JP5937468B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、気筒内に直接、燃料を噴射するようにした内燃機関の制御装置に係り、特に、気筒の膨張行程で行うポスト噴射の制御に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder, and more particularly to control of post injection performed in an expansion stroke of a cylinder.
従来より、ディーゼルエンジンのように気筒内に直接、燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関トルクを生成するためのメイン噴射を気筒の圧縮上死点近傍で行うとともに、その後の膨張行程においてアフター噴射やポスト噴射を行うようにした内燃機関は公知である。一般的にアフター噴射による燃料の多くは気筒内で燃焼する一方、ポスト噴射による燃料は燃焼せずに排気系に流出し、排気浄化装置などの機能を回復させるための制御に利用される。 Conventionally, a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder like a diesel engine has been provided, and main injection for generating engine torque is performed in the vicinity of the compression top dead center of the cylinder, and in the subsequent expansion stroke, Internal combustion engines that perform injection and post-injection are known. In general, most of the fuel by after-injection burns in the cylinder, while the fuel by post-injection flows out to the exhaust system without being burned, and is used for control for recovering the functions of the exhaust purification device and the like.
例えば特許文献1に記載の燃料噴射制御装置においては、メイン噴射直後に燃え残った燃料やPMを再燃焼させるために、アフター噴射を行うとともに、その燃焼に由来するトルクの変動が小さくなるよう、アフター噴射の時期を進角または遅角させるようにしている。また、スモークの生成を抑制するという観点から、着火遅れ期間に基づいて進角補正量にガード値を設定する一方、燃料の気筒壁面への付着を抑制するという観点から、遅角補正量にガード値を設定している。
For example, in the fuel injection control device described in
しかしながら前記従来例の技術は、本来、気筒内で燃焼させるアフター噴射燃料の燃焼状態を好適なものとして、トルクの変動やスモークの生成を抑制しながら、燃料の気筒壁面への付着も抑制するというものであって、本来、気筒内では燃焼させないポスト噴射の制御に関するものではない。 However, the technology of the above-mentioned conventional example is supposed that the combustion state of the after-injected fuel that is originally combusted in the cylinder is suitable, and the fuel is prevented from adhering to the cylinder wall surface while suppressing the fluctuation of torque and the generation of smoke. However, it does not relate to post-injection control that is not combusted in the cylinder.
アフター噴射に比べて遅角側で噴射するポスト噴射の場合は、できるだけ気筒壁面への付着量を少なくするために噴射時期を進角させたいという要求はあるが、その結果として燃料の一部が気筒内で燃焼すると、その分は排気系に流出する未燃燃料の量が少なくなってしまい、排気浄化装置の機能を回復させるという効果は低下することになる。 In the case of post-injection that is retarded compared to after injection, there is a demand to advance the injection timing in order to reduce the amount of adhesion to the cylinder wall as much as possible. When combustion is performed in the cylinder, the amount of unburned fuel flowing out to the exhaust system is reduced, and the effect of restoring the function of the exhaust purification device is reduced.
かかる点に鑑みて本発明の目的は、ポスト噴射による燃料の気筒壁面への付着を減らすとともに、その燃料が気筒内で燃焼することも抑制して、排気系の浄化装置などに十分な量の未燃燃料を供給できるようにすることにある。 In view of this point, an object of the present invention is to reduce the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface due to post-injection and to suppress the combustion of the fuel in the cylinder. It is to be able to supply unburned fuel.
前記の目的を達成するために本発明では、まず、燃料が着火しない範囲における最進角時期となるように、ポスト噴射の時期を制御するとともに、それでも燃料の気筒壁面への付着量が多くなる場合には、気筒内の酸素濃度を低下させることによって燃料の着火を抑えながら、ポスト噴射の時期をさらに進角させるようにした。 In order to achieve the above object, in the present invention, first, the post-injection timing is controlled so as to reach the most advanced timing in the range where the fuel does not ignite, and the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface still increases. In some cases, the post-injection timing was further advanced while suppressing fuel ignition by reducing the oxygen concentration in the cylinder.
−解決手段−
具体的に本発明は、気筒内に直接、燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、この燃料噴射弁により少なくともメイン噴射とポスト噴射とを実行するようにした内燃機関の制御装置を対象とする。そして、前記ポスト噴射による燃料が着火しない範囲において最進角時期となるように、当該ポスト噴射の時期を制御する制御手段と、前記気筒内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段と、を備え、前記制御手段は、前記ポスト噴射による燃料の気筒壁面への付着量が所定以上に多くなるか否か判定して、前記最進角時期でも壁面付着量が所定以上に多くなると判定すれば、前記酸素濃度調整手段によって気筒内の酸素濃度を低下させるとともに、ポスト噴射の時期をさらに進角させる構成とした。
-Solution-
Specifically, the present invention is directed to a control device for an internal combustion engine that includes a fuel injection valve that injects fuel directly into a cylinder and that performs at least main injection and post injection by the fuel injection valve. And a control means for controlling the timing of the post injection and an oxygen concentration adjusting means for adjusting the oxygen concentration in the cylinder so as to reach the most advanced angle timing within a range in which the fuel by the post injection does not ignite. The control means determines whether or not the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface due to the post injection is greater than a predetermined amount, and if it is determined that the wall surface adhesion amount is greater than or equal to the predetermined amount even at the most advanced angle timing, While the oxygen concentration in the cylinder is lowered by the oxygen concentration adjusting means, the post injection timing is further advanced.
この特定事項により、内燃機関の運転中には制御手段によって、機関トルクを制御するためのメイン噴射とその後のポスト噴射とが少なくとも実行されるとともに、そのポスト噴射の時期は、噴射した燃料が着火しない範囲において最進角時期に制御される。よって、ポスト噴射した燃料は着火せず、十分な量が排気系の浄化装置などに供給されるとともに、ポスト噴射の時期が進角寄りに制御されているので、噴射された燃料の気筒壁面への付着も減らすことができる。 Due to this specific matter, during the operation of the internal combustion engine, at least the main injection for controlling the engine torque and the subsequent post injection are executed by the control means, and the injected fuel is ignited at the timing of the post injection. It is controlled to the most advanced timing in the range where it does not. Therefore, the post-injected fuel is not ignited, and a sufficient amount is supplied to an exhaust system purification device or the like, and the post-injection timing is controlled closer to the advance angle. The adhesion of can also be reduced.
さらに、そうしてポスト噴射の時期を進角寄りにしていても燃料の壁面付着量が多くなる場合(例えばポスト噴射量の多いとき)には、気筒内の酸素濃度を低下させることによって燃料が着火し難い状態にし、ポスト噴射の時期はさらに進角させることで燃料の壁面付着をより一層、減らすことができる。つまり、ポスト噴射による燃料の気筒壁面への付着を狙い通り十分に抑制しながら、その燃料が気筒内で燃焼することも抑制でき、排気系の浄化装置などに十分な量の未燃燃料を供給して、その機能を効果的に回復させることができる。 Further, when the post-injection timing is close to the advance angle, when the amount of fuel adhering to the wall surface increases (for example, when the post-injection amount is large), the fuel is reduced by reducing the oxygen concentration in the cylinder. By making the state difficult to ignite and by further advancing the post injection timing, it is possible to further reduce the fuel wall adhesion. In other words, while preventing the fuel from sticking to the cylinder wall due to post-injection, the fuel can also be prevented from burning in the cylinder, and a sufficient amount of unburned fuel is supplied to the exhaust system purifier, etc. Thus, the function can be effectively restored.
なお、前記制御手段は、ポスト噴射の時期だけでなく、燃料の噴射圧力を変更するようにしてもよいし、ポスト噴射を複数回に分割して行う場合にはその分割数を変更するようにしてもよい。すなわち、燃料の噴射圧力を低下させたり、噴射を分割して行うようにすれば、燃料噴霧の貫徹力を低下させて、気筒壁面への付着を減らすことができる。 The control means may change not only the timing of post-injection but also the fuel injection pressure, and if the post-injection is divided into a plurality of times, the number of divisions is changed. May be. That is, if the fuel injection pressure is reduced or the injection is divided and performed, the penetration force of the fuel spray can be reduced and the adhesion to the cylinder wall surface can be reduced.
また、前記制御手段は、ポスト噴射された燃料の噴霧内の当量比および温度状態を推定して、この燃料噴霧が着火するか否か判定し、着火すると判定すればポスト噴射の時期を遅角側に補正する一方、着火しないと判定すれば進角側に補正する構成としてもよい。こうすれば、ポスト噴射による燃料が着火するか否か正確に判定し、着火しない範囲における最進角時期に制御することができる。 Further, the control means estimates the equivalence ratio and temperature state in the post-injected fuel spray, determines whether or not the fuel spray ignites, and retards the post-injection timing if determined to ignite. On the other hand, if it is determined that the ignition is not performed, it may be corrected to the advance side. In this way, it is possible to accurately determine whether or not the fuel by the post-injection is ignited, and to control the most advanced timing in the range where no ignition is performed.
なお、燃料噴霧内の当量比は、燃料噴射弁の噴射特性に燃料噴射量や噴射圧力などの噴射条件、さらには噴射時の気筒内の温度や圧力なども加味して、燃料噴霧の貫徹力や噴霧角から算出することができる。気筒内の温度状態は、ポスト噴射よりも前に行われる燃料噴射の噴射条件などからその発熱量を予測して(先行する燃料噴射の噴霧特性や筒内温度の履歴も加味することが好ましい)、ポスト噴射の際の気筒内温度を予測することができる。 The equivalence ratio in the fuel spray is determined by taking into account the injection characteristics of the fuel injection valve, the injection conditions such as the fuel injection amount and the injection pressure, and the temperature and pressure in the cylinder at the time of injection. And can be calculated from the spray angle. As for the temperature state in the cylinder, the amount of generated heat is predicted from the injection conditions of fuel injection performed before post-injection (preferably taking into account the spray characteristics of the preceding fuel injection and the history of in-cylinder temperature) The in-cylinder temperature during post injection can be predicted.
また、ポスト噴射した燃料の壁面付着量については前記制御手段は、ポスト噴射による燃料の飛翔距離および噴孔から気筒壁面までの距離に基づいて、壁面付着量が所定以上に多くなるか否か判定することができる。すなわち、燃料噴射弁の噴孔から噴出する燃料の質量および速度と、気筒内の温度および密度とに基づいて、微小な単位時間における燃料の飛翔距離を算出し、この飛翔距離が噴孔から気筒壁面までの距離以上である時間内において、気筒壁面に到達する燃料の量を積算すればよい。 Further, the post-injected fuel wall surface adhesion amount is determined by the control means based on the fuel injection distance by the post injection and the distance from the injection hole to the cylinder wall surface, whether or not the wall surface adhesion amount is greater than a predetermined amount. can do. That is, based on the mass and speed of the fuel ejected from the nozzle hole of the fuel injection valve and the temperature and density in the cylinder, the flight distance of the fuel in a minute unit time is calculated, and this flight distance is calculated from the nozzle hole to the cylinder. The amount of fuel that reaches the cylinder wall surface may be integrated within a time that is greater than or equal to the distance to the wall surface.
また、前記制御手段は、酸素濃度調整手段によって気筒内の酸素濃度を低下させる際に、ポスト噴射された燃料の噴霧内の当量比が可燃範囲外になるように酸素濃度を低下させることが好ましい。こうすれば、ポスト噴射の時期を前記の最進角時期よりも進角させたときに、気筒内の温度が燃料噴霧の着火温度以上に高い状態であっても、ポスト噴射による燃料の着火をほぼ阻止することができる。 Further, the control means preferably reduces the oxygen concentration so that the equivalent ratio in the spray of the post-injected fuel falls outside the combustible range when the oxygen concentration in the cylinder is reduced by the oxygen concentration adjusting means. . In this way, when the post-injection timing is advanced from the above-mentioned most advanced angle timing, even if the temperature in the cylinder is higher than the ignition temperature of the fuel spray, fuel ignition by post-injection is prevented. Can be almost blocked.
そうして酸素濃度を低下させるために、気筒内に残留する既燃ガス量を増大させたり、一旦、排気系に排出した既燃ガス(排気ガス)を吸い戻したりすることも考えられるが、好ましくは前記酸素濃度調整手段は、内燃機関の排気通路から排気ガスの一部を吸気通路へ還流させるとともに、その還流ガス量を調整することによって、気筒内への吸気の酸素濃度を調整する構成とすればよい。 In order to reduce the oxygen concentration, the amount of burnt gas remaining in the cylinder may be increased, or the burnt gas (exhaust gas) once discharged into the exhaust system may be sucked back. Preferably, the oxygen concentration adjusting means adjusts the oxygen concentration of the intake air into the cylinder by returning a part of the exhaust gas from the exhaust passage of the internal combustion engine to the intake passage and adjusting the amount of the return gas. And it is sufficient.
すなわち、排気通路から吸気通路へ還流させる排気ガスは、気筒内に残留する既燃ガスや排気系から吸い戻した排気ガスよりも温度が低くなるので、気筒内の酸素濃度を低下させるために還流させる排気ガス量を増やしても、これに伴う気筒内温度の上昇は相対的に小さくなって、ポスト噴射した燃料の着火を抑制する上で有利になる。還流させる途中で排気ガスを冷却するようにしてもよい。 In other words, the exhaust gas recirculated from the exhaust passage to the intake passage has a lower temperature than the burned gas remaining in the cylinder and the exhaust gas sucked back from the exhaust system, so that the recirculation is performed to reduce the oxygen concentration in the cylinder. Even if the amount of exhaust gas to be increased is increased, the increase in the in-cylinder temperature accompanying this becomes relatively small, which is advantageous in suppressing ignition of post-injected fuel. The exhaust gas may be cooled during the reflux.
本発明に係る内燃機関の制御装置によると、メイン噴射の後で行うポスト噴射の時期を燃料の着火しない範囲において最進角時期に制御するとともに、それでも燃料の壁面付着量が多くなると判定すれば、気筒内の酸素濃度を低下させることによって燃料の着火を抑制し、ポスト噴射の時期をさらに進角させるようにした。これにより、ポスト噴射した燃料の気筒壁面への付着をより一層、少なくして、オイル希釈を十分に抑制しながら、排気系の浄化装置などに十分な量の未燃燃料を供給してその機能を効果的に回復させることができる。 According to the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, if the timing of post-injection performed after the main injection is controlled to the most advanced timing in a range where the fuel is not ignited, and it is determined that the fuel wall adhesion amount still increases. The ignition of the fuel was suppressed by lowering the oxygen concentration in the cylinder, and the post injection timing was further advanced. As a result, adhesion of post-injected fuel to the cylinder wall surface is further reduced, and a sufficient amount of unburned fuel is supplied to an exhaust system purifier and the like while sufficiently suppressing oil dilution. Can be effectively recovered.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
−内燃機関の全体構成−
図1は、本発明の実施形態に係る内燃機関1およびその制御システムの全体構成を示す模式図である。この内燃機関1は、一例として4つの気筒1a,1a,…を備えた筒内噴射式のディーゼルエンジンであり、一列に並んだ気筒1a,1a,…を取り囲むように冷却水流路(ウォータジャケット)1bが形成されている。この冷却水流路1bには、冷却水の水温に応じた信号を出力する水温センサ21が配設されている。
-Overall configuration of internal combustion engine-
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an
各気筒1a内には、図2に拡大して示すようにピストン2が配置され、気筒1aの上端を閉ざすシリンダヘッド3との間に燃焼室が区画されている。また、ピストン2の頂部には、燃焼室の一部を構成するキャビティ2aが凹設されている。ピストン2はコネクティングロッド4,4,…を介してクランクシャフト5に連結されており、その近傍には、クランクシャフト5が所定角度だけ回転する度にパルス信号を発信するクランク角センサ22が配設されている。
A
また、図2にのみ示すが各気筒1a毎に、シリンダヘッド3には吸気ポート3aおよび排気ポート3bが形成され、それぞれ吸気バルブ3c、排気バルブ3dによって開閉されるようになっている。吸気ポート3aおよび排気ポート3bの間には、燃焼室の天井部から気筒1a内に臨んで燃料噴射弁6,6,…が配設されており、その先端部(図の下端部)の複数の噴孔から気筒1a内の外周側に向かって、やや下方に伸びるように燃料噴霧Sを形成する。
Further, as shown only in FIG. 2, for each
また、図1に示すように各気筒1aの燃料噴射弁6は、燃料蓄圧容器であるコモンレール7に接続されていて、このコモンレール7にはその内圧(燃料圧力)を検出するコモンレール圧センサ23が配設されている。コモンレール7には燃料配管を介して昇圧ポンプ8が接続されていて、燃料タンク9の燃料が昇圧ポンプ8により昇圧されてコモンレール7に供給されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
こうしてコモンレール7に蓄えられている高圧の燃料が各気筒1aの燃料噴射弁6に分配されて、前記のようにその噴孔から気筒1a内に噴射される。この燃料噴射弁6の動作制御は、ECU(Electronic Control Unit)30によりEDU(Electrical Driving Unit)40を介して行われる。EDU40は、ECU30からの制御信号に基づいて燃料噴射弁6の電磁アクチュエータを動作させる周知の駆動回路で構成されている。
Thus, the high-pressure fuel stored in the
また、内燃機関1の一側(図1の上側)には吸気マニホールド10およびスロットルバルブ11を含む吸気系が配設され、前記吸気ポート3aを介して気筒1a内に接続されている。また、内燃機関1の他側(図1の下側)には排気マニホールド12および排気浄化装置(図示は省略)を含む排気系が配設され、前記排気ポート3bを介して気筒1a内に接続されている。
An intake system including an
そして、各気筒1a毎に吸気行程ではピストン3の下降に同期して吸気バルブ3cが開弁され、吸気系から気筒1a内に空気が吸入される。この空気は気筒1aの圧縮行程においてピストン3の上昇により圧縮されて高温高圧となり、圧縮行程の後半から圧縮上死点近傍、さらには膨張行程にかけて燃料噴射弁6から燃料が噴射される。なお、この燃料の噴射に係る制御について詳しくは後述する。
In the intake stroke for each
そうして噴射された燃料が分裂しながら周囲の空気を巻き込んで噴霧S(図2参照)を形成し、その内部では微小な燃料液滴が蒸発しながら空気と混合される。そして、いわゆる着火遅れ期間の後に混合気が自着火して(予混合燃焼)火炎を生成し、さらに周囲の空気を巻き込みながら燃焼するようになる(拡散燃焼)。この燃焼圧によってピストン2が押し下げられ、コネクティングロッド4を介してクランクシャフト5を回転させる。
Thus, the injected fuel is split and entrains the surrounding air to form a spray S (see FIG. 2), in which minute fuel droplets are mixed with air while evaporating. Then, after a so-called ignition delay period, the air-fuel mixture self-ignites (premixed combustion) to generate a flame, and further burns with surrounding air (diffusion combustion). The
そのようにピストン2を介してクランクシャフト5を回転させた既燃ガスは、気筒1aの膨張行程の終盤に排気バルブ3dが開かれると排気ポート3bに流出し、排気行程ではピストン2の上昇によって気筒1aから排出される。こうして排気ポート3bに排出された既燃ガス(排気ガス)は、排気マニホールド12を流通し排気浄化装置よって浄化された後に、大気中へと放出される。
The burned gas that has rotated the
なお、図示は省略するが排気浄化装置としては、公知のNSR(NOx Storage Reduction)触媒およびDPF(Diesel Particulate Filter)を備えている。DPFは、例えば多数のセルを備えたセラミック構造体であり、排気ガスがセルの壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるPM(Particulate Matter:粒子状物質)を捕集するものである。 Although not shown, the exhaust gas purification device includes a known NSR (NOx Storage Reduction) catalyst and DPF (Diesel Particulate Filter). The DPF is, for example, a ceramic structure including a large number of cells, and collects PM (Particulate Matter) contained in the exhaust gas when the exhaust gas passes through the cell wall. is there.
また、本実施形態では吸気系と排気系とを接続する管路13(以下、EGR通路13という)が設けられている。このEGR通路13は、排気マニホールド12の集合部付近から分岐して高圧の排気ガスの一部を取り出し、吸気マニホールド10の集合部付近(スロットルバルブ11よりも下流側)へ還流させるものであり、還流する排気ガス(以下、EGRガスともいう)の流量を調整するEGRバルブ14を備えている。なお、EGR通路13にはEGRガスを冷却するEGRクーラも設けてもよい。
In the present embodiment, a pipeline 13 (hereinafter referred to as an EGR passage 13) that connects the intake system and the exhaust system is provided. The
そのように排気ガスを吸気系に還流させて、気筒1a内へ供給することにより燃焼温度を低下させ、NOx生成を抑えることができるが、EGRガスの量が多くなるとその分、酸素濃度が低下して燃焼状態が悪化する虞がある。そこで、機関運転状態に応じてEGRバルブ14の開度が制御され、EGRガス量が調整される。なお、EGR通路13およびEGRバルブ14によって、気筒1a内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段が構成される。
By recirculating the exhaust gas to the intake system and supplying it into the
−制御系−
前記の水温センサ21、クランク角センサ22、コモンレール圧センサ23からの出力信号は、制御手段であるECU30に入力される。また、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ24、吸入空気量を検出するエアフローメータ25、吸気圧を検出する吸気圧センサ26などもECU30に電気的に接続されており、これらのセンサ24〜26からの出力信号もECU30に入力される。
-Control system-
Output signals from the
一方、ECU30は、例えば、燃料噴射弁6、昇圧ポンプ8、スロットルバルブ11、EGRバルブ14等に電気的に接続され(燃料噴射弁6に対してはEDU40を介して接続され、EGRバルブ14に対しても同様の駆動ユニット15を介して接続され)、必要に応じて制御信号を出力する。
On the other hand, the
例えばECU30は、昇圧ポンプ8の動作を制御して、燃料タンク9からコモンレール7に供給される燃料の圧力(燃料噴射圧Pinjに相当)を制御する。この圧力は、基本的には機関負荷が高いほど、および、機関回転数が高いほど高いものとされる。つまり、ECU30は、コモンレール内の燃料の圧力が内燃機関1の運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧になるように、昇圧ポンプ8の燃料吐出量を調量する。
For example, the
また、ECU30は、燃料噴射弁6の動作を制御して、その噴射量や噴射時期などを制御する。本実施形態では一例として図3に模式的に示すように、主としてトルク発生に寄与するメイン噴射の後でアフター噴射やポスト噴射と言われる副噴射を行ったり、或いはメイン噴射の前にパイロット噴射やプレ噴射と言われる副噴射を行ったりする。すなわち、それらの噴射量…Qmain,Qpost,…や噴射時期…tmain,tpost,…がECU30によって制御される。
Further, the
図3に示すようにパイロット噴射は、メイン噴射から大きく進角したタイミングで行われ、気筒1a内に形成した希薄な予混合気の燃焼(低温燃焼)により筒内温度を上昇させる。また、プレ噴射は、メイン噴射の直前に少量の燃料を噴射して燃焼させることで、メイン噴射される燃料の着火遅れを調整し、初期の燃焼が過度に激しくなることを防止する。
As shown in FIG. 3, the pilot injection is performed at a timing that is greatly advanced from the main injection, and the in-cylinder temperature is raised by the combustion of the lean premixed gas formed in the
一方、メイン噴射はトルク制御のための噴射動作であり、圧縮上死点(TDC)近傍で行われる。メイン噴射での燃料の噴射量は基本的には機関回転数、アクセル操作量(アクセル開度)、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて、要求トルクが得られるように決定される。例えば、機関回転数が高いほど、また、アクセル開度が大きいほど、内燃機関1のトルク要求値は高くなるので、それに応じてメイン噴射の燃料噴射量も多く設定されることになる。
On the other hand, the main injection is an injection operation for torque control, and is performed near the compression top dead center (TDC). The fuel injection amount in the main injection is basically determined so as to obtain the required torque according to the operating state such as the engine speed, the accelerator operation amount (accelerator opening), the coolant temperature, the intake air temperature, and the like. . For example, the higher the engine speed and the greater the accelerator opening, the higher the required torque value of the
さらに、アフター噴射やポスト噴射は、排気系のNSRやDPFなど浄化装置の機能を回復させるときに行われる。アフター噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作であり、気筒1a内に噴射された燃料の大部分が燃焼するものの、その際に発生する熱が内燃機関1のトルクに変換されることなく、排気の温度を上昇させるようなタイミングで行われる。
Further, after-injection and post-injection are performed when the functions of the purification device such as the NSR and DPF of the exhaust system are restored. After-injection is an injection operation for raising the exhaust gas temperature, and most of the fuel injected into the
一方、ポスト噴射は、燃料が気筒1a内では燃焼しないようなタイミングで行われる。例えばDPFにおけるPMの捕集量が所定以上に多くなって、それを燃焼除去するDPF再生の際に、ポスト噴射が行われる。ポスト噴射された燃料は未燃状態で排気ポート3dに流出し、NSRに到達してHCやCO等の成分が酸化されることにより、NSRおよびDPFの温度を効果的に上昇させる。
On the other hand, the post injection is performed at a timing at which the fuel does not burn in the
これによりDPFの温度が所定温度(例えば600°以上)にまで上昇すれば、堆積したPMが燃焼を始め、この燃焼に伴う発熱でDPFの温度がさらに上昇する。このような状態を所定の時間(例えば10分間くらい)維持することによって、堆積したPMがほぼ完全に除去されて、DPFのPM捕集能力が回復する。 As a result, when the temperature of the DPF rises to a predetermined temperature (for example, 600 ° or more), the accumulated PM starts burning, and the temperature of the DPF further rises due to heat generated by this combustion. By maintaining such a state for a predetermined time (for example, about 10 minutes), the deposited PM is almost completely removed, and the PM collection ability of the DPF is restored.
−ポスト噴射の制御−
前記のようにDPF再生などのために行うポスト噴射は、図2に表れているように気筒1aの膨張行程でピストン2が下降しているときに行われるので、燃料噴射弁6の噴孔から気筒1aの外周側に向かって伸びる燃料噴霧Sが気筒壁面にまで達することがある。この燃料は気筒壁面に付着してその一部がエンジンオイルを希釈し、性状を変化させることになるので、燃料によるオイルの希釈率が所定以上に高くなることは避けなくてはならない。
-Control of post injection-
As described above, the post-injection performed for DPF regeneration or the like is performed when the
この点について、気筒1aの膨張行程においてはピストンの下降とともに気筒内の温度および圧力が低下するため、ポスト噴射の時期が遅角するほど燃料の飛翔距離が伸びて、気筒壁面への付着量が増大する傾向がある。よって、十分なポスト噴射量を確保しながらオイル希釈の弊害を回避するためには、ポスト噴射の時期をできるだけ進角させることが望ましい。
In this regard, in the expansion stroke of the
しかしながら、ポスト噴射の時期を進角させるほど、噴射時の気筒1a内の温度および圧力は高くなり、また、気筒1a内に残存する酸素の量も多くなるので、燃料の一部が着火して燃焼する可能性が高くなる。こうして燃料の一部が気筒1a内で燃焼すると、その分は排気系に流出する未燃燃料の量が少なくなってしまい、例えば前記したDPF再生の効果が低下することになる。また、その結果としてDPF再生を行う時間が長くなれば、燃費の悪化を招く虞もある。
However, as the post-injection timing is advanced, the temperature and pressure in the
かかる点を考慮して本実施形態では、まず、ポスト噴射の時期を燃料が着火しない範囲において最大限に進角させることにより、燃料の壁面付着を抑制するようにしている。そして、その状態でも燃料の気筒壁面への付着量が多くなってしまい、オイル希釈の弊害を招く虞がある場合には、EGRガス量を増やすことによって気筒1a内の酸素濃度を低下させ、これにより着火を抑制しつつ、ポスト噴射の時期をさらに進角させるようにした。
Considering this point, in the present embodiment, first, the post-injection timing is advanced to the maximum in a range in which the fuel does not ignite, thereby suppressing the fuel wall surface adhesion. Even in this state, when the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface increases and there is a possibility of causing the adverse effect of oil dilution, the oxygen concentration in the
そのようなポスト噴射の制御のための構成としてECU30には、図1に模式的に示すようにメモリ31、筒内状態算出手段32、噴霧特性算出手段33、ポスト噴射前状態算出手段34、着火判定手段35、噴射条件補正手段36、オイル希釈率判定手段37、目標酸素濃度算出手段38、およびEGR開度補正手段39を備えている。
As a configuration for controlling such post injection, the
なお、これら各手段の機能は、ECU30のROMなどに記憶されている所定の制御ルーチンがCPUによって実行されることによって、実現する。換言すれば、各手段はソフトウエアの態様でECU30に備えられており、これら各手段の機能が有機的に組み合わされて、本実施形態に係る内燃機関の制御装置に固有の効果を奏するものである。
Note that the functions of these means are realized by the CPU executing a predetermined control routine stored in the ROM of the
以下、前記各手段のそれぞれの機能について詳細に説明する。まず、筒内状態算出手段32は、前記クランク角センサ22からのパルス信号、前記水温センサ21からの冷却水温検知信号、前記アクセル開度センサ24からのアクセル開度信号、前記エアフローメータ25からの吸入空気量検知信号などの内燃機関1の運転状態に関する信号を読み込み、気筒1a内の状態(筒内温度、筒内密度、筒内圧力、吸入空気量など)を算出する。
Hereinafter, the function of each means will be described in detail. First, the in-cylinder state calculation means 32 includes a pulse signal from the
なお、筒内温度や圧力の算出に関しては種々の方法が公知である。一例として筒内密度は、吸入空気量および空気圧力に燃料噴射量やEGRガス量、さらには冷却水温などを加味して算出すればよい。また、前記各センサの出力信号と筒内密度との関係を予め実験やシミュレーションによって規定したマップをECU30のROMに記憶させておき、このマップから筒内密度を求めるようにしてもよい。
Various methods are known for calculating the in-cylinder temperature and pressure. As an example, the in-cylinder density may be calculated by taking into account the amount of intake air and air pressure, the amount of fuel injection, the amount of EGR gas, and the cooling water temperature. Further, a map in which the relationship between the output signal of each sensor and the in-cylinder density is defined in advance by experiments and simulations may be stored in the ROM of the
噴霧特性算出手段33は、メイン噴射やポスト噴射だけでなくパイロット噴射なども含めて、それぞれの噴射動作について噴射条件の初期値(メイン噴射を分割して行う場合はそれぞれの噴射動作の初期値)と、前記筒内状態算出手段32によって算出された気筒1a内の状態とから、噴霧の貫徹力、噴霧角、噴射期間、蒸発量、当量比(噴霧内の平均当量比)等の噴霧特性を算出する。噴射条件としては、コモンレール圧センサ23によって検出される燃料圧力(燃料噴射圧力に相当)、燃料噴射量の他、噴射時期や噴射回数等がある。燃料噴射量はECU30からEDU40に出力される制御信号に基づいて認識される。
The spray characteristic calculation means 33 includes not only main injection and post injection but also pilot injection and the like. The initial value of the injection condition for each injection operation (or the initial value of each injection operation when the main injection is divided) From the state in the
なお、貫徹力および噴霧角は、燃料噴射圧力が高いほど大きくなる。噴射期間は、燃料噴射量と燃料噴射圧力とから求められ、目標とする燃料噴射量が得られる期間として算出される。蒸発量や当量比は貫徹力および噴霧角から求められる。噴霧角の算出手法としては、周知の演算式(例えば「廣安の式」)を利用すればよい。また、予め実験やシミュレーション等によって燃料の噴射量や噴射圧力と噴霧角との関係をマップ化してECU30のROMに記憶させておき、このマップから噴霧角を求めるようにしてもよい。貫徹力や蒸発量、当量比についても同様である。
The penetration force and the spray angle increase as the fuel injection pressure increases. The injection period is obtained from the fuel injection amount and the fuel injection pressure, and is calculated as a period during which a target fuel injection amount is obtained. The amount of evaporation and the equivalent ratio are determined from the penetration force and the spray angle. As a method for calculating the spray angle, a well-known arithmetic expression (for example, “Huan's formula”) may be used. Further, the relationship between the fuel injection amount or the injection pressure and the spray angle may be mapped in advance through experiments or simulations and stored in the ROM of the
ポスト噴射前状態算出手段34は、ポスト噴射の時期における気筒1a内の状態、具体的にはポスト噴射の直前の気筒1a内の温度Tpost(筒内温度であり、以下、ポスト噴射前温度という)や酸素濃度等を算出する。ポスト噴射前温度Tpostは、前記筒内状態算出手段32により算出される気筒1a内の状態をベースに、ポスト噴射よりも前のメイン噴射、プレ噴射、パイロット噴射のそれぞれの噴霧特性から燃焼量を求めて、算出することができる。この際、筒内温度の履歴も加味することが好ましい。
The post-injection state calculation means 34 is a state in the
例えば、予め実験やシミュレーション等によって、ポスト噴射よりも前の各噴射の燃焼量とポスト噴射前温度Tpostとの関係を調べ、その結果をマップ化してECU30のROMに記憶させておけば、このマップからポスト噴射前温度Tpostを求めることができる。各噴射の燃焼量についてはその噴霧内の平均当量比と筒内温度との関係を調べて、マップ化すればよい。酸素濃度についても同様に、筒内状態算出手段32により算出される気筒1a内の状態をベースに、ポスト噴射よりも前の噴射のそれぞれによる酸素の消費量を求めて算出すればよい。
For example, if the relationship between the combustion amount of each injection prior to post-injection and the temperature T post- post-injection before post-injection is examined by experiments or simulations in advance, the result is mapped and stored in the ROM of the
着火判定手段35は、ポスト噴射を行った場合の燃料噴霧の当量比(噴霧内の平均当量比)と、この燃料噴霧内の混合気温度もしくは前記ポスト噴射前温度Tpostとに基づいて、燃料が着火するか否か判定する。当量比は、前記のようにポスト噴射前状態算出手段34によって算出されたポスト噴射前温度Tpostと酸素濃度と、ポスト噴射の噴射条件(初期値)とに基づいて、前記噴霧特性算出手段33によって算出することができる。
The ignition determination means 35 is based on the fuel spray equivalence ratio (average equivalence ratio in the spray) and the mixture temperature in the fuel spray or the pre-post-injection temperature T post. Judge whether or not to ignite. The equivalence ratio is calculated based on the pre-post-injection temperature T post , the oxygen concentration, and the post-injection injection condition (initial value) calculated by the pre-post-injection
また、燃料噴霧内の混合気温度については、ポスト噴射前温度Tpost(筒内温度)から例えば以下の式(1)によって算出することができる。混合気温度Txに基づいて判定すれば、ポスト噴射前温度Tpostに基づく判定よりも正確に着火の有無を判定できる。 Further, the mixture temperature in the fuel spray can be calculated from the pre-injection temperature T post (in-cylinder temperature) by, for example, the following equation (1). If the determination is made based on the mixture temperature T x , it is possible to determine the presence or absence of ignition more accurately than the determination based on the pre-injection temperature T post .
なお、前記式(1)において、Mfuelは燃料噴霧における燃料の蒸発量であり、Cflは液体燃料の比熱であり、Tsatは燃料の飽和温度であり、Tl0は液体燃料の初期温度であり、hfは燃料の気化潜熱である。また、Maは燃料噴霧における雰囲気気体量であり、Cfaはその雰囲気気体の比熱であり、Tentはその雰囲気温度(即ちポスト噴射前温度Tpost))であり、Cfvは燃料蒸気の比熱である。 In the equation (1), M fuel is the amount of fuel evaporation in fuel spray, C fl is the specific heat of the liquid fuel, T sat is the fuel saturation temperature, and T 10 is the initial temperature of the liquid fuel. H f is the latent heat of vaporization of the fuel. Further, M a is the amount of atmospheric gas in the fuel spray, C fa is the specific heat of the atmospheric gas, T ent is the atmospheric temperature (ie, temperature T post before post injection), and C fv is the fuel vapor. Specific heat.
図4には、前記式(1)によって燃料噴霧内の混合気温度Txを計算した結果と、これを実験によって調べた結果とを対比して示す。実線のグラフはポスト噴射前温度Tpostが950Kのときの計算値であり、破線のグラフは同じく1200Kのときの計算値である。いずれも噴射の直後は燃料の蒸発に伴って温度が低下し、その後は周囲からの受熱によって温度が上昇している。また、実線および破線のいずれのグラフも実験値(四角または三角で示す)との相関がよく、式(1)によって混合気温度Txを算出できることが分かる。 FIG. 4 shows a comparison between the result of calculating the mixture temperature T x in the fuel spray by the equation (1) and the result obtained by examining this. The solid line graph is a calculated value when the post-injection temperature T post is 950K, and the broken line graph is also a calculated value when the temperature is 1200K. In either case, the temperature decreases as the fuel evaporates immediately after injection, and thereafter the temperature increases due to heat received from the surroundings. Further, it can be seen that both the solid line and the broken line are well correlated with the experimental values (indicated by squares or triangles), and the mixture temperature T x can be calculated by the equation (1).
そして、前記着火判定手段35による判定の結果に基づいて噴射条件補正手段36が、ポスト噴射の時期を進角または遅角側に補正する。すなわち、着火しないと判定すればポスト噴射の時期を進角させる一方、着火すると判定すればポスト噴射の時期を遅角させる。これにより、ポスト噴射の時期を燃料が着火しない範囲において最進角時期に制御することができる。 Based on the result of the determination by the ignition determination means 35, the injection condition correction means 36 corrects the post injection timing to the advance angle or retard angle side. That is, if it is determined not to ignite, the post injection timing is advanced, whereas if it is determined to ignite, the post injection timing is retarded. As a result, the post injection timing can be controlled to the most advanced timing within a range in which the fuel does not ignite.
その際、進角または遅角の補正量は予め設定した一定値としてもてもよいが、燃料の着火温度と混合気温度Txやポスト噴射前温度Tpostとの偏差(温度偏差)に応じて、この偏差が大きいほど補正量も大きくなるように設定してもよい。すなわち、予め実験やシミュレーション等によって前記の温度偏差とポスト噴射時期の補正量との好適な関係を調べてテーブルを作成し、ECU30のROMに記憶させておき、このテーブルから補正量を読み込むようにすればよい。
At this time, the advance or retard correction amount may be a predetermined constant value, but it depends on the deviation (temperature deviation) between the fuel ignition temperature and the mixture temperature T x or the pre-injection temperature T post. Thus, the correction amount may be set to increase as the deviation increases. That is, a table is created by examining a suitable relationship between the temperature deviation and the post-injection timing correction amount in advance through experiments, simulations, etc., stored in the ROM of the
オイル希釈率判定手段37は、主に前記のように補正したポスト噴射の時期における噴霧特性(前記噴霧特性算出手段33によって算出される噴霧の貫徹力、噴霧角、噴射期間、蒸発量、当量比等)に基づいて、気筒1aの壁面に付着する燃料の量を算出し、これが所定の閾値よりも多くなるか否か判定する。この閾値は、壁面付着燃料によるオイル希釈率が所定以上に高くなって、エンジンオイルの希釈による弊害が発生するような値に、実験やシミュレーションの結果に基づいて設定されている。
The oil dilution rate determination means 37 is a spray characteristic at the post-injection time corrected mainly as described above (spray penetration force, spray angle, injection period, evaporation amount, equivalence ratio calculated by the spray characteristic calculation means 33). Etc.), the amount of fuel adhering to the wall surface of the
燃料の気筒壁面への付着量の算出の仕方は種々、公知であるが、一例を挙げれば特開2011−241774号公報に開示されているように、燃料噴射弁6の噴孔から噴出する燃料の速度と、気筒1a内の温度および密度とに基づいて、微小な単位時間における燃料液滴の飛翔距離を算出し、この飛翔距離が、噴孔から気筒壁面までの燃料飛翔方向の距離(図2のDを参照)以上である時間内において、液滴のまま気筒壁面に到達する燃料の量を積算すればよい。
There are various known ways of calculating the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-241774, the fuel ejected from the nozzle hole of the
ここで、同じ燃料噴射弁であれば噴孔からの燃料の速度はその噴射圧力および噴射量への依存性が高く、また、筒内状態算出手段32により算出される気筒1a内の温度および密度については、内燃機関1の運転状態との相関が強い。そこで、予め実験やシミュレーション等によって内燃機関1の運転状態、ポスト噴射量および燃圧と燃料の壁面付着量との関係を調べ、その結果をマップ化してECU30のROMに記憶させておけば、このマップから燃料の壁面付着量を求めることができる。
Here, if the fuel injection valve is the same, the speed of the fuel from the injection hole is highly dependent on the injection pressure and the injection amount, and the temperature and density in the
前記のように算出した燃料の気筒壁面への付着量が閾値よりも多くて、オイル希釈率判定手段37によってオイル希釈率が所定以上に高くなる、と判定された場合、前記噴射条件補正手段36が、ポスト噴射時期をさらに進角側に補正する。すなわち、噴射条件補正手段36は、ポスト噴射の時期を燃料の着火しない範囲内で最進角時期に制御するとともに、この最進角時期においてオイル希釈率が所定以上に高くなる場合には、さらに進角させるものである。
When the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface calculated as described above is larger than the threshold value and the oil dilution
その場合、ポスト噴射の時期は、燃料の気筒壁面への付着量がほぼ閾値になるように進角させる。すなわち、例えば前記のマップに基づいてオイル希釈率判定手段37によって算出される燃料の壁面付着量が、前記閾値になるようなポスト噴射時期を求めて、この目標噴射時期まで進角させるようにすればよい。 In this case, the post injection timing is advanced so that the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface becomes substantially a threshold value. That is, for example, a post-injection timing at which the fuel wall surface adhesion amount calculated by the oil dilution rate determination means 37 based on the map becomes the threshold value is obtained and advanced to this target injection timing. That's fine.
目標酸素濃度算出手段38は、前記のように最進角時期からさらに進角側に補正されたポスト噴射時期の筒内温度(筒内状態算出手段32により算出され、混合気の着火温度よりも高い)においても、噴霧内の平均当量比が燃料の可燃範囲よりも高く(即ち燃料リッチに)なるような目標酸素濃度を算出する。なお、筒内温度と当量比の可燃範囲の上限との関係は、予め実験やシミュレーション等によって調べてテーブルを作成し、ECU30のROMに記憶させておけばよい。
As described above, the target oxygen concentration calculating means 38 is the in-cylinder temperature at the post-injection timing corrected from the most advanced timing to the advanced angle side (calculated by the in-cylinder state calculating means 32, and more than the ignition temperature of the air-fuel mixture). The target oxygen concentration is calculated so that the average equivalence ratio in the spray is higher than the combustible range of the fuel (that is, the fuel is rich). Note that the relationship between the in-cylinder temperature and the upper limit of the combustible range of the equivalence ratio may be preliminarily examined through experiments, simulations, or the like to create a table and store it in the ROM of the
そして、EGR開度補正手段39は、前記のように算出した酸素濃度となるようにEGRバルブ14の開度を補正する。すなわち、前記のように最進角時期からさらに進角側に補正されたポスト噴射時期の気筒1a内の酸素濃度(ポスト噴射前状態算出手段34により算出される)と前記目標酸素濃度との偏差に応じて、EGRバルブ14の開度の目標値を開き側に補正する。この補正量も予め実験やシミュレーション等によって、前記酸素濃度の偏差とEGRバルブ14の開度の補正量との好適な関係を調べてテーブルを作成し、ECU30のROMに記憶させておけばよい。
Then, the EGR opening degree correcting means 39 corrects the opening degree of the
−ポスト噴射の制御ルーチン−
以下、ECU30によって行われるポスト噴射の制御の具体的な手順について、図5および図6のフローチャートを参照して説明する。なお、これらのフローチャートに示される処理は、内燃機関1が例えばDPF再生のようにポスト噴射を実行する運転状態にあるときに、所定の時間間隔で実行される。
-Post injection control routine-
Hereinafter, a specific procedure of post injection control performed by the
まず、図5のフローのステップST1において現在の内燃機関1の運転状態を読み込む。例えば、水温センサ21による冷却水温度の読み込み、クランク角センサ22の検出値に基づいて算出される機関回転数の読み込み、コモンレール圧センサ23によるコモンレール7の内圧(燃圧)の読み込み、アクセル開度センサ24により検出されるアクセル開度の読み込み、エアフローメータ25による吸入空気量の読み込み、吸気圧センサ26による吸気圧の読み込み等が行われる。
First, the current operating state of the
続いてステップST2では、気筒1a内の状態量の算出、すなわち前記した筒内状態算出手段32による筒内温度、筒内密度、筒内圧力、吸入空気量等の算出を行い、続くステップST3では、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフター噴射およびポスト噴射のうち、現在の運転状態において実行する噴射動作について、その噴射条件の初期値(噴射初期値)を読み込む。
Subsequently, in step ST2, the state quantity in the
そして、その読み込んだ噴射条件の初期値と、前記ステップST2で算出された気筒1a内の状態とに基づいて、ポスト噴射よりも前に行われる噴射動作のそれぞれについて燃料噴霧の貫徹力、噴霧角、噴射期間、蒸発量、当量比等を算出する(ステップST4)。つまり、前記した噴霧特性算出手段33によってポスト噴射よりも前に行われる各噴射の燃料噴霧特性が算出される。
Then, based on the read initial value of the injection condition and the state in the
続いて、ステップST5では、前記したポスト噴射前状態算出手段34によってポスト噴射前温度Tpost(またはポスト噴射による燃料噴霧内の混合気温度Tx)および酸素濃度、即ち、初期値として設定されているポスト噴射の時期における気筒1a内の温度および酸素濃度が算出される。これに基づいてステップST6〜ST8では、前記着火判定手段35による着火判定が行われる。
Subsequently, in step ST5, the pre-post-injection state calculation means 34 sets the pre-post-injection temperature T post (or the mixture temperature T x in the fuel spray by the post injection) and the oxygen concentration, that is, the initial values. The temperature and oxygen concentration in the
まず、ステップST6ではポスト噴射による燃料噴霧内の平均当量比が算出され、この当量比が可燃範囲内か否かがステップST7で判定される。これが否定判定(NO)であれば後述のステップST10に進む一方、肯定判定(YES)であればステップST8に進み、今度はポスト噴射前温度Tpost(または混合気温度Tx)が混合気の着火温度以上か否か判定される。 First, in step ST6, an average equivalence ratio in the fuel spray by post injection is calculated, and it is determined in step ST7 whether this equivalence ratio is within the combustible range. If this determination is negative (NO), the process proceeds to step ST10 described later. If affirmative (YES), the process proceeds to step ST8, and this time the pre-injection temperature T post (or the mixture temperature T x ) is It is determined whether or not the ignition temperature is exceeded.
この判定が肯定判定(YES)であればステップST9に進んで、前記ステップST3で読み込んだポスト噴射時期を遅角側に補正する一方、否定判定(NO)であればステップST10に進んで、ポスト噴射時期を進角側に補正する。すなわち、ステップST9、ST10においては前記の噴射条件補正手段36によってポスト噴射の時期が、燃料の着火しない範囲における最進角時期へと補正される。 If this determination is affirmative (YES), the process proceeds to step ST9, and the post-injection timing read in step ST3 is corrected to the retard side. If the determination is negative (NO), the process proceeds to step ST10. Correct the injection timing to the advance side. That is, in steps ST9 and ST10, the injection condition correction means 36 corrects the post-injection timing to the most advanced timing in the range where fuel does not ignite.
ここまでの制御手順について図7を参照して説明すると、その最上段に示すように燃料噴霧内の混合気温度Txは、ポスト噴射の時期が遅角するに連れて低下する一方、噴霧内の当量比(平均当量比)は噴射時期の遅角に連れて高く(燃料リッチに)なってゆくが、概ね可燃範囲内にある。そこで、前記のように燃料噴霧の着火判定に応じてポスト噴射の時期を進角または遅角させて、混合気温度Txがぎりぎり着火温度未満となる図示の時期Lに、つまり燃料が着火しない範囲における最進角時期Lに制御する。 The control procedure up to this point will be described with reference to FIG. 7. As shown in the uppermost stage, the mixture temperature T x in the fuel spray decreases as the post-injection timing is retarded. The equivalence ratio (average equivalence ratio) becomes higher (fuel rich) with the delay of the injection timing, but is generally within the combustible range. Therefore, as described above, the post-injection timing is advanced or retarded in accordance with the fuel spray ignition determination, and the fuel mixture does not ignite at the time L shown in the drawing when the mixture temperature T x is below the ignition temperature. It controls to the most advanced angle timing L in the range.
ここで、図の下段に示すようにオイル希釈率は、ポスト噴射の時期が進角側(図の左側)にあるほど低くなっている。これは、噴射時期が進角側であるほど燃料の気筒壁面への付着量が少ないことによる。そして、前記の最進角時期Lにおいてはオイル希釈率が許容値よりも低くなっており、この例ではポスト噴射燃料の気筒壁面への付着量が閾値未満であって、問題が生じないことが分かる。 Here, as shown in the lower part of the figure, the oil dilution rate becomes lower as the post injection timing is on the advance side (left side in the figure). This is because the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface is smaller as the injection timing is advanced. At the most advanced angle L, the oil dilution rate is lower than the allowable value. In this example, the amount of post-injected fuel adhering to the cylinder wall surface is less than the threshold value, and no problem occurs. I understand.
また、前記のように最進角時期Lでは混合気温度Txが着火温度未満になっているので、ポスト噴射した燃料の殆どが着火せずに排気系に流出し、NSRやDPFに十分な量の未燃燃料が供給される。図の例ではポスト噴射時期が最進角時期LにあるときでもDPF床温(図7の最下段に示す)が目標値を上回っており、DPF再生の際にその温度を十分に高めて、堆積したPMを効果的に燃焼除去することができる。 Further, as described above, at the most advanced angle L, the mixture temperature T x is lower than the ignition temperature, so that most of the post-injected fuel flows into the exhaust system without being ignited, and is sufficient for the NSR and DPF. A quantity of unburned fuel is supplied. In the example of the figure, even when the post injection timing is at the most advanced angle L, the DPF floor temperature (shown at the bottom of FIG. 7) exceeds the target value, and the temperature is sufficiently increased during the DPF regeneration, The accumulated PM can be effectively removed by combustion.
なお、前記の最進角時期Lよりもさらにポスト噴射時期が進角すると、オイル希釈率はさらに低下するものの、混合気温度Txが燃料の着火温度以上になってその一部が着火、燃焼してしまう。こうして燃焼する分、排気系に流出する未燃燃料は少なくなるので、DPF床温が目標値を下回ることになる(目標温度に足らない)。 Note that if the post injection timing is further advanced than the most advanced timing L, the oil dilution rate further decreases, but the mixture temperature T x becomes equal to or higher than the fuel ignition temperature, and a part of the mixture is ignited and burned. Resulting in. Since the amount of unburned fuel flowing out to the exhaust system is reduced by the amount of combustion in this way, the DPF floor temperature is lower than the target value (not enough for the target temperature).
次に図6および図8を参照して、前記のような気筒壁面への付着量に応じてポスト噴射の時期をさらに補正する手順について説明する。まず、図6のステップST11ではオイル希釈率判定手段37によって、ポスト噴射した燃料の気筒壁面への付着量が閾値よりも多くなるか(壁面付着量が多いか)否か判定する。そして、図7を参照して前述したように最進角時期Lでオイル希釈率が許容値よりも低くなっていれば、壁面付着量が閾値未満であるから否定判定(NO)して、リターンする。 Next, a procedure for further correcting the post-injection timing according to the amount of adhesion to the cylinder wall as described above will be described with reference to FIGS. First, in step ST11 of FIG. 6, the oil dilution rate determination means 37 determines whether or not the amount of post-injected fuel adhering to the cylinder wall surface is greater than a threshold value (whether the wall surface adhering amount is large). Then, as described above with reference to FIG. 7, if the oil dilution rate is lower than the allowable value at the most advanced timing L, the wall surface adhesion amount is less than the threshold value, so a negative determination is made (NO), and the return To do.
一方、例えばポスト噴射量が多くて、図8に示すように前記の最進角時期Lにおいてもオイル希釈率が許容値よりも高くなる場合には、ポスト噴射した燃料の壁面付着量が閾値よりも多くなっているので、肯定判定(YES)してステップST12に進む。そして、前記の噴射条件補正手段36によりポスト噴射時期をさらに進角側の時期Aに補正する(図8の最上段に白抜きの矢印で示す)。これにより燃料の壁面付着量は減少し、オイル希釈率が許容値よりも低くなる。 On the other hand, for example, when the post injection amount is large and the oil dilution rate becomes higher than the allowable value even at the most advanced timing L as shown in FIG. Therefore, the determination is affirmative (YES), and the process proceeds to step ST12. Then, the post-injection timing is further corrected to the advance side A by the injection condition correction means 36 (indicated by a white arrow at the top of FIG. 8). As a result, the amount of fuel adhering to the wall surface decreases, and the oil dilution rate becomes lower than the allowable value.
一方で補正後の噴射時期Aにおいては、混合気温度Txが燃料の着火温度を越えてしまい、その一部が着火、燃焼する虞があるので、前記の目標酸素濃度算出手段38により、噴射時期Aにおいて燃料の可燃範囲よりも高い当量比となるような酸素濃度を算出し(ステップST13)、この酸素濃度となるようにEGRバルブ14の開度を開き側に補正する(ステップST14)。
On the other hand, at the corrected injection timing A, the mixture temperature T x exceeds the ignition temperature of the fuel, and a part thereof may ignite and burn. At time A, the oxygen concentration is calculated such that the equivalent ratio is higher than the combustible range of the fuel (step ST13), and the opening of the
これにより、図8の下段に黒矢印で示すようにEGRガスが増量されて、気筒1a内の酸素濃度が低下することにより、ポスト噴射による燃料噴霧の当量比(噴霧内の平均当量比)が可燃範囲から外れて(白四角から黒三角へ)、燃料の着火が効果的に抑制される。つまり、ポスト噴射した燃料噴霧の温度が着火温度を超えてしまっても、その着火はほぼ阻止して十分な量の未燃燃料を排気系のNSRやDPFに供給し、その温度を効果的に上昇させることができる。
As a result, the EGR gas is increased as shown by the black arrow in the lower part of FIG. 8, and the oxygen concentration in the
したがって、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によると、まず、ポスト噴射された燃料噴霧の当量比や温度状態を推定して、この燃料噴霧が着火するか否か判定し、着火しない範囲における最進角時期Lに制御することによって、ポスト噴射燃料の気筒壁面への付着を減らしつつ、排気系には十分な未燃燃料を供給して、例えばDPFの再生制御を効果的に行える。 Therefore, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, first, the equivalence ratio and the temperature state of the post-injected fuel spray are estimated, and it is determined whether or not the fuel spray is ignited. By controlling to the most advanced angle L, it is possible to effectively control the regeneration of the DPF, for example, by supplying sufficient unburned fuel to the exhaust system while reducing the adhesion of post-injected fuel to the cylinder wall surface.
さらに、それでもポスト噴射燃料の壁面付着量が多くなるような場合には、EGRガス量の増大によって気筒1a内の酸素濃度を低下させ、ポスト噴射燃料の着火を抑制しながら、その噴射時期はさらに進角させることで、燃料の気筒壁面への付着をより一層、少なくし、オイル希釈による弊害を回避することができる。
Furthermore, if the wall surface adhesion amount of the post-injected fuel increases, the oxygen concentration in the
そうして気筒内の酸素濃度を低下させるときに、本実施形態ではポスト噴射された燃料の噴霧内の当量比が可燃範囲外になるように、気筒1a内の酸素濃度を低下させることによって、気筒1a内もしくは燃料噴霧の温度状態が着火温度以上であっても、その着火、燃焼をほぼ阻止することができる。
Thus, when the oxygen concentration in the cylinder is reduced, in this embodiment, by reducing the oxygen concentration in the
また、本実施形態では気筒1a内の酸素濃度を低下させるために、EGR通路13を流れるEGRガス量を増大させるようにしており、いわゆる内部EGRガスに比べて低温の外部EGRガスによって、気筒1a内の温度をあまり上昇させることなく、その酸素濃度を調整することができる。よって、ポスト噴射燃料の着火を抑制する上で有利になる。
In the present embodiment, in order to reduce the oxygen concentration in the
−他の実施形態−
以上、説明した実施形態は、コモンレール式の筒内直噴型ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、コモンレール以外の例えばユニットインジェクタを装備したディーゼルエンジンにも適用可能であるし、ディーゼルエンジンにも限定されず、軽油以外の燃料を使用する種々の内燃機関に対しても本発明を適用することができる。
-Other embodiments-
The embodiment described above has been described for the case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection type diesel engine. The present invention can also be applied to various internal combustion engines that use fuels other than diesel oil.
また、前記の実施形態では、ポスト噴射燃料の気筒壁面への付着を減らすために、その噴射時期を進角させるようにしているが、これに加えて燃料の噴射圧力を低下させたり、ポスト噴射を複数回に分割して行う場合にはその分割数を増やすようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the injection timing is advanced in order to reduce the adhesion of post-injected fuel to the cylinder wall surface. In addition to this, the fuel injection pressure is reduced, or post-injection is performed. May be divided into a plurality of times and the number of divisions may be increased.
さらに前記の実施形態では、ポスト噴射の時期を最進角時期Lからさらに進角させる際に、いわゆる外部EGRガス量を増量して気筒1a内の酸素濃度を低下させるようにしているが、これに代えて、或いはこれに加えて、いわゆる内部EGRガス量を調整するようにしてもよいし、スロットルバルブ11の開度を変更するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, when the post injection timing is further advanced from the most advanced angle L, the so-called external EGR gas amount is increased to decrease the oxygen concentration in the
本発明は、メイン噴射の後にポスト噴射を行うようにした筒内噴射式の内燃機関において、オイル希釈による弊害を予防しながら、排気系の浄化装置などの機能を効果的に回復させることができ、特に自動車に搭載されるディーゼルエンジンに適用して効果が高い。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can effectively recover the functions of an exhaust system purification device and the like while preventing adverse effects caused by oil dilution in a direct injection internal combustion engine that performs post injection after main injection. In particular, it is highly effective when applied to diesel engines installed in automobiles.
1 内燃機関
1a 気筒
6 燃料噴射弁
10 吸気マニホールド(吸気通路)
12 排気マニホールド(排気通路)
13 EGR通路(酸素濃度調整手段)
14 EGRバルブ(酸素濃度調整手段)
30 ECU(制御手段)
32 筒内状態算出手段
33 噴霧特性算出手段
34 ポスト噴射前状態算出手段
35 着火判定手段
36 噴射条件補正手段
37 オイル希釈率判定手段
38 目標酸素濃度算出手段、
39 EGR開度補正手段
S ポスト噴射による燃料の噴霧
1
12 Exhaust manifold (exhaust passage)
13 EGR passage (oxygen concentration adjusting means)
14 EGR valve (oxygen concentration adjusting means)
30 ECU (control means)
32 In-cylinder state calculation means 33 Spray characteristic calculation means 34 Pre-post-injection state calculation means 35 Ignition determination means 36 Injection condition correction means 37 Oil dilution rate determination means 38 Target oxygen concentration calculation means,
39 EGR opening correction means S Fuel spray by post injection
Claims (5)
前記ポスト噴射による燃料が着火しない範囲において最進角時期となるように、当該ポスト噴射の時期を制御する制御手段と、
前記気筒内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段と、を備え、
前記制御手段は、前記ポスト噴射による燃料の気筒壁面への付着量が所定以上に多くなるか否か判定し、前記最進角時期でも壁面付着量が所定以上に多くなると判定すれば、前記酸素濃度調整手段によって気筒内の酸素濃度を低下させるとともに、ポスト噴射の時期をさらに進角させる構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine comprising a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder, and performing at least main injection and post injection by the fuel injection valve,
Control means for controlling the timing of the post-injection so as to be the most advanced timing in a range where the fuel by the post-injection does not ignite,
Oxygen concentration adjusting means for adjusting the oxygen concentration in the cylinder,
The control means determines whether or not the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface due to the post-injection is greater than a predetermined amount, and if it is determined that the wall surface adhesion amount is greater than a predetermined amount even at the most advanced timing, A control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that the oxygen concentration in the cylinder is reduced by the concentration adjusting means and the post injection timing is further advanced.
前記制御手段は、前記ポスト噴射による燃料の噴霧内の当量比および温度状態を推定して、この燃料の噴霧が着火するか否か判定し、着火すると判定すればポスト噴射の時期を遅角側に補正する一方、着火しないと判定すれば進角側に補正する構成である、内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The control means estimates the equivalence ratio and the temperature state in the fuel spray by the post injection, determines whether or not the fuel spray is ignited, and if it is determined to ignite, the post injection timing is retarded On the other hand, the control device for the internal combustion engine is configured to correct to the advance side if it is determined that the ignition is not performed.
前記制御手段は、前記ポスト噴射による燃料の飛翔距離および噴孔から気筒壁面までの距離に基づいて、壁面付着量が所定以上に多くなるか否か判定する構成である、内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The control device of the internal combustion engine, wherein the control means is configured to determine whether or not a wall surface adhesion amount is greater than a predetermined amount based on a fuel flight distance by the post injection and a distance from the injection hole to the cylinder wall surface.
前記制御手段は、前記酸素濃度調整手段によって気筒内の酸素濃度を低下させる際に、前記ポスト噴射による燃料の噴霧内の当量比が可燃範囲外になるように酸素濃度を低下させる構成である、内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
When the oxygen concentration in the cylinder is reduced by the oxygen concentration adjusting means, the control means is configured to reduce the oxygen concentration so that the equivalent ratio in the fuel spray by the post injection is out of the combustible range. Control device for internal combustion engine.
前記酸素濃度調整手段は、内燃機関の排気通路から排気ガスの一部を吸気通路へ還流させるとともに、その還流ガス量を調整することによって、気筒内への吸気の酸素濃度を調整する構成である、内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 4,
The oxygen concentration adjusting means is configured to recirculate a part of the exhaust gas from the exhaust passage of the internal combustion engine to the intake passage, and to adjust the oxygen concentration of the intake air into the cylinder by adjusting the amount of the recirculated gas. A control device for an internal combustion engine.
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