JP6131847B2 - Control unit for direct injection engine - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
本発明は、直噴エンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a direct injection engine.
従来より、燃費性能の向上等を目的として、エンジン本体の気筒に形成された燃焼室内で圧縮自着火燃焼を実施することが行われている。 Conventionally, for the purpose of improving fuel efficiency, compression auto-ignition combustion has been performed in a combustion chamber formed in a cylinder of an engine body.
圧縮自着火燃焼では、気筒内の混合気の温度を自着火可能な温度にまで高める必要がある。そのため、通常、圧縮自着火燃焼を実施する際には、内部EGR等により混合気が昇温されている。しかしながら、減速時等において燃料供給を停止する燃料カットを行うと、燃焼停止に伴って燃焼室の壁面温度が低下するため、その後の復帰時すなわち燃焼再開時には、安定した圧縮自着火燃焼の実現が困難になるという問題がある。 In compression self-ignition combustion, it is necessary to raise the temperature of the air-fuel mixture in the cylinder to a temperature at which self-ignition is possible. Therefore, normally, when performing compression auto-ignition combustion, the air-fuel mixture is heated by internal EGR or the like. However, if the fuel cut is performed to stop the fuel supply at the time of deceleration or the like, the wall surface temperature of the combustion chamber decreases as the combustion is stopped. There is a problem that it becomes difficult.
この問題に対して、例えば、特許文献1には、燃料カットからの復帰時には圧縮自着火燃焼を実施せず、火花点火燃焼を実施し、復帰後所定時間が経過した後にはじめて圧縮自着火燃焼に移行するものが開示されている。
To solve this problem, for example, in
特許文献1の発明では、圧縮自着火燃焼に代えて火花点火燃焼を実施するため、燃費性能を十分に高めることができない。
In the invention of
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、燃料カット実行後の燃焼再開後において、より早期に安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる直噴エンジンの制御装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a control device for a direct injection engine that can realize stable compression auto-ignition combustion at an earlier stage after restarting combustion after execution of fuel cut.
前記課題を解決するために、本発明は、気筒に形成された燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射装置を有し、前記燃焼室内で燃料と空気との混合気を燃焼させてピストンを往復運動させる直噴エンジンの制御装置であって、エンジンの運転状態を判定する判定手段と、少なくともエンジン負荷が所定負荷よりも低い領域に設定された圧縮自着火燃焼領域での運転時に前記燃焼室内の混合気が自着火により燃焼するように、前記燃料噴射装置を含むエンジンの各部を制御する燃焼制御手段とを備え、前記燃焼制御手段は、前記燃料噴射装置からの燃料噴射が停止される燃料カットの実行後、前記圧縮自着火燃焼領域で燃焼を再開させる場合に、前記混合気を自着火により燃焼させるとともに、前記燃料噴射装置に、要求エンジントルクを生成するための燃料を前記燃焼室内に噴射するメイン噴射と、当該メイン噴射の後であって膨張行程の所定のタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施させるとともに、当該ポスト噴射の噴射タイミングを、ポスト噴射された燃料の少なくとも一部が燃焼し、かつ、このポスト噴射された燃料を含む混合気の燃焼性を左右する筒内状態温度が低温であるほど進角側に設定されたタイミングにすることを特徴とする直噴エンジンの制御装置を提供する(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention includes a fuel injection device capable of injecting fuel into a combustion chamber formed in a cylinder, and reciprocating a piston by combusting a mixture of fuel and air in the combustion chamber. A control device for a direct-injection engine to be moved, comprising: determination means for determining an operating state of the engine; and at least an operation in a compression auto-ignition combustion region in which an engine load is set to a region lower than a predetermined load. Combustion control means for controlling each part of the engine including the fuel injection device so that the air-fuel mixture is combusted by self-ignition, and the combustion control means is a fuel cut in which fuel injection from the fuel injection device is stopped When the combustion is restarted in the compression auto-ignition combustion region after performing the above, the air-fuel mixture is combusted by auto-ignition and the required engine torque is generated in the fuel injection device. And a post-injection for injecting fuel into the combustion chamber at a predetermined timing in the expansion stroke after the main injection, and injection of the post-injection The timing is set to the advanced side as the in-cylinder state temperature that affects the combustibility of the air-fuel mixture containing the post-injected fuel burns, and the in-cylinder state temperature is lower. There is provided a control device for a direct injection engine characterized by timing.
本発明によれば、トルクショックを与えることなく、燃料カット実行後の燃焼再開後において、燃焼室の壁面温度を早期に上昇させて安定した圧縮自着火燃焼を早期に実現することができる。このことは、高い燃焼安定性を実現することができ高い燃費性能につながる。 According to the present invention, stable compression auto-ignition combustion can be realized at an early stage by increasing the wall surface temperature of the combustion chamber at an early stage after resuming the combustion after the fuel cut is performed without giving a torque shock. This can achieve high combustion stability and leads to high fuel efficiency.
具体的には、本発明では、要求エンジントルクに応じたメイン噴射を実施しつつ、このメイン噴射の後の膨張行程中すなわち発生した燃焼エネルギが有効なエンジントルクに変換されにくいタイミングでポスト噴射を実施している。そのため、メイン噴射により適正に要求エンジントルクを生じさせ、かつ、ポスト噴射により生じた燃焼エネルギにより要求エンジントルク以上のトルクが生じることを回避しつつ、ポスト噴射により生じたこの燃焼エネルギによって燃焼室内で発生する熱量を増大して燃焼室の壁面温度を上昇させることができる。 Specifically, in the present invention, while performing the main injection according to the required engine torque, the post-injection is performed during the expansion stroke after the main injection, that is, at a timing at which the generated combustion energy is difficult to be converted into an effective engine torque. We are carrying out. For this reason, the required engine torque is appropriately generated by the main injection, and the combustion energy generated by the post injection avoids the generation of a torque higher than the required engine torque. The amount of heat generated can be increased, and the wall surface temperature of the combustion chamber can be raised.
しかも、本発明では、混合気の燃焼性を左右する筒内状態温度が低温であるほど、すなわち、ポスト噴射された燃料が燃えにくい状態であるほど、ポスト噴射の噴射タイミングが進角側にされる。そのため、ポスト噴射された燃料の少なくとも一部を確実に燃焼させることができ、この燃焼エネルギによってより確実に燃焼室の壁面温度等を上昇させることができる。 Moreover, in the present invention, the lower the in-cylinder state temperature that influences the combustibility of the air-fuel mixture, that is, the more the post-injected fuel is more difficult to burn, the more the post-injection injection timing is advanced. The Therefore, at least a part of the post-injected fuel can be reliably burned, and the wall surface temperature of the combustion chamber can be more reliably increased by this combustion energy.
本発明において、前記燃焼制御手段は、燃料カット後の前記圧縮自着火燃焼領域での燃焼再開後、複数サイクルにわたって前記ポスト噴射を実施するとともに、前記燃焼再開直後からの経過サイクル数が多いほど前記ポスト噴射の噴射タイミングを遅角側にするのが好ましい(請求項2)。 In the present invention, the combustion control means performs the post-injection over a plurality of cycles after resuming combustion in the compression auto-ignition combustion region after fuel cut, and increases the number of elapsed cycles from immediately after resuming combustion. It is preferable to set the injection timing of the post injection to the retard side (Claim 2).
この構成では、燃焼再開直後からの経過サイクル数が多くなり筒内状態温度が高くなって、同じタイミングでポスト噴射された場合における燃料の着火遅れが短くなるほど、ポスト噴射の噴射タイミングが遅角側にされる。そのため、ポスト噴射された燃料が早期に燃焼して生じた燃焼エネルギが過剰に有効なエンジントルクに変換されてトルクショックが生じるのをより確実に回避することができる。 In this configuration, the number of cycles that have elapsed immediately after resuming combustion increases, the in-cylinder state temperature increases, and the post-injection delay of fuel in the case of post-injection at the same timing becomes shorter, the post-injection injection timing becomes retarded. To be. Therefore, it is possible to more reliably avoid the occurrence of torque shock due to the combustion energy generated by early combustion of the post-injected fuel being converted into an excessively effective engine torque.
前記構成において、前記直噴エンジンから排出された排気を浄化可能な浄化装置を備え、前記燃焼制御手段は、燃料カット後の前記圧縮自着火燃焼領域での燃焼再開時に、前記浄化装置内の温度が予め設定された第1基準温度より低くかつ第2基準温度よりも高い場合には、前記ポスト噴射の噴射タイミングを当該ポスト噴射された燃料の一部が前記燃焼室内で燃焼しないタイミングにするのが好ましい(請求項3)。 In the above-described configuration, a purification device capable of purifying the exhaust discharged from the direct injection engine is provided, and the combustion control means is configured to reduce a temperature in the purification device when combustion is resumed in the compression auto-ignition combustion region after a fuel cut. Is lower than a preset first reference temperature and higher than a second reference temperature, the injection timing of the post-injection is set to a timing at which a part of the post-injected fuel does not burn in the combustion chamber. (Claim 3).
このように本発明を、浄化装置を備えた装置に適用すれば、燃料カットに伴い低温となった浄化装置を、ポスト噴射による燃焼エネルギの増加に伴う排気温度の上昇によって、早期に活性化することができる。 As described above, when the present invention is applied to a device equipped with a purification device, the purification device that has become low temperature as a result of fuel cut is activated early due to an increase in exhaust gas temperature due to an increase in combustion energy due to post injection. be able to.
さらに、この構成では、第1基準温度より低くかつ第2基準温度よりも高い温度の浄化装置、すなわち、浄化装置内での反応が可能である一方十分に活性化されていない状態の浄化装置に、未燃の燃料を供給することができ、浄化装置内でこの未燃燃料を反応させることで浄化装置をより効果的に昇温、活性化することができる。 Further, in this configuration, the purification device having a temperature lower than the first reference temperature and higher than the second reference temperature, that is, a purification device that is capable of reacting in the purification device but is not sufficiently activated. Unburned fuel can be supplied, and the purification device can be heated and activated more effectively by reacting the unburned fuel in the purification device.
また、本発明において、前記燃焼制御手段は、燃料カット後の前記圧縮自着火燃焼領域での燃焼再開時に、前記燃料噴射装置に、前記メイン噴射として、圧縮工程中に燃料を複数回に分けて噴射する圧縮工程分割噴射を実施させるのが好ましい(請求項4)。 In the present invention, the combustion control means may divide the fuel into a plurality of times during the compression process as the main injection when the combustion is restarted in the compression auto-ignition combustion region after the fuel cut. It is preferable to carry out the compression process divided injection for injection.
このようにすれば、前記ポスト噴射による燃焼室内の壁面温度の昇温効果に加えて、圧縮行程分割噴射による燃焼促進効果によって、燃料カットから後の燃焼再開時においてより確実に安定した自着火燃焼を実現することができる。 In this way, in addition to the temperature rise effect of the wall surface temperature in the combustion chamber by the post injection, the combustion promotion effect by the compression stroke division injection makes the auto-ignition combustion more stable and stable when the combustion is restarted after the fuel cut. Can be realized.
具体的には、この構成では、圧縮行程分割噴射の実施により、1噴射あたりの燃料量および燃料噴霧のペネトレーション(貫徹力)を小さく抑えて、燃料の拡散を抑え、これにより圧縮上死点近傍において燃焼室内に局所的に空燃比が理論空燃比よりもリッチであって着火遅れが短い混合気を形成することができる。そして、この燃焼室内に形成された局所的にリッチな混合気の早期に着火、燃焼により他の混合気の燃焼を誘発させて、混合気全体の燃焼を促進することができる。 Specifically, in this configuration, by performing the compression stroke division injection, the fuel amount per injection and the fuel spray penetration (penetration force) are suppressed, and the fuel diffusion is suppressed, thereby the vicinity of the compression top dead center. In the combustion chamber, the air-fuel ratio is locally richer than the stoichiometric air-fuel ratio and an air-fuel mixture with a short ignition delay can be formed. And the combustion of the whole air-fuel mixture can be promoted by inducing the combustion of the other air-fuel mixture by early ignition and combustion of the locally rich air-fuel mixture formed in the combustion chamber.
以上説明したように、本発明によれば、燃料カットからの圧縮自着火燃焼領域での燃焼再開時において、より確実に安定した圧縮自着火燃焼を実現して、高い燃費性能を得ることができる。 As described above, according to the present invention, at the time of resuming combustion in the compression auto-ignition combustion region from the fuel cut, more reliable and stable compression auto-ignition combustion can be realized, and high fuel efficiency can be obtained. .
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る直噴エンジンの制御装置が適用されたエンジンシステム100の概略構成図である。エンジンシステム100は、車両に搭載されて、エンジン本体1を有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
エンジン本体1は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンであり、4サイクルエンジン、すなわち、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が順に実施されるエンジンである。エンジン本体1は、後述するように、インジェクタ(燃料噴射装置)15により燃料を気筒10(燃焼室11)内に直接噴射可能に構成された直噴エンジンである。また、エンジン本体1は、後述するように、圧縮自着火燃焼が実現されるエンジンである。
The
エンジン本体1は、気筒10が形成されたシリンダブロック12とシリンダヘッド13とを有する。本実施形態では、4つの気筒10がシリンダブロック12に直列に形成されている。各気筒10内には、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されたピストン14が往復動可能に嵌挿されている。そして、各気筒10内には、気筒10の内側面とピストン14の冠面とシリンダヘッド13とによって囲まれた燃焼室11が形成されている。
The
以下、ピストン14の往復動方向を上下方向といい、シリンダブロック12に対してシリンダヘッド13が配置されている側を上側という。
Hereinafter, the reciprocating direction of the
本実施形態では、熱効率の向上や圧縮自着火燃焼の安定化等を目的として、エンジン本体1の幾何学的圧縮比は、15以上の比較的高い値に設定されている。エンジン本体1の幾何学的圧縮比は、これに限定されるものではないが、15以上20以下程度の範囲が好ましい。
In the present embodiment, the geometric compression ratio of the
ピストン14および燃焼室11は、図3に示すような構成を有する。ピストン14の冠面すなわち上面の径方向中央には、シリンダヘッド13および燃焼室11の天井から離間する方向すなわち下方に凹む凹状を有するキャビティ11aが形成されている。キャビティ11aは、その上端に、燃焼室11の天井向きすなわち上向きの開口部を有している。キャビティ11aの開口部の開口面積は、キャビティ11aの内部の各高さ位置での水平方向断面の面積の最大値よりも小さく設定されている。すなわち、キャビティ11aは、その開口部から所定深さまでの範囲において、上方に至るほど内径が狭くなるように上窄まり状になっている。
The
シリンダヘッド13には、気筒10毎に、燃焼室11内に燃料を直接噴射するインジェクタ15が取り付けられている。インジェクタ15は、図3に示すように、その噴口がキャビティ11aの径方向中央と対向するように、燃焼室11の天井面の径方向中央から燃焼室11内に臨むように配設されている。本実施形態では、インジェクタ15は、複数の噴口を有する多噴口型であり、インジェクタ15から噴射された燃料噴霧は、燃焼室11の径方向中央から下向き放射状に広がる。インジェクタ15は、燃料供給システム(不図示)により燃料タンク(不図示)から圧送された比較的高圧の燃料を燃焼室11内に噴射する。
An
シリンダヘッド13には、燃焼室11内の混合気に強制点火する点火プラグ16が気筒10毎に取り付けられている。各点火プラグ16は、その先端に設けられた電極部分がインジェクタ15の噴口近傍に位置するように配置されている。
A
シリンダヘッド13には、気筒10毎に、気筒10内に吸気を導入するための吸気ポート17および気筒10内から排気を排出するための排気ポート18がそれぞれ形成されている。吸気ポート17および排気ポート18には、これら各ポート17,18、詳細には、シリンダヘッド13に形成されたこれら各ポート17,18の開口をそれぞれ開閉する吸気弁21および排気弁22がそれぞれ配設されている。
The
排気弁22は、排気弁駆動機構23によって駆動される。排気弁駆動機構23は、排気バルブリフト可変機構(以下、排気VVL(Variable Valve Lift)という)23aと、排気位相可変機構(以下、排気VVT(Variable Valve Timing)という)23bとを含む。
The
排気VVL23aは、排気弁22の作動モードを図4(a)に示す通常モードと、図4(b)に示す特殊モードとに切り替える。通常モードでは、排気弁22は、主に排気行程中に開弁する(開弁開始から閉弁までの期間の大部分が排気行程と重なる)。このとき、排気弁22のバルブリフトは、開弁後徐々に増大していき、最大リフトに到達すると再び徐々に減少してゼロに至る。特殊モードでは、排気弁22のバルブリフトは、通常モードと同様に、第1の開弁期間t_1中は、開弁後徐々に増大し最大リフトに到達した後再び徐々に減少していくが、そのままゼロに至ることなく、そのリフト量すなわち第1の開弁期間t_1での最大リフトよりも低いリフトを第2の開弁期間t_2維持した後ゼロに至る。排気VVL23aは、これらのモードを実現するために、カム形状が互いに異なる第1カムと第2カムとを有する。第1カムは、図4(a)に示すリフト特性に対応した形状を有し、カム山を1つ有する。第2カムは、図4(b)に示すリフト特性に対応した形状を有し、カム山を2つ有する。排気VVL23aは、第1カムと第2カムの作動状態を選択的に排気弁22に伝達するロストモーション機構を含んでおり、第1カムの作動状態を排気弁22に伝達することで排気弁22の作動状態を通常モードとし、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達することで排気弁22の作動状態を特殊モードとする。排気VVL23aは、例えば油圧作動式である。
The
排気VVT23bは、クランクシャフトに対する排気カムシャフトの回転位相を変更して排気弁22の開弁時期と閉弁時期とを変更する。なお、排気VVT23bは、通常モードおよび特殊モードの各モードで、それぞれ排気弁22の開弁期間を一定に維持したまま、排気弁22の開弁時期と閉弁時期とを変更する。排気VVT23bは、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての説明は省略する。
The
排気VVT23bは、排気弁22の作動状態が特殊モードとされている場合、排気弁22が排気行程に加えて吸気行程でも開弁するように、排気カムシャフトの回転位相を設定する。また、排気VVT23bは、排気弁22の作動状態が特殊モードとされている場合、第2の開弁期間t_2中に排気上死点(図4(b)のTDC)がくるように、すなわち排気上死点における排気弁22のバルブリフトが第2の開弁期間t_2中に実現される比較的小さい値となるように、排気カムシャフトの回転位相を設定する。このように、本実施形態では、排気弁22の作動状態が特殊モードとされることで、排気弁22が排気行程に加えて吸気行程中にも開弁する排気二度開きが実施される。特に、本実施形態では、排気弁22は、途中で閉弁することなく排気上死点を挟んで排気行程と吸気行程において連続して開弁する。ここで、このように排気弁22を排気上死点を挟んで連続して開弁させた場合には、排気弁22とピストン14とが干渉するおそれがある。これに対して、本実施形態では、前述のように、排気上死点付近での排気弁22のバルブリフト量が小さい値に抑えられるため、排気弁22とピストン14との干渉を回避することができる。排気二度開きすなわち特殊モードは、高温の既燃ガスすなわち内部EGRガスを燃焼室11内に残留させていわゆる内部EGRを行うために実施される。具体的には、排気二度開きが実施されて吸気行程中にも排気弁22が開弁していると、排気行程で一旦排気ポート18に排出された排気が吸気行程中に燃焼室11内に逆流して排気すなわち高温の既燃ガスが燃焼室11内に残留する。
The
吸気弁21は、吸気弁駆動機構24によって駆動される。吸気弁駆動機構24bの具体的構成は特に限定されないが、例えば、吸気弁21のバルブリフトを変更可能な吸気VVL24aと、吸気弁21の開弁時期と閉弁時期とを変更する吸気VVT24bとを含むものが挙げられる。
The
各吸気ポート17には、吸気通路30が接続されている。具体的には、吸気通路30の下流端には気筒10に対応して分岐する分岐通路が形成されており、これら分岐通路と各吸気ポート17とが接続されている。
An
吸気通路30には、上流側から順に、エアクリーナ31、スロットル弁32、サージタンク33が配設されている。
In the
各排気ポート18には排気通路40が接続されている。具体的には、吸気通路30と同様に、排気通路40の上流端には気筒10に対応して分岐する分岐通路が形成されており、これら分岐通路と各吸気ポート17とが接続されている。
An
排気通路40には、排ガス中の有害成分を浄化する浄化装置が配設されている。本実施形態では、上流側から順に直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とが設けられている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42は、三元触媒を含んでいる。
A purification device that purifies harmful components in the exhaust gas is disposed in the
吸気通路30と排気通路40との間には、排気の一部を吸気に還流するため、すなわち、外部EGRを行うためのEGR装置50が設けられている。EGR装置50は、EGR通路51と、EGRクーラ52とを含む。EGR通路51は、吸気通路30のうちのサージタンク33とスロットル弁32との間の部分と、排気通路40のうちの直キャタリスト41よりも上流側の部分とを接続している。EGRクーラ52は、EGR通路51を通過するガスを冷却するためのものであり、EGR通路51に介設されている。本実施形態では、EGR通路51を通過するガスは、EGRクーラ52により必ず冷却される。EGR通路51には、このEGR通路51を通過する排気の流量を調整するEGR弁53が配設されている。以下、このEGR装置50を用いて排気の一部を吸気に還流することを、外部EGRを行うといい、このEGR装置50により吸気に還流された排気を外部EGRガスという場合がある。
An
前記各装置は、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下、PCMという)60によって制御される。PCM60は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。
Each of the devices is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as PCM) 60. The
PCM60には、図1,2に示すように、各種のセンサSW1〜SW12の検出信号が入力される。
As shown in FIGS. 1 and 2, detection signals from various sensors SW <b> 1 to SW <b> 12 are input to the
センサSW1は、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1である。センサSW2は、新気の温度を検出する吸気温度センサである。エアフローセンサSW1、吸気温度センサSW2は、吸気通路30のうちエアクリーナ31の下流側に配設されている。センサSW3は、外部EGRガスの温度を検出するためのEGRガス温センサである。EGRガス温センサSW3は、EGR通路51のうち吸気通路30との接続部分近傍に配置されている。センサSW4は気筒10内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサである。吸気ポート温度センサSW4は、吸気ポート17に取り付けられている。センサSW5は、排気温度を検出する排気温センサである。センサSW6は、排気圧を検出する排気圧センサである。排気温センサSW5、排気圧センサSW6は、排気通路40のうちEGR通路51の接続部分近傍に配置されている。センサSW7は、排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサである。リニアO2センサSW7は、排気通路40のうち直キャタリスト41の上流側に配置されている。センサSW8は、排気中の酸素濃度を検出するラムダO2センサである。ラムダO2センサSW8は、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されている。センサSW9は、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサである。センサSW10は、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサである。センサSW11は、車両のアクセルペダル(不図示)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサである。センサSW12は、直キャタリスト41に含まれる触媒の温度すなわち浄化装置である直キャタリスト41内の温度を検出する触媒温度センサである。触媒温度センサSW12は、直キャタリスト41に取り付けられている。
The sensor SW1 is an air flow sensor SW1 that detects the flow rate of fresh air. The sensor SW2 is an intake air temperature sensor that detects the temperature of fresh air. The air flow sensor SW1 and the intake air temperature sensor SW2 are disposed on the downstream side of the
PCM60は、各センサSW1〜11の検出信号に基づいて種々の演算を行う。PCM60は、これらの検出信号に基づいてエンジン本体1や車両の運転条件を判定する。PCM60は、運転条件に応じてインジェクタ15、点火プラグ16、燃料供給システム、吸気VVT24b、吸気VVL24a、排気VVT23b、排気VVL23a、各種の弁(スロットル弁32、EGR弁53)のアクチュエータへ制御信号を出力して、これらを制御する。このように、本実施形態では、PCM60が、エンジン回転数、エンジン負荷等からエンジンの運転状態を判定する判定手段、および、インジェクタ15や、点火プラグ16等を制御して、燃焼室11内での混合気の燃焼形態を制御し、後述するように、CI燃焼領域において圧縮自着火燃焼を実現させる燃焼制御手段として機能する。
The
PCM60による制御内容について次に説明する。
The contents of control by the
図5は、横軸がエンジンの回転数、縦軸がエンジン負荷の制御マップである。本エンジンシステム100では、エンジン負荷が予め設定された燃焼切替負荷T1以上となる高負荷領域(SI(Spark Ignition)燃焼領域)では、圧縮自着火燃焼を実施すると燃焼騒音が問題となるため、点火プラグ16による点火を行って混合気を燃焼させる火花点火燃焼を実施する。一方、燃焼騒音が小さく抑えられるエンジン負荷が燃焼切替負荷T1未満の低負荷領域に設定されたCI(Compression Ignition)燃焼領域(圧縮自着火燃焼領域)では点火プラグ16により点火を行わずに混合気を自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼を実施する。
FIG. 5 is a control map of the engine speed on the horizontal axis and the engine load on the vertical axis. In the
CI燃焼領域での詳細な制御内容について説明する。 Detailed control contents in the CI combustion region will be described.
安定した圧縮自着火燃焼を実現するためには、混合気の温度を自着火可能な温度にまで高める必要がある。そこで、CI燃焼領域では、内部EGRを実施して高温の既燃ガスである内部EGRガスを燃焼室11内に残留させ、これにより燃焼室11内および混合気の温度を高める。具体的には、CI燃焼領域では、排気弁22の作動状態を特殊モードとして排気二度開きを実施する。ただし、CI燃焼領域のうちエンジン負荷が比較的高い運転領域(図5に示す例では、エンジン負荷がEGR切替負荷T2以上の領域)では、混合気の温度は十分に高く内部EGRガスを過剰に導入すると混合気が過早着火する、あるいは、燃焼騒音が大きくなるおそれがある。そのため、本実施形態では、エンジン負荷がEGR切替負荷T2未満に設定された低負荷側CI燃焼領域CI_1では、内部EGRのみを実施し、エンジン負荷がEGR切替負荷T2以上かつ燃焼切替負荷T1未満に設定された高負荷側CI燃焼領域CI_2では、内部EGRに加えて外部EGRを実施してEGRクーラ52で冷却された外部EGRガスを導入し、混合気の温度が過剰に上昇するのを抑制する。具体的には、高負荷側CI燃焼領域CI_2領域では、排気弁22の作動状態を特殊モードとして排気二度開きを実施するとともにEGR弁53を開弁させる。
In order to realize stable compression self-ignition combustion, it is necessary to raise the temperature of the air-fuel mixture to a temperature at which self-ignition is possible. Therefore, in the CI combustion region, internal EGR is performed to cause the internal EGR gas, which is a high-temperature burned gas, to remain in the
また、CI燃焼領域では、燃費性能をより高めるべく、混合気全体の空燃比を理論空燃比よりもリーンとする。すなわち、CI燃焼領域では、混合気全体の空気過剰率λをλ>1とする。 In the CI combustion region, the air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in order to further improve fuel efficiency. That is, in the CI combustion region, the excess air ratio λ of the entire air-fuel mixture is set to λ> 1.
ここで、例えば車両が力行運転しているエンジンの定常運転時等であって燃焼が継続している場合には、燃焼室11の壁面温度および排ガスの温度はある程度高く維持される。そのため、この場合には、前記のように内部EGRガスを導入することによって混合気の温度を適正に高めることができる。しかしながら、減速時等において燃料噴射および燃焼が停止される燃料カットが行われると、燃焼室11の壁面温度は低下していく。また、燃焼室11の壁面温度が低い状態では、発生した排ガスの温度も低く抑えられる。そのため、燃料カットからCI燃焼領域への復帰時、すなわち、燃料カットの実行後CI燃焼領域で燃焼を再開させる際には、内部EGRガスを導入しても混合気の温度を十分に高めることができず、適正な圧縮自着火燃焼が実現されないという問題がある。
Here, for example, in the case of steady operation of an engine in which the vehicle is in power running, etc., and combustion continues, the wall surface temperature of the
これに対して、本エンジンシステム100では、CI燃焼領域において、燃料カットからの復帰時と、それ以外の運転条件(以下、定常運転時等という)とで、空燃比の制御およびEGRの制御は同一としつつ、すなわち、いずれの場合においても混合気全体の空燃比をリーンとしかつ排気二度開きを実施しつつ、燃料噴射の制御内容を異ならせることで、定常運転時等においてより高い燃費性能および排気性能を実現するとともに、燃料カットからの復帰時において安定した圧縮自着火燃焼を実現し、燃料カットからの復帰時か否かによらずCI燃焼領域において圧縮自着火燃焼を実施する。なお、燃料カットからCI燃焼領域へ復帰する具体的な運転条件としては、燃料カット後CI燃焼領域に設定されたアイドル運転が実施される場合や、燃料カット後、CI燃焼領域内に含まれるような比較的緩やかな加速が行われた場合が挙げられる。CI燃焼領域における燃料噴射制御の内容について次に説明する。
On the other hand, in the
(1)定常運転時等の燃料噴射制御
CI燃焼領域でエンジンが定常運転されている場合は、図6(a)に示すように、燃料を吸気行程中に一括して噴射する吸気行程一括噴射を行い、予混合圧縮自着火燃焼を実施する。すなわち、燃料と空気とを圧縮上死点までに予め十分に混合させて混合気全体の空燃比をほぼ均一のリーンにして、圧縮上死点近傍において自着火させる。図6(a)には、合わせて、吸気行程一括噴射を実施した場合の熱発生率dQ/dθを破線で示す。
(1) Fuel injection control during steady operation, etc. When the engine is in steady operation in the CI combustion region, as shown in FIG. 6 (a), intake stroke collective injection that injects fuel during the intake stroke collectively. And perform premixed compression auto-ignition combustion. That is, the fuel and air are sufficiently mixed in advance by the compression top dead center so that the air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture becomes substantially uniform lean, and self-ignition is performed in the vicinity of the compression top dead center. In FIG. 6A, the heat generation rate dQ / dθ when the intake stroke batch injection is performed is indicated by a broken line.
このように、本エンジンシステム100では、定常運転時等において、空燃比リーンの均質予混合圧縮自着火燃焼が実施されることで、高い燃費性能および排気性能を得ることができる。
In this way, in the
(2)燃料カットからの復帰時の燃料噴射制御
燃料カットからのCI燃焼領域への復帰時には、図6(b)に示すように、要求エンジントルクを発生させるメイン噴射を行い、このメイン噴射の後であって膨張行程中にポスト噴射を実施する。本実施形態では、ポスト噴射を復帰直後から複数サイクルにわたって実施する。そして、経過サイクル数が多いほどポスト噴射の噴射タイミングをリタード(遅角)させる。また、ポスト噴射の噴射タイミング(以下、ポスト噴射タイミングという場合がある)を、有効なエンジントルクにはほとんどならないが、ポスト噴射された燃料の少なくとも一部が燃焼するように設定するとともに、後述するように筒内状態温度が低温ほど進角側とする。図6(b)には、合わせて、吸気行程一括噴射を実施した場合の熱発生率dQ/dθを破線で示す。
(2) Fuel injection control at the time of return from the fuel cut When returning to the CI combustion region from the fuel cut, as shown in FIG. 6 (b), main injection for generating the required engine torque is performed, Later, during the expansion stroke, post injection is performed. In this embodiment, post injection is performed over a plurality of cycles immediately after return. As the number of elapsed cycles increases, the post injection timing is retarded. Further, the injection timing of the post injection (hereinafter sometimes referred to as post injection timing) is set so that at least a part of the post-injected fuel is burned, although it does not become an effective engine torque. Thus, the lower the in-cylinder state temperature, the more advanced the side. In FIG. 6B, the heat generation rate dQ / dθ when the intake stroke batch injection is performed is indicated by a broken line.
また、本実施形態では、メイン噴射として、要求エンジントルクに応じた燃料を圧縮行程中に複数回に分けて噴射する圧縮行程分割噴射を行う。本実施形態では、この圧縮行程分割噴射を、ポスト噴射が実施されている間中実施する。 Moreover, in this embodiment, the compression stroke division injection which injects the fuel according to a request | required engine torque in multiple times during a compression stroke is performed as main injection. In this embodiment, this compression stroke division injection is performed while post injection is being performed.
ここで、燃料の一部を吸気行程にも噴射しつつ圧縮行程で残りの燃料を分割噴射してもよいが、本実施形態では、図6(b)に示すように、圧縮行程中にのみ燃料を分割噴射する。図6(b)には、燃料を圧縮行程中に4回に分けて噴射させた場合を示す。 Here, a part of the fuel may be injected into the intake stroke, and the remaining fuel may be divided and injected during the compression stroke. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 6B, only during the compression stroke. Split injection of fuel. FIG. 6B shows a case where the fuel is injected four times during the compression stroke.
また、本実施形態では、圧縮行程中に分割噴射した各燃料がキャビティ11a内に収まるタイミングで各燃料を噴射する。具体的には、分割噴射により噴射された各燃料噴霧の先端が、図7に示すように、キャビティ11aの内側に入るタイミングで、分割噴射を実施する。本実施形態では、圧縮行程中の分割噴射の各噴射タイミングは、それぞれ圧縮行程の後半に設定されている。より詳細には、この圧縮工程分割噴射のタイミングは、圧縮上死点前20°CA〜圧縮上死点前80°CAの間に設定されるのが好ましい。
Further, in the present embodiment, each fuel is injected at a timing when each fuel separately injected during the compression stroke is accommodated in the
このCI燃焼領域における燃料噴射制御の流れおよびポスト噴射タイミングの設定手順について、図8のフローチャートを用いて説明する。 The fuel injection control flow and post injection timing setting procedure in the CI combustion region will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、PCM60は、ステップS1において、燃料カットからCI燃焼領域への復帰時かどうかを判定する。この判定がNOの場合は、ステップS2に進む。ステップS2では、定常運転時等の燃料噴射制御すなわち吸気行程一括噴射が実施される。
First, in step S1, the
一方、ステップS1での判定がYESであって、燃料カットからCI燃焼領域への復帰時である場合には、ステップS3に進む。ステップS3では、筒内状態温度Tcyl_postが算出される。筒内状態温度Tcyl_postは、ポスト噴射された燃料の燃焼のしやすさをあらわす指標であって、燃焼室の壁面の温度とポスト噴射直前の燃焼室内の混合気の温度とにより決まる温度であり、メイン噴射後の所定タイミングでの燃焼室内の雰囲気温度である。この筒内状態温度Tcyl_postが低温であるほどポスト噴射された燃料は燃焼しにくくなる。本実施形態では、筒内状態温度Tcyl_postを、燃焼室の壁面温度、混合気の圧縮端温度、メイン噴射により生じた発熱量により決定する。具体的には、エンジン水温、吸気温、噴射量、エンジン回転数等から、各温度および発熱量を算出して、これらの算出結果に基づき筒内状態温度Tcyl_postを算出する。 On the other hand, if the determination in step S1 is YES and it is the time of return from the fuel cut to the CI combustion region, the process proceeds to step S3. In step S3, the in-cylinder state temperature Tcyl_post is calculated. The in-cylinder state temperature Tcyl_post is an index representing the ease of combustion of the post-injected fuel, and is a temperature determined by the temperature of the wall surface of the combustion chamber and the temperature of the mixture in the combustion chamber immediately before the post-injection, It is the atmospheric temperature in the combustion chamber at a predetermined timing after the main injection. As the in-cylinder state temperature Tcyl_post is lower, the post-injected fuel becomes harder to burn. In the present embodiment, the in-cylinder state temperature Tcyl_post is determined by the wall surface temperature of the combustion chamber, the compression end temperature of the air-fuel mixture, and the amount of heat generated by the main injection. Specifically, each temperature and calorific value are calculated from the engine water temperature, intake air temperature, injection amount, engine speed, and the like, and the in-cylinder state temperature Tcyl_post is calculated based on these calculation results.
ステップS3の後に進むステップS4では、復帰直後に実施するポスト噴射の噴射タイミングを決定する。前述のように、このポスト噴射タイミングは、ポスト噴射された燃料の少なくとも一部が燃焼する一方ポスト噴射により発生した燃焼エネルギが有効なエンジントルクに変換されないタイミングに決定される。ここで、前述のように、筒内状態温度Tcly_postが低いほどポスト噴射された燃料は燃焼しにくい。そのため、ポスト噴射された燃料を確実に燃焼させるためには、より高温の条件下すなわちより進角側(圧縮上死点に近い側)でポスト噴射する必要がある。そこで、ステップS4では、ステップS3で算出した筒内状態温度Tcly_postが低いほど、ポスト噴射タイミングを進角側のタイミングに決定する。具体的には、PCM60に、予め、筒内状態温度Tcly_postに対するポスト噴射タイミングのマップであって、ポスト噴射された燃料の少なくとも一部が燃焼する一方ポスト噴射により発生した燃焼エネルギが有効なエンジントルクに変換されず、かつ、筒内状態温度Tcly_postが低いほど進角側の値に設定されたポスト噴射タイミングのマップが記憶されており、このマップから筒内状態温度Tcly_postに応じたポスト噴射タイミングが抽出される。
In step S4, which proceeds after step S3, the injection timing of post injection to be performed immediately after the return is determined. As described above, the post-injection timing is determined at a timing at which at least a part of the post-injected fuel is combusted while the combustion energy generated by the post-injection is not converted into an effective engine torque. Here, as described above, the lower the in-cylinder state temperature Tcly_post, the less post-injected fuel is combusted. Therefore, in order to reliably burn the post-injected fuel, it is necessary to perform the post-injection under a higher temperature condition, that is, at an advanced angle side (a side closer to the compression top dead center). Therefore, in step S4, the post-injection timing is determined as the advance timing as the in-cylinder state temperature Tcly_post calculated in step S3 is lower. Specifically, it is a map of the post injection timing with respect to the in-cylinder state temperature Tcly_post in advance in the
ステップS4の後に進むステップS5では、経過サイクルが1に初期設定される。 In step S5, which proceeds after step S4, the elapsed cycle is initially set to 1.
ステップS5の後に進むステップS6では、経過サイクルが2未満かどうかすなわち経過サイクルが1であって復帰直後であるかどうかが判定される。この判定がYESであって復帰直後である場合は、ステップS11に進む。 In step S6, which proceeds after step S5, it is determined whether or not the elapsed cycle is less than 2, that is, whether or not the elapsed cycle is 1 and immediately after return. When this determination is YES and immediately after the return, the process proceeds to step S11.
一方、ステップS6の判定がNOであって経過サイクルが2以上の場合は、ステップS7に進む。ここで、復帰からの経過サイクル数が増加すれば、筒内状態温度は上昇していき、ポスト噴射された燃料の燃焼エネルギが有効なエンジントルクに変換されやすくなる。そのため、ポスト噴射タイミングは経過サイクルが多いほどリタードされるのが好ましい。そこで、本実施形態では、経過サイクルが増える毎にポスト噴射タイミングをリタードさせる。すなわち、経過サイクル数が2以上の場合に進むこのステップS7において、ポスト噴射タイミングは前サイクルのタイミングよりもリタードされる。 On the other hand, if the determination in step S6 is NO and the elapsed cycle is 2 or more, the process proceeds to step S7. Here, if the number of elapsed cycles from the return increases, the in-cylinder state temperature rises, and the combustion energy of the post-injected fuel is easily converted into effective engine torque. Therefore, it is preferable that the post injection timing is retarded as the number of elapsed cycles increases. Therefore, in the present embodiment, the post injection timing is retarded each time the elapsed cycle increases. That is, in this step S7 that proceeds when the number of elapsed cycles is 2 or more, the post injection timing is retarded from the timing of the previous cycle.
ここで、運転条件等によっては、筒内状態温度Tcly_postがある程度高められている一方触媒の温度Tcatすなわち浄化装置内の温度が低く、触媒の温度を優先的に早期に温めたい場合がある。この場合において、触媒の温度が自己反応可能なまでにある程度高められていれば、触媒に高温の排ガスを供給するよりも未燃燃料を供給して自己反応させた方が触媒温度をより早期に温めることができる。本実施形態では、前記場合を想定して、以下のステップS8からステップS10を実施して、筒内状態温度Tcly_postがある程度高められており、触媒温度Tcatが所定範囲内の場合には、ポスト噴射された燃料の一部を未燃のまま触媒装置に供給する。 Here, depending on the operating conditions, etc., the in-cylinder state temperature Tcly_post may be raised to some extent, while the catalyst temperature Tcat, that is, the temperature in the purification device is low, and it may be desirable to preferentially warm the catalyst temperature early. In this case, if the temperature of the catalyst is raised to some extent so that self-reaction is possible, the catalyst temperature can be made earlier by supplying unburned fuel and allowing it to self-react rather than supplying high-temperature exhaust gas to the catalyst. Can be warmed. In the present embodiment, assuming the above-described case, the following steps S8 to S10 are performed to increase the in-cylinder state temperature Tcly_post to some extent, and when the catalyst temperature Tcat is within a predetermined range, post injection A part of the fuel that has been discharged is supplied to the catalyst device without burning.
ステップS7の後に進むステップS8では、筒内状態温度Tcyl_postが予め設定された第1基準筒内状態温度Tcyl_post_H1を超えたかどうかを判定する。この判定がNOであって、筒内状態温度Tcyl_postがまだ十分に上昇していないと判定すると、以下のステップS9、S10を実施せず、ステップS11に進む。 In step S8 that follows step S7, it is determined whether or not the in-cylinder state temperature Tcyl_post exceeds a preset first reference in-cylinder state temperature Tcyl_post_H1. If this determination is NO and it is determined that the in-cylinder state temperature Tcyl_post has not yet sufficiently increased, the following steps S9 and S10 are not performed, and the process proceeds to step S11.
一方、ステップS8での判定がYESであって、筒内状態温度Tcyl_postが第1基準筒内状態温度Tcyl_post_H1を超えてある程度高くなったと判定すると、ステップS9に進む。ステップS9では、触媒温度Tcatが第1基準触媒温度Tcat_Lより高くかつ第2基準触媒温度Tcat_Hより低いかどうかを判定する。なお、本実施形態では、触媒温度Tcatは、触媒温度センサSW12により検出された直キャタリスト41内の触媒温度である。浄化装置内の温度は推定値を用いてもよい。
On the other hand, if the determination in step S8 is YES and it is determined that the in-cylinder state temperature Tcyl_post exceeds the first reference in-cylinder state temperature Tcyl_post_H1, the process proceeds to step S9. In step S9, it is determined whether the catalyst temperature Tcat is higher than the first reference catalyst temperature Tcat_L and lower than the second reference catalyst temperature Tcat_H. In the present embodiment, the catalyst temperature Tcat is the catalyst temperature in the
ステップS9の判定がNOであって、触媒温度Tcatが第2基準触媒温度Tcat_H以上であって触媒が十分に活性化された状態、あるいは、触媒温度Tcatが第1基準触媒温度Tcat_L以下であって触媒が自己反応できるほどに十分に昇温されていない状態である場合には、ステップS10を実施することなく、ステップS11に進む。 If the determination in step S9 is NO and the catalyst temperature Tcat is equal to or higher than the second reference catalyst temperature Tcat_H and the catalyst is sufficiently activated, or the catalyst temperature Tcat is equal to or lower than the first reference catalyst temperature Tcat_L If the temperature of the catalyst is not high enough to allow self-reaction, the process proceeds to step S11 without performing step S10.
一方、ステップS9の判定がYESであって、触媒温度Tcatが第2基準触媒温度Tcat_H未満であって触媒はまだ十分に活性化されていないが、触媒温度Tcatが第1基準触媒温度Tcat_Lより高く触媒が自己反応できるほどには昇温されている場合には、ステップS10に進む。ステップS10では、ポスト噴射タイミングを、ポスト噴射された燃料の一部が未燃のまま排出されるタイミングとなるように、ステップS7で設定されたタイミングを補正する。なお、ステップS7で設定されたタイミングが、既に、ポスト噴射によって未燃燃料が触媒側に排出されるタイミングである場合には、そのタイミングを維持すればよい。ステップS10の後は、ステップS11に進む。 On the other hand, the determination in step S9 is YES, and the catalyst temperature Tcat is lower than the second reference catalyst temperature Tcat_H and the catalyst is not yet fully activated, but the catalyst temperature Tcat is higher than the first reference catalyst temperature Tcat_L. If the temperature is high enough to allow the catalyst to self-react, the process proceeds to step S10. In step S10, the timing set in step S7 is corrected so that the post-injection timing becomes the timing at which part of the post-injected fuel is discharged without being burned. In addition, what is necessary is just to maintain the timing, when the timing set in step S7 is already the timing at which unburned fuel is discharged to the catalyst side by post injection. After step S10, the process proceeds to step S11.
ステップS11では、ステップS4、ステップS7あるいはステップS10で決定されたポスト噴射タイミングでポスト噴射を実施するとともに、圧縮行程中に分割噴射を実施する。 In step S11, post injection is performed at the post injection timing determined in step S4, step S7, or step S10, and split injection is performed during the compression stroke.
ステップS11の後は、ステップS12に進み、経過サイクル数をカウントアップする。ステップS12の後は、ステップS13に進み、筒内状態温度Tcly_postが予め設定された第2基準筒内状態温度Tcyl_post_H2を超えたかどうかを判定する。この判定がNOの場合は、ステップS6に戻り、ステップS6〜ステップS13までを繰り返す。一方、この判定がYESであって筒内状態温度Tcly_postが第2基準筒内状態温度Tcyl_post_H2を超えており、吸気行程一括噴射を実施しても安定した圧縮自着火燃焼が実現される温度まで高められていれば、ステップS2に進み、圧縮行程中の分割噴射およびポスト噴射を停止して、定常運転時等の燃料噴射制御すなわち吸気行程一括噴射に移行する。 After step S11, the process proceeds to step S12, and the number of elapsed cycles is counted up. After step S12, the process proceeds to step S13, and it is determined whether or not the in-cylinder state temperature Tcly_post exceeds a preset second reference in-cylinder state temperature Tcyl_post_H2. If this determination is NO, the process returns to step S6, and steps S6 to S13 are repeated. On the other hand, if this determination is YES and the in-cylinder state temperature Tcly_post exceeds the second reference in-cylinder state temperature Tcyl_post_H2, the temperature is raised to a temperature at which stable compression auto-ignition combustion is realized even when the intake stroke batch injection is performed. If so, the process proceeds to step S2, where the split injection and post injection during the compression stroke are stopped, and the routine proceeds to fuel injection control during steady operation, that is, intake stroke batch injection.
このように、本実施形態では、燃料カットからのCI燃焼領域への復帰時において、メイン噴射により要求エンジントルクに応じたエンジントルクを生成させつつ、膨張行程においてポスト噴射を実施しているため、ポスト噴射により生じた燃焼エネルギにより燃焼室11の壁面温度を早期に高めて混合気の着火性を高め、復帰後早期に安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる。そして、ポスト噴射の噴射タイミングを筒内状態温度が低温であるほど進角させてポスト噴射された燃料の少なくとも一部を確実に燃焼させるとともに、ポスト噴射を膨張行程に実施してこの燃焼エネルギがほとんど有効なエンジントルクに変換されないようにしているため、燃焼室11の壁面温度を早期に高めつつ、過剰なエンジントルクが生じることに伴うトルクショックの発生を回避することができる。
Thus, in the present embodiment, at the time of returning from the fuel cut to the CI combustion region, the post injection is performed in the expansion stroke while generating the engine torque corresponding to the required engine torque by the main injection. The wall surface temperature of the
ここで、ポスト噴射された燃料を燃焼させれば、前述のように燃焼室11の壁面温度を高めることができる上に、排気温度および排気ポート18の温度を高めることができる。そして、本実施形態では、排気二度開きによる内部EGRを実施している。そのため、本実施形態では、ポスト噴射された燃料の燃焼により内部EGRガスの温度を高めることもでき、これによっても、混合気の着火性を高めることができる。また、排気温度の上昇に伴い、浄化装置の温度を早期に高めて、浄化装置の早期活性化を実現することができる。さらに、本実施形態では、触媒温度Tcatが第1基準触媒温度Tcat_L以上かつ第2基準触媒温度Tcat_H未満媒であって、触媒が十分に活性化されていない一方触媒温度が触媒での自己反応が可能な程度にまで高められている場合には、ポスト噴射された燃料を未燃のまま触媒装置に供給している。そのため、触媒の自己反応により触媒装置をより早期に活性化することができる。
Here, if the post-injected fuel is burned, the wall surface temperature of the
また、本実施形態では、復帰後のメイン噴射として圧縮行程分割噴射を実施している。そのため、以下に説明するように、混合気全体の空燃比をリーンとしつつ、燃焼室11内に局所的に理論空燃比よりもリッチであって着火遅れが短く早期に着火する混合気を形成することができる。特に、キャビティ11a内に燃料が収まるよう噴射されるため、キャビティ11a内に確実にリッチな混合気を形成することができる。そして、このリッチな混合気の早期の着火、燃焼によって周囲の比較的リーンな混合気の着火を誘発させることができ、復帰直後の着火開始前の燃焼室内の温度が低い状態であっても、混合気全体を自着火させることができる。
In the present embodiment, the compression stroke division injection is performed as the main injection after the return. Therefore, as described below, while the air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture is made lean, an air-fuel mixture that is locally richer than the stoichiometric air-fuel ratio, has a short ignition delay, and is ignited early is formed in the
図9(a)(b)(c)に、噴射量を同じとしつつ噴射パターンを異ならせた際の混合気の空燃比の分布を示す。これら図9(a)(b)(c)は、混合気の空燃比の分布を演算した結果であり、横軸が当量比φ、縦軸が頻度(空間頻度)のグラフである。横軸の当量比φは、空気過剰率λの逆数であり、当量比φが大きいほど燃料リッチなことを表す。縦軸の頻度は、キャビティ11a内の空間を複数の領域に分割した場合の各領域の局所的な当量比φの値に基づき、同等の当量比φとなる領域の数を特定したものである。また、図9(a)は、圧縮上死点前20°CAに燃料を一括噴射した場合の結果、図9(b)は、圧縮上死点前14°CAに燃料を一括噴射した場合の結果であり、図9(c)は、圧縮上死点前14、17、20°CAにそれぞれ燃料を噴射した場合すなわち圧縮行程中に3回にわたって燃料を分割噴射した場合の結果である。
FIGS. 9A, 9B and 9C show the air-fuel ratio distribution of the air-fuel mixture when the injection amount is the same and the injection pattern is varied. 9 (a), 9 (b), and 9 (c) are the results of calculating the air-fuel ratio distribution of the air-fuel mixture, and the horizontal axis is the equivalence ratio φ and the vertical axis is the frequency (spatial frequency) graph. The equivalent ratio φ on the horizontal axis is the reciprocal of the excess air ratio λ, and the larger the equivalent ratio φ, the richer the fuel. The frequency of the vertical axis specifies the number of regions having an equivalent equivalence ratio φ based on the local equivalence ratio φ of each region when the space in the
図9(a)(b)の燃料を一括噴射した場合では、頻度は当量比φ=1すなわち空気過剰率λ=1付近に集中している。これに対して、図9(c)の圧縮行程中に分割噴射した場合には、頻度が、当量比φが高く空燃比が燃料リッチな側にまで広がっており、キャビティ11a内によりリッチな領域が形成されていることが示されている。このように、圧縮行程中に分割噴射した場合には、燃料を一括噴射する場合に比べて、キャビティ11a内に局所的によりリッチな混合気を形成することができる。これは、同量の燃料を一括噴射する場合に比べて、分割噴射した場合の方が、各燃料の燃料噴霧のぺネトレーション(貫徹力)が小さく抑えられて燃料の拡散が抑制されるためである。
9A and 9B, the frequency is concentrated around the equivalent ratio φ = 1, that is, the excess air ratio λ = 1. On the other hand, in the case of split injection during the compression stroke of FIG. 9C, the frequency spreads to the side where the equivalence ratio φ is high and the air-fuel ratio is rich in fuel, and the region is richer in the
図10に、混合気の着火遅れと空燃比との関係を示す。図10は、横軸を時間の対数軸とし、縦軸を混合気の温度としたグラフであり、圧縮自着火燃焼させた際の混合気の温度変化を示したものである。図10には、異なる空燃比の混合気を初期温度T0(1300K程度)同一の条件において自着火させた際の温度変化を示している。具体的には、図10のL1、L2、L3、L4は、それぞれ、当量比φ=1.0、3.0、5.0、7.0の温度変化である。この図10において、温度が初期温度T0から立ち上がるタイミングが着火開始タイミングであり、立ち上がりが右側であるほど着火遅れが長いことを示している。この図10に示されるように、着火前の温度が同じ温度T0であっても、当量比φが大きく空燃比が燃料リッチなほど着火遅れは短く混合気は早期に着火、燃焼する。 FIG. 10 shows the relationship between the ignition delay of the air-fuel mixture and the air-fuel ratio. FIG. 10 is a graph in which the horizontal axis is the logarithmic axis of time and the vertical axis is the temperature of the air-fuel mixture, and shows the temperature change of the air-fuel mixture when compressed self-ignition combustion is performed. FIG. 10 shows the temperature change when the air-fuel mixtures having different air-fuel ratios are self-ignited under the same initial temperature T0 (about 1300 K). Specifically, L1, L2, L3, and L4 in FIG. 10 are temperature changes with an equivalent ratio φ = 1.0, 3.0, 5.0, and 7.0, respectively. In FIG. 10, the timing at which the temperature rises from the initial temperature T0 is the ignition start timing, and the longer the rise is on the right side, the longer the ignition delay. As shown in FIG. 10, even when the pre-ignition temperature is the same temperature T0, the larger the equivalence ratio φ and the richer the air-fuel ratio, the shorter the ignition delay and the earlier the air-fuel mixture ignites and burns.
図11に、以上説明した、本実施形態に係るエンジンシステム100の噴射制御を行った場合と、復帰直後から吸気行程一括噴射を行った場合との、燃料噴射量、燃焼室の壁面温度(燃焼室壁温)、エンジントルクの変化を示す。図11において、実線が、本実施形態に係るエンジンシステム100の場合の変化であり、破線が復帰直後から吸気行程一括噴射を行った場合の変化である。図11には、時刻t1で燃料カットが行われ、時刻t2でアクセル開度が踏まれて復帰要求がなされて緩加速が行われた場合を示す。
11, the fuel injection amount and the combustion chamber wall temperature (combustion) when the injection control of the
時刻t1で燃料カットが行われると、燃焼室の壁面温度は徐々に低下していく。ここで、破線で示すように、時刻t2の復帰要求直後から吸気行程一括噴射を行った場合では、緩加速要求に応じて燃料噴射量は徐々に増加していく。しかしながら、この場合では、時刻t2から燃料噴射が実施されるものの、燃焼室11内の温度が低いために、安定した圧縮自着火燃焼が実現されず、有効なエンジントルクが生じない。そして、噴射量がある程度多くなった時点(時刻t3)で初めて安定した圧縮自着火燃焼が実現され有効なエンジントルクが生じる。このように、復帰直後から吸気行程一括噴射を行った場合は、噴射量がある程度多くなるまで有効なエンジントルクが生じず、レスポンスが悪くなるとともに、時刻t3において、比較的多い噴射量に対応した比較的大きいトルクがいきなり生じるため、トルクショックが大きくなり、操作性が非常に悪くなる。
When the fuel cut is performed at time t1, the wall surface temperature of the combustion chamber gradually decreases. Here, as shown by the broken line, when the intake stroke batch injection is performed immediately after the return request at time t2, the fuel injection amount gradually increases in response to the slow acceleration request. However, in this case, although fuel injection is performed from time t2, since the temperature in the
これに対して、図11の実線で示すように、本実施形態に係るエンジンシステム100では、時刻t2の復帰要求後、要求エンジントルクに応じたメイン噴射に加えてポスト噴射が実施され、これに伴い燃料噴射量が大きくされる。そして、このポスト噴射の実施に伴い燃焼室の壁面が早期に昇温される。また、圧縮工程分割噴射が実施されることで復帰直後から安定した圧縮自着火燃焼が実現される結果、時刻t3よりも早く噴射量が少ない時刻t2において有効なエンジントルクを生じさせることができる。さらに、図11には示されていないが、本エンジンシステム100によれば、このように復帰後早期に安定した圧縮自着火燃焼が実現されて燃焼温度が上昇することで、HCおよびCOの反応を促進することができ、排気性能を高めることができるとともに、内部EGRに含まれるこれら未燃ガスの燃焼への影響を小さく抑えてサイクル間での燃焼変動を抑制することができる。
In contrast, as shown by the solid line in FIG. 11, in the
このように、本実施形態に係るエンジンシステム100では、燃料カットからCI燃焼領域への復帰時において、要求エンジントルクを生成するための燃料を燃焼室11内に噴射するメイン噴射と、メイン噴射の後の膨張行程の所定のタイミングであって発生した燃焼エネルギが有効なエンジントルクになりにくいタイミングで燃焼室11内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施しており、燃焼室11内の温度を復帰直後から昇温させることができ、より早期に安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる。そして、これにより、レスポンスを高め、かつ、トルクショックを小さく抑えて、高い運転操作性を実現しつつ、排気性能および燃費性能を高めることができる。
Thus, in the
特に、ポスト噴射の噴射タイミングをポスト噴射された燃料の少なくとも一部が燃焼するように設定しているため、ポスト噴射によって確実に燃焼エネルギを発生させて燃焼室11内の温度を確実に高めることができる。さらに、このポスト噴射の噴射タイミングを、混合気の燃焼性を左右する筒内状態温度が低温であるほど、すなわち、ポスト噴射された燃料が燃えにくい状態であるほど進角させており、ポスト噴射された燃料をより確実に燃焼させることができる。
In particular, since the injection timing of the post injection is set so that at least a part of the post-injected fuel burns, the combustion energy is surely generated by the post injection and the temperature in the
また、メイン噴射として、圧縮行程分割噴射が実施されて燃焼室11内に局所的にリッチな混合気を形成して、メイン噴射された燃料を圧縮自着火燃焼させることができ、復帰後早期に安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる。
Further, as the main injection, compression stroke division injection is performed to form a locally rich air-fuel mixture in the
また、前記ポスト噴射が復帰後複数サイクルにわたって実施されるとともに、復帰後からの経過サイクル数が多いほど、すなわち、筒内状態温度が高くなってポスト噴射された燃料が燃焼しやすくなるほど、ポスト噴射の噴射タイミングが遅角側にされるため、ポスト噴射された燃料が早期に燃焼して生じた燃焼エネルギが過剰に有効なエンジントルクに変換されるのを回避することができ、この過剰なエンジントルクの変換に伴うトルクショックの発生を回避することができる。 Further, the post-injection is performed over a plurality of cycles after the return, and the post-injection is performed as the number of cycles elapsed after the return is increased, that is, the post-injected fuel becomes easier to burn as the in-cylinder state temperature becomes higher Since the injection timing of the engine is retarded, it is possible to avoid that the combustion energy generated by the early combustion of the post-injected fuel is converted into an excessively effective engine torque. Generation of torque shock accompanying torque conversion can be avoided.
ここで、前記実施形態では、経過サイクルが1つ増加する毎にポスト噴射タイミングをリタードさせる場合について説明したが、経過サイクルが多いほどポスト噴射タイミングをリタードさせる具体的手順はこれに限らない。例えば、所定サイクル毎、所定時間毎にポスト噴射タイミングをリタードさせる、あるいは、筒内状態温度に応じて適宜ポスト噴射タイミングをリタードさせるようにしてもよい。 Here, in the above-described embodiment, the case where the post injection timing is retarded every time the elapsed cycle is increased is described. However, the specific procedure for retarding the post injection timing as the number of elapsed cycles is not limited thereto. For example, the post injection timing may be retarded every predetermined cycle or every predetermined time, or the post injection timing may be appropriately retarded according to the in-cylinder state temperature.
ここで、前記実施形態では、筒内状態温度がある程度高められている場合にのみ、触媒温度すなわち浄化装置内の温度に基づくポスト噴射タイミングの補正を行う例を示したが、筒内状態温度によらず触媒温度に基づくポスト噴射タイミングの補正を行ってもよい。すなわち、図8に示すフローチャートにおいてステップS8を省略してもよい。また、触媒温度に基づくポスト噴射タイミングの補正は省略可能である。すなわち、前記フローチャートにおいて、ステップS8〜S10を省略してもよい。ただし、触媒温度すなわち浄化装置内の温度が所定範囲内にあって、触媒での反応が可能である一方触媒が十分に活性化されていない状態において、未燃の燃料を供給すれば、浄化装置内でこの未燃燃料を反応させることで浄化装置をより効果的に昇温、活性化することができる。なお、本実施形態では、浄化装置内に触媒が設けられている場合について示したが、例えば、パティキュレートフィルタのように触媒を有しない浄化装置にも適用可能である。 Here, in the above-described embodiment, the example in which the post-injection timing is corrected based on the catalyst temperature, that is, the temperature in the purification device, is shown only when the in-cylinder state temperature is increased to some extent. Regardless, the post injection timing may be corrected based on the catalyst temperature. That is, step S8 may be omitted in the flowchart shown in FIG. Further, correction of the post injection timing based on the catalyst temperature can be omitted. That is, steps S8 to S10 may be omitted in the flowchart. However, if the unburnt fuel is supplied in a state where the catalyst temperature, that is, the temperature in the purification device is within a predetermined range and the reaction with the catalyst is possible but the catalyst is not sufficiently activated, the purification device By reacting the unburned fuel inside, the purification device can be heated and activated more effectively. In the present embodiment, the case where a catalyst is provided in the purification device has been described. However, the present invention can also be applied to a purification device having no catalyst such as a particulate filter.
また、前記実施形態では、燃料カットからCI燃焼領域への復帰時において、メイン噴射として圧縮行程分割噴射を行う場合について説明したが、メイン噴射を定常運転時等と同様の吸気行程一括噴射にしてもよい。ただし、圧縮行程分割噴射を行えば、前述のように、復帰直後からより確実に安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる。また、圧縮行程分割噴射と吸気行程噴射とを併用して、図12に示すように、要求エンジントルクに応じた噴射量の一部を吸気行程に噴射し、残りを圧縮行程中に分割噴射させてもよい。また、圧縮行程分割噴射の噴射回数は4回に限らない。 In the above-described embodiment, the case where the compression stroke split injection is performed as the main injection when returning from the fuel cut to the CI combustion region has been described. However, the main injection is set to the same intake stroke batch injection as in the steady operation or the like. Also good. However, if the compression stroke division injection is performed, as described above, it is possible to realize more stable and stable compression auto-ignition combustion immediately after the return. Further, as shown in FIG. 12, by using the compression stroke split injection and the intake stroke injection together, a part of the injection amount corresponding to the required engine torque is injected into the intake stroke, and the rest is split during the compression stroke. May be. In addition, the number of compression stroke injections is not limited to four.
また、前記実施形態では、燃料カットからCI燃焼領域への復帰時において、圧縮行程分割噴射の実施サイクルとポスト噴射の実施サイクルとを同じとする場合について説明したが、これらの実施サイクル数を異ならせてもよい。たとえば、圧縮行程分割噴射を早期に終了させて、ポスト噴射のみを継続して実施させてもよい。また、これらの実施サイクル数は、例えば、予め設定された一定数であってもよいし、燃料カットの時間、エンジン水温、吸気温、排気温、エンジン回転数等から予測される、着火遅れ時間の予測結果等に応じて変更されてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the execution cycle of the compression stroke split injection and the execution cycle of the post injection are made the same when returning from the fuel cut to the CI combustion region has been described. It may be allowed. For example, the compression stroke division injection may be terminated early and only the post injection may be continued. The number of execution cycles may be, for example, a fixed number set in advance, or an ignition delay time predicted from a fuel cut time, an engine water temperature, an intake air temperature, an exhaust temperature, an engine speed, and the like. It may be changed according to the prediction result.
また、圧縮行程分割噴射の噴射回数、タイミング、噴射量等は、経過サイクル数に応じて変化させてもよい。例えば、図13に示すように、吸気行程中に一部の燃料を噴射させつつ圧縮行程中の分割噴射も行い、吸気行程中に噴射させる燃料を徐々に増加させるとともに圧縮行程中の分割噴射の回数を徐々に減少させてもよい。なお、図13では、メイン噴射のみを示しており、ポスト噴射は省略している。 Further, the number of injections, the timing, the injection amount, and the like of the compression stroke division injection may be changed according to the number of elapsed cycles. For example, as shown in FIG. 13, split injection during the compression stroke is also performed while part of the fuel is injected during the intake stroke, and the fuel injected during the intake stroke is gradually increased and the split injection during the compression stroke is performed. The number of times may be gradually decreased. In FIG. 13, only main injection is shown, and post injection is omitted.
1 エンジン(エンジン本体)
10 気筒 11 燃焼室
15 インジェクタ(燃料噴射装置)
60 PCM(判定手段、燃焼制御手段)
1 Engine (Engine body)
10
60 PCM (determination means, combustion control means)
Claims (4)
エンジンの運転状態を判定する判定手段と、
少なくともエンジン負荷が所定負荷よりも低い領域に設定された圧縮自着火燃焼領域での運転時に前記燃焼室内の混合気が自着火により燃焼するように、前記燃料噴射装置を含むエンジンの各部を制御する燃焼制御手段とを備え、
前記燃焼制御手段は、前記燃料噴射装置からの燃料噴射が停止される燃料カットの実行後、前記圧縮自着火燃焼領域で燃焼を再開させる場合に、前記混合気を自着火により燃焼させるとともに、前記燃料噴射装置に、要求エンジントルクを生成するための燃料を前記燃焼室内に噴射するメイン噴射と、当該メイン噴射の後であって膨張行程の所定のタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施させるとともに、当該ポスト噴射の噴射タイミングを、ポスト噴射された燃料の少なくとも一部が燃焼し、かつ、このポスト噴射された燃料を含む混合気の燃焼性を左右する筒内状態温度が低温であるほど進角側に設定されたタイミングにすることを特徴とする直噴エンジンの制御装置。 A control device for a direct injection engine having a fuel injection device capable of injecting fuel into a combustion chamber formed in a cylinder, and reciprocating a piston by burning a mixture of fuel and air in the combustion chamber;
Determining means for determining the operating state of the engine;
Each part of the engine including the fuel injection device is controlled so that the air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition during operation in a compression auto-ignition combustion region where the engine load is set to a region lower than a predetermined load. Combustion control means,
The combustion control means combusts the air-fuel mixture by self-ignition when resuming combustion in the compression auto-ignition combustion region after execution of a fuel cut in which fuel injection from the fuel injection device is stopped, and Main injection for injecting fuel for generating required engine torque into the combustion chamber to the fuel injection device, and post injection for injecting fuel into the combustion chamber at a predetermined timing of the expansion stroke after the main injection The in-cylinder state temperature that influences the combustibility of the air-fuel mixture containing at least a part of the post-injected fuel and the air-fuel mixture containing the post-injected fuel. A control device for a direct injection engine, characterized in that the timing is set on the advance side as the temperature is lower.
前記燃焼制御手段は、燃料カット後の前記圧縮自着火燃焼領域での燃焼再開後、複数サイクルにわたって前記ポスト噴射を実施するとともに、前記燃焼再開直後からの経過サイクル数が多いほど前記ポスト噴射の噴射タイミングを遅角側にすることを特徴とする直噴エンジンの制御装置。 The direct injection engine control device according to claim 1,
The combustion control means performs the post-injection over a plurality of cycles after resuming combustion in the compression auto-ignition combustion region after the fuel cut, and the post-injection injection increases as the number of elapsed cycles from immediately after the resumption of combustion increases. A control device for a direct-injection engine, characterized in that the timing is retarded.
前記気筒から排出された排気を浄化可能な浄化装置を備え、
前記燃焼制御手段は、燃料カット後の前記圧縮自着火燃焼領域での燃焼再開時に、前記浄化装置内の温度が予め設定された第1基準温度より低くかつ予め設定された第2基準温度よりも高い場合には、前記ポスト噴射の噴射タイミングを当該ポスト噴射された燃料の一部が前記燃焼室内で燃焼しないタイミングにすることを特徴とする直噴エンジンの制御装置。 The direct injection engine control device according to claim 2,
A purification device capable of purifying the exhaust discharged from the cylinder;
The combustion control means is configured such that the temperature in the purification device is lower than a preset first reference temperature and lower than a preset second reference temperature when resuming combustion in the compression auto-ignition combustion region after fuel cut. When it is high, the post-injection injection timing is set to a timing at which a part of the post-injected fuel does not burn in the combustion chamber.
前記燃焼制御手段は、燃料カット後の前記圧縮自着火燃焼領域での燃焼再開時に、前記燃料噴射装置に、前記メイン噴射として、圧縮工程中に燃料を複数回に分けて噴射する圧縮工程分割噴射を実施させることを特徴とする直噴エンジンの制御装置。 It is a control apparatus of the direct injection engine in any one of Claims 1-3,
The combustion control means is a compression process divided injection for injecting fuel into the fuel injection device in a plurality of times during the compression process as the main injection upon resuming combustion in the compression auto-ignition combustion region after fuel cut The direct-injection engine control apparatus characterized by performing this.
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