃料ポンプ65からの燃料吐出量を算出させる。
また、図6に示すように、内燃機関1には、第1吸気管部32Aに取り付けられて吸入空気量を検出するエアフローセンサ112と、デリバリパイプ68に取り付けられて燃料噴射弁69への燃料の圧力(燃圧)を検出する燃圧センサ113と、吸気マニホルド36の一部に形成した冷却水通路114内の冷却水温度を機関温度として検出する水温センサ115と、燃焼室8内のノッキングを検出するノックセンサ116とが取り付けられている。燃圧センサ113は、後述の制御手段122で、燃圧補正値を決定させる。エアフローセンサ112と水温センサ115とは、後述の制御手段122で、燃料噴射量を決定させる。
スロットルボディ34には、スロットルバルブ33のスロットル開度を検出するスロットルセンサ117が設けられ、また、スロットルバルブ33よりも下流に導圧通路118の一端が接続している。この導圧通路118の他端には、スロットルバルブ33の下流の吸気管圧力を検出する吸気圧センサ119が設けられている。この吸気圧センサ119は、後述の制御手段122で、燃料噴射量を決定させる。
サージタンク35には、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ120が取り付けられている。この吸気温センサ120は、後述の制御手段122で、吸気温補正値を決定させる。
触媒コンバータ40には、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ(O2センサ)121が取り付けられている。
As shown in FIG. 8, the internal combustion engine 1 is provided with a
Further, as shown in FIG. 6, the internal combustion engine 1 includes an air flow sensor 112 that is attached to the first
The
An intake
The
ウエストゲート制御弁51と圧力制御弁56と電磁式燃料ポンプ61と燃料噴射弁ドライバ70とパージ弁76とISCバルブ79とEGR弁82と油圧制御弁85とイグニションコイル106とクランク角センサ110とカム角センサ111とエアフローセンサ112と燃圧センサ113と水温センサ115とノックセンサ116とスロットルセンサ117と吸気圧センサ119と吸気温センサ120と酸素センサ121とは、制御手段(ECM)122に連絡している。
また、この制御手段122には、メインスイッチ123及びフューズ124を介したバッテリ125とが連絡している。制御手段122は、バッテリ125のバッテリ電圧を検知可能なものである。
なお、燃料供給装置57、可変バルブ機構83等の各装置は、CANや通信等によって構成することも可能である。
Further, the control means 122 communicates with a
Each device such as the
制御手段122は、内燃機関1の内部状態を含む様々な状態に応じて燃料噴射量を制御するとともに、所定条件では燃料噴射を複数回に分割して行うように制御する燃料噴射機能を有する。
また、制御手段122には、吸気バルブ19の開閉時期を人為操作及びエミッション条件を含む様々な条件に応じて進角及び遅角するように変更制御する位相制御機能を有さしめる。
この制御手段122は、変更される吸気バルブ19の開期間に燃料噴射を分割して行う(吸気行程中の分割噴射)とともに、分割最後の燃料噴射を前記吸気バルブ閉時期に対して所定時間前に全量噴射完了し、且つ最後噴射量の気化に要する時間(蒸発時間)を考慮して(時間と同等となるように)前記所定時間を設定する。前記所定時間は、分割噴射の後期噴射時間であり、後述するノック抑制噴射期間と燃料気化期間とを加えた燃料の蒸発時間である。
また、この制御手段122は、分割噴射回数を2回として、最初の主噴射における噴射量と最後の分割噴射の噴射量との配分を、機関回転数及び機関負荷を含む所定の機関運転条件によって変更する。
更に、制御手段122は、機関運転条件からの配分によって決めた前記最後の分割噴射の噴射量から前記最後噴射量の気化に要する時間を求め、位相制御に伴って変化する吸気バルブ17の閉時期に基づいて分割最後の燃料噴射を開始するように制御する。
ここで、分割噴射とは、一気筒の一回の燃焼サイクルについて必要とする全燃料噴射を分割して噴射することである。
The control means 122 has a fuel injection function of controlling the fuel injection amount in accordance with various states including the internal state of the internal combustion engine 1 and controlling the fuel injection to be divided into a plurality of times under a predetermined condition.
Further, the control means 122 has a phase control function for changing and controlling the opening / closing timing of the
The control means 122 divides fuel injection during the opening period of the
Further, the control means 122 sets the number of divided injections to two, and distributes the injection amount in the first main injection and the injection amount in the last divided injection according to predetermined engine operating conditions including the engine speed and the engine load. change.
Further, the control means 122 obtains the time required for vaporizing the final injection amount from the injection amount of the final divided injection determined by the distribution from the engine operating conditions, and the closing timing of the
Here, the split injection is to split and inject all fuel injections required for one combustion cycle of one cylinder.
このため、制御手段122には、図6に示すように、上記の各燃料噴射制御を実施する燃料噴射制御部122Aと点火時期制御部122Bとを備える。
For this reason, as shown in FIG. 6, the control means 122 includes a fuel
この制御手段122の燃料噴射制御部122Aにおいては、燃料噴射の分割噴射で、1サイクル中の総噴射量における分割噴射の前期噴射(主噴射)と分割噴射の後期噴射(最後噴射、副噴射)との配分は、機関回転数と機関負荷によって設定されたテーブル(マップ)を参照して決める。なお、この場合、機関温度である冷却水温度等の温度条件による補正されたテーブルを設けても良い。
分割噴射の後期噴射であるノック抑制噴射の燃料噴射量に対応する燃料気化期間(気化遅れ時間)は、便宜上、ノック抑制噴射期間の終了後からの期間として図2に示しているが、実際には、ノック抑制噴射の開始直後から燃料気化が始まるので、図2におけるノック抑制噴射期間及び燃料気化期間の総和期間は、略正しい燃料気化期間(蒸発時間)となる。
内燃機関1の始動後の通常噴射制御は、基本的に、噴射時期を、カム角センサ111からの信号を基に吸気行程の所定時期として、シーケンシャル噴射を行う。燃料噴射量に対応する燃料噴射時間は、吸気管圧力と機関回転数とにより基本噴射時間を決定し、この基本噴射射時間に各センサからの信号による補正を加え、機関運転状態に応じた最適な燃料噴射時間を決定する。機関運転条件より求める燃料噴射量(分割噴射の総和)は、様々な補正を含めたものとしている。
この燃料噴射制御の補正は、吸気温度の変化による空気密度の差を補正する吸気温補正、冷機時の冷却水温度に応じて燃料噴射量を増量し、暖機が進むにつれ補正量を漸減する暖機補正、大気圧の変化によって生じる空燃比のずれを補正する大気圧補正、スロットル開度の変化に応じて燃料噴射時間を補正するスロットル開度補正、加速、減速状態を検出して、加速時は補正量を増加させ加速性能の向上を図り、減速時は補正量を減少させことにより排ガス抑制及び燃費向上を図る加速増量減速減量補正、EGR導入時又はEGRカット時の空燃比の変化を補正するEGR補正、各運転域における目標空燃比からのずれを補正する空燃比(A/F)補正、排ガス中の酸素濃度から空燃比を理論空燃比に保つよう補正するフィードバック補正、経年変化等でずれるベース空撚比を理論空燃比付近に保つよう補正する学習補正、蒸発燃料導入時又は蒸発燃料カット時の空燃比の変化を補正するパージ濃度補正、等の各補正を含むものである。
この場合、分割噴射の全てが吸気行程での噴射となり、遅い時期での噴射はないので、スモークは発生し難く、混合気を均質にすることができる。
In the fuel
The fuel vaporization period (vaporization delay time) corresponding to the fuel injection amount of knock suppression injection, which is the late injection of split injection, is shown in FIG. 2 as a period after the end of the knock suppression injection period for convenience. Since the fuel vaporization starts immediately after the start of the knock suppression injection, the total period of the knock suppression injection period and the fuel vaporization period in FIG. 2 is a substantially correct fuel vaporization period (evaporation time).
The normal injection control after the internal combustion engine 1 is started basically performs sequential injection with the injection timing as a predetermined timing of the intake stroke based on a signal from the
The correction of this fuel injection control is an intake air temperature correction that corrects the difference in air density due to a change in intake air temperature, the fuel injection amount is increased according to the cooling water temperature during cooling, and the correction amount is gradually decreased as the warm-up progresses. Warm-up correction, atmospheric pressure correction that corrects the deviation of air-fuel ratio caused by changes in atmospheric pressure, throttle opening correction that corrects fuel injection time according to changes in throttle opening, acceleration and deceleration state detection, acceleration Increase the correction amount to improve acceleration performance at the time, and reduce the correction amount at the time of deceleration to reduce the exhaust gas and improve fuel efficiency by accelerating increase / decrease / decrease correction, change the air / fuel ratio when EGR is introduced or EGR cut EGR correction for correcting, air-fuel ratio (A / F) correction for correcting deviation from the target air-fuel ratio in each operating region, feedback correction for correcting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio from the oxygen concentration in the exhaust gas, This includes various corrections such as a learning correction that corrects the base air twist ratio that shifts due to a yearly change, etc., to keep it near the theoretical air-fuel ratio, and a purge concentration correction that corrects the change in the air-fuel ratio when evaporative fuel is introduced or when evaporative fuel is cut. .
In this case, all of the divided injections are injections in the intake stroke, and there is no injection at a later time, so that smoke is hardly generated and the air-fuel mixture can be made homogeneous.
この燃料噴射の補正においては、分割噴射の前期噴射である主噴射は、さらに複数の分割を行っても良い。燃焼室内に臨ませて設けた燃料噴射弁69のノズルを改良し、噴霧の分散を、指向させて所望の分布状態として、燃焼室内に最適化するようにしても良い。吸気ポート12に設けた他の燃料噴射弁を併設し、分割噴射の前期噴射を吸気ポート12に設けた他の燃料噴射弁にて行うようにしても良い。燃料噴射の補正に、内燃機関1の始動直後に増量し、その後、補正量を漸減することで、運転性を円滑にする始動直後増量補正、バッテリ電圧の低下による噴射時期の遅れを補正するため、バッテリ電圧の降下具合に応じて、燃料噴射弁69ヘの通電時間を長くする電圧補正、燃圧の変動による噴射量の増減補正する燃圧補正、を含めても良い。また、吸気行程では、吸気流速の速い方が燃料の霧化や新気との均質化する混合が進みやすく、このため、他の装置を設けても良い。例えば、内燃機関1の低回転側では、バルブリフト量を変更して流速を上げ、そのような均質化する混合を比較的短い時間で行うことが可能となる。また、図7に示すように、タンブル流やスワールを利用して、撹拌しながら流速を上げ、そのような均質化する混合を比較的短い時間で行うことが可能になる。早く均質混合を行って安定的に燃焼することとなる範囲で、そのような技術を組み合わせても良い。
In the correction of the fuel injection, the main injection which is the first injection of the divided injection may be further divided into a plurality of parts. The nozzle of the
また、制御手段122の点火時期制御部122Bにおいて、点火時期制御は、機関回転数が所定アイドル回転数以下のとき、BTDC(上死点前)の所定角度で点火する始動時制御モードと、点火時期の大幅な進角、遅角を行うと内燃機関1に悪影響を与えるため、BTDC(上死点前)の所定角度〜ATDC(上死点後)の所定角度で制御する通常時制御モードがある。
アイドル運転時は、機関回転数により決定されるアイドル基本点火時期に冷却水温度、吸気圧に応じた補正を加えて最適な制御を行う。アイドル運転時以外は、吸気圧と機関回転数により決定される基本点火時期に各種補正を加えて最適な制御を行う。
この点火時期の補正は、冷却水温度に応じて補正を行い、冷却水温度が高い程遅角する水温補正、吸気温度に応じて補正を行い、吸気温度が高い程遅角する吸気温補正、通常より遅角側となるBTDC(上死点前)の所定角度〜ATDC(上死点後)の所定角度間のノックレベルをノックセンサ116により検出し、ノックレベルに応じた遅角を行うノック制御補正、一定条件下の加速時に遅角し、ノッキングを防止する加速時補正、を行う。
最適となる点火時期は、様々なパラメータによって様々に変化するが、基本的に、機関回転数が高く増大するにつれて、機関回転数が低い場合と比べて進角側となる。この時期近傍において、自己着火による異常異常燃焼、すなわちノッキングが起こらない状態としている。また、回転慣性やクランクオフセットを考慮して最適な所に、時期を設定すればよい。この実施例では、ノッキング限界となる進角の点火時期を高めることができる。このノッキングの改善により、内燃機関1の高圧縮比化ができ、機関回転数や機関負荷に基づいた最適な点火時期の特性の選択範囲を広げ、進角特性を向上することができ、高性能な内燃機関1を実現できる。
Further, in the ignition timing control unit 122B of the control means 122, the ignition timing control includes a start time control mode in which ignition is performed at a predetermined angle of BTDC (before top dead center) when the engine speed is equal to or lower than a predetermined idle speed, If the timing is greatly advanced or retarded, the internal combustion engine 1 is adversely affected. Therefore, the normal time control mode in which control is performed from a predetermined angle of BTDC (before top dead center) to a predetermined angle of ATDC (after top dead center) is provided. is there.
During idle operation, optimal control is performed by adding a correction according to the coolant temperature and intake pressure to the idle basic ignition timing determined by the engine speed. Except during idling, optimal control is performed by adding various corrections to the basic ignition timing determined by the intake pressure and engine speed.
This ignition timing is corrected according to the cooling water temperature, the water temperature correction is retarded as the cooling water temperature is high, the air temperature is corrected according to the intake air temperature, the intake air temperature correction is retarded as the intake air temperature is high, and the retarded angle is higher than normal. Knock control correction for detecting a knock level between a predetermined angle of BTDC (before the top dead center) to a predetermined angle of ATDC (after the top dead center) by the
Although the optimal ignition timing varies depending on various parameters, basically, as the engine speed increases and becomes higher, the ignition timing becomes more advanced than when the engine speed is low. Near this time, abnormal combustion due to self-ignition, that is, knocking does not occur. In addition, the timing may be set at an optimum place in consideration of the rotational inertia and the crank offset. In this embodiment, the ignition timing of the advance angle that becomes the knocking limit can be increased. By improving the knocking, the compression ratio of the internal combustion engine 1 can be increased, the selection range of the optimal ignition timing characteristic based on the engine speed and the engine load can be expanded, and the advance angle characteristic can be improved. A simple internal combustion engine 1 can be realized.
この点火時期制御の補正には、アイドル運転時の機関回転数の変動に応じて補正を行い、機関回転数が低下した場合は進角し、機関回転数が上昇した場合には遅角するアイドル安定化補正、フューエルカットからの復帰時の機関回転数の変動を減らすための補正を行うフューエルカット復帰補正、変速時に遅角することで機関トルクを下げ、変速ショックを抑制するトルクリダクション要求補正、等の各補正を含めても良い。 The ignition timing control is corrected in accordance with fluctuations in the engine speed during idle operation. The engine is advanced when the engine speed decreases, and is retarded when the engine speed increases. Stabilization correction, fuel cut return correction that corrects to reduce fluctuations in engine speed when returning from fuel cut, torque reduction request correction that suppresses shift shock by reducing engine torque by retarding during gear shifting, Etc. may be included.
図8に示すように、制御手段122は、可変バルブ機構83の油圧制御弁85のソレノイド93をデューティ制御するものであり、クランク角センサ110とカム角センサ111と水温センサ115とスロットルセンサ117と吸気圧センサ119とに連絡し、実バルブ時期決定部122Cと目標進角量設定部122Dとを備えている。
As shown in FIG. 8, the control means 122 performs duty control on the
次に、この実施例の作用を、図1のフローチャートに基づいて説明する。
図1に示すように、制御手段122においてプログラムがスタートすると(ステップA01)、先ず、各種センサ類からの出力信号である機関回転数、吸気圧、吸気量等を読み込み(ステップA02)、機関回転数及び機関負荷等の機関運転条件から燃料噴射期間(燃料噴射量)を算出する(ステップA03)。
また、その算出された燃料噴射期間、機関回転数、吸気圧、吸気量等を読み込み(ステップA04)、その算出された燃料噴射期間及び機関運転条件から、分割噴射回数を算出するとともに分割割合を算出し(ステップA05)、これにより、主噴射期間とノック抑制噴射期間とを算出する(ステップA06)。
そして、その算出された主噴射期間、機関回転数、吸気圧、吸気量等を読み込み(ステップA07)、機関回転数及び機関負荷等の機関運転条件から主噴射時期を算出し、吹き初め・終りを決定する(ステップA08)。
次いで、前記算出されたノック抑制噴射期間及び燃圧、燃料噴射弁69の緒元等によりノック抑制燃料量を算出するとともに、機関回転数、吸気圧、吸気量、吸気温度等を読み込み(ステップA09)、また、機関運転条件を考慮して燃料気化期間を算出する(ステップA10)。
また、この算出された燃料気化期間、前記算出されたノック抑制噴射期間、機関運転条件で変化する吸気バルブ閉時期を読み込み(ステップA12)、ノック抑制噴射時期を算出し、吹き初め・終りを決定し(ステップA12)、プログラムをリターンする(ステップA13)。
よって、これら算出された主噴射期間、主噴射時期、ノック抑制噴射期間、ノック抑制噴射時期、燃料気化期間により、噴射制御を実施する。
Next, the operation of this embodiment will be described based on the flowchart of FIG.
As shown in FIG. 1, when the program is started in the control means 122 (step A01), first, the engine speed, intake pressure, intake air amount, etc., which are output signals from various sensors are read (step A02), and the engine speed is read. The fuel injection period (fuel injection amount) is calculated from the engine operating conditions such as the number and engine load (step A03).
Further, the calculated fuel injection period, engine speed, intake pressure, intake air amount, etc. are read (step A04), and the number of divided injections is calculated from the calculated fuel injection period and engine operating conditions, and the division ratio is calculated. Calculate (step A05), thereby calculating the main injection period and the knock suppression injection period (step A06).
Then, the calculated main injection period, engine speed, intake pressure, intake air amount, etc. are read (step A07), the main injection timing is calculated from the engine operating conditions such as engine speed and engine load, and the beginning and end of the blow. Is determined (step A08).
Next, the knock suppression fuel amount is calculated based on the calculated knock suppression injection period and fuel pressure, the specifications of the
Further, the calculated fuel vaporization period, the calculated knock suppression injection period, and the intake valve closing timing that changes depending on the engine operating conditions are read (step A12), the knock suppression injection timing is calculated, and the start and end of the blow are determined. (Step A12) and the program is returned (Step A13).
Therefore, the injection control is performed based on the calculated main injection period, main injection timing, knock suppression injection period, knock suppression injection timing, and fuel vaporization period.
次いで、この実施例の燃料噴射制御における分割噴射を、図2〜図5のタイムチャートに基づいて説明する。
図2に示すように、従来の燃料噴射制御では、吸気バルブ開期間中の吸気行程に、単一の噴射期間Lで噴射を実施していたが、この実施例の燃料噴射制御では、先ず、分割噴射の前期噴射としての主噴射期間Eだけ噴射を実施し、その後、一定の時間Sを経て、燃料気化終了を吸気バルブ閉時期(下死点(BDC:−180deg)よりもD期間だけ遅角した時期)Pに合わせるように、つまり、燃料の蒸発時間を考慮し、分割噴射の後期噴射として、所定のノック抑制噴射期間Fで噴射するとともにこのノック抑制噴射期間Fに連続させた所定の燃料気化期間Gで分割噴射を行う。吸気バルブ閉時期Pは、吸気行程と圧縮行程の境界となる。点火Qは、上死点(TDC)で行われる。主噴射期間Eは、従来の噴射期間Lよりも短い。ノック抑制噴射期間Fと燃料気化期間Gとを加えた後期噴射の期間は主噴射期間Eと略同じであり、また、ノック抑制噴射期間Fは燃料気化期間Gよりも少し長い。
即ち、分割噴射によってノッキングを抑制する制御に関し、燃料気化熱を利用する考えは多く存在するが、この実施例では、その制御基準点の考えが異なる。
例えば、圧縮行程中に燃料を直射するような制御においては、燃料気化熱を利用してノッキングを抑制する効果は高いが、以下の不具合も懸念される。
(1)、機関運転条件によって温度環境や燃焼室8内の燃料の流動が異なることで、燃料が蒸発してから混合気を生成する時間が変化する。
(2)、圧縮行程中の燃料噴射等で、噴射時期が遅くなって燃料の蒸発時間が不足すると、混合気分布の濃淡ができやすくなり、逆に、ノッキングが発生しやすくなる場合がある。
(3)、噴射時期の遅角に伴い(ピストン7が上昇することで、燃焼室8の容積が減少)、噴射した燃料がピストン7ヘ衝突してスモークが発生しやすくなる。
(4)、噴射時期を予め機関回転数等で設定して制御を簡略化すると、上記の不具合が問題となり、また、正確な制御を実行しようとした場合に、運転条件のパラメータが複雑化し、制御手段122への負荷が増大する等を引き起こす。
(5)、実際の運転においては、内燃機関1の諸元のバラツキや耐久状態により、燃料噴射量が変化することや、性能面から吸気バルブ閉時期を変化させていることで(実圧縮比の変化によりノッキングの発生の度合いが変化)、最適な噴射時期が異なる。
従って、このような問題点を鑑みると、燃料噴射時期を機関回転数や機関負荷等で一律に固定制御することは非常に困難であるため、この実施例では、吸気バルブ閉時期Pを基準とし、噴射割合における噴射量から2回目の噴射時期を算出し、上記の問題点を回避している。
Next, split injection in the fuel injection control of this embodiment will be described based on the time charts of FIGS.
As shown in FIG. 2, in the conventional fuel injection control, the injection is performed in the single injection period L during the intake stroke during the intake valve opening period. In the fuel injection control of this embodiment, first, The injection is performed only in the main injection period E as the first injection of the divided injection, and then after a certain time S, the end of fuel vaporization is delayed by the D period from the intake valve closing timing (bottom dead center (BDC: -180 deg)). In accordance with the angle P), that is, in consideration of the fuel evaporation time, as a late injection of the divided injection, the injection is performed in a predetermined knock suppression injection period F and is continuously performed in this knock suppression injection period F. Split injection is performed in the fuel vaporization period G. The intake valve closing timing P is a boundary between the intake stroke and the compression stroke. The ignition Q is performed at top dead center (TDC). The main injection period E is shorter than the conventional injection period L. The late injection period including the knock suppression injection period F and the fuel vaporization period G is substantially the same as the main injection period E, and the knock suppression injection period F is slightly longer than the fuel vaporization period G.
That is, there are many ideas using fuel vaporization heat regarding control for suppressing knocking by split injection, but in this embodiment, the idea of the control reference point is different.
For example, in the control in which the fuel is directly irradiated during the compression stroke, the effect of suppressing the knocking using the fuel vaporization heat is high, but the following problems are also concerned.
(1) Since the temperature environment and the flow of fuel in the
(2) If the injection timing is delayed and the fuel evaporation time is insufficient due to fuel injection during the compression stroke, etc., the mixture distribution is likely to be shaded, and conversely, knocking is likely to occur.
(3) As the injection timing is retarded (the
(4) If the injection timing is set in advance by the engine speed or the like and the control is simplified, the above-mentioned problem becomes a problem, and when trying to execute accurate control, the parameters of the operating conditions become complicated, For example, the load on the
(5) In actual operation, the fuel injection amount is changed due to variations in the specifications of the internal combustion engine 1 and the durability state, and the intake valve closing timing is changed from the performance aspect (actual compression ratio). The degree of occurrence of knocking changes due to the change in the number of times, and the optimal injection timing differs.
Therefore, in view of such problems, it is very difficult to uniformly control the fuel injection timing in accordance with the engine speed, the engine load, and the like. Therefore, in this embodiment, the intake valve closing timing P is used as a reference. The second injection timing is calculated from the injection amount at the injection ratio to avoid the above problem.
例えば、図3に示すように、機関回転数が2000rpm−全負荷時では、吸気バルブ閉時期P1が下死点(BDC:−180deg)に一致し、ノッキングが厳しい運転条件のため、2回目の噴射割合を増加したい。この吸気バルブ閉時期P1は、吸気行程と圧縮行程の境界となる。点火Q1は、上死点後(ATDC)に行われる。よって、点火時期は、遅角される。
しかし、この運転条件では、
(1)、温度条件が高回転に比べ低いため、蒸発時間が長くなる。
(2)、ピストン7の移動速度が低いため、燃焼室8内の燃料の流動が少ないことで、遅い時期での噴射においては、スモークの増加、混合気均質性悪化の弊害を伴う。
そこで、この実施例では、低い機関回転数で吸気バルブ閉時期P1が進角(体積効率向上)することを利用し、その吸気バルブ閉時期P1を制御基準とすることで、所望の分割噴射を行い、上記の不具合を回避する。
ここで、分割噴射割合は、予め、機関回転数、機関負荷等で設定する。燃料噴射量は、様々な要因(バラツキ・耐久状態、ノック制御等)で変化する。
これら計算の流れは、機関運転条件より、
(1)、機関回転数から算出された燃料噴射量を読み込み、
(2)、機関回転数から算出された分割割合を読み込み、
(3)、この燃料噴射量と分割割合とから2回目の噴射量を算出し、
(4)、この算出された2回目の噴射量及び機関運転条件より、蒸発時間を算出し、
(5)、吸気バルブ閉時期P2を基準として、2回目の噴射量と蒸発時間とから2回目の噴射開始時期を算出する。
そして、この機関回転数が2000rpm−全負荷時において、従来の燃料噴射制御では、吸気バルブ開期間中の吸気行程に、単一の噴射期間L1で噴射を実施していたが、この実施例の燃料噴射制御では、先ず、分割噴射の前期噴射としての主噴射期間E1だけ噴射を実施し、その後、一定の時間S1を経て、燃料の蒸発時間を考慮し、分割噴射の後期噴射として、所定のノック抑制噴射期間F1で燃料噴射するとともにこのノック抑制噴射期間F1に連続させた燃料気化期間G1で分割噴射を行う。主噴射期間E1は、従来の噴射期間L1よりも短い。ノック抑制噴射期間F1と燃料気化期間G1とを加えた後期噴射の期間は主噴射期間E1よりもかなり長く、また、ノック抑制噴射期間F1と燃料気化期間G1とは略同じである。これにより、低回転全負荷時の分割噴射制御を効率良く実施できる。
For example, as shown in FIG. 3, when the engine speed is 2000 rpm and full load, the intake valve closing timing P1 coincides with the bottom dead center (BDC: -180 deg), and knocking is severe. I want to increase the injection rate. The intake valve closing timing P1 is a boundary between the intake stroke and the compression stroke. The ignition Q1 is performed after top dead center (ATDC). Therefore, the ignition timing is retarded.
However, under these operating conditions,
(1) Since the temperature condition is lower than that at high rotation, the evaporation time becomes longer.
(2) Since the moving speed of the
Thus, in this embodiment, the intake valve closing timing P1 is advanced (lower volumetric efficiency) at a low engine speed, and the intake valve closing timing P1 is used as a control reference so that a desired divided injection is performed. And avoid the above problems.
Here, the divided injection ratio is set in advance based on the engine speed, the engine load, and the like. The fuel injection amount varies depending on various factors (variation, durability, knock control, etc.).
The flow of these calculations is based on engine operating conditions.
(1) Read the fuel injection amount calculated from the engine speed,
(2) Read the division ratio calculated from the engine speed,
(3) The second injection amount is calculated from the fuel injection amount and the division ratio,
(4) The evaporation time is calculated from the calculated second injection amount and engine operating conditions,
(5) Based on the intake valve closing timing P2, the second injection start timing is calculated from the second injection amount and the evaporation time.
When the engine speed is 2000 rpm and full load, in the conventional fuel injection control, the injection is performed in the single injection period L1 during the intake stroke during the intake valve opening period. In the fuel injection control, first, the injection is performed only during the main injection period E1 as the first injection of the divided injection, and then after a certain time S1, the fuel evaporation time is taken into consideration and the predetermined injection is performed as the latter injection of the divided injection. Fuel injection is performed in the knock suppression injection period F1, and split injection is performed in the fuel vaporization period G1 that is continued to the knock suppression injection period F1. The main injection period E1 is shorter than the conventional injection period L1. The late injection period including the knock suppression injection period F1 and the fuel vaporization period G1 is considerably longer than the main injection period E1, and the knock suppression injection period F1 and the fuel vaporization period G1 are substantially the same. Thereby, the division | segmentation injection control at the time of low rotation full load can be implemented efficiently.
また、図4に示すように、機関回転数が4000rpm−全負荷時では、可変バルブ機構83によって、機関回転数が高くなると、吸気バルブ閉時期P2が下死点(BDC:−180deg)から一定のD2期間だけ遅角し、この遅角された吸気バルブ閉時期P2を基準としている。この吸気バルブ閉時期P2は、吸気行程と圧縮行程の境界となる。点火Q2は、上死点前(BTDC)に行われる。よって、点火時期は、進角される。
そして、この機関回転数が4000rpm−全負荷時において、従来の燃料噴射制御では、吸気バルブ開期間中の吸気行程に、単一の噴射期間L2で噴射を実施していたが、この実施例の燃料噴射制御では、先ず、分割噴射の前期噴射としての主噴射期間E2だけ噴射を実施し、その後、一定の時間S2を経て、燃料の蒸発時間を考慮し、分割噴射の後期噴射として、所定のノック抑制噴射期間F2で燃料噴射するとともにこのノック抑制噴射期間F2に連続させた燃料気化期間G2で分割噴射を行う。主噴射期間E2は、従来の噴射期間L2の半分程度である。ノック抑制噴射期間F2と燃料気化期間G2とを加えた後期噴射の期間は主噴射期間E2よりも少し長く、また、ノック抑制噴射期間F2は燃料気化期間G2よりも少しだけ短い。これにより、中回転全負荷時の分割噴射制御を効率良く実施できる。
Further, as shown in FIG. 4, when the engine speed is 4000 rpm and full load, when the engine speed is increased by the
When the engine speed is 4000 rpm and full load, in the conventional fuel injection control, the injection is performed in the single injection period L2 during the intake stroke during the intake valve opening period. In the fuel injection control, first, the injection is performed only during the main injection period E2 as the first injection of the divided injection, and then after a certain time S2, the fuel evaporation time is taken into consideration, and the predetermined injection is performed as the latter injection of the divided injection. Fuel injection is performed in the knock suppression injection period F2, and split injection is performed in the fuel vaporization period G2 that is continued to the knock suppression injection period F2. The main injection period E2 is about half of the conventional injection period L2. The late injection period including the knock suppression injection period F2 and the fuel vaporization period G2 is slightly longer than the main injection period E2, and the knock suppression injection period F2 is slightly shorter than the fuel vaporization period G2. Thereby, the division | segmentation injection control at the time of medium rotation full load can be implemented efficiently.
更に、図5に示すように、機関回転数が6000rpm−全負荷では、可変バルブ機構83によって、機関回転数が高くなると、吸気バルブ閉時期P3が下死点(BDC:−180deg)から前記吸気バルブ閉時期P2よりも大きい一定のD3期間だけ遅角し、この遅角された吸気バルブ閉時期P3を基準としている。この吸気バルブ閉時期P3は、吸気行程と圧縮行程の境界となる。点火Q3は、上死点前(BTDC)で、且つ前記図4の点火Q2の時よりも前に行われる。よって、点火時期は、さらに進角される。
そして、この機関回転数が6000rpm−全負荷時において、従来の燃料噴射制御では、吸気バルブ開期間中の吸気行程に、単一の噴射期間L3で噴射を実施していたが、この実施例の燃料噴射制御では、先ず、分割噴射の前期噴射としての主噴射期間E3だけ噴射を実施し、その後、一定の時間S3を経て、燃料の蒸発時間を考慮し、分割噴射の後期噴射として、所定のノック抑制噴射期間F3で燃料噴射するとともにこのノック抑制噴射期間F3に連続させた燃料気化期間G3で分割噴射を行う。主噴射期間E3は、従来の噴射期間L3よりも少しだけ短い。ノック抑制噴射期間F3と燃料気化期間G3とを加えた後期噴射の期間は主噴射期間E3よりもかなり短く、また、ノック抑制噴射期間F3と燃料気化期間G3とは略同じである。これにより、高回転全負荷時の分割噴射制御を効率良く実施できる。
そして、吸気バルブ閉時期P3がクランク角について遅れるが、ノッキングが発生しにくい機関運転条件のため、分割噴射(2回目)割合は少なくなる。また、蒸発時間も短くなることや、燃焼室8内の燃料の流動も大きいことから、遅い時期での噴射においても、スモークの増加等の不具合は発生しない。この場合、クランク軸10の半回転当たり、数ms(高回転)〜数十ms(低回転)のオーダーとなる。
Further, as shown in FIG. 5, when the engine speed is 6000 rpm and full load, when the engine speed is increased by the
When the engine speed is 6000 rpm and full load, in the conventional fuel injection control, the injection is performed in the single injection period L3 during the intake stroke during the intake valve opening period. In the fuel injection control, first, injection is performed only during the main injection period E3 as the first period injection of the divided injection, and then, after a certain time S3, the fuel evaporation time is taken into consideration, and as the second period injection of the divided injection, a predetermined injection is performed. Fuel injection is performed in the knock suppression injection period F3, and split injection is performed in the fuel vaporization period G3 that is continued to the knock suppression injection period F3. The main injection period E3 is slightly shorter than the conventional injection period L3. The late injection period including the knock suppression injection period F3 and the fuel vaporization period G3 is considerably shorter than the main injection period E3, and the knock suppression injection period F3 and the fuel vaporization period G3 are substantially the same. Thereby, the division | segmentation injection control at the time of high rotation full load can be implemented efficiently.
Then, although the intake valve closing timing P3 is delayed with respect to the crank angle, the ratio of split injection (second time) decreases because of the engine operating condition in which knocking is unlikely to occur. Further, since the evaporation time is shortened and the flow of fuel in the
上記の図3の低回転域と図4の中回転域と図5の高回転域との関係にあっては、図3での低回転域は、吸気バルブ閉時期P1と下死点(BDC:−180deg)とが一致しているが、可変バルブ機構83が作動することで、図4の中回転域と図5の高回転域とに示すように、その時期が吸気バルブ閉時期P1、P2と変わることになる。また、機関回転数から算出される分割噴射割合及び噴射量から蒸発時間を算出し、吸気バルブ閉時期(変化する時期)を基準に、2回目の噴射開始時期を算出している。
即ち、この実施例に係る分割噴射において、全負荷(W.O.T)では、機関回転数が高くなる程、点火時期が進角される一方、吸気バルブ19の位相は遅角され、その間に相当するクランク角度は狭くなる。よって、機関回転数の一回当たりの単位時間は短くなるので、所要時間は短くなる。高回転域では、吸気行程の噴射であっても下死点が過ぎており、分割噴射の後期噴射の後から点火までに数ms程度となり、絶対的な燃料気化時間が少なくなる(低回転域では、数十ms程度となるので、数十倍のオーダーとなる)。
ここでは、ノッキングの発生しやすい条件として、全負荷を例示して、負荷近傍領域近傍の高負荷状態を代表している。中負荷領域や低負荷領域、あるいは、中回転領域や低回転領域にも、同じような傾向で設定してもよく、これにより、制御ロジックのバリエーションを簡素化できる。また、この場合、制御の切り替え数が減るので、制御の安定性が得られる。また、微粒化を促進させる燃料によって、均質な燃焼を実現し、動力性能と燃費性能の向上を両立させることができる。
圧縮行程の噴射がないので、燃料供給圧を高くしたり、燃焼室8内に臨ませた燃料噴射弁69に高圧耐性を与えたりしなくても、筒内燃料噴射システムを構築することが可能となる。燃料供給圧の低圧型システムによって、シリンダヘッド4の周りをコンパクトにできる。
なお、噴射燃料の微粒化、噴射時間の短縮等で、優れている高圧型システムにも適用できるのは当然である。
In the relationship between the low rotation range shown in FIG. 3, the middle rotation range shown in FIG. 4, and the high rotation range shown in FIG. 5, the low rotation range shown in FIG. 3 includes the intake valve closing timing P1 and the bottom dead center (BDC). : -180 deg) coincides with each other, but when the
That is, in the divided injection according to this embodiment, at the full load (WOT), the ignition timing is advanced as the engine speed increases, while the phase of the
Here, as a condition where knocking is likely to occur, the entire load is exemplified, and a high load state in the vicinity of the load vicinity region is represented. The same tendency may be set for the medium load region, the low load region, or the medium rotation region and the low rotation region, thereby simplifying the control logic variation. In this case, since the number of control switching is reduced, control stability can be obtained. In addition, the fuel that promotes atomization can achieve homogeneous combustion and achieve both improvement in power performance and fuel efficiency.
Since there is no compression stroke injection, it is possible to construct an in-cylinder fuel injection system without increasing the fuel supply pressure or giving high pressure resistance to the
Needless to say, the present invention can be applied to an excellent high-pressure system by atomizing the injected fuel and shortening the injection time.
よって、この実施例では、内燃機関1が吸気行程若しくは圧縮行程において、機関運転条件に必要な燃料を1回若しくは複数回噴射することで燃料の混合気を生成する機構を応用し、燃焼室8内に噴射された燃料の気化潜熱を積極的に利用することでノッキングを抑制するという目的を達成することができる。
つまり、機関運転条件に応じて必要な燃料噴射期間を複数回に分けて噴射、主噴射期間で混合気の均質性能を向上させ、続く噴射であるノック抑制噴射によって、混合気の温度低下を図る。このノック抑制噴射の期間、及び吹き終わり時期を、それぞれの機関運転条件によって決まる吸気バルブ閉時期、及び、機関運転条件や噴射量によって変わる燃料気化期間とによって決定し、これを制御する方法を特徴としている(図2参照)。
ノック抑制噴射期間、及び吹き終わり時期に関しては、以下の点を考慮して決定している。
(1)、可変バルブ機構83、及び運転条件等によって変化する吸気バルブ閉時期
(2)、機関運転条件に応じて変化する燃料噴射量
(3)、ノック抑制噴射期間、すなわちノック抑制燃料噴射量及び機関運転条件に応じて変化する燃料気化期間
Therefore, in this embodiment, the internal combustion engine 1 applies a mechanism for generating a fuel mixture by injecting the fuel necessary for the engine operating condition once or a plurality of times during the intake stroke or the compression stroke. The purpose of suppressing knocking can be achieved by positively utilizing the latent heat of vaporization of the fuel injected inside.
In other words, the required fuel injection period is divided into a plurality of times according to the engine operating conditions, and the homogeneous performance of the air-fuel mixture is improved during the main injection period, and the temperature of the air-fuel mixture is lowered by knock suppression injection that is subsequent injection. . The knock suppression injection period and the blow end timing are determined by the intake valve closing timing determined by the respective engine operating conditions and the fuel vaporization period that varies depending on the engine operating conditions and the injection amount, and the method is controlled. (See FIG. 2).
The knock suppression injection period and the blow end time are determined in consideration of the following points.
(1), intake valve closing timing that varies depending on
従って、この実施例に係る噴射制御と前記特許文献の技術に係る噴射制御とを比較した場合に、吸気行程と圧縮行程の境界時点、すなわち吸気バルブ閉時期である圧縮開始時点での混合気温度は異なり、圧縮過程が進む状態での内部ガスの温度上昇率(勾配)も異なるため、最大圧縮時点、あるいはその近傍となる点火時期での内部ガス温度は異なることになり、つまり、ノッキング発生の有無に差が生じる。
そして、圧縮を開始する時点の温度を異ならせるだけでなく、燃焼室8の内部ガスの成分の違いや状態の違いによっても圧縮が進むことに伴う温度変化が異なることがある。
この時、主体となる空気の中に霧状の液体(非常に微細な粒径の液体)が不均一に拡散された状態であり、燃焼室8を構成する壁面や底面及び充満している空気との熱伝導による相変化と、急峻な圧力変化によって相変化(液相から気相への変化)を起こす。
分割噴射の時期の違いは、これらの相変化にかける時間の違いでもあり、これらの相変化の割合が異なることになる。
この結果、前記特許文献の技術に係る噴射制御は、この実施例に係る噴射制御とは、分割噴射の全燃料噴射量が同じ燃料噴射であっても、点火時点付近の内部ガスの温度が異なることになる。
しかし、この実施例では、ノッキングの発生がないレベルについて、吸気行程中の分割噴射の後期噴射による少ない燃料で同じレベルの低い混合気温度としたり、同等の燃料でより低いレベルの低い混合気温度としたりすることができる。
Therefore, when the injection control according to this embodiment is compared with the injection control according to the technique of the above-mentioned patent document, the mixture temperature at the boundary time between the intake stroke and the compression stroke, that is, the compression start time that is the intake valve closing timing. In contrast, the rate of temperature increase (gradient) of the internal gas in the state where the compression process proceeds is also different, so the internal gas temperature at the maximum compression point or near the ignition timing will be different. There is a difference in the presence or absence.
Further, not only the temperature at the time of starting compression is varied, but also the temperature change accompanying the progress of compression may differ depending on the difference in the components and state of the internal gas in the
At this time, a mist-like liquid (a liquid with a very fine particle size) is diffused non-uniformly in the main air, and the wall and bottom surface constituting the
The difference in the timing of the divided injection is also the difference in time for these phase changes, and the ratio of these phase changes is different.
As a result, the injection control according to the technology of the above-mentioned patent document differs from the injection control according to this embodiment in that the temperature of the internal gas near the ignition timing is different even when the total fuel injection amount of the split injection is the same. It will be.
However, in this embodiment, with respect to a level where knocking does not occur, a low mixture temperature of the same level with a small amount of fuel by the late injection of the split injection during the intake stroke, or a low mixture temperature of a lower level with the equivalent fuel It can be done.
この結果、この実施例においては、内燃機関1に吸気バルブ19の開閉時期を変更する可変バルブ機構83を設け、吸気バルブ19の開閉時期を人為操作及びエミッション条件を含む様々な条件に応じて進角及び遅角するように変更制御する位相制御機能を制御手段122に有さしめる。また、この制御手段122は、変更される吸気バルブ19の開期間に燃料噴射を分割して行うとともに、分割最後の燃料噴射を吸気バルブ19の閉時期に対して所定時間前に全量噴射完了し、且つ最後噴射量の気化に要する時間を考慮して(時間と同等となるように)前記所定時間を前記最後の分割噴射の噴射量から設定する。
これにより、圧縮行程の開始時(直前)に混合気温度を最も低く下げることができ、また、充分な蒸発時間を与えることができ、燃料の気化熱を最大限利用して、ノッキングを抑制することができ、さらに、スモークの発生する可能性も減らすことができ、しかも、機関運転条件、耐久変化、ばらつき等の要因で、燃料の噴射量に様々な補正が加わっても、制御を実施することが可能となる。
また、制御手段122は、分割噴射回数を2回として、最初の主噴射における噴射量と最後の分割噴射の噴射量との配分を、機関回転数及び機関負荷を含む所定の機関運転条件によって変更する。
これにより、機関運転条件のパラメータが増えて、制御手段122に過負荷となることがない。
更に、制御手段122は、機関運転条件からの配分によって決めた前記最後の分割噴射の噴射量から前記最後噴射量の気化に要する時間を求め、位相制御に伴って変化する吸気バルブ19の閉時期に基づいて分割最後の燃料噴射を開始するように制御する。
これにより、分割噴射の後期噴射を、変動する吸気バルブ19の閉時期を基準として、遡って開始することにより、噴射時期を変更でき(一律固定とはならない)、また、実圧縮比の変化を基準として、最適な噴射時期とすることができる。
As a result, in this embodiment , the internal combustion engine 1 is provided with a
As a result, the temperature of the air-fuel mixture can be lowered to the lowest at the start (immediately before) of the compression stroke, sufficient evaporation time can be provided, and knocking is suppressed by making maximum use of the heat of vaporization of the fuel. In addition, the possibility of the occurrence of smoke can be reduced, and control is performed even if various corrections are added to the fuel injection amount due to factors such as engine operating conditions, endurance changes, and variations. It becomes possible.
Further , the control means 122 changes the distribution between the injection amount in the first main injection and the injection amount in the last divided injection according to predetermined engine operating conditions including the engine speed and the engine load, with the number of divided injections being two. To do.
As a result, the engine operating condition parameter does not increase and the control means 122 is not overloaded.
Further , the control means 122 obtains the time required for vaporization of the final injection amount from the injection amount of the final divided injection determined by the distribution from the engine operating conditions, and the closing timing of the
Thus, the injection timing can be changed by starting retrospective injection of the divided injection retrospectively with the closing timing of the
燃焼室内の混合気温度を下げてノッキングを抑制することを、筒内噴射型内燃機関以外の他の内燃機関にも適用することができ、また、ガソリン、軽油等の各種燃料を用いる内燃機関にも適用することができる。 The suppression of knocking by lowering the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber can be applied to other internal combustion engines other than in-cylinder injection type internal combustion engines, and is also applicable to internal combustion engines that use various fuels such as gasoline and light oil. Can also be applied.
1 内燃機関
2 制御装置
6 シリンダ
8 燃焼室
17 吸気カム軸
19 吸気バルブ
21 排気カム軸
23 排気バルブ
37 過給機
57 燃料供給装置
68 デリバリパイプ
69 燃料噴射弁
80 EGR装置
83 可変バルブ機構
84 油圧アクチュエータ
85 油圧制御弁
110 クランク角センサ
111 カム角センサ
112 エアフローメータ
113 燃圧センサ
115 水温センサ
116 ノックセンサ
117 スロットルセンサ
119 吸気圧センサ
120 吸気温センサ
121 酸素センサ
122 制御手段
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