DE112016003972B4

DE112016003972B4 - fuel injection control device

Info

Publication number: DE112016003972B4
Application number: DE112016003972.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Nanjyo
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2016-08-22
Publication date: 2023-02-09
Anticipated expiration: 2036-08-23
Also published as: JP6332203B2; DE112016003972T5; WO2017038516A1; JP2017048708A

Abstract

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, die auf eine Dieselmaschine (10) angewendet wird, welche mit einem Kraftstoffinjektor (18) vorgesehen ist, die einen Kraftstoffsprühstrahl direkt in eine Brennkammer (10a) einspritzt, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung aufweist:einen Soll-Einstellabschnitt (44, 50), der konfiguriert ist, auf Grundlage eines Antriebszustands der Dieselmaschine einen Sollwert eines Sprühstrahl-Kennlinien-Werts zu definieren, welcher ein Parameter ist, der eine Korrelation zu einem Mischverhältnis des Kraftstoffsprühstrahls und einer Ansaugluft an einer Selbstzündungs-Startposition in der Brennkammer aufweist;einen Einspritzraten-Einstellabschnitt (46), der konfiguriert ist, eine anfängliche Einspritzrate zu einem Einspritzstartzeitpunkt des Kraftstoffinjektors einzurichten, sodass ein Ist-Sprühstrahl-Kennlinien-Wert mit dem Sollwert übereinstimmt; undeinen Einspritzsteuerabschnitt (30), der konfiguriert ist, eine Einspritzsteuerung durchzuführen, bei welcher eine Ist-Einspritzrate an eine Befehls-Einspritzrate angepasst ist, die eine Zeitabfolge einer Einspritzrate des Kraftstoffinjektors beinhaltet, welche ausgehend von der anfänglichen Einspritzrate allmählich zunimmt, wobeieine Zeitdauer von dem Einspritzstartzeitpunkt des Kraftstoffinjektors bis zu dem Zeitpunkt, wenn ein eingespritzter Kraftstoffsprühstrahl mit der Selbstzündung beginnt, als eine Zündverzögerungszeit definiert ist, undder Ist-Sprühstrahl-Kennlinien-Wert einen Abstand zwischen einem Einspritzanschluss (18a) des Kraftstoffinjektors und einem Spitzenende des Kraftstoffsprühstrahls zu einem Zeitpunkt, wenn nach dem Einspritzstartzeitpunkt die Zündverzögerungszeit verstrichen ist, beträgt.A fuel injection control device applied to a diesel engine (10) provided with a fuel injector (18) which injects a fuel spray directly into a combustion chamber (10a), the fuel injection control device comprising:a target setting section (44, 50) which is configured to define, based on a driving state of the diesel engine, a target value of a spray characteristic value, which is a parameter having a correlation to a mixing ratio of the fuel spray and an intake air at a self-ignition start position in the combustion chamber;an injection rate setting section (46) configured to establish an initial injection rate at an injection start timing of the fuel injector such that an actual spray characteristic value agrees with the target value; and an injection control section (30) configured to perform injection control in which an actual injection rate is matched to a command injection rate including a timing of an injection rate of the fuel injector gradually increasing from the initial injection rate, wherein a period of time from the injection start timing of the fuel injector up to the timing when an injected fuel spray starts self-ignition is defined as an ignition delay time, and the actual spray characteristic value is a distance between an injection port (18a) of the fuel injector and a tip end of the fuel spray at a timing, when the ignition delay time has elapsed after the injection start timing.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, welche auf eine Dieselmaschine angewendet wird.The present disclosure relates to a fuel injection control device applied to a diesel engine.

Stand der TechnikState of the art

In einer Dieselmaschine wird ein Kraftstoff, der ausgehend von einem Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, in einer Brennkammer komprimiert und entzündet sich selbst. Somit ist ein Kompressionsverhältnis höher als bei einer Benzinmaschine und ein Spitzenwert des Zylinderdrucks in einer Brennkammer wird höher. Wenn ein Spitzenwert eines Zylinderdrucks einen zulässigen oberen Grenzwert überschreitet, ist es wahrscheinlich, dass sich eine Verlässlichkeit der Maschine verschlechtert. Aus diesem Grund gilt, dass eine mechanische Festigkeit der Maschine verbessert wird, um so den zulässigen oberen Grenzwert anzuheben. Allerdings ist es wahrscheinlich, dass Gewicht und Kosten der Maschine steigen können, wenn die mechanische Festigkeit der Maschine verbessert wird.In a diesel engine, fuel injected from a fuel injector is compressed in a combustion chamber and self-ignites. Thus, a compression ratio is higher than that in a gasoline engine, and a peak value of cylinder pressure in a combustion chamber becomes higher. When a peak value of a cylinder pressure exceeds an allowable upper limit, reliability of the engine is likely to deteriorate. For this reason, it is considered that a mechanical strength of the machine is improved so as to raise the allowable upper limit. However, it is likely that the weight and cost of the machine may increase as the mechanical strength of the machine is improved.

Wie in Patentliteratur 1 gezeigt wird, ist bekannt, dass eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Einspritzsteuerung durchführt, bei welcher eine Einspritzrate allmählich erhöht wird, sofort nachdem eine Kraftstoffeinspritzung durch einen Kraftstoffinjektor gestartet wird. Dabei wird ein Spitzenwert eines Zylinderdrucks gesenkt.As shown in Patent Literature 1, it is known that a fuel injection device performs injection control in which an injection rate is gradually increased immediately after fuel injection is started by a fuel injector. At this time, a peak value of a cylinder pressure is lowered.

Allerdings ist es bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in Patentliteratur 1 gezeigt wird, wahrscheinlich, dass ein Gemisch aus einem eingespritzten Kraftstoff und einer Ansaugluft unzureichend ist, wenn ein Impuls des Kraftstoffs, der bei einer anfänglichen Einspritzzeit eines Kraftstoffinjektors eingespritzt wird, niedrig ist. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass ein Rauch bzw. Ruß, der aufgrund einer Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, zunehmen kann.However, in the fuel injection device shown in Patent Literature 1, when a pulse of fuel injected at an initial injection timing of a fuel injector is low, a mixture of an injected fuel and intake air is likely to be insufficient. In this case, it is likely that smoke generated due to fuel combustion may increase.

Literatur zum Stand der TechnikPrior Art Literature

Patentliteraturpatent literature

Patentliteratur 1: JP 4 188 539 B2 Patent Literature 1: JP 4 188 539 B2

Weiterer Stand der Technik wird nachstehend dargelegt:

Die DE 10 2015 102 167 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem, welches die Einspritzung von Kraftstoff von einem Spritzloch eines Kraftstoffinjektors in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine steuert. Das Kraftstoffeinspritzsystem ermittelt eine Reichweite, welche ein Kraftstoffstrahl ausgehend von dem Spritzloch in einer Spritzrichtung voraussichtlich zurücklegt, in Bezug auf einen Kurbelwinkel der Maschine, und berechnet die Verbrennungsposition des Kraftstoffes basierend auf der Reichweite und dem Druck in der Verbrennungskammer. Das Kraftstoffeinspritzsystem arbeitet derart, dass dieses die Einspritzrate verringert, mit welcher der Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden soll, basierend auf der Verbrennungsposition des Kraftstoffes und einem Spritzloch-zu-Wand-Abstand zwischen dem Spritzloch und einer Wandoberfläche der Verbrennungskammer. Wenn eine Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Verbrennungsposition des Kraftstoffstrahls die Wandoberfläche der Verbrennungskammer erreicht, verringert das Kraftstoffeinspritzsystem die Einspritzrate, was in einer Abnahme des Impulses des Kraftstoffes resultiert. Dies verhindert, dass der verbrennende Kraftstoffstrahl die Wandoberfläche der Verbrennungskammer erreicht, wodurch ein Abfall der Temperatur des Kraftstoffstrahls oder der Temperatur, mit welcher der Kraftstoffstrahl verbrennt, vermieden wird, um die Emission von unverbranntem Kraftstoff zu minimieren.

Further prior art is set out below:

The DE 10 2015 102 167 A1 discloses a fuel injection system that controls injection of fuel from a spray hole of a fuel injector into a combustion chamber of an internal combustion engine. The fuel injection system obtains a range that a fuel spray is expected to travel from the spray hole in a spraying direction with respect to a crank angle of the engine, and calculates the combustion position of the fuel based on the range and the pressure in the combustion chamber. The fuel injection system works to reduce the injection rate at which the fuel should be injected by the fuel injector into the internal combustion engine based on the combustion position of the fuel and a spray hole-to-wall distance between the spray hole and a wall surface of the combustion chamber. When there is a possibility that the combustion position of the fuel spray reaches the wall surface of the combustion chamber, the fuel injection system decreases the injection rate, resulting in a decrease in the momentum of the fuel. This prevents the combusted fuel spray from reaching the wall surface of the combustion chamber, thereby preventing the temperature of the fuel spray or the temperature at which the fuel spray burns from dropping to minimize the emission of unburned fuel.

Die DE 10 2016 102 647 B4 offenbart eine Kraftstoffeinspritzsteuersystem, aufweisend: einen Kraftstoffinjektor, welcher an einer internen Verbrennungsmaschine angebracht ist und welcher Kraftstoff von einer Einspritzöffnung in eine Verbrennungskammer einspritzt; eine Kraftstoffpumpe zum Zuführen von Kraftstoff unter Hochdruck zu dem Kraftstoffinjektor; und eine elektronische Steuereinheit zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor, wobei die elektronische Steuereinheit das Folgende aufweist: einen Einspritzsteuerabschnitt zum Steuern eines Betriebes des Kraftstoffinjektors, um einen Einspritzmodus des Kraftstoffes zu steuern, welcher in die Verbrennungskammer eingespritzt werden soll; und einen Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt zum Bestimmen, ob eine Ablagerungsmenge eines Fremdmaterials, welches an einer äußeren Oberfläche des Kraftstoffinjektors in einer Nähe der Einspritzöffnung angehaftet ist, größer als eine vorbestimmte Menge ist, um zu bestimmen, ob sich dieser in einem Fremdmaterialentfernungszustand befindet oder nicht, bei welchem ein Entfernen des Fremdmaterials erforderlich ist, wobei der Einspritzsteuerabschnitt eine Umgebungsverbrennung ausführt, wenn der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt den Fremdmaterialentfernungszustand bestimmt, undwobei eine Verbrennungsposition des Kraftstoffs bei der Umgebungsverbrennung auf eine Position näher zu der Einspritzöffnung bewegt wird, wenn dies mit einem Fall verglichen wird, bei welchem der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt bestimmt, dass sich dieser nicht in dem Fremdmaterialentfernungszustand befindet.The DE 10 2016 102 647 B4 discloses a fuel injection control system comprising: a fuel injector which is mounted on an internal combustion engine and which injects fuel from an injection port into a combustion chamber; a fuel pump for supplying high-pressure fuel to the fuel injector; and an electronic control unit for controlling fuel injection from the fuel injector, the electronic control unit including: an injection control section for controlling an operation of the fuel injector to control an injection mode of fuel to be injected into the combustion chamber; and a combustion mode determination section for determining whether a deposit amount of a foreign matter, which is adhered to an outer surface of the fuel injector in a vicinity of the injection hole is larger than a predetermined amount to determine whether or not it is in a foreign matter removal state in which removal of the foreign matter is required, the injection control section performing ambient combustion executes when the combustion mode determining section determines the foreign matter removing state, and wherein a combustion position of the fuel in the ambient combustion is moved to a position closer to the injection port when compared with a case where the combustion mode determining section determines that it is not in the foreign matter removing state.

Aus der DE 10 2006 015 503 A1 ist Folgendes bekannt: Zur Verbesserung eines Verbrennungsvorganges eines Kraftfahrzeuges insbesondere hinsichtlich Emission und/oder Geräuschentwicklung ist ein Verfahren zur Regelung eines Einspritzverlaufes vorgesehen, bei dem ein Brennstoff direkt in eine Brennkammer eingespritzt wird, wobei die Regelung eine Änderung des Einspritzverlaufes zumindest während eines ersten Arbeitszyklus auf Basis zumindest eines während des ersten Arbeitszyklus aufgenommenen Parameters bewirkt. Des Weiteren ist eine entsprechende direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschine vorgesehen.From the DE 10 2006 015 503 A1 the following is known: In order to improve the combustion process of a motor vehicle, in particular with regard to emissions and/or noise development, a method for controlling an injection process is provided, in which fuel is injected directly into a combustion chamber, the control resulting in a change in the injection process at least during a first work cycle Based on at least one parameter recorded during the first working cycle. A corresponding direct-injection internal combustion engine is also provided.

Die DE 10 2008 041 659 A1 offenbart eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zur Steuerung einer Einspritzzufuhr von Kraftstoff zu einer Maschine wird auf eine Einspritzeinrichtung angewendet, welche einen Ventilkörper, der mit einem Kraftstoffeinspritzloch gebildet ist, eine Nadel, die in dem Ventilkörper zum Öffnen und Schließen des Einspritzlochs aufgenommen ist, und ein piezoelektrisches Element zur derartigen Ansteuerung der Nadel aufweist, dass sich die Nadel hin und her bewegt, und das eine Einspritzrate gemäß einem Einspritzbefehlssignal an das piezoelektrische Element kontinuierlich einstellen kann. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung erfasst eine Kraftstoffdrucksignalverlaufsform, die einen Übergang einer Kraftstoffdruckfluktuation angibt, die eine vorbestimmte Einspritzung der Einspritzeinrichtung begleitet, auf der Grundlage einer Ausgabe eines Kraftstoffdrucksensors und berechnet ein Einspritzbefehlssignal, um einen vorbestimmten Einspritzparameter betreffend die vorbestimmte Einspritzung an einen Bezugswert des Parameters anzunähern, auf der Grundlage der erfassten Kraftstoffdrucksignalverlaufsform.The DE 10 2008 041 659 A1 discloses a fuel injection control device for controlling an injection supply of fuel to an engine is applied to an injector which includes a valve body formed with a fuel injection hole, a needle accommodated in the valve body for opening and closing the injection hole, and a piezoelectric element for driving the needle such that the needle reciprocates, and which can continuously adjust an injection rate according to an injection command signal to the piezoelectric element. The fuel injection control device detects a fuel pressure waveform indicating a transition of a fuel pressure fluctuation accompanying a predetermined injection of the injector, based on an output of a fuel pressure sensor, and calculates an injection command signal to approximate a predetermined injection parameter related to the predetermined injection to a reference value of the parameter on which Basis of the detected fuel pressure waveform.

Die DE 103 29 506 A1 offenbart eine Lehre, die von einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine ausgeht, bei der Kraftstoff mittels einer Einspritzdüse mit mehreren Einspritzbohrungen direkt in einen Brennraum als Haupt- und Nacheinspritzung und gegebenenfalls als Voreinspritzung eingespritzt wird, wobei vorzugsweise die Vor- und die Nacheinspritzung getaktet vorgenommen werden. Um die Benetzung der Brennraumwände zu minimieren, werden während der Nacheinspritzung die Kraftstoffteilmengen sowie ein Hub der Düsennadel der Einspritzdüse derart eingestellt, dass bei jeder in den Brennraum eingespritzten Teilmenge der Nacheinspritzung eine Reichweite des jeweiligen Kraftstoffstrahls im Brennraum derart begrenzt wird, dass die Reichweite kleiner als eine Entfernung bis zu einer Brennraumbegrenzung ist.The DE 103 29 506 A1 discloses a teaching based on a method for operating an internal combustion engine, in which fuel is injected directly into a combustion chamber as a main and post-injection and optionally as a pre-injection by means of an injection nozzle with a plurality of injection bores, with the pre-injection and post-injection preferably being carried out in cycles . In order to minimize the wetting of the combustion chamber walls, during the post-injection, the partial fuel quantities and a lift of the nozzle needle of the injection nozzle are adjusted in such a way that for each post-injection partial quantity injected into the combustion chamber, the range of the respective fuel jet in the combustion chamber is limited in such a way that the range is less than is a distance to a combustion chamber boundary.

Kurzfassung der ErfindungSummary of the Invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung vorzusehen, welche dazu in der Lage ist, einen Rauch zu verringern, der in einer Dieselmaschine erzeugt wird.It is an object of the present disclosure to provide a fuel injection control device capable of reducing smoke generated in a diesel engine.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dessen finden sich in den zugehörigen abhängigen Ansprüchen.This object is solved by the subject matter of claim 1. Advantageous developments of this can be found in the associated dependent claims.

Gemäß einem Aspekt bzw. einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung mit einem Kraftstoffinjektor vorgesehen, der einen Kraftstoffsprühstrahl direkt in eine Brennkammer einspritzt. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung beinhaltet: einen Soll-Einstellabschnitt, der auf Grundlage eines Antriebszustands der Dieselmaschine einen Sollwert eines Sprühstrahl-Kennlinien-Werts definiert, welcher ein Parameter ist, der eine Korrelation zu einem Mischverhältnis des Kraftstoffsprühstrahls und einer Ansaugluft an einer Selbstzündungs-Startposition in der Brennkammer aufweist; einen Einspritzraten-Einstellabschnitt, der eine anfängliche Einspritzrate zu einem Einspritzstartzeitpunkt des Kraftstoffinjektors einrichtet, sodass ein Ist-Sprühstrahl-Kennlinien-Wert mit dem Sollwert übereinstimmt; und einen Einspritzsteuerabschnitt, der eine Einspritzsteuerung durchführt, bei welcher eine Ist-Einspritzrate an eine Befehls-Einspritzrate angepasst ist, die eine Zeitabfolge einer Einspritzrate des Kraftstoffinjektors beinhaltet, welche ausgehend von der Starteinspritzrate allmählich zunimmt.According to an aspect of the present disclosure, there is provided a fuel injection control device including a fuel injector that injects a fuel spray directly into a combustion chamber. The fuel injection control device includes: a target setting section that defines a target value of a spray characteristic value, which is a parameter having a correlation to a mixture ratio of the fuel spray and an intake air at a self-ignition start position in the combustion chamber, based on a driving state of the diesel engine having; an injection rate setting section that sets an initial injection rate at an injection start timing of the fuel injector so that an actual spray characteristic value matches the target value; and an injection control section that performs injection control in which an actual injection rate is matched to a command injection rate including a timing of an injection rate of the fuel injector gradually increasing from the starting injection rate.

Falls der Kraftstoffsprühstrahl mit einem unzureichenden Gemisch aus dem Kraftstoffsprühstrahl und der Ansaugluft eine Selbstzündung startet, nimmt ein Rauch, der aufgrund einer Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, zu. Ein Parameter, der eine Korrelation zu einer Mischrate aus einem Kraftstoffsprühstrahl und einer Ansaugluft an einer Selbstzündungs-Startposition in einer Brennkammer aufweist, ist als ein Sprühstrahl-Kennlinien-Wert definiert. Ein Rauch, der aufgrund einer Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, kann verringert werden, indem der Sprühstrahl-Kennlinien-Wert gemäß einem Antriebszustand einer Maschine an einen geeigneten Wert angepasst wird.If the fuel spray starts self-ignition with insufficient mixture of the fuel spray and the intake air, smoke generated due to fuel combustion increases. A parameter having a correlation to a mixing rate of a fuel spray and of intake air at a self-ignition start position in a combustion chamber is defined as a spray characteristic value. Smoke generated due to fuel combustion can be reduced by adjusting the spray characteristic value to an appropriate value according to a driving state of an engine.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Sollwert des Sprühstrahl-Kennlinien-Werts auf Grundlage eines Antriebszustands einer Maschine eingerichtet und eine anfängliche Einspritzrate zu einem Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt des Kraftstoffinjektors wird so eingerichtet, dass ein Ist-Sprühstrahl-Kennlinien-Wert mit dem Sollwert übereinstimmt. Dabei können der Kraftstoffsprühstrahl, der mit der anfänglichen Einspritzrate eingespritzt wird, und der Kraftstoffsprühstrahl, der mit der nachfolgenden Einspritzrate eingespritzt wird, ausreichend mit der Ansaugluft vermischt werden, sodass ein Rauch, der aufgrund einer Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, verringert werden kann.According to an aspect of the present disclosure, a target value of the spray characteristic value is set based on a driving state of an engine, and an initial injection rate at a fuel injection start timing of the fuel injector is set so that an actual spray characteristic value matches the target value. Thereby, the fuel spray injected at the initial injection rate and the fuel spray injected at the subsequent injection rate can be sufficiently mixed with the intake air, so smoke generated due to fuel combustion can be reduced.

Figurenlistecharacter list

Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich werden.The above and other objects, features and advantages of the present disclosure will become apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt/es zeigen:

1 eine schematische Ansicht, welche eine gesamte Konfiguration eines fahrzeugeigenen Maschinensystems gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ein Flussdiagramm zum Bestimmen eines Konstantdruckverbrennungsmodus.
3 ein Blockdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuerverarbeitung zeigt.
4 ein Diagramm zum Erläutern einer Definition eines Sprühstrahlwinkels.
5 ein Diagramm zum Erläutern eines Einrichtungsverfahrens eines Sprühstrahlwinkels.
6 ein Diagramm zum Erläutern einer Definition eines Soll-Bewegungsabstands.
7 ein Diagramm zum Erläutern eines Einrichtungsverfahrens eines Soll-Bewegungsabstands.
8 ein Diagramm zum Erläutern eines Einrichtungsverfahrens eines Kontraktionskoeffizienten.
9 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Einspritzrate und einer Wärmefreisetzungsrate zeigt.
10 ein Diagramm zum Erläutern eines Einrichtungsverfahrens einer Einspritzrate.
11 ein Blockdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuerverarbeitung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
12 ein Diagramm zum Erläutern eines Einrichtungsverfahrens eines Soll-Äquivalenzverhältnisses.

It shows/shows:

1 12 is a schematic view illustrating an entire configuration of an on-vehicle engine system according to a first embodiment.
2 Figure 12 shows a flow chart for determining a constant pressure combustion mode.
3 12 is a block diagram showing fuel injection control processing.
4 a diagram for explaining a definition of a spray jet angle.
5 a diagram for explaining an adjustment method of a spray angle.
6 a diagram for explaining a definition of a target moving distance.
7 a diagram for explaining a setting method of a target moving distance.
8th a diagram for explaining a method of setting a contraction coefficient.
9 FIG. 14 is a graph showing a relationship between an injection rate and a heat release rate.
10 a diagram for explaining a setting method of an injection rate.
11 12 is a block diagram showing fuel injection control processing according to a second embodiment.
12 Fig. 12 is a diagram for explaining a setting method of a target equivalence ratio.

Ausführungsformen zum Ausführen der ErfindungEmbodiments for carrying out the invention

Erste AusführungsformFirst embodiment

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine erste Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung beschrieben werden, welche auf eine Mehrzylinder-Dieselmaschine angewendet wird, die mit einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen ist.A first embodiment of a fuel injection control device applied to a multi-cylinder diesel engine provided with a common rail fuel injection device will be described below with reference to the drawings.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Maschine 10 eine Viertaktmaschine, welche auf einem Fahrzeug angebracht ist und einen Ansaughub, einen Kompressionshub, einen Leistungshub und einen Abgashub durchführt, wie in 1 gezeigt wird. Bei einem Ansaugdurchlass 11 der Maschine 10 sind ein Luftdurchflussmesser 12 zum Erfassen einer Ansaugluftmenge, ein Zwischenkühler zum Kühlen einer Ansaugluft, die durch einen Turbolader 16 aufgeladen wird, und eine Drosselventilvorrichtung 14 vorgesehen. Die Drosselventilvorrichtung 14 steuert einen Öffnungsgrad eines Drosselventils 14a mittels eines Aktuators, wie einem Gleichstrommotor.In the present embodiment, an engine 10 is a four-cycle engine that is mounted on a vehicle and performs an intake stroke, a compression stroke, a power stroke, and an exhaust stroke, as shown in FIG 1 will be shown. At an intake passage 11 of the engine 10, an air flow meter 12 for detecting an intake air amount, an intercooler for cooling an intake air supercharged by a turbocharger 16, and a throttle valve device 14 are provided. The throttle valve device 14 controls an opening degree of a throttle valve 14a by means of an actuator such as a DC motor.

Eine Brennkammer 10a jedes Zylinders der Maschine 10 ist durch einen Ausgleichstank 15, welcher stromabwärts der Drosselventilvorrichtung 14 arrangiert ist, mit einem stromabwärtigen Ende des Ansaugdurchlasses 11 verbunden. Ein Zylinder 10b und ein Kolben 17 der Maschine 10 definieren die Brennkammer 10a. Die Maschine 10 ist mit einem Kraftstoffinjektor 18 vorgesehen, dessen Spitzenende in die Brennkammer 10a hervorsteht. Dem Kraftstoffinjektor 18 wird ausgehend von einer Common-Rail 19 als ein Druckspeicher Hochdruckkraftstoff (genauer gesagt Leichtöl) zugeführt. Der Kraftstoff wird ausgehend von einer Kraftstoffpumpe 20 zu der Common-Rail 19 gefördert. Es ist zu beachten, dass in 1 nur ein einzelner Zylinder abgebildet ist.A combustion chamber 10a of each cylinder of the engine 10 is connected to a downstream end of the intake passage 11 through a surge tank 15 arranged downstream of the throttle valve device 14 . A cylinder 10b and a piston 17 of the engine 10 define the combustion chamber 10a. The engine 10 is provided with a fuel injector 18 whose tip end projects into the combustion chamber 10a. The fuel injector 18 is supplied with high-pressure fuel (more specifically, light oil) from a common rail 19 as an accumulator. The fuel is delivered to the common rail 19 by a fuel pump 20 . It should be noted that in 1 only a single cylinder is shown.

Der Kraftstoffinj ektor 18 weist eine Nadel und einen Körper auf, welcher die Nadel aufnimmt, und dieser weist einen kreisförmigen Einspritzanschluss zum Einspritzen des Kraftstoffs auf. Zwischen einer Innenoberfläche des Körpers und einer Außenoberfläche der Nadel ist ein ringförmiger Kraftstoffdurchlass ausgebildet. Der ringförmige Kraftstoffdurchlass erstreckt sich in einer axialen Richtung des Körpers. Der Kraftstoff, der ausgehend von der Common-Rail 19 zugeführt wird, strömt durch den ringförmigen Kraftstoffdurchlass. Die Innenoberfläche des Körpers bildet eine Sitzfläche aus, auf welcher ein Spitzenende der Nadel sitzt. Wenn die Nadel auf der Sitzfläche sitzt, sind der Kraftstoffdurchlass und der Einspritzanschluss fluidmäßig voneinander getrennt, um eine Kraftstoffeinspritzung zu stoppen. Wenn die Nadel sich weg von der Sitzfläche bewegt, sind der Kraftstoffdurchlass und der Einspritzanschluss fluidmäßig miteinander verbunden. Der Kraftstoff in dem Kraftstoffdurchlass wird durch den Einspritzanschluss direkt in die Brennkammer 10a eingespritzt.The fuel injector 18 has a needle and a body accommodating the needle, and has a circular injection port for injecting the fuel. An annular fuel passage is formed between an inner surface of the body and an outer surface of the needle. The annular fuel passage extends in an axial direction of the body. The fuel supplied from the common rail 19 flows through the annular fuel passage. The inner surface of the body forms a seat on which a tip end of the needle sits. When the needle is seated, the fuel passage and the injection port are fluidly isolated from each other to stop fuel injection. When the needle moves away from the seating surface, the fuel passage and the injection port are fluidly connected. The fuel in the fuel passage is directly injected into the combustion chamber 10a through the injection port.

Der Kraftstoffinjektor 18 ist dazu konfiguriert, die Einspritzrate variabel zu steuern. Der Kraftstoffinjektor 18 ist dazu konfiguriert, einen Hubbetrag der Nadel zu steuern, um so die Einspritzrate zu steuern.The fuel injector 18 is configured to variably control the injection rate. The fuel injector 18 is configured to control a lift amount of the needle so as to control the injection rate.

Ein Ansauganschluss und ein Abgasanschluss jedes Zylinders der Maschine 10 werden jeweils durch ein Ansaugventil 21 und ein Abgasventil 22 geöffnet bzw. geschlossen. Wenn das Ansaugventil 21 geöffnet ist, werden die Ansaugluft, die durch einen Zwischenkühler 13 gekühlt wird, und ein externes EGR-Gas, welches später beschrieben werden wird, in die Brennkammer 10a eingeführt. Wenn der Kraftstoff in einem Zustand, in dem die Ansaugluft eingeführt wird, ausgehend von dem Kraftstoffinjektor 18 in die Brennkammer 10a eingespritzt wird, entzündet sich der Kraftstoff in der Brennkammer 10a selbst, indem dieser komprimiert wird, um eine Verbrennungsenergie zu erzeugen. Die Verbrennungsenergie wird in eine Rotationsenergie umgewandelt, welche eine Kurbelwelle 23 der Dieselmaschine 10 dreht. Das verbrannte Gas wird in einen Abgasdurchlass 24 abgeführt, wenn das Abgasventil 22 geöffnet ist. Ein Kurbelwinkelsensor 25 zum Erfassen eines Rotationswinkels der Kurbelwelle 23 ist in der Nähe der Kurbelwelle 23 angeordnet.An intake port and an exhaust port of each cylinder of the engine 10 are opened and closed by an intake valve 21 and an exhaust valve 22, respectively. When the intake valve 21 is opened, the intake air cooled by an intercooler 13 and an external EGR gas, which will be described later, are introduced into the combustion chamber 10a. When the fuel is injected into the combustion chamber 10a from the fuel injector 18 in a state where the intake air is introduced, the fuel in the combustion chamber 10a self-ignites by being compressed to generate combustion energy. The combustion energy is converted into rotational energy, which rotates a crankshaft 23 of the diesel engine 10 . The burned gas is discharged into an exhaust passage 24 when the exhaust valve 22 is opened. A crank angle sensor 25 for detecting a rotation angle of the crankshaft 23 is arranged in the vicinity of the crankshaft 23 .

Das Fahrzeug ist mit einem Turbolader 16 vorgesehen. Der Turbolader 16 weist einen Ansaugkompressor 16a, der in dem Ansaugdurchlass 11 angeordnet ist, eine Abgasturbine 16b, die in dem Abgasdurchlass 24 angeordnet ist, und eine Welle 16c, die diese verbindet, auf. Die Abgasturbine 16b wird durch eine Energie eines Abgases gedreht, das durch den Abgasdurchlass 24 strömt. Die Rotationsenergie wird durch die Welle 16c auf den Ansaug-Kompressor 16a übertragen. Das heißt, dass die Ansaugluft durch den Turbolader 16 aufgeladen wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Turbolader 16 elektrisch gesteuert, um den Aufladungsdruck der Ansaugluft anzupassen.The vehicle is provided with a turbocharger 16 . The turbocharger 16 has an intake compressor 16a disposed in the intake passage 11, an exhaust turbine 16b disposed in the exhaust passage 24, and a shaft 16c connecting them. The exhaust turbine 16 b is rotated by energy of exhaust gas flowing through the exhaust passage 24 . The rotational energy is transmitted to the suction compressor 16a through the shaft 16c. That is, the intake air is supercharged by the turbocharger 16 . In the present embodiment, the turbocharger 16 is electrically controlled to adjust the supercharging pressure of intake air.

Eine Reinigungsvorrichtung 26, die das Abgas reinigt, ist stromabwärts des Turboladers 16 in den Abgasdurchlässen 24 vorgesehen.A cleaning device 26 that cleans the exhaust gas is provided downstream of the turbocharger 16 in the exhaust gas passages 24 .

Ein Teil eines Abgases, das in den Abgasdurchlass 24 abgeführt wird, wird durch einen EGR-Durchlass 27 in den Ansaugdurchlass 11 rückgeführt. Genauer gesagt ist der Abgasdurchlass 24 stromaufwärts der Abgasturbine 16b durch den EGR-Durchlass 27 mit dem Ausgleichstank 15 verbunden. In dem EGR-Durchlass 27 ist eine EGR-Ventilvorrichtung 28 angeordnet. Die EGR-Ventilvorrichtung 28 passt einen Öffnungsgrad eines EGR-Ventils 28a mittels eines Aktuators, wie einem Gleichstrommotor, an. Gemäß dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils 28a wird dem Ausgleichstank 15 ein Teil eines Abgases als ein externes EGR-Gas, das in den Abgasdurchlass 24 abgeführt wird, zugeführt, nachdem dieses durch einen EGR-Kühler 29 gekühlt wurde.Part of an exhaust gas discharged into the exhaust passage 24 is recirculated into the intake passage 11 through an EGR passage 27 . More specifically, the exhaust gas passage 24 is connected to the surge tank 15 through the EGR passage 27 on the upstream side of the exhaust gas turbine 16b. In the EGR passage 27, an EGR valve device 28 is arranged. The EGR valve device 28 adjusts an opening degree of an EGR valve 28a by means of an actuator such as a DC motor. According to the opening degree of the EGR valve 28 a , part of an exhaust gas is supplied to the surge tank 15 as an external EGR gas discharged into the exhaust passage 24 after being cooled by an EGR cooler 29 .

Eine ECU 30, welche eine elektronische Steuereinheit ist, die ein Maschinensystem steuert, ist durch einen Mikrocomputer konfiguriert, der eine gut bekannte CPU, eine ROM, eine RAM und dergleichen aufweist. Die ECU 30 empfängt erfasste Werte von einem Ansaugdrucksensor 31, einem Ansaugtemperatursensor 32, einem Abgastemperatursensor 33, einem Zylinderdrucksensor 34 als einem Druckerfassungsabschnitt, einem Kraftstoffdrucksensor 35, einem Wassertemperatursensor 36, einem Gaspedal-Positionssensor 37, einem Luftdurchflussmesser 12 und einem Kurbelwinkelsensor 25. Der Ansaugdrucksensor 31 erfasst einen Gasdruck in dem Ausgleichstank 15. Der Ansaugtemperatursensor 32 erfasst eine Gastemperatur in dem Ausgleichstank 15. Der Abgastemperatursensor 33 erfasst eine Temperatur des Abgases, das aus der Brennkammer 10a abgeführt wird. Der Zylinderdrucksensor 34 erfasst den Zylinderdruck in der Brennkammer 10a. Der Kraftstoffdrucksensor 35 erfasst den Kraftstoffdruck in der Common-Rail 19. Der Wassertemperatursensor 36 erfasst eine Kühlwassertemperatur in der Maschine 10. Der Gaspedal-Positionssensor 37 erfasst einen Betätigungsbetrag eines Beschleunigungs-Betätigungselements. Genauer gesagt erfasst der Gaspedal-Positionssensor 37 einen Durchdrückbetrag des Gaspedals.An ECU 30, which is an electronic control unit that controls an engine system, is configured by a microcomputer having a well-known CPU, ROM, RAM and the like. The ECU 30 receives detected values from an intake pressure sensor 31, an intake temperature sensor 32, an exhaust gas temperature sensor 33, a cylinder pressure sensor 34 as a pressure detecting section, a fuel pressure sensor 35, a water temperature sensor 36, an accelerator pedal position sensor 37, an air flow meter 12 and a crank angle sensor 25. The intake pressure sensor 31 detects a gas pressure in the surge tank 15. The intake temperature sensor 32 detects a gas temperature in the surge tank 15. The exhaust gas temperature sensor 33 detects a temperature of the Exhaust gas discharged from the combustion chamber 10a. The cylinder pressure sensor 34 detects the cylinder pressure in the combustion chamber 10a. The fuel pressure sensor 35 detects fuel pressure in the common rail 19. The water temperature sensor 36 detects a cooling water temperature in the engine 10. The accelerator pedal position sensor 37 detects an operation amount of an accelerator operation member. More specifically, the accelerator pedal position sensor 37 detects a depression amount of the accelerator pedal.

Die ECU 30 führt auf Grundlage von Erfassungswerten der verschiedenen Sensoren eine Verbrennungssteuerung der Maschine 10 durch, welche eine Kraftstoffeinspritzsteuerung des Kraftstoffinjektors 18, eine Antriebssteuerung der Kraftstoffpumpe 20, eine Antriebssteuerung des EGR-Ventils 28, und eine aufgeladene Drucksteuerung des Turboladers 16 beinhaltet.The ECU 30 performs combustion control of the engine 10, which includes fuel injection control of the fuel injector 18, drive control of the fuel pump 20, drive control of the EGR valve 28, and supercharged pressure control of the turbocharger 16, based on detection values of the various sensors.

Die ECU 30 führt die Kraftstoffeinspritzsteuerung durch, um in einem Hochlastbereich der Maschine 10 eine Konstantdruckverbrennung zu verwirklichen. Während der Konstantdruckverbrennung wird ein Spitzenwert des Zylinderdrucks konstant gehalten, nachdem eine Verbrennung gestartet ist.The ECU 30 performs fuel injection control to realize constant pressure combustion in a high load range of the engine 10 . During the constant-pressure combustion, a peak value of the cylinder pressure is kept constant after combustion is started.

2 zeigt einen Vorgang einer Kraftstoffeinspritzsteuerverarbeitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die ECU 30 führt den Vorgang periodisch durch. 2 12 shows a procedure of fuel injection control processing according to the present embodiment. The ECU 30 performs the process periodically.

In Schritt S10 wird ein Antriebszustand der Maschine 10 erhalten. Bei der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Antriebszustand eine Maschinengeschwindigkeit NE, einen Gaspedal-Betätigungsbetrag Acc, der durch den Gaspedal-Positionssensor 37 erfasst wird, einen Gasdruck Pim, der durch den Ansaugdrucksensor 31 erfasst wird, und eine Gastemperatur Tim, die durch den Ansaugtemperatursensor 32 erfasst wird. Die Maschinengeschwindigkeit NE kann auf Grundlage eines Erfassungswerts des Kurbelwinkelsensors 25 berechnet werden.In step S10, a driving state of the engine 10 is obtained. In the present embodiment, the driving state includes an engine speed NE, an accelerator pedal operation amount Acc detected by the accelerator pedal position sensor 37, gas pressure Pim detected by the intake pressure sensor 31, and gas temperature Tim detected by the intake temperature sensor 32 becomes. The engine speed NE can be calculated based on a detection value of the crank angle sensor 25 .

In S11 wird auf Grundlage des Antriebszustands, der in S10 erhalten wird, bestimmt, ob dieser ein Zustand ist, in dem die Kraftstoffeinspritzsteuerung bei einem Konstantdruckverbrennungsmodus durchgeführt wird. Genauer gesagt wird bestimmt, ob ein erforderlicher Ausgang der Maschine 10, der von dem Antriebszustand erhalten wird, größer oder gleich einem spezifischen Ausgang ist, oder ob der erforderliche Ausgang der Maschine 10 ein maximaler Ausgang ist, welcher von der Maschinengeschwindigkeit NE abhängt.In S11, based on the driving state obtained in S10, it is determined whether it is a state in which the fuel injection control is performed in a constant pressure combustion mode. More specifically, it is determined whether a required output of the engine 10 obtained from the driving state is greater than or equal to a specific output, or whether the required output of the engine 10 is a maximum output which depends on the engine speed NE.

Wenn die Antwort in Schritt S11 JA ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S12 fort, in welchem die Kraftstoffeinspritzsteuerung in dem Konstantdruckverbrennungsmodus durchgeführt wird.If the answer in step S11 is YES, the process proceeds to step S12, in which the fuel injection control in the constant pressure combustion mode is performed.

3 ist ein Blockdiagramm, das die Kraftstoffeinspritzsteuerverarbeitung zeigt, die in dem Konstantdruckverbrennungsmodus verarbeitet wird. Jeder Prozess in 3 wird durch die ECU 30 durchgeführt. 3 Fig. 12 is a block diagram showing the fuel injection control processing processed in the constant pressure combustion mode. Each process in 3 is performed by the ECU 30.

Ein Einspritz-Einstellabschnitt 40 stellt auf Grundlage des Gaspedal-Betätigungsbetrags Acc und der Maschinengeschwindigkeit NE eine Kraftstoffeinspritzmenge Qinj, einen Einspritzstartzeitpunkt tinj des Kraftstoffinjektors 18 und einen Kraftstoffeinspritzdruck Pinj des Kraftstoffinjektors 18 ein. Es ist zu beachten, dass die Kraftstoffeinspritzmenge Qinj einer Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, welche dazu beiträgt, ein Ausgangsdrehmoment der Maschine 10 zu erzeugen, welcher pro Verbrennungszyklus erforderlich ist.An injection setting section 40 sets a fuel injection amount Qinj, an injection start timing tinj of the fuel injector 18, and a fuel injection pressure Pinj of the fuel injector 18 based on the accelerator pedal operation amount Acc and the engine speed NE. Note that the fuel injection amount Qinj corresponds to a fuel injection amount that contributes to generate an output torque of the engine 10 required per combustion cycle.

Ein Gasdichte-Schätzabschnitt 41 berechnet auf Grundlage des Gasdrucks Pim und der Gastemperatur Tim eine Gasdichte ρa in der Brennkammer 10a zu dem Einspritzstartzeitpunkt tinj. Genauer gesagt wird die Gasdichte ρa auf Grundlage der folgenden Formeln (eq1), (eq2) berechnet.
Formel 1 $ρ_{a} = \frac{M_{c y l}}{V (t_{i n j})} \cdot 10^{6}$

Formel 2

M_{c y l} = \frac{P_{i m} \cdot V (t_{c l s})}{R (T_{i m} + 273)} M_{a i r}

A gas density estimating section 41 calculates a gas density ρa in the combustion chamber 10a at the injection start timing tinj based on the gas pressure Pim and the gas temperature Tim. More specifically, the gas density ρa is calculated based on the following formulas (eq1), (eq2).
formula 1

ρ_{a} = \frac{M_{c y l}}{V (t_{i n j})} \cdot 10^{6}

formula 2

M_{c y l} = \frac{P_{i m} \cdot V (t_{c l s})}{R (T_{i m} + 273)} M_{a i right}

In der vorstehenden Formel (eq1) stellt „Mcyl“ eine gesamte Gasmenge [mg] dar, welche während eines Ansaughubs angesaugt wird, und „V(tinj)“ stellt ein Volumen [L] der Brennkammer 10a zu dem Einspritzstartzeitpunkt tinj [deg] dar. In der vorstehenden Formel (eq2) stellt „R“ eine Gaskonstante [J / K / mol] dar, „Mair“ stellt ein Molekulargewicht [mg / mol] von Luft dar, und „V(tcls)“ stellt ein Volumen der Brennkammer 10a zu einem Ansaughub-Endzeitpunkt [deg], das heißt einem Zeitpunkt einer vollständigen Schließung des Ansaugventils 21, dar. Das Volumen V(tcls) wird auf Grundlage eines Entwurfswerts des Zylinders 10b und des Ventilschließzeitpunkts des Ansaugventils 21 berechnet. Das Volumen V(tinj) wird auf Grundlage des Entwurfswerts des Zylinders 10b und des Einspritzstartzeitpunkts tinj berechnet. In der Formel (eq2) ist eine Einheit von „Pim“ [kPa] und eine Einheit von „Tim“ ist [K].In the above formula (eq1), “Mcyl” represents a total amount of gas [mg] drawn in during an intake stroke, and “V(tinj)” represents a volume [L] of the combustion chamber 10a at the in injection start timing tinj [deg]. In the above formula (eq2), “R” represents a gas constant [J/K/mol], “Mair” represents a molecular weight [mg/mol] of air, and “V(tcls) ' represents a volume of the combustion chamber 10a at an intake stroke end timing [deg], that is, a timing of full closing of the intake valve 21. The volume V(tcls) is calculated based on a design value of the cylinder 10b and the valve closing timing of the intake valve 21 . The volume V(tinj) is calculated based on the design value of the cylinder 10b and the injection start timing tinj. In the formula (eq2), a unit of "Pim" is [kPa] and a unit of "Tim" is [K].

Zudem kann ein Molekulargewicht von Gas anstelle eines Molekulargewichts von Luft verwendet werden, wenn eine Rückführung von EGR-Gas durchgeführt wird.In addition, a molecular weight of gas can be used instead of a molecular weight of air when EGR gas recirculation is performed.

Ein Winkel-Berechnungsabschnitt 42 berechnet auf Grundlage des Einspritzdrucks Pinj, der durch den Einspritz-Einstellabschnitt 40 eingerichtet wird, und der Gasdichte ρa, die durch den Gasdichte-Schätzabschnitt 41 geschätzt wird, einen Sprühstrahlwinkel θsp eines Kraftstoffsprühstrahls, der ausgehend von dem Kraftstoffinjektor 18 eingespritzt wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Sprühstrahlwinkel θsp als ein Ausbreitungswinkel des Kraftstoffsprühstrahls „A“ im Hinblick auf eine Einspritzrichtung „C“ ausgehend von dem Einspritzanschluss 18a des Kraftstoffinjektors 18 definiert, wie in 4 gezeigt wird.An angle calculating section 42 calculates a spray angle θsp of a fuel spray injected from the fuel injector 18 based on the injection pressure Pinj set by the injection setting section 40 and the gas density ρa estimated by the gas density estimating section 41 becomes. According to the present embodiment, the spray angle θsp is defined as a spread angle of the fuel spray “A” with respect to an injection direction “C” from the injection port 18a of the fuel injector 18, as shown in FIG 4 will be shown.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Sprühstrahlwinkel θsp auf Grundlage des Kraftstoffeinspritzdrucks Pinj und der Gasdichte ρa berechnet, wie in 5 gezeigt wird. Genauer gesagt wird der Sprühstrahlwinkel θsp größer berechnet, je höher der Einspritzdruck Pinj ist. Das liegt daran, dass ein Durchschnittsimpuls des Kraftstoffs, der ausgehend von dem Einspritzanschluss 18a eingespritzt wird, größer wird und der Sprühstrahlwinkel θsp größer wird, je höher der Einspritzdruck Pinj ist. Überdies wird der Sprühstrahlwinkel θsp größer berechnet, je höher die Gasdichte ρa ist. Das liegt daran, dass der Kraftstoff, der ausgehend von dem Einspritzanschluss 18a eingespritzt wird, mit dem Gas in der Brennkammer 10a zusammenstößt, um sich weiter auszubreiten, je höher die Gasdichte ρa ist. Zudem kann der Sprühstrahlwinkel θsp auf Grundlage einer Speicherabbildung oder einer Versuchsformel berechnet werden, welche eine Beziehung zwischen dem Einspritzdruck Pinj, der Gasdichte ρa und dem Sprühstrahlwinkel θsp definiert.According to the present embodiment, the spray angle θsp is calculated based on the fuel injection pressure Pinj and the gas density ρa as shown in FIG 5 will be shown. More specifically, the spray angle θsp is calculated larger the higher the injection pressure Pinj is. This is because an average pulse of the fuel injected from the injection port 18a becomes larger and the spray angle θsp becomes larger the higher the injection pressure Pinj is. Moreover, the larger the gas density ρa, the larger the spray angle θsp is calculated to be. This is because the higher the gas density ρa, the fuel injected from the injection port 18a collides with the gas in the combustion chamber 10a to spread further. In addition, the spray angle θsp can be calculated based on a map or an experimental formula that defines a relationship among the injection pressure Pinj, the gas density ρa, and the spray angle θsp.

Ein Verzögerungszeit-Einstellabschnitt 43 stellt eine Zündverzögerungszeit td ein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Zündverzögerungszeit td als eine Zeitdauer von dem Einspritzstartzeitpunkt tinj bis zu einer Zeit, zu welcher der eingespritzte Kraftstoffsprühstrahl mit der Zündung beginnt, definiert. Die Zündverzögerungszeit td kann konstant eingestellt sein oder diese kann auf Grundlage einer Speicherabbildung oder einer Formel eingestellt sein, welche eine Beziehung zwischen dem Antriebszustand der Maschine 10 und der Zündverzögerungszeit td definiert.A delay time setting section 43 sets an ignition delay time td. In the present embodiment, the ignition delay time td is defined as a period of time from the injection start timing tinj to a time at which the injected fuel spray starts ignition. The ignition delay time td may be set constant, or it may be set based on a map or a formula that defines a relationship between the driving state of the engine 10 and the ignition delay time td.

Auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Qinj, die durch den Einspritz-Einstellabschnitt 40 eingestellt wird, und der Maschinengeschwindigkeit NE stellt ein Soll-Einstellabschnitt 44 einen Soll-Bewegungsabstand Lig ein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Soll-Bewegungsabstand Lig als ein Abstand zwischen einem Spitzenende des Kraftstoffsprühstrahls in einer Einspritzrichtung C und dem Einspritzanschluss 18a zu einem Zeitpunkt definiert, wenn die Zündverzögerungszeit td nach dem Einspritzstartzeitpunkt tinj verstrichen ist. 6 zeigt einen unverbrannten Kraftstoffsprühstrahl, der ausgehend von dem Einspritzanschluss 18a eingespritzt wird, und eine Flamme des verbrannten Kraftstoffsprühstrahls.Based on the fuel injection amount Qinj set by the injection setting section 40 and the engine speed NE, a target setting section 44 sets a target moving distance Lig. In the present embodiment, the target moving distance Lig is defined as a distance between a tip end of the fuel spray in an injection direction C and the injection port 18a at a time point when the ignition delay time td has elapsed after the injection start time point tinj. 6 14 shows an unburned fuel spray injected from the injection port 18a and a flame of the burned fuel spray.

Der Soll-Bewegungsabstand Lig ist ein Sprühstrahl-Kennlinien-Wert, welcher eingerichtet wird, um Rauch zu verringern, der aufgrund einer Kraftstoffverbrennung erzeugt wird. Wenn der Bewegungsabstand des Kraftstoffsprühstrahls ausgehend von dem Einspritzanschluss 18a zu einem Zeitpunkt, wenn die Zündverzögerungszeit td nach dem Einspritzstartzeitpunkt tinj verstrichen ist, kurz ist, kann ein Gemisch aus dem Kraftstoffsprühstrahl und der Ansaugluft in der Brennkammer 10a unzureichend sein. In diesem Fall nimmt nicht nur der Rauch, der aufgrund einer anfänglichen Verbrennung des Kraftstoffs erzeugt wird, sondern auch der Rauch, der aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffs nach der anfänglichen Verbrennung erzeugt wird, zu. Der Bewegungsabstand des Kraftstoffsprühstrahls ausgehend von dem Einspritzanschluss 18a wird zu einem Zeitpunkt, wenn die Zündverzögerungszeit td nach dem Einspritzstartzeitpunkt tinj verstrichen ist, gemäß einem Antriebszustand der Maschine 10 geeignet hergestellt. Dabei wird ein Mischverhältnis des Kraftstoffsprühstrahls und der Ansaugluft geeignet hergestellt, um den Rauch an der Selbstzündungs-Startposition zu verringern. Das Mischverhältnis weist eine positive Korrelation zu dem Bewegungsabstand des Kraftstoffsprühstrahls auf.The target moving distance Lig is a spray characteristic value set to reduce smoke generated due to fuel combustion. If the moving distance of the fuel spray from the injection port 18a at a time when the ignition delay time td has elapsed after the injection start time tinj is short, a mixture of the fuel spray and the intake air in the combustion chamber 10a may be insufficient. In this case, not only smoke generated due to initial combustion of the fuel but also smoke generated due to combustion of the fuel after the initial combustion increases. The moving distance of the fuel spray from the injection port 18a at a timing when the ignition delay time td has elapsed after the injection start timing tinj is made appropriate according to a driving state of the engine 10 . At this time, a mixing ratio of the fuel spray and the intake air is made appropriate to reduce the smoke at the self-ignition start position. The mixing ratio has a positive correlation with the moving distance of the fuel spray.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Soll-Bewegungsabstand Lig auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Qinj und der Maschinengeschwindigkeit NE eingerichtet, wie in 7 gezeigt wird. Genauer gesagt ist der Soll-Bewegungsabstand Lig größer eingestellt, je größer die Kraftstoffeinspritzmenge Qinj oder je höher die Maschinengeschwindigkeit NE ist. Das liegt daran, dass ein Raum zum Vorantreiben eines Gemischs aus dem Kraftstoffsprühstrahl und der Ansaugluft in der Einspritzrichtung „C“ größer wird, je größer die Kraftstoffeinspritzmenge Qinj ist oder je höher die Maschinengeschwindigkeit NE ist. Zudem kann der Soll-Bewegungsabstand Lig auf Grundlage einer Speicherabbildung oder einer Versuchsformel berechnet werden, welche eine Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Qinj, der Maschinengeschwindigkeit NE und dem Soll-Bewegungsabstand Lig definiert.According to the present embodiment, the target moving distance Lig is set based on the fuel injection amount Qinj and the engine speed NE as shown in FIG 7 will be shown. More specifically, the larger the fuel injection amount Qinj or the higher the engine speed NE, the larger the target moving distance Lig is set to be. This is because a space for propelling a mixture of the fuel spray and the intake air in the injection direction “C” becomes larger the larger the fuel injection amount Qinj is or the higher the engine speed NE is. In addition, the target moving distance Lig may be calculated based on a map or an experimental formula that defines a relationship among the fuel injection amount Qinj, the engine speed NE, and the target moving distance Lig.

Ein Geschwindigkeits-Einstellabschnitt 45 stellte auf Grundlage der Gasdichte, die durch den Gasdichte-Schätzabschnitt 41 geschätzt wird, der Zündverzögerungszeit, die durch den Verzögerungszeit-Einstellabschnitt 43 eingerichtet wird, den Soll-Bewegungsabstand Lig, der durch den Soll-Einstellabschnitt 44 eingerichtet wird, und den Sprühstrahlwinkel θsp, der durch den Winkel-Berechnungsabschnitt 42 berechnet wird, eine Einspritzgeschwindigkeit Vini des Kraftstoffsprühstrahls ausgehend von dem Einspritzanschluss 18a zu dem Einstellstartzeitpunkt tinj ein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Einspritzgeschwindigkeit Vini auf Grundlage einer folgenden Formel (eq3) eingerichtet.
Formel 3 $V_{i n i} = {(\frac{ρ_{a}}{c \cdot ρ_{f}})}^{0,5} \frac{L_{i g}^{2} tan θ_{s p}}{t_{d} \cdot d}$

A speed setting section 45 sets, based on the gas density estimated by the gas density estimating section 41, the ignition delay time set by the delay time setting section 43, the target moving distance Lig set by the target setting section 44, and the spray angle θsp calculated by the angle calculating section 42, an injection speed Vini of the fuel spray from the injection port 18a at the adjustment start timing tinj. According to the present embodiment, the injection speed Vini is set based on a following formula (eq3).
formula 3

V_{i n i} = {(\frac{ρ_{a}}{c \cdot ρ_{f}})}^{0.5} \frac{L_{i G}^{2} tan θ_{s p}}{t_{i.e} \cdot i.e}

In der vorstehenden Formel (eq3) stellt „ρƒ“ eine Kraftstoffdichte dar, „d“ stellt einen Durchmesser des Einspritzanschlusses 18a dar, und „c“ stellt einen Kontraktionskoeffizienten dar. Der Kontraktionskoeffizient „c“ wird auf Grundlage des Einspritzdrucks Pinj im Hinblick auf eine Speicherabbildung berechnet, die in 8 gezeigt wird. 8 ist eine Speicherabbildung, die eine Beziehung zwischen dem Einspritzdruck Pinj und dem Kontraktionskoeffizienten „c“ zeigt, welcher auf Grundlage eines Versuchs im Voraus definiert wird. Wie in 8 gezeigt wird, wird der Kontraktionskoeffizient „c“ kleiner, je höher der Einspritzdruck Pinj ist.In the above formula (eq3), “ρƒ” represents a fuel density, “d” represents a diameter of the injection port 18a, and “c” represents a contraction coefficient memory map calculated in 8th will be shown. 8th 14 is a map showing a relationship between the injection pressure Pinj and the contraction coefficient “c”, which is defined in advance based on an experiment. As in 8th As shown, the contraction coefficient “c” becomes smaller the higher the injection pressure Pinj is.

Zudem ist die vorstehende Formel (eq3) von der Beschreibung der „Studies on the Penetration of Fuel Spray of Diesel Engine von Yutaro Wakuri u. a., Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineers 1959, Vol. 25, Nr. 156, S. 820-826“ abgeleitet. Die Einspritzgeschwindigkeit Vini kann durch eine folgende Formel (eq4) mittels eines Differenzdrucks ΔP zwischen dem Druck an dem Einspritzanschluss 18a in der Brennkammer 10a und dem Druck an einer Position außer dem Einspritzanschluss 18a durch den Soll-Bewegungsabstand Lig ausgedrückt werden.
Formel 4 $V_{i n i} = {(\frac{2 Δ P}{ρ_{f}})}^{0,5}$

In addition, the above formula (eq3) is from the description of "Studies on the Penetration of Fuel Spray of Diesel Engine by Yutaro Wakuri et al., Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineers 1959, Vol. 25, No. 156, p. 820- 826". The injection speed Vini can be expressed by a following formula (eq4) using a differential pressure ΔP between the pressure at the injection port 18a in the combustion chamber 10a and the pressure at a position other than the injection port 18a by the target moving distance Lig.
formula 4

V_{i n i} = {(\frac{2 Δ P}{ρ_{f}})}^{0.5}

Überdies kann der Soll-Bewegungsabstand Lig durch eine folgende Formel (eq5) ausgedrückt werden.
Formel 5 $L_{i g} = {(\frac{2 c \cdot Δ P}{ρ_{a}})}^{0,25} {(\frac{t_{d} \cdot d}{tan θ_{s p}})}^{0,5}$

Moreover, the target moving distance Lig can be expressed by a following formula (eq5).
formula 5

L_{i G} = {(\frac{2 c \cdot Δ P}{ρ_{a}})}^{0.25} {(\frac{t_{i.e} \cdot i.e}{tan θ_{s p}})}^{0.5}

Eine folgende Formel (eq6) kann abgeleitet werden, indem die vorstehende Formel (eq5) im Hinblick auf den Differenzdruck ΔP modifiziert wird.
Formel 6 $Δ P = L_{i g}^{4} \frac{ρ_{a}}{2 c} {(\frac{tan θ_{s p}}{t_{d} \cdot d})}^{2}$

A following formula (eq6) can be derived by modifying the above formula (eq5) in terms of the differential pressure ΔP.
formula 6

Δ P = L_{i G}^{4} \frac{ρ_{a}}{2 c} {(\frac{tan θ_{s p}}{t_{i.e} \cdot i.e})}^{2}

Die vorstehende Formel (eq3) kann durch Einsetzen der Formel (eq6) in die Formel (eq4) abgeleitet werden.The above formula (eq3) can be derived by substituting formula (eq6) into formula (eq4).

Ein erster Einspritz-Berechnungsabschnitt 46 berechnet auf Grundlage der Einspritzgeschwindigkeit Vini, die durch den Geschwindigkeits-Einstellabschnitt 45 eingerichtet wird, eine anfängliche Einspritzrate Qst, welche eine Einspritzrate zu dem Einspritzstartzeitpunkt tinj ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die anfängliche Einspritzrate Qst auf Grundlage einer folgenden Formel (eq7) berechnet.
Formel 7 $\begin{array}{l} Q_{s t} = S \cdot V_{i n i} \\ S = {(\frac{d}{2})}^{2} N_{h} \cdot π \end{array}$

A first injection calculation section 46 calculates an initial injection rate based on the injection speed Vini set by the speed setting section 45 Qst which is an injection rate at the injection start timing tinj. According to the present embodiment, the initial injection rate Qst is calculated based on a following formula (eq7).
formula 7

\begin{array}{l} Q_{s t} = S \cdot V_{i n i} \\ S = {(\frac{i.e}{2})}^{2} N_{H} \cdot π \end{array}

In der vorstehenden Formel (eq7) stellt „Nh“ die Anzahl der Einspritzanschlüsse 18a des Kraftstoffinjektors 18 dar und „S“ stellt eine Gesamtfläche der Einspritzanschlüsse des Kraftstoffinjektors 18 dar. Die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit des Kraftstoffinjektors 18 zu dem Einspritzstartzeitpunkt wird erhöht, indem die anfängliche Einspritzrate Qst erhöht wird, sodass der Soll-Bewegungsabstand Lig größer hergestellt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht der erste Einspritz-Berechnungsabschnitt 46 einem Einspritzraten-Einstellabschnitt.In the above formula (eq7), "Nh" represents the number of injection ports 18a of the fuel injector 18, and "S" represents a total area of the injection ports of the fuel injector 18. The fuel injection speed of the fuel injector 18 at the injection start timing is increased by increasing the initial injection rate Qst is increased so that the target moving distance Lig is made larger. In the present embodiment, the first injection calculation section 46 corresponds to an injection rate setting section.

Zudem ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Einspritzrate als ein Volumen des Kraftstoffs, welcher pro Zeiteinheit ausgehend von dem Kraftstoffinjektor 18 eingespritzt wird, definiert. In einem Fall, bei dem die Einspritzrate als eine Menge des Kraftstoffs definiert ist, welche pro Zeiteinheit ausgehend von dem Kraftstoffinjektor 18 eingespritzt wird, wird die rechte Seite der Formel (eq7) mit der Kraftstoffdichte ρƒ multipliziert.Also, according to the present embodiment, the injection rate is defined as a volume of fuel injected per unit time from the fuel injector 18 . In a case where the injection rate is defined as an amount of the fuel injected per unit time from the fuel injector 18, the right side of the formula (eq7) is multiplied by the fuel density ρƒ.

Ein erster Wärme-Schätzabschnitt 47 berechnet eine anfängliche Wärmefreisetzungsrate Jst zu einem Selbstzündungs-Startzeitpunkt „tinj + td“ auf Grundlage der anfänglichen Einspritzrate Qst, die durch den ersten Einspritz-Berechnungsabschnitt 46 berechnet wird. Genauer gesagt wird die anfängliche Wärmefreisetzungsrate Jst auf Grundlage einer folgenden Formel (eq8) berechnet.
Formel 8 $J_{s t} = J_{u} \cdot Q_{s t}$

A first heat estimation section 47 calculates an initial heat release rate Jst at an auto-ignition start timing “tinj+td” based on the initial injection rate Qst calculated by the first injection calculation section 46 . More specifically, the initial heat release rate Jst is calculated based on a following formula (eq8).
formula 8

J_{s t} = J_{and} \cdot Q_{s t}

In der vorstehenden Formel (eq8) stellt „Ju“ eine Wärmeerzeugungsrate dar, wenn der Kraftstoff pro Volumeneinheit verbrannt wird. 9 zeigt die anfängliche Einspritzrate Qst zu dem Einspritzstartzeitpunkt tinj und die anfängliche Wärmefreisetzungsrate Jst, die auf Grundlage der anfänglichen Einspritzrate Qst geschätzt wird.In the above formula (eq8), “Ju” represents a heat generation rate when the fuel is burned per unit volume. 9 12 shows the initial injection rate Qst at the injection start timing tinj and the initial heat release rate Jst estimated based on the initial injection rate Qst.

Ein zweiter Wärme-Schätzabschnitt 48 berechnet eine Anstiegsgeschwindigkeit θHRR der Wärmefreisetzungsrate nach dem Selbstzündungs-Startzeitpunkt, zu welchem der angegebene mittlere Effektivdruck der Maschine 10 in einem Zustand maximal ist, in dem der Zylinderdruck niedriger als ein Schwellenwert Pmax ist. Der Schwellenwert Pmax ist als ein Wert eingestellt, der niedriger ist als ein zulässiger oberer Grenzwert des Zylinderdrucks, bei welchem eine Verlässlichkeit der Maschine 10 sichergestellt wird.A second heat estimating section 48 calculates a rate of increase θHRR of the heat release rate after the autoignition start timing at which the indicated mean effective pressure of the engine 10 is maximum in a state where the cylinder pressure is lower than a threshold Pmax. The threshold Pmax is set as a value lower than an allowable upper limit of cylinder pressure at which reliability of the engine 10 is ensured.

Bei der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der zweite Wärme-Schätzabschnitt 48 einen Wärmefreisetzungsraten-Schätzabschnitt, einen Zylinderdruck-Schätzabschnitt und einen Wärmegradienten-Berechnungsabschnitt als einen Verarbeitungsabschnitt zum Berechnen der Anstiegsgeschwindigkeit θHRR.In the present embodiment, the second heat estimating section 48 includes a heat release rate estimating section, a cylinder pressure estimating section, and a thermal gradient calculating section as a processing section for calculating the slew rate θHRR.

Wie in 9(b) gezeigt wird, schätzt der Wärmefreisetzungsraten-Schätzabschnitt auf Grundlage der anfänglichen Wärmefreisetzungsrate Jst und einer temporären Anstiegsgeschwindigkeit θHm der Wärmefreisetzungsrate kontinuierlich die Wärmefreisetzungsrate während einer Dauer von dem Selbstzündungs-Startzeitpunkt „tinj + td“ bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Wärmefreisetzungsrate eine gesamte Wärmefreisetzungsrate Jq erreicht. Die gesamte Wärmefreisetzungsrate Jq wird auf Grundlage einer folgenden Formel (eq9) berechnet, bei welcher die Kraftstoffeinspritzmenge Qinj einen Eingangswert beträgt.
Formel 9 $J_{q} = J_{u} \cdot Q_{i n j}$

As in 9(b) is shown, the heat release rate estimating section based on the initial heat release rate Jst and a temporary increase speed θHm of the heat release rate continuously estimates the heat release rate during a period from the self-ignition start time "tinj + td" until the time when the heat release rate reaches a total heat release rate Jq . The total heat release rate Jq is calculated based on a following formula (eq9) in which the fuel injection amount Qinj is an input value.
formula 9

J_{q} = J_{and} \cdot Q_{i n j}

Der Zylinderdruck-Schätzabschnitt schätzt auf Grundlage der Wärmefreisetzungsrate, die durch den Wärmefreisetzungsraten-Schätzabschnitt geschätzt wird, kontinuierlich den Zylinderdruck Pcyl während einer spezifizierten Dauer. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die spezifizierte Dauer eine Zeitdauer von dem Selbstzündungs-Startzeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt, wenn ein integrierter Wert der Wärmefreisetzungsrate die gesamte Wärmefreisetzungsrate Jq erreicht. Der Zylinderdruck Pcyl(αr) bei einem bestimmten Kurbelwinkel αr kann auf Grundlage einer Funktion „f“ berechnet werden, die durch eine folgende Formel (eq10) dargestellt wird.
Formel 10 $P_{c y l} (α_{r}) = ƒ (P_{c y l} (α_{r} - Δ α), V (α_{r} - Δ α), H R R (α_{r}))$

The cylinder pressure estimating section continuously estimates the cylinder pressure Pcyl during a specified period based on the heat release rate estimated by the heat release rate estimating section. In the present embodiment, the specified period is a period of time from the auto-ignition start timing to when an integrated value of the heat release rate reaches the total heat release rate Jq. The cylinder pressure Pcyl(αr) at a given Crank angle αr can be calculated based on a function “f” represented by a following formula (eq10).
formula 10

P_{c y l} (a_{right}) = ƒ (P_{c y l} (a_{right} - Δ a), V (a_{right} - Δ a), H R R (a_{right}))

In der vorstehenden Formel (eq10) stellt „Δα“ ein Intervall des Kurbelwinkels dar, bei welchem der Zylinderdruck berechnet wird, „V(αr)“ stellt ein Volumen der Brennkammer 10a bei dem Kurbelwinkel αr dar, und „HRR(αr)“ stellt eine Wärmefreisetzungsrate bei dem Kurbelwinkel αr dar. Die Funktion „f“, die durch die Formel (eq10) dargestellt ist, kann erhalten werden, indem eine folgende Formel (eq11) modifiziert wird, welche von der thermodynamischen Gleichung und der Gaszustandsgleichung abgeleitet wird.
Formel 11 $H R R (α_{r}) = \frac{C v}{R} V (α_{r}) \frac{P_{c y l} (α_{r}) - P_{c y l} (α_{r} - Δ α)}{Δ α} + (\frac{C v}{R} + 1) P_{c y l} (α_{r}) \frac{V (α_{r}) - V (α_{r} - Δ α)}{Δ α}$

In the above formula (eq10), “Δα” represents an interval of the crank angle at which the cylinder pressure is calculated, “V(αr)” represents a volume of the combustion chamber 10a at the crank angle αr, and “HRR(αr)” represents represents a heat release rate at the crank angle αr. The function “f” represented by the formula (eq10) can be obtained by modifying a following formula (eq11) derived from the thermodynamic equation and the gas state equation.
formula 11

H R R (a_{right}) = \frac{C v}{R} V (a_{right}) \frac{P_{c y l} (a_{right}) - P_{c y l} (a_{right} - Δ a)}{Δ a} + (\frac{C v}{R} + 1) P_{c y l} (a_{right}) \frac{V (a_{right}) - V (a_{right} - Δ a)}{Δ a}

In der vorstehenden Formel (eq11) stellt „Cv“ eine molare Wärme bei einem konstanten Volumen [J/mol/K] dar und „R“ stellt eine Gaskonstante [J/K/mol] dar. Zudem beträgt ein anfänglicher Wert des Zylinderdrucks Pcyl, das heißt der Zylinderdruck Pcyl unmittelbar vor dem Selbstzündzeitpunkt, den Gasdruck Pim.In the above formula (eq11), “Cv” represents a molar heat at a constant volume [J/mol/K], and “R” represents a gas constant [J/K/mol]. Also, an initial value of the cylinder pressure is Pcyl , that is, the cylinder pressure Pcyl immediately before the self-ignition point, the gas pressure Pim.

In einem Fall, bei dem der Wärmegradienten-Berechnungsabschnitt die temporäre Anstiegsgeschwindigkeit θHm der Wärmefreisetzungsrate auf verschiedene Werte einstellt, wird die temporäre Anstiegsgeschwindigkeit θHm als die Anstiegsgeschwindigkeit θHRR berechnet, bei welcher der Zylinderdruck Pcyl nicht größer ist als der Schwellenwert Pmax, und der angegebene mittlere Effektivdruck ist maximal, wenn die Wärmefreisetzungsrate die gesamte Wärmefreisetzungsrate Jq beträgt.In a case where the heat gradient calculation section sets the temporary rise rate θHm of the heat release rate to different values, the temporary rise rate θHm is calculated as the rise rate θHRR at which the cylinder pressure Pcyl is not greater than the threshold value Pmax, and the indicated mean effective pressure is maximum when the heat release rate is the total heat release rate Jq.

Ein zweiter Einspritz-Berechnungsabschnitt 49 berechnet eine Anstiegsgeschwindigkeit θinj der Einspritzrate nach der anfänglichen Einspritzrate Qst auf Grundlage der anfänglichen Einspritzrate Qst, der anfänglichen Wärmefreisetzungsrate Jst, des Einspritzstartzeitpunkts tinj und der Zündverzögerungszeit td. Bei der vorliegenden Ausführungsform entsprechen der zweite Wärme-Schätzabschnitt 48 und der zweite Einspritz-Berechnungsabschnitt 49 einem Anstiegs-Einstellabschnitt. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 10 ein Verfahren zum Berechnen der Anstiegsgeschwindigkeit θinj beschrieben werden. 10 (a) zeigt eine Variation eines Zylinderdrucks, 10(b) zeigt eine Variation einer Wärmefreisetzungsrate, und 10 (c) zeigt eine Variation einer Einspritzrate. In 10 (a) stellt eine durchgehende Linie einen Zylinderdruck-Kurvenverlauf eines Falls dar, bei dem eine Konstantdruckverbrennung durchgeführt wird, und eine gestrichelte Linie stellt einen Zylinderdruck-Kurvenverlauf eines Falls dar, bei dem in der Brennkammer 10a keine Kraftstoffverbrennung durchgeführt wird. Überdies wird in 10 jeder Kurvenverlauf gezeigt, während die Zündverzögerungszeit td der Einfachheit halber als null definiert ist.A second injection calculation section 49 calculates a rate of increase θinj of the injection rate after the initial injection rate Qst based on the initial injection rate Qst, the initial heat release rate Jst, the injection start timing tinj and the ignition delay time td second injection calculation section 49 a rise setting section. Below, with reference to 10 a method for calculating the slew rate θinj can be described. 10 (a) shows a variation of a cylinder pressure, 10(b) shows a variation of a heat release rate, and 10(c) shows a variation of an injection rate. In 10 (a) A solid line represents a cylinder pressure waveform of a case where constant pressure combustion is performed, and a broken line represents a cylinder pressure waveform of a case where fuel combustion is not performed in the combustion chamber 10a. Moreover, in 10 each waveform is shown while the ignition delay time td is defined as zero for the sake of simplicity.

Wie in 10 gezeigt wird, wird auf Grundlage der anfänglichen Wärmefreisetzungsrate ist und der Anstiegsgeschwindigkeit θHRR der Wärmefreisetzungsrate die Wärmefreisetzungsrate Jmed zu einem spezifizierten Zeitpunkt tmed nach dem Selbstzündungs-Startzeitpunkt t1 berechnet. Anschließend wird die berechnete Wärmefreisetzungsrate Jmed unter Verwendung der Wärmeerzeugungsrate Ju zu dem Zeitpunkt, wenn der Kraftstoff pro Volumeneinheit verbrannt wird, in die Einspritzrate Qmed umgewandelt. Die Anstiegsgeschwindigkeit θinj der Einspritzrate wird auf Grundlage der anfänglichen Einspritzrate Qst, der umgewandelten Einspritzrate Qmed, des Einspritzstartzeitpunkts tinj und des spezifizierten Zeitpunkts tmed berechnet.As in 10 1, based on the initial heat release rate ist and the heat release rate rising rate θHRR, the heat release rate Jmed at a specified time tmed after the autoignition start time t1 is calculated. Then, the calculated heat release rate Jmed is converted into the injection rate Qmed using the heat generation rate Ju at the time when the fuel per unit volume is burned. The rate of increase θinj of the injection rate is calculated based on the initial injection rate Qst, the converted injection rate Qmed, the injection start timing tinj, and the specified timing tmed.

Auf Grundlage der vorstehend berechneten anfänglichen Einspritzrate Qst und der Anstiegsgeschwindigkeit θinj der Einspritzrate wird eine Zeitabfolge bzw. -reihe einer Befehls-Einspritzrate eingerichtet, wie in 10(c) gezeigt wird. Die Befehls-Einspritzrate beinhaltet die anfängliche Einspritzrate Qst und eine Anstiegs-Einspritzrate, welche nach dem Einspritzstartzeitpunkt tinj mit einer konstanten Anstiegsgeschwindigkeit θinj ansteigt. Die Einspritzrate zu einem Einspritzendzeitpunkt ist eine maximale Einspritzrate in einem Verbrennungszyklus. 10(c) zeigt ein Beispiel, bei dem die Einspritzrate während einer Dauer steigt, die TDC beinhaltet. Die ECU 30 fungiert als ein Einspritzsteuerabschnitt, welcher den Kraftstoffinjektor 18 steuert, sodass die Einspritzrate des Kraftstoffinjektors 18 an die vorstehende Befehls-Einspritzrate angepasst wird.Based on the above calculated initial injection rate Qst and the increasing rate θinj of the injection rate, a time series of a command injection rate is established as in FIG 10(c) will be shown. The command injection rate includes the initial injection rate Qst and a ramp injection rate which increases at a constant ramp rate θinj after the injection start timing tinj. The injection rate at an injection end timing is a maximum injection rate in a combustion cycle. 10(c) 12 shows an example where the injection rate increases during a period that includes TDC. The ECU 30 functions as an injection control section that controls the fuel injector 18 so that the injection rate of the fuel injector 18 is adjusted to the above command injection rate.

Gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Vorteile erzielt werden.According to the present embodiment described above, the following advantages can be obtained.

Der Soll-Bewegungsabstand Lig wird auf Grundlage eines Antriebszustands der Maschine 10 eingerichtet. Die anfängliche Einspritzrate Qst wird eingerichtet, damit der Bewegungsabstand des Kraftstoffsprühstrahls ausgehend von dem Einspritzanschluss 18a zu dem Zeitpunkt, wenn die Zündverzögerungszeit td nach dem Einspritzstartzeitpunkt tinj verstrichen ist, mit dem Soll-Bewegungsabstand Lig übereinstimmt. Dabei können der Kraftstoffsprühstrahl, der bei der anfänglichen Einspritzrate Qst eingespritzt wird, und der Kraftstoffsprühstrahl, der bei der nachfolgenden Einspritzrate eingespritzt wird, ausreichend mit der Ansaugluft vermischt werden, sodass der aufgrund einer Kraftstoffverbrennung erzeugte Rauch verringert werden kann.The target moving distance Lig is set based on a driving state of the engine 10 . The initial injection rate Qst is set so that the moving distance of the fuel spray from the injection port 18a at the time when the ignition delay time td has elapsed after the injection start timing tinj matches the target moving distance Lig. Thereby, the fuel spray injected at the initial injection rate Qst and the fuel spray injected at the subsequent injection rate can be sufficiently mixed with the intake air, so that smoke generated due to fuel combustion can be reduced.

Da der Rauch durch Verbrennen des Kraftstoffsprühstrahls, der mit der anfänglichen Einspritzrate Qst eingespritzt wird, verringert werden kann, kann überdies die nachfolgende Einspritzrate vergrößert werden, sodass ein Ausgangsdrehmoment der Maschine 10 erhöht werden kann.Moreover, since the smoke can be reduced by burning the fuel spray injected at the initial injection rate Qst, the subsequent injection rate can be increased, so that an output torque of the engine 10 can be increased.

Die Einspritzgeschwindigkeit Vini wird verwendet, um die anfängliche Einspritzrate Qst zu berechnen. Dadurch kann die Kraftstoffeinspritzsteuerung im Hinblick auf einen Impuls des Kraftstoffsprühstrahls zu dem Selbstzündungs-Startzeitpunkt durchgeführt werden, sodass der Rauch verringert werden kann.The injection speed Vini is used to calculate the initial injection rate Qst. Thereby, the fuel injection control can be performed with respect to a pulse of the fuel spray at the auto-ignition start timing, so that the smoke can be reduced.

In einem Zustand, in dem der Zylinderdruck niedriger ist als der Schwellenwert Pmax, wird die Anstiegsgeschwindigkeit θinj der Einspritzrate nach der anfänglichen Einspritzrate Qst eingerichtet, bei welcher der angezeigte mittlere Effektivdruck der Maschine 10 maximal ist. Dabei kann das Ausgangsdrehmoment der Maschine 10 erhöht werden, ohne die Maschine 10 zu verstärken.In a state where the cylinder pressure is lower than the threshold value Pmax, the increasing speed θinj of the injection rate is established after the initial injection rate Qst at which the indicated mean effective pressure of the engine 10 is maximum. Thereby, the output torque of the engine 10 can be increased without boosting the engine 10 .

Zweite AusführungsformSecond embodiment

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine zweite Ausführungsform beschrieben werden, während fokussierend auf jene Punkte eingegangen wird, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Einspritzrate unter Verwendung eines Soll-Äquivalenzverhältnisses φig anstatt des Soll-Bewegungsabstands Lig eingerichtet. Das Soll-Äquivalenzverhältnis φig ist ein Sollwert des Äquivalenzverhältnisses zwischen dem Kraftstoffsprühstrahl und der Ansaugluft an der Selbstzündungs-Startposition des Kraftstoffsprühstrahls, der ausgehend von dem Kraftstoffinjektor 18 in der Brennkammer 10a eingespritzt wird.A second embodiment will be described below with reference to the drawings while focusing on points different from those of the first embodiment. According to the present embodiment, the injection rate is set using a target equivalence ratio φig instead of the target moving distance Lig. The target equivalence ratio φig is a target value of the equivalence ratio between the fuel spray and the intake air at the self-ignition start position of the fuel spray injected from the fuel injector 18 in the combustion chamber 10a.

11 ist ein Blockdiagramm, das die Kraftstoffeinspritzsteuerverarbeitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Konstantdruckverbrennungsmodus zeigt. Jeder Prozess in 11 wird durch die ECU 30 durchgeführt. In 11 wird der gleiche Prozess wie in 3 durch die gleiche Referenz angegeben. 11 14 is a block diagram showing the fuel injection control processing according to the present embodiment in the constant pressure combustion mode. Each process in 11 is performed by the ECU 30. In 11 will be the same process as in 3 indicated by the same reference.

Auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Qinj und der Maschinengeschwindigkeit NE richtet der Soll-Einstellabschnitt 50 das Soll-Äquivalenzverhältnis φig ein. Das Soll-Äquivalenzverhältnis φig ist ein Sprühstrahl-Kennlinien-Wert, welcher eingerichtet ist, um Rauch zu verringern, der aufgrund von Kraftstoffverbrennung erzeugt wird. Das Äquivalenzverhältnis an der Selbstzündungs-Startposition zu einem Zeitpunkt, wenn nach dem Einspritzstartzeitpunkt tinj die Zündverzögerungszeit td verstrichen ist, ist als ein geeigneter Wert gemäß einem Antriebszustand der Maschine 10 eingerichtet, sodass ein aufgrund einer Kraftstoffverbrennung erzeugter Rauch verringert werden kann. Das Äquivalenzverhältnis an der Selbstzündungs-Startposition und das Mischverhältnis des Kraftstoffsprühstrahls und der Ansaugluft an der Selbstzündungs-Startposition weisen eine negative Korrelation auf. Angesichts dieses Punktes richtet der Soll-Einstellabschnitt 50 das Soll-Äquivalenzverhältnis φig ein.Based on the fuel injection amount Qinj and the engine speed NE, the target setting section 50 sets the target equivalent ratio φig. The target equivalence ratio φig is a spray characteristic value set to reduce smoke generated due to fuel combustion. The equivalent ratio at the self-ignition start position at a point of time when the ignition delay time td has elapsed after the injection start timing tinj is set as an appropriate value according to a driving state of the engine 10 so that smoke generated due to fuel combustion can be reduced. The equivalence ratio at the auto-ignition start position and the mixing ratio of the fuel spray and intake air at the auto-ignition start position have a negative correlation. In view of this point, the target setting section 50 sets the target equivalence ratio φig.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Soll-Äquivalenzverhältnis φig auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Qinj und der Maschinengeschwindigkeit NE eingerichtet, wie in 12 gezeigt wird. Genauer gesagt ist das Soll-Äquivalenzverhältnis φig größer eingestellt, je größer die Kraftstoffeinspritzmenge Qinj oder je niedriger die Maschinengeschwindigkeit NE ist.According to the present embodiment, the target equivalence ratio φig is established based on the fuel injection amount Qinj and the engine speed NE, as in FIG 12 will be shown. More specifically, the larger the fuel injection amount Qinj or the lower the engine speed NE, the target equivalence ratio φig is set larger.

Ein Geschwindigkeits-Einstellabschnitt 51 stellte auf Grundlage der Gasdichte ρa, der Zündverzögerungszeit td, des Sprühstrahlwinkels θsp und des Soll-Äquivalenzverhältnisses φig, das durch den Soll-Einstellabschnitt 50 eingerichtet wird, eine Einspritzgeschwindigkeit Vini des Kraftstoffsprühstrahls ausgehend von dem Einspritzanschluss 18a zu dem Einstellstartzeitpunkt tinj ein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Einspritzgeschwindigkeit Vini auf Grundlage einer folgenden Formel (eq12) eingerichtet.
Formel 12 $V_{i n i} = {(\frac{1}{2 ϕ_{i g} \cdot ϕ_{t h}})}^{2} (\frac{d}{t_{d} \cdot tan θ_{s p}}) (\frac{c \cdot ρ_{ƒ}}{ρ_{a}})$

A speed setting section 51 sets an injection speed Vini of the fuel spray from the injection port 18a at the setting start timing tinj based on the gas density ρa, the ignition delay time td, the spray angle θsp and the target equivalence ratio φig set by the target setting section 50 a. According to the present embodiment form, the injection speed Vini is set based on a following formula (eq12).
formula 12

V_{i n i} = {(\frac{1}{2 ϕ_{i G} \cdot ϕ_{t H}})}^{2} (\frac{i.e}{t_{i.e} \cdot tan θ_{s p}}) (\frac{c \cdot ρ_{ƒ}}{ρ_{a}})

In der vorstehenden Formel (eq12) stellt „φth“ ein theoretisches Äquivalenzverhältnis dar, welches eine inverse Zahl einer Überschusssauerstoffrate ist.In the above formula (eq12), “φth” represents a theoretical equivalent ratio, which is an inverse number of an excess oxygen rate.

Zudem ist die vorstehende Formel (eq12) von der Beschreibung der vorstehend beschriebenen „Studies on the Penetration of Fuel Spray of Diesel Engine“ abgeleitet. Genauer gesagt wird davon eine folgende Formel (eq13) abgeleitet.
Formel 13 $Δ P = {(\frac{1}{2 ϕ_{i g} \cdot ϕ_{t h}})}^{2} (\frac{d \cdot ρ_{ƒ}}{t_{d} \cdot tan θ_{s p}}) {(\frac{c}{2 ρ_{a}})}^{0,5}$

In addition, the above formula (eq12) is derived from the description of the "Studies on the Penetration of Fuel Spray of Diesel Engine" described above. More specifically, a following formula (eq13) is derived from this.
formula 13

Δ P = {(\frac{1}{2 ϕ_{i G} \cdot ϕ_{t H}})}^{2} (\frac{i.e \cdot ρ_{ƒ}}{t_{i.e} \cdot tan θ_{s p}}) {(\frac{c}{2 ρ_{a}})}^{0.5}

Die vorstehende Formel (eq12) kann durch Einsetzen der Formel (eq13) in die Formel (eq4) abgeleitet werden.The above formula (eq12) can be derived by substituting formula (eq13) into formula (eq4).

Nachdem die Einspritzgeschwindigkeit Vini berechnet wurde, wird die Befehls-Einspritzrate eingerichtet, sowie bei der ersten Ausführungsform. Das Soll-Äquivalenzverhältnis φig wird gemäß dem Antriebszustand der Maschine 10 eingerichtet. Die anfängliche Einspritzrate Qst ist so eingerichtet, dass das Ist-Äquivalenzverhältnis an der Selbstzündungs-Startposition mit dem Soll-Äquivalenzverhältnis φig übereinstimmt. Dabei können die gleichen Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden.After the injection speed Vini is calculated, the command injection rate is established, as in the first embodiment. The target equivalence ratio φig is set according to the driving state of the engine 10 . The initial injection rate Qst is set so that the actual equivalent ratio at the auto-ignition start position matches the target equivalent ratio φig. Thereby, the same advantages as in the first embodiment can be obtained.

Andere AusführungsformenOther embodiments

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.The embodiment described above can be modified as follows.

Obwohl ein Erhöhungsmodus der Einspritzrate nach der anfänglichen Einspritzrate Qst ein Einspritzraten-Kurvenverlauf ist, welcher bei den vorstehenden Ausführungsformen mit einer konstanten Anstiegsgeschwindigkeit ansteigt, ist der Einspritzraten-Kurvenverlauf nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Erhöhungsmodus der Einspritzrate nach der anfänglichen Einspritzrate Qst ein Kurvenverlauf sein, welcher auf eine stufenartige Weise ansteigt. Alternativ kann die Einspritzrate nach der anfänglichen Einspritzrate Qst allmählich erhöht werden. Da die anfängliche Einspritzrate Qst selbst in diesen Fällen als ein geeigneter Wert eingerichtet ist, kann der Rauch verringert werden. Auch kann bei den vorstehenden Ausführungsformen die Befehls-Einspritzrate auf eine derartige Weise eingerichtet sein, dass die Einspritzrate mit einer konstanten Geschwindigkeit zunimmt und die Einspritzrate anschließend konstant wird.Although an increase mode of the injection rate after the initial injection rate Qst is an injection rate waveform that increases at a constant rate of increase in the above embodiments, the injection rate waveform is not limited to this. For example, the mode of increasing the injection rate after the initial injection rate Qst may be a waveform that increases in a step-like manner. Alternatively, the injection rate may be gradually increased after the initial injection rate Qst. Since the initial injection rate Qst is set to an appropriate value even in these cases, the smoke can be reduced. Also, in the above embodiments, the command injection rate may be set in such a manner that the injection rate increases at a constant rate and then the injection rate becomes constant.

Bei der ersten Ausführungsform kann der Soll-Bewegungsabstand Lig auf Grundlage von nur einer ausgewählt aus der Kraftstoffeinspritzmenge Qinj und der Maschinengeschwindigkeit NE eingerichtet werden. Überdies kann bei der zweiten Ausführungsform das Soll-Äquivalenzverhältnis φig auf Grundlage von nur einer ausgewählt aus der Kraftstoffeinspritzmenge Qinj und der Maschinengeschwindigkeit NE eingerichtet werden.In the first embodiment, the target moving distance Lig can be set based on only one selected from the fuel injection amount Qinj and the engine speed NE. Moreover, in the second embodiment, the target equivalence ratio φig can be established based on only one selected from the fuel injection amount Qinj and the engine speed NE.

Der Kraftstoffinjektor, welcher die Einspritzrate variieren kann, ist nicht auf den Kraftstoffinj ektor beschränkt, der bei der ersten Ausführungsform beschrieben wird. Zum Beispiel kann ein Kraftstoffinjektor mit einem Booster eingesetzt werden, wie in JP 2008-163 799 A gezeigt wird.The fuel injector that can vary the injection rate is not limited to the fuel injector described in the first embodiment. For example, a fuel injector can be used with a booster, as in JP 2008-163 799 A will be shown.

Diese Offenbarung ist gemäß den Ausführungsformen beschrieben. Allerdings versteht es sich, dass diese Offenbarung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen oder die Strukturen beschränkt ist. Diese Offenbarung beinhaltet verschiedene modifizierte Beispiele und Modifikationen, die in einen äquivalenten Bereich fallen. Zusätzlich sind die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, andere Kombinationen und Konfigurationen, die zwar weitere, weniger oder nur ein einziges Element beinhalten, ebenfalls im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.This disclosure is described according to the embodiments. However, it should be understood that this disclosure is not limited to the above embodiments or the structures. This disclosure includes various modified examples and modifications that fall in an equivalent range. In addition, various combinations and configurations, other combinations and configurations, while including more, less, or only a single element are also included within the spirit and scope of the present disclosure.

Claims

A fuel injection control device applied to a diesel engine (10) provided with a fuel injector (18) which injects a fuel spray directly into a combustion chamber (10a), the fuel injection control device comprising: a target setting section (44, 50) configured to define, based on a driving state of the diesel engine, a target value of a spray characteristic value which is a parameter correlating to a mixing ratio of the fuel spray and an intake air at auto-ignition -Has starting position in the combustion chamber; an injection rate setting section (46) configured to set an initial injection rate at an injection start timing of the fuel injector so that an actual spray characteristic value matches the target value; and an injection control section (30) configured to perform injection control in which an actual injection rate is matched to a command injection rate including a timing of an injection rate of the fuel injector gradually increasing from the initial injection rate, wherein a period of time from the injection start timing of the fuel injector to when an injected fuel spray starts self-ignition is defined as an ignition delay time, and the actual spray characteristic value is a distance between an injection port (18a) of the fuel injector and a tip end of the fuel spray at a timing when the ignition delay time has elapsed after the injection start timing.

Fuel injection control device according to claim 1 , wherein the injection rate setting section sets the initial injection rate, which is larger the larger the target value is.

Fuel injection control device according to claim 2 wherein the injection rate setting section includes a speed setting section (45) which sets an injection speed of the fuel injector, which is higher at the injection start timing, the larger the target value is, and the initial injection rate is set larger the higher the injection speed is is established by the speed setting section.

Fuel injection control device according to claim 1 , wherein the spray characteristic value is an equivalence ratio between the fuel spray and the intake air at the self-ignition start position in the combustion chamber.

Fuel injection control device according to claim 4 , wherein the injection rate setting section sets the initial injection rate, which is larger the larger the target value is.

Fuel injection control device according to claim 5 wherein the injection rate setting section includes a speed setting section (51) which sets an injection speed of the fuel injector, which is higher at the injection start timing, the smaller the target value is, and the initial injection rate is set larger the higher the injection speed is is established by the speed setting section.

Fuel injection control device according to one of Claims 1 until 6 , further comprising: an injection setting section (40) that sets a fuel injection amount required for one combustion cycle of the diesel engine, the target setting section at least one selected from processing in which the target value is set larger the larger the fuel injection amount which is set by the injection setting section, and performs processing in which the target value is set based on a rotation speed of the diesel engine.

Fuel injection control device according to one of Claims 1 until 7 , further comprising: an injection adjusting section (40) that adjusts a fuel injection amount required for one combustion cycle of the diesel engine; and an increase setting section (48, 49) that sets up an injection rate increase mode after the initial injection rate in which a power output from the diesel engine during a combustion cycle of the diesel engine in a state where a pressure in the combustion chamber is less than or equal to one threshold is, becomes maximum, where the injection control section sets the command injection rate based on the initial injection rate and the increase mode set by the increase setting section.

Fuel injection control device according to claim 8 , wherein the increase setting section includes a heat release rate estimating section which estimates a heat release rate based on the injection rate of the fuel injector, and a cylinder pressure estimating section which estimates a pressure in the combustion chamber based on the heat release rate, which corresponds to the initial injection rate and a total heat release rate, which is obtained by converting the fuel injection amount into the heat release rate, and the increase setting section includes an increase speed of the injection rate after the initial injection rate in a state where the pressure estimated by the cylinder pressure estimating section is less than or equal to the threshold , set up.

Fuel injection control device according to one of Claims 1 until 9 wherein the injection control section increases the injection rate of the fuel injector from the starting injection rate at a constant rate of increase and sets the command injection rate, which is the timing of the injection rate at which the injection rate is maximum at an injection end timing of the fuel injector in a combustion cycle of the diesel engine.