JP6424687B2 - Control system of diesel engine - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼル機関を制御する制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device that controls a diesel engine.
従来、ディーゼル機関に用いる燃料の性状に関する技術として、燃料のセタン価に基づいた燃焼制御を実行するため、セタン価を高精度に検出する種々の装置が提案されている。例えば、特許文献1に記載の燃料性状検出装置は、あらかじめ規定された2つの水準の噴射量をそれぞれ噴射させるように特定噴射を実行し、変更感度を算出している。そして、変更感度と燃料のセタン価との対応関係を用いて、燃料のセタン価を検出している。変更感度は、2つの水準の噴射量の変化分である変更量に対する変更物理量の割合を表すものであり、変更物理量は、2つの水準の噴射量の変化分に対応した燃焼状態を特定可能な物理量である特定量の変化量である。 Heretofore, as a technology relating to the property of fuel used in a diesel engine, various devices for detecting cetane number with high accuracy have been proposed in order to execute combustion control based on the cetane number of the fuel. For example, the fuel property detection device described in Patent Document 1 executes specific injection so as to respectively inject two predetermined levels of injection amounts, and calculates the change sensitivity. Then, the cetane number of the fuel is detected using the correspondence between the change sensitivity and the cetane number of the fuel. The change sensitivity represents the ratio of the change physical amount to the change amount which is the change amount of the injection amount of two levels, and the change physical amount can identify the combustion state corresponding to the change amount of the injection amount of the two levels. It is a change amount of a specific amount that is a physical amount.
燃料のセタン価は燃料性状を表す一つの指標であるが、セタン価では判別できない燃料性状もある。そのため、セタン価に応じた燃焼制御を実行するだけでは、内燃機関の筒内における燃焼領域が燃焼室の壁面近傍に集中することによる冷却損失や、すす等のエミッションの増加を抑制できないおそれがある。 The cetane number of the fuel is one indicator of fuel properties, but there are also fuel properties that can not be distinguished from the cetane number. Therefore, there is a possibility that it is not possible to suppress the increase of emission such as cooling loss and soot by concentration of the combustion region in the cylinder of the internal combustion engine in the vicinity of the wall surface of the combustion chamber only by executing the combustion control according to the cetane number. .
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、燃料の性状ばらつきが存在する場合にも適正なる燃焼制御を実現することができるディーゼル機関の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present invention is to provide a control device of a diesel engine capable of realizing appropriate combustion control even when there is fuel property variation. .
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。 Hereinafter, a means for solving the above-mentioned subject, and its operation effect are explained.
本発明の制御装置は、燃焼室(11b)内に燃料を噴射する燃料噴射弁(17)を備えるディーゼル機関(10)を制御するものである。制御装置(40)は、前記燃料の動粘度を取得する動粘度取得手段と、前記燃料の密度を取得する密度取得手段と、前記動粘度取得手段により取得した動粘度と前記密度取得手段により取得した密度とに基づいて、前記燃料に含まれる炭素量と水素量との比又はそれに相関するパラメータを燃料成分データとして算出する成分算出手段と、前記成分算出手段により算出した前記燃料成分データに基づいて、前記燃料噴射弁から前記燃焼室に噴射される燃料の燃焼に関する燃焼制御を実施する制御手段と、を備えることを特徴とする。 The control device of the present invention controls a diesel engine (10) including a fuel injection valve (17) for injecting fuel into a combustion chamber (11b). The control device (40) acquires the dynamic viscosity acquired by the kinetic viscosity acquired by the kinetic viscosity acquiring unit acquiring the dynamic viscosity of the fuel, the density acquiring unit acquiring the density of the fuel, and the dynamic viscosity acquiring unit from the density acquiring unit Component calculation means for calculating, as fuel component data, the ratio of the amount of carbon contained in the fuel to the amount of hydrogen contained in the fuel or the parameter based on the calculated density, and the fuel component data calculated by the component calculation means And control means for performing combustion control on the combustion of the fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber.
本発明者は、燃料に含まれる炭素量と水素量との比(C/H)が、燃料の燃焼性を的確に表す指標であることに着目した。この場合、例えばC/Hが大きいほど、水素数に対して炭素数が多くなり燃焼しにくくなる。また、本発明者は、C/Hが、エンジンシステムにおいて取得可能なパラメータである燃料の動粘度及び密度に対して高い相関を有していることに着目した。そして、燃料の動粘度と密度とに基づいて、燃料に含まれる炭素量と水素量との比又はそれに相関するパラメータを燃料成分データとして算出し、その燃料成分データに基づいて燃焼制御を実施する構成とした。この場合、燃料の燃焼性を考慮しつつ適正な燃焼制御を実施できる。 The inventor noted that the ratio (C / H) of the amount of carbon and the amount of hydrogen contained in the fuel is an index that accurately represents the combustibility of the fuel. In this case, for example, as the C / H is larger, the number of carbons relative to the number of hydrogen increases, which makes it difficult to burn. The inventor also noted that C / H has a high correlation with the dynamic viscosity and density of the fuel, which are parameters that can be acquired in the engine system. Then, based on the dynamic viscosity and the density of the fuel, the ratio of the amount of carbon contained in the fuel to the amount of hydrogen or the parameter correlating to that is calculated as the fuel component data, and the combustion control is carried out based on the fuel component data It was composition. In this case, appropriate combustion control can be performed while taking into consideration the combustibility of the fuel.
以下、車両用のディーゼル機関を制御する制御装置を具現化した各実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。 Hereinafter, each embodiment which materialized the control device which controls the diesel engine for vehicles is described. In addition, in the following each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the mutually same or equal part in the figure, and the description is used about the part of the same code | symbol.
(第1実施形態)
まず、図1を参照して、ディーゼル機関であるエンジン10の概要について説明する。エンジン10は、例えば直列4気筒ディーゼル機関であり、同図では1つの気筒(シリンダ)のみを示している。同図に示すように、エンジン10は、シリンダブロック11、ピストン12、シリンダヘッド13、吸気通路14、排気通路15、吸気弁16、インジェクタ17、排気弁18、VVT21、EGR装置26等を備えている。
First Embodiment
First, an outline of an engine 10 which is a diesel engine will be described with reference to FIG. The engine 10 is, for example, an in-line four-cylinder diesel engine, and only one cylinder is shown in FIG. As shown in the figure, the engine 10 includes a cylinder block 11, a piston 12, a cylinder head 13, an intake passage 14, an exhaust passage 15, an intake valve 16, an injector 17, an exhaust valve 18, a VVT 21, an EGR device 26, etc. There is.
シリンダブロック11には、4つのシリンダ11aが形成されている。各シリンダ11aには、それぞれピストン12が往復動可能に収容されている。シリンダブロック11には、シリンダヘッド13が組み付けられている。ピストン12の上面にはキャビティ(凹部)が形成されており、そのキャビティにより燃焼室11bが形成されている。 Four cylinders 11 a are formed in the cylinder block 11. A piston 12 is accommodated in each of the cylinders 11 a so as to be capable of reciprocating. The cylinder head 13 is assembled to the cylinder block 11. A cavity (recess) is formed on the upper surface of the piston 12, and the combustion chamber 11b is formed by the cavity.
吸気通路14は、吸気マニホールド及びシリンダヘッド13内の通路として形成されており、各シリンダ11aに接続されている。エンジン10のクランクシャフト(図示略)の回転により、カムシャフト19A,19Bが回転する。カムシャフト19Aの回転に基づいて各吸気弁16が駆動され、各吸気弁16の駆動に応じて燃焼室11b内に吸気が流入する。VVT21(可変バルブタイミング装置)は、クランクシャフトとカムシャフト19Aとの回転位相を調整することで、吸気弁16の開閉タイミングを可変とする。 The intake passage 14 is formed as a passage in the intake manifold and the cylinder head 13 and is connected to each cylinder 11 a. The rotation of the crankshaft (not shown) of the engine 10 causes the camshafts 19A and 19B to rotate. Each intake valve 16 is driven based on the rotation of the camshaft 19A, and in response to the drive of each intake valve 16, intake air flows into the combustion chamber 11b. The VVT 21 (variable valve timing device) makes the open / close timing of the intake valve 16 variable by adjusting the rotational phase of the crankshaft and the camshaft 19A.
排気通路15は、排気マニホールド及びシリンダヘッド13内の通路として形成されており、各シリンダ11aに接続されている。カムシャフト19Bの回転に基づいて各排気弁18が駆動され、各排気弁18の駆動に応じて燃焼室11bから排気が排出される。 The exhaust passage 15 is formed as an exhaust manifold and a passage in the cylinder head 13, and is connected to each cylinder 11a. Each exhaust valve 18 is driven based on the rotation of the camshaft 19B, and the exhaust is discharged from the combustion chamber 11b according to the drive of each exhaust valve 18.
コモンレール20(蓄圧容器)は燃料を蓄圧状態で保持する。燃料は、図示しない燃料ポンプにより高圧状態に加圧されてコモンレール20に圧送される。インジェクタ17(燃料噴射弁)は、コモンレール20内に蓄圧状態で保持された燃料を、燃焼室11b内に噴射する。インジェクタ17は、ノズルニードルに閉弁方向に圧力を加える制御室の燃料圧力を制御することにより、開弁期間を制御する公知の電磁駆動式又はピエゾ駆動式の弁である。電磁駆動式又はピエゾ駆動式のアクチュエータへの通電時間により開弁期間が制御され、インジェクタ17の開弁期間が長くなるほど、噴射される噴射量は多くなる。 The common rail 20 (pressure accumulation container) holds the fuel in the pressure accumulation state. The fuel is pressurized to a high pressure state by a fuel pump (not shown) and pumped to the common rail 20. The injector 17 (fuel injection valve) injects the fuel held in the pressure-accumulated state in the common rail 20 into the combustion chamber 11b. The injector 17 is a known electromagnetic or piezo driven valve that controls the opening period by controlling the fuel pressure of the control chamber that applies pressure to the nozzle needle in the valve closing direction. The valve opening period is controlled by the energization time to the electromagnetic drive type or piezo drive type actuator, and the injection amount to be injected becomes larger as the valve opening period of the injector 17 becomes longer.
EGR装置26(排気再循環装置)は、EGR通路27及びEGRバルブ28を備えている。EGR通路27は、排気通路15と吸気通路14とを接続している。EGR通路27には、EGR通路27を開閉するEGRバルブ28が設けられている。EGR装置26は、EGRバルブ28の開度に応じて、排気通路15内の排気の一部を吸気通路14内に導入する。 The EGR device 26 (exhaust gas recirculation device) includes an EGR passage 27 and an EGR valve 28. The EGR passage 27 connects the exhaust passage 15 and the intake passage 14. The EGR passage 27 is provided with an EGR valve 28 for opening and closing the EGR passage 27. The EGR device 26 introduces a part of the exhaust gas in the exhaust passage 15 into the intake passage 14 in accordance with the opening degree of the EGR valve 28.
エンジン10の吸気行程において吸気通路14を通じてシリンダ11a内に空気が吸入され、圧縮行程においてピストン12により空気が圧縮される。圧縮上死点付近でインジェクタ17によりシリンダ11a内(燃焼室11b内)に燃料が噴射され、燃焼行程において噴射された燃料が自着火して燃焼される。排気行程においてシリンダ11a内の排気が、排気通路15を通じて排出される。排気通路15内の排気の一部は、EGR装置26により吸気通路14内の吸気に導入される。 Air is taken into the cylinder 11 a through the intake passage 14 in the intake stroke of the engine 10, and the air is compressed by the piston 12 in the compression stroke. The fuel is injected into the cylinder 11a (in the combustion chamber 11b) by the injector 17 near the compression top dead center, and the fuel injected in the combustion stroke is self-ignited and burned. Exhaust gas in the cylinder 11 a is exhausted through the exhaust passage 15 in the exhaust stroke. A part of the exhaust gas in the exhaust passage 15 is introduced into the intake air in the intake passage 14 by the EGR device 26.
エンジン10には、筒内圧センサ31が設けられている。筒内圧センサ31は、シリンダ11a内の圧力(筒内圧)を検出する。筒内圧センサ31は、全てのシリンダ11aに設置されている必要はなく、少なくとも1つのシリンダ11aに設定されていればよい。エンジン10の燃料タンク(図示略)には、燃料密度センサ32、動粘度センサ33及び燃料量センサ34が設けられている。燃料密度センサ32は、インジェクタ17に供給される燃料の密度を検出する。燃料密度センサ32は、例えば固有振動周期測定法に基づいて燃料の密度を検出する。動粘度センサ33は、例えば細管粘度計や、細線加熱法に基づく動粘度計であり、燃料タンク内の燃料の動粘度を検出する。燃料量センサ34は、燃料タンク内の燃料の量を検出する。なお、燃料密度センサ32及び動粘度センサ33は、ヒータを備えており、ヒータにより所定温度に燃料を加熱した状態で燃料の密度及び動粘度をそれぞれ検出する。 The engine 10 is provided with an in-cylinder pressure sensor 31. The in-cylinder pressure sensor 31 detects the pressure in the cylinder 11 a (in-cylinder pressure). The in-cylinder pressure sensor 31 does not have to be installed in all the cylinders 11a, and may be set in at least one cylinder 11a. A fuel density sensor 32, a dynamic viscosity sensor 33, and a fuel amount sensor 34 are provided in a fuel tank (not shown) of the engine 10. The fuel density sensor 32 detects the density of the fuel supplied to the injector 17. The fuel density sensor 32 detects the density of the fuel based on, for example, the natural oscillation period measurement method. The kinematic viscosity sensor 33 is, for example, a capillary viscometer or a kinematic viscometer based on a thin wire heating method, and detects the kinematic viscosity of the fuel in the fuel tank. The fuel amount sensor 34 detects the amount of fuel in the fuel tank. The fuel density sensor 32 and the dynamic viscosity sensor 33 each include a heater, and detect the density and the dynamic viscosity of the fuel while heating the fuel to a predetermined temperature by the heater.
ECU(Electric Control Unit)40は、CPU、ROM、RAM、I/O、記憶装置41等を備える周知のマイクロコンピュータであり、エンジン10を制御する制御装置に相当する。ECU40には、車両において異常が生じた場合にその旨をドライバ等に報知する報知装置50が接続されている。報知装置50は、例えば車室内に設けられたスピーカやディスプレイである。 The ECU (Electric Control Unit) 40 is a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an I / O, a storage device 41 and the like, and corresponds to a control device that controls the engine 10. The ECU 40 is connected to a notification device 50 that notifies a driver or the like of the occurrence of an abnormality in the vehicle. The notification device 50 is, for example, a speaker or a display provided in a vehicle compartment.
ECU40は、クランク角センサ、冷却水温センサ、アクセル開度センサ、筒内圧センサ31、燃料密度センサ32、動粘度センサ33、燃料量センサ34等の各種センサの検出値に基づいて、インジェクタ17、VVT21、EGR装置26等を制御する。詳しくは、標準的な性状の燃料を想定して燃料の燃焼状態が最適となるように、エンジン10の運転状態に応じてインジェクタ17、VVT21、及びEGR装置26の制御状態があらかじめ適合されている。ECU40は、各種センサの検出値に基づいて、適合された制御状態(通常燃焼制御)となるように各装置を制御する。ECU40は、インジェクタ17により、少なくともパイロット噴射及びメイン噴射を含む多段噴射を実施する。 The ECU 40 detects injectors 17, VVT 21 based on detection values of various sensors such as a crank angle sensor, a coolant temperature sensor, an accelerator opening sensor, an in-cylinder pressure sensor 31, a fuel density sensor 32, a dynamic viscosity sensor 33, and a fuel amount sensor 34. , Controls the EGR device 26 and the like. Specifically, the control states of the injectors 17, the VVT 21 and the EGR device 26 are adapted in advance according to the operating state of the engine 10 so that the fuel combustion state becomes optimal assuming a fuel of standard properties. . The ECU 40 controls the respective devices so as to be in the adapted control state (normal combustion control) based on the detection values of various sensors. The ECU 40 uses the injector 17 to perform multistage injection including at least pilot injection and main injection.
また、ECU40は、ROMに記憶されている各種プログラムをCPUが実施することにより、動粘度取得手段、密度取得手段、成分算出手段、制御手段、すす量判定手段の各機能を実現する。 Further, the ECU 40 implements the respective functions of a dynamic viscosity acquisition unit, a density acquisition unit, a component calculation unit, a control unit, and a soot amount determination unit by the CPU executing various programs stored in the ROM.
図2は、燃料密度及びセタン価に対する燃料の分布を示す分布図である。同図に示すように、エンジン10に用いられる燃料は、JIS K2204規格により2号に分類されるJIS2号軽油付近を中心として、大きくは灯油側とA重油側へ分布している。灯油に近付くほど軽質成分を多く含む軽質燃料となり、A重油に近付くほど重質成分を多く含む重質燃料となる。軽質成分を多く含むほど燃料密度が小さくなり、重質成分を多く含むほど燃料密度が大きくなっている。また、JIS2号軽油から灯油に近付くほどセタン価が低くなり、JIS2号軽油からA重油に近付くほどセタン価が低くなっている。 FIG. 2 is a distribution chart showing the distribution of fuel with respect to fuel density and cetane number. As shown in the figure, the fuel used for the engine 10 is distributed mainly to the kerosene side and the A heavy oil side, mainly in the vicinity of JIS No. 2 light oil classified into No. 2 according to the JIS K2204 standard. As it approaches kerosene, it becomes a light fuel containing a lot of light components, and as it approaches A fuel oil, it becomes a heavy fuel containing a lot of heavy components. The fuel density decreases as the content of the light components increases, and the fuel density increases as the content of the heavy components increases. In addition, the cetane number decreases as approaching to kerosene from JIS No. 2 light oil, and the cetane number decreases as approaching to heavy oil A from JIS No. 2 light oil.
すなわち、セタン価が同一の値であっても、軽質燃料に相当する場合と、重質燃料に相当する場合とがある。軽質燃料は、着火性が悪いが燃焼時にすすは発生しにくい。重質燃料は、軽質燃料と同様に着火性が悪いのに加え、燃焼時にすすが発生し易い。すすは、燃焼時の酸素不足により不完全燃焼を起こして生じる炭素を主とした微粒子である。よって、セタン価は着火性を表す指標ではあるが、燃焼性を的確に表す指標としては不十分である。そのため、セタン価に応じて、燃料の噴射量や、吸気弁16の開閉タイミング、EGR量(排気再循環量)を抑制したとしても、燃料の燃焼を適切に制御できないおそれがある。 That is, even if the cetane number is the same value, it may correspond to light fuel or heavy fuel. Light fuel has poor ignitability, but soot is less likely to be generated during combustion. Heavy fuels, like light fuels, have poor ignitability, and in addition, they tend to generate soot during combustion. Soot is carbon-based fine particles generated by incomplete combustion caused by oxygen deficiency at the time of combustion. Therefore, although cetane number is an index that represents ignitability, it is insufficient as an index that accurately represents combustibility. Therefore, even if the fuel injection amount, the opening / closing timing of the intake valve 16, and the EGR amount (exhaust gas recirculation amount) are suppressed according to the cetane number, there is a possibility that fuel combustion can not be appropriately controlled.
ここで、本発明者は、燃料に含まれる炭素量と水素量との比、詳しくは燃料に含まれる分子の水素数に対する炭素数の比(以下C/Hとする)が、燃料の燃焼性を的確に表す指標であることに着目した。つまり、C/Hが大きいほど、水素数に対して炭素数が多くなり燃焼しにくくなる。例えば、燃料に含まれる分子の直鎖が短くなると、側鎖成分の割合が多くなる。側鎖成分の割合が多くなると、相対的に水素数が少なくなって、C/Hが大きくなる。そこで、本実施形態では、燃料のC/Hに基づいて燃焼制御を実施することとしている。なお、C/Hは、水素質量に対する炭素質量の比であってもよい。 Here, the inventor has found that the ratio of the amount of carbon to the amount of hydrogen contained in the fuel, more specifically, the ratio of the number of carbons to the number of hydrogen of the molecules contained in the fuel (hereinafter referred to as C / H) We focused on the fact that it is an indicator that accurately represents That is, as the C / H is larger, the number of carbons relative to the number of hydrogens is increased, which makes it difficult to burn. For example, if the straight chain of molecules contained in the fuel becomes short, the proportion of side chain components increases. As the proportion of side chain components increases, the number of hydrogens decreases relatively, and C / H increases. So, in this embodiment, combustion control is performed based on C / H of a fuel. C / H may be the ratio of carbon mass to hydrogen mass.
また、本発明者は、燃料の動粘度と密度とがC/Hに対して高い相関を有していることに着目した。そして、燃料の動粘度と密度とを検出するとともに、その動粘度及び密度に基づいてC/Hを算出することとした。 Moreover, the inventor noted that the dynamic viscosity and the density of the fuel have a high correlation with C / H. Then, the kinetic viscosity and the density of the fuel are detected, and C / H is calculated based on the kinetic viscosity and the density.
詳しくは、炭化水素は炭素数と沸点との相関が強く、その関係は図3のとおりである。また、燃料の動粘度とT50(50%容量留出温度〔℃〕)とには図4に示す相関がある。この場合、図3によれば、炭素数が多いほど沸点が高くなることが確認でき、図4によれば、燃料の動粘度が大きいほどT50が大きくなることが確認できる。T50は平均沸点とみなすことができ、炭素数及び沸点の関係と、動粘度及びT50の関係とを併せ参照すれば、動粘度が小さいほど炭素数が少なく、動粘度が大きいほど炭素数が多くなる関係が導出される。ゆえに、動粘度に基づいて炭素数を算出することが可能となっている。 In detail, hydrocarbon has a strong correlation between carbon number and boiling point, and the relationship is as shown in FIG. Further, there is a correlation shown in FIG. 4 between the dynamic viscosity of the fuel and T50 (50% volume distillation temperature [° C.]). In this case, according to FIG. 3, it can be confirmed that the boiling point becomes higher as the carbon number is larger, and according to FIG. 4, it can be confirmed that T50 becomes larger as the dynamic viscosity of the fuel is larger. T50 can be regarded as an average boiling point, and referring to the relationship between carbon number and boiling point and the relationship between dynamic viscosity and T50, the smaller the dynamic viscosity, the smaller the carbon number, and the larger the dynamic viscosity, the larger the carbon number Relationship is derived. Therefore, it is possible to calculate the number of carbons based on the kinematic viscosity.
また、図5は、燃料密度とT50とをパラメータとして燃料の分布を示す図である。図5では、燃料のばらつきに起因して、横軸及び縦軸の双方に分布のばらつきが生じていることを確認できる。この場合、横軸(T50)のばらつきは主に炭素数に起因するばらつきであり、炭素数が多い燃料はT50が比較的高温となる領域に分布し、炭素数が少ない燃料はT50が比較的低温となる領域に分布する傾向にある。また、縦軸(密度)のばらつきは主に水素数に起因するばらつきであり、水素数が少ない燃料は比較的高密度となる領域に分布し、水素数が多い燃料は比較的低密度となる領域に分布する傾向にある。 Moreover, FIG. 5 is a figure which shows distribution of a fuel by making fuel density and T50 into a parameter. In FIG. 5, it can be confirmed that the dispersion of the distribution occurs in both the horizontal axis and the vertical axis due to the dispersion of the fuel. In this case, the variation in the horizontal axis (T50) is mainly due to the carbon number, and the fuel having a large number of carbons is distributed in a region where T50 has a relatively high temperature, and the fuel having a small number of carbons has a relatively large T50. It tends to be distributed in the region where the temperature is low. Also, the variation in the vertical axis (density) is mainly due to the number of hydrogen, fuel with a small number of hydrogen is distributed in a region of relatively high density, and fuel with a large number of hydrogen is relatively low in density It tends to be distributed in the area.
図5では、同一T50(同一炭素数)であれば燃料密度が小さいほど、水素数が多くなっている。したがって、T50(炭素数)が分かっていれば、燃料密度と水素数との相関を用い、燃料密度に基づいて水素数を算出できる。また、上記のとおり炭素数と水素数とが求められるため、これら炭素数と水素数とによりC/Hを算出できる。 In FIG. 5, the hydrogen number increases as the fuel density decreases for the same T50 (same carbon number). Therefore, if T50 (carbon number) is known, the number of hydrogen can be calculated based on the fuel density using the correlation between the fuel density and the number of hydrogen. Moreover, since carbon number and hydrogen number are calculated | required as mentioned above, C / H can be calculated by these carbon number and hydrogen number.
なお、燃料の動粘度、密度は、車両に搭載された動粘度センサ33、燃料密度センサ32により計測可能な情報であり、自動車等の車両の使用に際して必要に応じて動粘度及び密度を取得(把握)することが可能となっている。それゆえ、車両において燃料のC/Hの算出が可能となっている。 Note that the dynamic viscosity and density of the fuel are information that can be measured by the dynamic viscosity sensor 33 and the fuel density sensor 32 mounted on the vehicle, and acquire the dynamic viscosity and density as needed when using a vehicle such as a car ( It is possible to Therefore, it is possible to calculate the C / H of the fuel in the vehicle.
図6は、すす量とC/Hとの関係を示す図である。すす量は、標準的な性状の燃料を想定した通常燃焼制御を実施した場合に排出されるすす量である。図6では、C/Hが所定値A1よりも大きくなることで、すす量が所定量B1よりも多くなるといった関係が定められている。すす量が所定量B1よりも少ないことは、低スモーク燃料を使用していることを意味し、すす量が所定量B1よりも多いことは、高スモーク燃料を使用していることを意味する。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of soot and C / H. The amount of soot is the amount of soot emitted when normal combustion control is performed assuming a fuel of standard characteristics. In FIG. 6, the relationship that the amount of soot becomes larger than the predetermined amount B1 is defined by C / H becoming larger than the predetermined value A1. The soot amount being less than the predetermined amount B1 means that low smoke fuel is used, and the soot amount being larger than the predetermined amount B1 means that high smoke fuel is being used.
本実施形態では、C/Hに基づいて燃料が高スモーク燃料であるか否かを判定し、燃料が高スモーク燃料であると判定された場合に、燃焼制御としてスモーク抑制のためのスモーク抑制制御を実施することとしている。 In this embodiment, it is determined based on C / H whether or not the fuel is high smoke fuel, and when it is determined that the fuel is high smoke fuel, smoke suppression control for smoke suppression as combustion control is performed. To carry out.
次に、エンジン10の燃焼制御の処理手順について、図7のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、ECU40が所定の周期で繰り返し実施する。 Next, the processing procedure of the combustion control of the engine 10 will be described with reference to the flowchart of FIG. This processing procedure is repeatedly performed by the ECU 40 at a predetermined cycle.
まず、燃料性状を検出する実施条件が成立しているか否かを判定する(S10)。具体的には、実施条件は、給油が行われたこと、エンジン回転速度が一定であること、エンジン10の暖機が完了して冷却水の温度が所定温度(例えば80℃)よりも高くなっていること等である。実施条件は、給油が行われ且つエンジン10が安定状態であることを含む。給油が行われたか否かは、燃料量センサ34により検出された燃料量に基づいて判定し、エンジン回転速度が一定であるか否かは、クランク角センサにより検出された回転速度に基づいて判定する。また、冷却水の温度が所定温度よりも高くなっているか否かは、冷却水温センサにより検出された温度に基づいて判定する。なお、燃料量センサ34により検出された燃料量が前回の検出時よりも所定以上増加した場合に給油が行われたと判定し、その給油から所定時間経過した時点、又は車両走行距離が所定距離に達した時点で、残燃料と給油燃料が混合して性状が安定し給油直後でない状態になったと判定する。 First, it is determined whether an execution condition for detecting fuel properties is satisfied (S10). Specifically, the implementation conditions are that refueling has been performed, the engine rotational speed is constant, the warm-up of the engine 10 is completed, and the temperature of the cooling water becomes higher than a predetermined temperature (for example, 80 ° C.) And so on. Implementation conditions include that fueling is performed and the engine 10 is stable. Whether or not refueling has been performed is determined based on the fuel amount detected by the fuel amount sensor 34, and whether or not the engine rotational speed is constant is determined based on the rotational speed detected by the crank angle sensor Do. Further, it is determined based on the temperature detected by the cooling water temperature sensor whether the temperature of the cooling water is higher than a predetermined temperature. It is determined that refueling has been performed when the fuel amount detected by the fuel amount sensor 34 has increased by a predetermined amount or more compared to the previous detection, and when a predetermined time has elapsed since refueling, or the vehicle travel distance is a predetermined distance. At that time, it is determined that the remaining fuel and the refueling fuel are mixed and the property is stable and is not immediately after refueling.
燃料性状を検出する実施条件が成立していないと判定した場合は(S10:NO)、本処理を終了する。一方、燃料性状を検出する実施条件が成立していると判定した場合は(S10:YES)、動粘度センサ33により検出した動粘度を取得するとともに(S11)、燃料密度センサ32により検出した密度を取得する(S12)。 When it is determined that the execution condition for detecting the fuel property is not satisfied (S10: NO), the present process is ended. On the other hand, when it is determined that the execution condition for detecting the fuel property is satisfied (S10: YES), the dynamic viscosity detected by the dynamic viscosity sensor 33 is acquired (S11) and the density detected by the fuel density sensor 32 Is acquired (S12).
次に、燃料の動粘度と密度とを演算パラメータにして、C/Hを算出する(S13)。このとき、上述した図3〜図5の関係に基づき定められたマップや相関関数を用い、燃料の動粘度と密度とに基づいてC/Hを算出する。マップや相関関数は適合等により定められ、記憶装置41にあらかじめ記憶されている(後述の各関係も同様)。 Next, C / H is calculated using the kinetic viscosity and the density of the fuel as calculation parameters (S13). At this time, C / H is calculated based on the dynamic viscosity and the density of the fuel, using the map and the correlation function determined based on the above-described relationships of FIGS. The map and the correlation function are determined by adaptation or the like, and are stored in advance in the storage device 41 (the same applies to each relationship described later).
続いて、S13で算出したC/Hが、所定値A1以上であるか否かを判定する(S14)。C/Hが所定値A1未満であれば(S14:NO)、燃料が低スモーク燃料であると判定し(S15)、通常の燃焼制御を行う(S16)。具体的には、各種センサの検出値に基づいて、あらかじめ適合された制御状態となるように、インジェクタ17による燃料の噴射量、VVT21による吸気弁16の開閉タイミング、及びEGR装置26によるEGR弁の開度(EGR量)を制御する。以上で本処理を終了する。 Subsequently, it is determined whether the C / H calculated in S13 is equal to or more than a predetermined value A1 (S14). If C / H is less than the predetermined value A1 (S14: NO), it is determined that the fuel is low smoke fuel (S15), and normal combustion control is performed (S16). Specifically, based on the detection values of various sensors, the injection amount of fuel by the injector 17, the opening / closing timing of the intake valve 16 by the VVT 21, and the EGR valve by the EGR device 26 are brought into control. Control the opening degree (EGR amount). This is the end of the process.
一方、C/Hが所定値A1以上であれば(S14:YES)、燃料が高スモーク燃料であると判定し(S17)、通常の燃料制御からスモーク抑制制御に切り替え(S18)、本処理を終了する。 On the other hand, if C / H is greater than or equal to the predetermined value A1 (S14: YES), it is determined that the fuel is high smoke fuel (S17), and the normal fuel control is switched to smoke suppression control (S18). finish.
スモーク抑制制御としては、燃料が燃焼される際における燃焼状態を改善すべく新気量(燃焼室内の酸素量)を増加させる処理や、噴射圧を増加させる処理を実施する。具体的には、新気量を増加させる処理として、通常燃焼制御と比較して、EGR装置26によるEGRバルブ28の開度を減少させる処理、VVT21により吸気圧を増加させる処理を実施する。また、噴射圧を増加させる処理として、燃料ポンプによりコモンレール20内の燃料圧力を増加させる処理を実施する。また、スモーク抑制制御として、インジェクタ17による燃料のメイン噴射の後に燃料を噴射させるアフター噴射を実施してもよい。これら各処理は少なくともいずれか1つが実施されればよい。スモーク抑制制御は、燃焼制御が次に切り替えられるまで継続する。 As the smoke suppression control, processing for increasing the amount of fresh air (amount of oxygen in the combustion chamber) and processing for increasing the injection pressure are performed in order to improve the combustion state when the fuel is burned. Specifically, as the process for increasing the fresh air amount, a process for reducing the opening degree of the EGR valve 28 by the EGR device 26 and a process for increasing the intake pressure by the VVT 21 are performed as compared with the normal combustion control. Further, as a process of increasing the injection pressure, a process of increasing the fuel pressure in the common rail 20 by the fuel pump is performed. In addition, after the main injection of fuel by the injector 17 may be performed after smoke injection as the smoke suppression control. At least one of these processes may be performed. Smoke suppression control continues until combustion control is next switched.
なお、C/Hが所定値A1以上である場合には、異常燃料であることが記憶装置41に記憶されるとともに、スピーカやディスプレイ等の報知装置50を用い、燃料が異常である旨の警告が実施される(S18)。 In addition, when C / H is more than predetermined value A1, while being memorize | stored in the memory | storage device 41 that it is abnormal fuel, using the alerting devices 50, such as a speaker and a display, the warning to the effect that fuel is abnormal is warned. Is carried out (S18).
以上説明した第1実施形態によれば以下の効果を奏する。 According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
本発明者は、燃料に含まれる炭素量と水素量との比(C/H)が、燃料の燃焼性を的確に表す指標であることに着目した。この場合、例えばC/Hが大きいほど、水素数に対して炭素数が多くなり燃焼しにくくなる。また、本発明者は、C/Hが、車載エンジンシステムにおいて取得可能なパラメータである燃料の動粘度及び密度に対して高い相関を有していることに着目した。そして、燃料の動粘度と密度とに基づいてC/Hを算出し、そのC/Hに基づいて燃焼制御を実施する構成とした。この場合、燃料の燃焼性を考慮しつつ適正な燃焼制御を実施できる。 The inventor noted that the ratio (C / H) of the amount of carbon and the amount of hydrogen contained in the fuel is an index that accurately represents the combustibility of the fuel. In this case, for example, as the C / H is larger, the number of carbons relative to the number of hydrogen increases, which makes it difficult to burn. Moreover, the inventor noted that C / H has a high correlation with the dynamic viscosity and the density of the fuel, which are parameters that can be acquired in the on-vehicle engine system. Then, C / H is calculated based on the dynamic viscosity and density of the fuel, and combustion control is performed based on the C / H. In this case, appropriate combustion control can be performed while taking into consideration the combustibility of the fuel.
C/Hは燃料の燃え易さを表す指標であり、そのC/Hによれば、燃料がすすの排出量が増加し易い高スモーク燃料であるか否かの判定が可能となる。そして、燃料が高スモーク燃料と判定された場合に、標準的な性状の燃料を想定した通常燃料制御から、すすの排出量を抑制するスモーク抑制制御に切り替えるようにした。これにより、燃料がすすの排出量が増加し易い高スモーク燃料である場合でも、すすの排出量を抑制することができる。 C / H is an index that represents the flammability of the fuel, and according to the C / H, it is possible to determine whether the fuel is a high smoked fuel in which the amount of soot emission tends to increase. Then, when the fuel is determined to be a high smoke fuel, the normal fuel control that assumes a fuel of standard properties is switched to the smoke suppression control that suppresses the discharge amount of soot. As a result, even when the fuel is a high smoked fuel in which the amount of soot emissions is likely to increase, the amount of soot emissions can be suppressed.
燃料のC/Hが所定値A1以上である場合に、異常燃料であることを記憶装置41に記憶する構成にしたため、事後的にエンジン10に不具合が発生しても不具合の原因を特定できる。また、報知装置50を用いて燃料が異常である旨の警告を実施する構成にしたため、ドライバは燃料が異常燃料であることを把握し対処できる。 When the fuel C / H is equal to or more than the predetermined value A1, the memory device 41 stores the abnormal fuel in the storage unit 41. Therefore, even if the failure occurs in the engine 10 later, the cause of the failure can be identified. Further, since the warning that the fuel is abnormal is performed by using the notification device 50, the driver can recognize that the fuel is the abnormal fuel and can cope with it.
(第2実施形態)
第2実施形態では、燃料のC/Hと平均炭素数(炭素量)とに基づいて、燃焼室11b内における燃料の燃焼先端位置を算出し、その燃焼先端位置に応じて燃焼制御を行う。以下、第2実施形態に係る燃焼制御について説明する。
Second Embodiment
In the second embodiment, the combustion front end position of the fuel in the combustion chamber 11b is calculated based on the C / H of the fuel and the average carbon number (carbon amount), and the combustion control is performed according to the combustion front end position. Hereinafter, the combustion control according to the second embodiment will be described.
本発明者は、燃焼室11b内における燃焼先端位置が燃料のC/Hと平均炭素数とに相関があることに着目した。そして、燃料のC/Hと平均炭素数とを算出するとともに、それらに基づいて燃焼先端位置を算出することとした。燃焼先端位置は、インジェクタ先端部を基準として燃焼領域の先端部までの離間距離であり、この燃焼先端位置が大きいほど、インジェクタ先端部から離れた位置で燃焼が行われることを意味する。 The inventor noted that the position of the combustion front in the combustion chamber 11b is correlated with the C / H of the fuel and the average carbon number. Then, the C / H of the fuel and the average carbon number are calculated, and the combustion tip position is calculated based on them. The combustion tip position is the distance from the tip of the injector to the tip of the combustion region, and the larger the position of the combustion tip, the more the combustion is performed at a position farther from the tip of the injector.
ここで、燃焼先端位置が燃焼室11bの壁面に近い場合は、燃焼領域が燃焼室11bの壁面近傍に集中して冷却損失が大きくなり、燃費が悪化するおそれがある。また、燃焼先端位置がインジェクタ先端部に近い場合は、燃焼領域がインジェクタ先端近傍に集中して、燃料が燃焼される際に用いられる酸素が不足し、燃費が悪化するおそれがある。そこで、第2実施形態では、燃焼先端位置を算出し、燃焼先端位置が所定の領域に入るように、燃焼制御を実施する。 Here, when the combustion front end position is close to the wall surface of the combustion chamber 11b, the combustion region is concentrated in the vicinity of the wall surface of the combustion chamber 11b, the cooling loss becomes large, and the fuel efficiency may be deteriorated. In addition, when the combustion front end position is close to the injector front end, the combustion region is concentrated in the vicinity of the injector front end, oxygen used when fuel is burned is insufficient, and fuel efficiency may be deteriorated. Therefore, in the second embodiment, the combustion front end position is calculated, and the combustion control is performed so that the combustion front end position falls within a predetermined region.
本実施形態では、燃焼制御として、燃焼先端位置が所定の領域よりも遠い位置にある場合に、噴射圧を減少させる。これにより、燃料の移動速度が減少して到達距離が短くなり、燃焼室11bの壁面近傍への燃焼領域の集中が抑制される。また、燃焼先端位置が所定の領域よりも近い位置にある場合に、噴射圧を増加させる。これにより、燃焼の移動速度が増加して到達距離が長くなり、インジェクタ17の先端付近への燃焼領域の集中が抑制される。ECU40は、CPUがROMに記憶されているプログラムを実施することにより、上記各機能を実現する。 In the present embodiment, as the combustion control, the injection pressure is reduced when the combustion tip position is at a position farther than the predetermined region. As a result, the moving speed of the fuel decreases to shorten the reach distance, and the concentration of the combustion region in the vicinity of the wall surface of the combustion chamber 11b is suppressed. Further, the injection pressure is increased when the combustion tip position is closer than the predetermined region. As a result, the moving speed of combustion increases and the reach distance becomes longer, and concentration of the combustion region near the tip of the injector 17 is suppressed. The ECU 40 implements the above functions by the CPU executing a program stored in the ROM.
次に、エンジン10の燃焼制御の処理手順について、図8のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、ECU40が、所定の周期で繰り返し実施する。 Next, the procedure of the combustion control of the engine 10 will be described with reference to the flowchart of FIG. The ECU 40 repeatedly executes this processing procedure at a predetermined cycle.
まず、図7のS10〜S13と同様に、燃料性状を検出する実施条件が成立しているか否かの判定と、動粘度の取得と、燃料密度の取得と、C/Hの算出とを実施する(S20〜S23)。その後、あらかじめ記憶されている動粘度と平均炭素数とのマップを用い、動粘度に基づいて平均炭素数を算出する(S24)。 First, similarly to S10 to S13 in FIG. 7, the determination of whether or not the execution condition for detecting the fuel property is satisfied, the acquisition of the dynamic viscosity, the acquisition of the fuel density, and the calculation of C / H. (S20 to S23). Thereafter, the average carbon number is calculated based on the dynamic viscosity using a map of the dynamic viscosity and the average carbon number stored in advance (S24).
続いて、あらかじめ記憶されているC/H及び平均炭素数と燃焼先端位置とのマップを用い、S23で算出した燃料のC/Hと、S24で算出した燃料の平均炭素数とに基づいて燃焼先端位置を算出する(S25)。 Subsequently, combustion is performed based on the C / H of the fuel calculated in S23 and the average carbon number of the fuel calculated in S24 using the map of C / H and average carbon number stored in advance and the position of the combustion tip. The tip position is calculated (S25).
続いて、S25で算出した燃焼先端位置が、インジェクタ17の先端から第1距離よりも遠い位置であるか否かを判定する(S26)。第1距離は、この距離よりも燃焼先端位置が遠い位置の場合に、燃焼領域が燃焼室11bの壁面に集中していると判定できる値である。燃焼先端位置が、インジェクタ17の先端から第1距離を超えて離れている場合(S26:YES)、インジェクタ17による燃料の噴射圧を減少させ(S27)、本処理を終了する。 Subsequently, it is determined whether the combustion tip position calculated in S25 is a position farther from the tip of the injector 17 than the first distance (S26). The first distance is a value that can be determined that the combustion region is concentrated on the wall surface of the combustion chamber 11b when the combustion tip position is farther than this distance. When the combustion tip position is separated from the tip of the injector 17 by more than the first distance (S26: YES), the injection pressure of fuel by the injector 17 is decreased (S27), and the present process is ended.
一方、S25で算出した燃焼先端位置が、インジェクタ17の先端から第1距離までの範囲にある場合(S26:NO)、次に、燃焼先端位置が、インジェクタ17の先端から第2距離よりも近い位置であるか否かを判定する(S28)。第2距離は、第1距離よりも短い距離であり、この距離よりも燃焼先端位置が近い位置の場合、燃焼領域がインジェクタ17の先端付近に集中していると判定できる値である。第2距離から第1距離までの所定範囲が、燃焼先端位置が存在すべき所定の領域に相当し、燃焼先端位置が所定の領域から外れると、燃費が悪化するおそれがある。 On the other hand, when the combustion tip position calculated in S25 is in the range from the tip of the injector 17 to the first distance (S26: NO), the combustion tip position is next closer than the second distance from the tip of the injector 17 It is determined whether it is a position (S28). The second distance is a distance shorter than the first distance, and when the position of the combustion tip is closer than this distance, it can be determined that the combustion region is concentrated in the vicinity of the tip of the injector 17. The predetermined range from the second distance to the first distance corresponds to the predetermined area where the combustion tip position should be present, and if the combustion tip position deviates from the predetermined area, the fuel efficiency may be deteriorated.
燃焼先端位置が、インジェクタ17の先端から第2距離までの範囲にある場合は(S28:YES)、インジェクタ17による燃料の噴射圧を増加させ(S29)、本処理を終了する。一方、燃焼先端位置が、インジェクタ17の先端から第2距離よりも離れている場合(S28:NO)、すなわち所定の領域に入っている場合は、そのまま本処理を終了する。 If the combustion tip position is in the range from the tip of the injector 17 to the second distance (S28: YES), the injection pressure of fuel by the injector 17 is increased (S29), and the present process is ended. On the other hand, when the position of the combustion tip is separated from the tip of the injector 17 by more than the second distance (S28: NO), that is, when it falls within the predetermined region, the present process is ended.
なお、S27,S29において燃料の噴射圧を減少又は増加させる噴射圧制御を実施する代わりに、燃焼室11b内への吸入空気の圧力である吸気圧を増加又は減少させる吸気圧制御を実施してもよい。つまり、燃焼先端位置が、インジェクタ17の先端から第1距離を超えて離れている場合に(S26:YES)、吸気圧を増加させる。この場合、新気量の増加により燃焼が促進されることで、燃焼先端位置がインジェクタ先端部に近づくことになる。これにより、燃焼領域の燃焼室11bの壁面近傍への集中を抑制して、燃費の悪化を抑制することができる。S27において、噴射圧の減少と吸気圧の増加との両方を実施することも可能である。 Note that, instead of performing injection pressure control to decrease or increase the injection pressure of fuel in S27 and S29, intake pressure control to increase or decrease intake pressure, which is the pressure of intake air into the combustion chamber 11b, is performed It is also good. That is, when the combustion tip position is separated from the tip of the injector 17 by more than the first distance (S26: YES), the intake pressure is increased. In this case, the combustion front position is closer to the tip of the injector by promoting the combustion by the increase of the fresh air amount. Thereby, concentration of the combustion area in the vicinity of the wall surface of the combustion chamber 11b can be suppressed, and deterioration of fuel consumption can be suppressed. It is also possible to implement both a decrease in injection pressure and an increase in intake pressure at S27.
また、燃焼先端位置が、インジェクタ17の先端から第2距離までの範囲にある場合に(S28:YES)、吸気圧を減少させる。この場合、新気量の減少により燃焼が緩慢になることで、燃焼先端位置がインジェクタ先端部から離れることになる。これにより、燃焼領域のインジェクタ17の先端への集中を抑制して、燃費の悪化を抑制することができる。S29において、噴射圧の増加と吸気圧の減少との両方を実施することも可能である。 In addition, when the combustion tip position is in the range from the tip of the injector 17 to the second distance (S28: YES), the intake pressure is decreased. In this case, the combustion tip position is separated from the tip of the injector because the combustion becomes slow due to the decrease of the fresh air amount. Thus, concentration of the combustion region on the tip of the injector 17 can be suppressed, and deterioration of fuel consumption can be suppressed. In S29, it is also possible to implement both an increase in injection pressure and a decrease in intake pressure.
なお、C/Hと平均炭素数とが決まれば、一義的に平均水素数が決まる。それゆえに、C/Hと平均水素数とに基づいて燃焼先端位置を算出することも可能である。 In addition, if C / H and an average carbon number are decided, an average hydrogen number will be decided. Therefore, it is also possible to calculate the combustion tip position based on C / H and the average number of hydrogen.
以上説明した第2実施形態によれば、以下の効果を奏する。 According to the second embodiment described above, the following effects can be obtained.
燃料の燃え易さを表すC/Hと平均炭素数とを燃料成分データとして使えば、これらC/H及び平均炭素数と燃焼領域における燃焼先端位置との相関を利用して、燃焼領域における燃焼先端位置を算出することができる。そして、燃焼先端位置が、インジェクタ17の先端位置を基準として定められた所定範囲内に入っていない場合、すなわち第1距離よりも遠いか又は第2距離よりも近い場合には、その燃焼先端位置を所定範囲内に入れるべく、燃料の噴射圧を減少又は増加させる噴射圧制御を実施する構成(又は吸気圧を増加又は減少させる吸気圧制御を実施する構成)とした。この場合、燃焼先端位置を所望の位置に制御できることから、燃費低減効果を得ることができる。 If C / H and the average carbon number which show the flammability of the fuel are used as fuel component data, the combustion in the combustion area using the correlation between the C / H and the average carbon number and the combustion tip position in the combustion area The tip position can be calculated. And, if the combustion tip position does not fall within the predetermined range defined based on the tip position of the injector 17, that is, if it is farther than the first distance or closer than the second distance, the combustion tip position The injection pressure control is performed to reduce or increase the injection pressure of the fuel (or the intake pressure control to increase or decrease the intake pressure) so as to put the fuel pressure in the predetermined range. In this case, since the combustion tip position can be controlled to a desired position, the fuel consumption reduction effect can be obtained.
詳しくは、燃焼先端位置が第1距離よりも遠い場合に噴射圧を減少させる(又は吸気圧を増加させる)ことにより、燃焼室11bの壁面近傍への燃焼領域の集中を抑制して、燃費の悪化を抑制することができる。また、燃焼先端位置が第2距離よりも近い場合に噴射圧を増加させる(又は吸気圧を減少させる)ことにより、インジェクタ17の先端付近への燃焼領域の集中を抑制して、燃費の悪化を抑制することができる。 Specifically, by reducing the injection pressure (or increasing the intake pressure) when the combustion tip position is farther than the first distance, concentration of the combustion region in the vicinity of the wall surface of the combustion chamber 11b is suppressed, and fuel consumption can be reduced. It is possible to suppress the deterioration. Further, by increasing the injection pressure (or decreasing the intake pressure) when the combustion tip position is closer than the second distance, concentration of the combustion region in the vicinity of the tip of the injector 17 is suppressed, and the fuel consumption is deteriorated. It can be suppressed.
(第3実施形態)
第3実施形態では、燃料のC/Hと平均炭素数(炭素量)とに基づいて、燃焼室11b内での着火遅れ時間を算出するとともに、現在の燃料と標準燃料との着火遅れ時間の差である着火遅れ変化量を算出し、その着火遅れ変化量に応じて燃焼制御を行う。以下、第3実施形態に係る燃焼制御について説明する。
Third Embodiment
In the third embodiment, the ignition delay time in the combustion chamber 11b is calculated based on the C / H of the fuel and the average carbon number (carbon amount), and the ignition delay time of the current fuel and the standard fuel is calculated. An ignition delay change amount which is a difference is calculated, and combustion control is performed according to the ignition delay change amount. The combustion control according to the third embodiment will be described below.
エンジン10の燃焼制御の処理手順について、図9のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、ECU40が、所定の周期で繰り返し実施する。 The processing procedure of the combustion control of the engine 10 will be described with reference to the flowchart of FIG. The ECU 40 repeatedly executes this processing procedure at a predetermined cycle.
まず、図8のS20〜S24と同様に、燃料性状を検出する実施条件が成立しているか否かの判定と、動粘度の取得と、燃料密度の取得と、C/Hの算出と、平均炭素数の算出とを実施する(S30〜S34)。 First, similarly to S20 to S24 in FIG. 8, determination of whether or not the execution conditions for detecting the fuel property are satisfied, acquisition of the dynamic viscosity, acquisition of the fuel density, calculation of C / H, average Calculation of the number of carbons is performed (S30 to S34).
続いて、あらかじめ記憶されているC/H及び平均炭素数と着火遅れ時間とのマップを用い、S33で算出した燃料のC/Hと、S34で算出した燃料の平均炭素数とに基づいて、現在使用している燃料に関して着火遅れ時間TAを算出するとともに、その着火遅れ時間TAとあらかじめ定めた標準燃料の着火遅れ時間TBとの差である着火遅れ変化量ΔTを、「ΔT=TA−TB」として算出する(S35)。 Then, based on the C / H of the fuel calculated in S33 and the average carbon number of the fuel calculated in S34 using the map of C / H and average carbon number stored in advance and the ignition delay time, The ignition delay time TA is calculated for the fuel currently being used, and the ignition delay change amount ΔT, which is the difference between the ignition delay time TA and the ignition delay time TB of the standard fuel determined in advance, It calculates as (S35).
続いて、S35で算出した着火遅れ変化量ΔTに基づいて、インジェクタ17による燃料噴射時期の補正を実施する(S36)。このとき、着火遅れ変化量ΔTが正の値であれば、ΔTが大きいほど燃料噴射時期を進角側に補正する。また、着火遅れ変化量ΔTが負の値であれば、ΔTが負側に大きいほど燃料噴射時期を遅角側に補正する。 Subsequently, correction of the fuel injection timing by the injector 17 is performed based on the ignition delay change amount ΔT calculated in S35 (S36). At this time, if the ignition delay change amount ΔT is a positive value, the fuel injection timing is corrected to the advance side as the ΔT becomes larger. Further, if the ignition delay change amount ΔT is a negative value, the fuel injection timing is corrected to the retard side as the ΔT becomes larger on the negative side.
なお、C/Hと平均炭素数とが決まれば、一義的に平均水素数が決まる。それゆえに、C/Hと平均水素数とに基づいて着火遅れ時間を算出することも可能である。 In addition, if C / H and an average carbon number are decided, an average hydrogen number will be decided. Therefore, it is also possible to calculate the ignition delay time based on C / H and the average number of hydrogen.
以上説明した第3実施形態によれば、以下の効果を奏する。 According to the third embodiment described above, the following effects can be obtained.
燃料の燃え易さを表すC/Hと平均炭素数とを燃料成分データとして使えば、これらC/H及び平均炭素数と燃焼室11b内における着火遅れ時間との相関を利用して、標準燃料を使用する場合に対する着火遅れ時間の変化量を把握することができる。そして、着火時期の変化量に基づいて噴射時期を進角側又は遅角側にシフトさせる構成にした。これにより、標準燃料に対して現使用の燃料の性状が乖離していてもその乖離分を補正でき、適正な燃焼制御を実施できる。 If C / H and the average carbon number representing the easiness of fuel are used as fuel component data, the correlation between the C / H and the average carbon number and the ignition delay time in the combustion chamber 11b is used to obtain a standard fuel It is possible to grasp the change amount of the ignition delay time when using. Then, the injection timing is shifted to the advancing side or the retarding side based on the change amount of the ignition timing. As a result, even if the properties of the currently used fuel deviate from the standard fuel, the deviation can be corrected, and appropriate combustion control can be implemented.
(他の実施形態)
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
(Other embodiments)
The above embodiment may be modified, for example, as follows.
・本発明者は、燃料の動粘度と密度とに基づいて燃料の低位発熱量の推定が可能であること、燃料の低位発熱量がC/H(炭素水素比)に対して相関が強いことに着目した。この場合、燃料成分データとして、C/Hに相関する低位発熱量を算出し、その低位発熱量に基づいて燃焼制御を実施することが考えられる。 -The inventor is able to estimate the lower heating value of the fuel based on the dynamic viscosity and the density of the fuel, and the lower heating value of the fuel has a strong correlation with C / H (carbon hydrogen ratio) I focused on In this case, it is conceivable to calculate a lower calorific value correlated to C / H as fuel component data and to execute combustion control based on the lower calorific value.
低位発熱量とC/Hとの相関が強いと考えられる理由は以下のとおりである。まず、低位発熱量HL〔kJ〕は、次の式(1)で表される。
HL=3400×c+117500(h−o/8)+10500×s−2520×w …(1)
なお、cは炭素質量〔kg〕、hは水素質量〔kg〕、oは酸素質量〔kg〕、sは硫黄質量〔kg〕、wは水分質量〔kg〕である。
The reason why the lower calorific value and C / H have a strong correlation is as follows. First, the lower calorific value HL [kJ] is expressed by the following equation (1).
HL = 3400 × c + 117500 (h−o / 8) + 10500 × s−2520 × w (1)
C is a carbon mass [kg], h is a hydrogen mass [kg], o is an oxygen mass [kg], s is a sulfur mass [kg], and w is a water mass [kg].
ここで、酸素質量、硫黄質量、水分質量が少量であることからこれらを省略すると、式(1)は式(2)のように簡略にできる。
HL=k1×c+k2×h …(2)
この場合、水素分子量は1であるから、HLからc/h(炭素水素比)を算出することが可能であり、低位発熱量とC/Hとの相関が強いと言える。本発明者によれば、低位発熱量とC/Hとが図10に示す関係にあることが確認されている。
Here, since the amount of oxygen, the amount of sulfur, and the amount of water are small, if these are omitted, equation (1) can be simplified as equation (2).
HL = k1 × c + k2 × h (2)
In this case, since the hydrogen molecular weight is 1, it is possible to calculate c / h (carbon hydrogen ratio) from HL, and it can be said that the correlation between the lower calorific value and C / H is strong. According to the inventor of the present invention, it is confirmed that the lower calorific value and C / H have the relationship shown in FIG.
低位発熱量に基づいて燃焼制御を実施する際、ECU40は、燃料の動粘度及び密度と低位発熱量との関係を定めたマップや相関関数を用い、燃料の動粘度及び密度に基づいて低位発熱量を算出する。そして、その低位発熱量に基づいて、燃料噴射量の増減補正を実施する。このとき、標準の低位発熱量に対して低位発熱量が小さいほど、燃料噴射量の増量側の補正量を大きくし、標準の低位発熱量に対して低位発熱量が大きいほど、燃料噴射量の減量側の補正量を大きくするとよい。なお、燃料噴射量の補正に際しては、低位発熱量以外に、エンジン水温・油温、吸気温度を考慮して噴射量補正を実施してもよい。 When performing combustion control based on the low heating value, the ECU 40 uses the map or correlation function that defines the relationship between the dynamic viscosity and density of the fuel and the low heating value, and generates low temperature based on the dynamic viscosity and density of the fuel. Calculate the quantity. Then, based on the lower calorific value, the increase / decrease correction of the fuel injection amount is performed. At this time, the correction amount on the increase side of the fuel injection amount is increased as the lower heating value is smaller than the standard lower heating value, and the lower heating value is larger than the standard lower heating value. It is better to increase the correction amount on the weight reduction side. In addition, when correcting the fuel injection amount, the injection amount correction may be performed in consideration of the engine water temperature, the oil temperature, and the intake temperature in addition to the low heating value.
・燃料の動粘度と密度とに基づいてC/H(炭素水素比)を算出するとともに、そのC/Hに基づいてエンジンの燃焼状態をフィードバック制御する構成としてもよい。以下の構成では、燃料成分データであるC/Hを、エンジン10における実際の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータにより補正し、補正後のC/Hに基づいて燃焼制御を実施することとしている。図11は、燃焼状態フィードバック制御の概要を示す機能ブロック図である。図11に示す機能はECU40の演算処理として実施される。 The C / H (carbon hydrogen ratio) may be calculated based on the dynamic viscosity and the density of the fuel, and the combustion state of the engine may be feedback controlled based on the C / H. In the following configuration, C / H which is fuel component data is corrected by a combustion state parameter representing an actual combustion state in the engine 10, and combustion control is performed based on the corrected C / H. FIG. 11 is a functional block diagram showing an outline of the combustion state feedback control. The functions shown in FIG. 11 are implemented as arithmetic processing of the ECU 40.
図11において、第1算出部M1では、燃料密度センサ32により検出された燃料密度と、動粘度センサ33により検出された動粘度とに基づいて、C/H(以下、第1C/Hという)を算出する。第2算出部M2では、エンジン10における実際の着火遅れ時間である実着火遅れ時間に基づいて、C/H(以下、第2C/Hという)を算出する。なお、実着火遅れ時間は、筒内圧センサ31により検出された筒内圧に基づいて算出される。実着火遅れ時間は、着火時期補正制御に用いられるパラメータでもある。 In FIG. 11, in the first calculation unit M1, C / H (hereinafter, referred to as first C / H) based on the fuel density detected by the fuel density sensor 32 and the dynamic viscosity detected by the dynamic viscosity sensor 33. Calculate The second calculation unit M2 calculates C / H (hereinafter, referred to as second C / H) based on an actual ignition delay time which is an actual ignition delay time in the engine 10. The actual ignition delay time is calculated based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 31. The actual ignition delay time is also a parameter used for ignition timing correction control.
エンジン10の燃焼状態パラメータとして、実着火遅れ時間に代えて又は加えて、エンジン回転変動量を用いてもよい。エンジン回転変動量は、標準燃料を用いた場合との比較においてエンジン回転速度の変動量として算出されるとよい。 As a combustion state parameter of the engine 10, an engine rotation fluctuation amount may be used instead of or in addition to the actual ignition delay time. The engine rotation fluctuation amount may be calculated as a fluctuation amount of the engine rotation speed in comparison with the case where a standard fuel is used.
偏差算出部M3では、第1C/Hと第2C/Hとの偏差を算出する。C/H補正部M4では、第1算出部M1で算出した第1C/Hを、偏差算出部M3で算出した偏差により補正して最終C/Hを算出する。なお、C/H補正部M4が補正手段に相当する。そして、この最終C/Hを用いて、すす量の推定やスモーク抑制制御を実施する。 The deviation calculation unit M3 calculates the deviation between the first C / H and the second C / H. The C / H correction unit M4 calculates the final C / H by correcting the first C / H calculated by the first calculation unit M1 with the deviation calculated by the deviation calculation unit M3. The C / H correction unit M4 corresponds to a correction unit. Then, using this final C / H, estimation of the amount of soot and smoke suppression control are performed.
燃料の動粘度と密度とに基づきC/Hが算出される場合、そのC/Hが、エンジン10の燃焼状態からして誤差分を含むことがあると考えられる。この点、上記構成では、燃料の動粘度と密度とに基づき算出したC/H(第1C/H)を、エンジン10の燃焼状態パラメータである実着火遅れ時間により補正し、その補正後のC/H(最終C/H)に基づいて燃焼制御を実施する構成とした。そのため、仮にC/Hがエンジン10の燃焼状態からして誤差分を含んでいても、その誤差分を是正でき、より一層適正な燃焼制御を実施できる。 When C / H is calculated based on the dynamic viscosity and the density of the fuel, it is considered that the C / H may include an error component from the combustion state of the engine 10. In this respect, in the above configuration, C / H (first C / H) calculated based on the dynamic viscosity and density of the fuel is corrected by the actual ignition delay time which is the combustion state parameter of the engine 10, and C after the correction is made. Combustion control is performed based on / H (final C / H). Therefore, even if C / H includes an error component from the combustion state of the engine 10, the error component can be corrected, and more appropriate combustion control can be implemented.
・動粘度の算出は、動粘度センサ33による検出値に基づくものに限らない。例えば、コモンレール20からインジェクタ17の噴射孔までの燃料通路内の燃料圧力を圧力センサで検出して、検出した燃料圧力の時間変化を示す圧力波形を取得する。そして、取得した圧力波形を形成する圧力波の速度を算出し、圧力波の速度に基づいて燃料の密度を算出し、密度に基づいて燃料の動粘度を算出してもよい(詳しくは、特開2014−148906号公報参照)。また、同様に、コモンレール20内の圧力を圧力センサで検出し、検出したコモンレール20内の圧力波形を解析して、動粘度を算出してもよい。動粘度の算出は、いずれかの公知の手法を用いればよい。 The calculation of the kinematic viscosity is not limited to one based on the detected value by the kinematic viscosity sensor 33. For example, the pressure of the fuel in the fuel passage from the common rail 20 to the injection hole of the injector 17 is detected by a pressure sensor, and a pressure waveform indicating time change of the detected fuel pressure is acquired. Then, the velocity of the pressure wave forming the acquired pressure waveform may be calculated, the density of the fuel may be calculated based on the velocity of the pressure wave, and the dynamic viscosity of the fuel may be calculated based on the density (more specifically, See open 2014-148906). Similarly, the pressure in the common rail 20 may be detected by a pressure sensor, and the detected pressure waveform in the common rail 20 may be analyzed to calculate the dynamic viscosity. The kinematic viscosity may be calculated using any known method.
・第2実施形態において、燃燃焼領域における所定の燃焼位置を、燃焼先端位置の代わりに、燃焼領域の中心である燃焼中心位置にしてもよい。燃焼領域の中心は、燃焼領域においてインジェクタ17の先端に最も近い位置と燃焼先端位置との中間の位置である。この場合、S26において、第1距離は燃焼先端位置の場合よりも短くし、S28において、第2距離は燃焼先端位置の場合よりも短くする。 In the second embodiment, the predetermined combustion position in the combustion area may be a combustion center position which is the center of the combustion area, instead of the combustion tip position. The center of the combustion region is a position between the position closest to the tip of the injector 17 and the position of the combustion tip in the combustion region. In this case, in S26, the first distance is shorter than in the case of the combustion tip position, and in S28, the second distance is shorter than in the case of the combustion tip position.
燃焼領域における燃焼中心位置を算出することにより、燃焼領域が燃焼室11bの壁面近傍及びインジェクタ17の先端近傍のいずれに偏っているか否かが分かる。さらに、燃焼中心位置を用いることにより、噴射量が多く燃料噴霧が燃焼室11bの壁面に当たっているような場合でも、燃焼領域が燃焼室11bの壁面近傍に偏っているか否かが分かる。 By calculating the combustion center position in the combustion region, it can be known whether the combustion region is biased to the vicinity of the wall surface of the combustion chamber 11 b or the vicinity of the tip of the injector 17. Furthermore, by using the combustion center position, it can be known whether or not the combustion region is biased in the vicinity of the wall surface of the combustion chamber 11b even when the fuel spray is in contact with the wall surface of the combustion chamber 11b.
・第1実施形態におけるスモーク抑制制御と、第2実施形態における燃焼位置制御と、第3実施形態における噴射時期制御とについて少なくともいずれか2つを組み合わせて実施することも可能である。例えば、スモーク抑制制御と燃焼位置制御とを組み合わせて実施する場合、高スモーク燃料で燃焼先端位置が第1距離よりも遠い場合は、スモーク抑制制御として噴射圧の増加以外の処理を実施し、燃焼位置制御として噴射圧の減少を実施せずに吸気圧の増加を実施するとよい。また、高スモーク燃料で燃焼先端位置が第2距離よりも近い場合は、スモーク抑制制御として吸気圧の増加以外の処理を実施し、燃焼位置制御として吸気圧の減少を実施せずに噴射圧の増加を実施するとよい。 -It is also possible to combine at least any two of the smoke suppression control in the first embodiment, the combustion position control in the second embodiment, and the injection timing control in the third embodiment. For example, when the smoke suppression control and the combustion position control are performed in combination, when the combustion tip position is far from the first distance with high smoke fuel, processing other than the increase of the injection pressure is performed as smoke suppression control. As position control, it is preferable to increase the intake pressure without reducing the injection pressure. Also, when the combustion tip position is closer than the second distance with high smoke fuel, processing other than the increase in intake pressure is performed as smoke suppression control, and the injection pressure is not reduced as the combustion position control. It is good to carry out the increase.
10…エンジン(ディーゼル機関)、11b…燃焼室、17…インジェクタ(燃料噴射弁)、40…ECU(動粘度取得手段、密度取得手段、成分算出手段、制御手段)。 10: engine (diesel engine) 11b: combustion chamber 17: injector (fuel injection valve) 40: ECU (dynamic viscosity acquisition means, density acquisition means, component calculation means, control means).
Claims (1)
前記燃料の動粘度を取得する動粘度取得手段と、
前記燃料の密度を取得する密度取得手段と、
前記動粘度取得手段により取得した動粘度に基づいて、前記動粘度が小さいほど炭素数が少なくなる関係を用いて前記炭素数を算出するとともに、前記密度取得手段により取得した密度に基づいて、前記密度が小さいほど水素数が多くなる関係を用いて前記水素数を算出し、それら炭素数と水素数とにより、前記燃料に含まれる炭素量と水素量との比を算出する成分算出手段と、
前記成分算出手段により算出した前記比に基づいて、前記燃料が、標準的な性状の燃料を想定した通常燃焼制御を実施する場合に排出されるすすの量が所定量よりも多くなる高スモーク燃料であるか否かを判定するすす量判定手段と、
前記燃料が高スモーク燃料であると判定された場合に、前記燃料噴射弁から前記燃焼室に噴射される燃料の燃焼に関する燃焼制御としてスモーク抑制のためのスモーク抑制制御を実施する制御手段と、
を備えることを特徴とするディーゼル機関の制御装置。 A control device (40) for controlling a diesel engine (10) including a fuel injection valve (17) for injecting fuel into a combustion chamber (11b),
Dynamic viscosity acquisition means for acquiring the dynamic viscosity of the fuel;
Density acquisition means for acquiring the density of the fuel;
The carbon number is calculated using the relationship in which the carbon number decreases as the kinematic viscosity decreases, based on the kinematic viscosity acquired by the kinematic viscosity acquisition unit, and the carbon number is calculated based on the density acquired by the density acquisition unit. Component calculation means for calculating the ratio of the amount of carbon to the amount of hydrogen contained in the fuel by the number of hydrogen and the number of hydrogen by using the relationship that the number of hydrogen increases as the density is smaller, and the number of carbon and the number of hydrogen
A high smoked fuel in which the amount of soot discharged when performing normal combustion control assuming a fuel of a standard property is larger than a predetermined amount based on the ratio calculated by the component calculation means A soot amount determining unit that determines whether or not
Control means for performing smoke suppression control for smoke suppression as combustion control regarding combustion of fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber when it is determined that the fuel is high smoke fuel ;
A control device for a diesel engine, comprising:
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