JP2007231845A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for an internal combustion engine controlling an amount of soot discharged from a combustion chamber to a proper value, by using an in-cylinder soot concentration sensor. <P>SOLUTION: In this device, a peak value Y and a final value X are specified from history of in-cylinder soot concentration which is detected by the in-cylinder concentration sensor and is stored. When a value X/Y indicating a characteristic of a change pattern of the in-cylinder soot concentration is smaller than a final value/maximum value (=XTA/YTA) corresponding to a stationary adaptive pattern, it is determined that soot-generating reaction is excessive, so that a pilot interval is elongated to suppress the Soot-generation reaction. On the other hand, the value X/Y is larger than the value XTA/YTA, it is determined that oxidation reaction of the soot is insufficient, so that an EGR rate is reduced to promote the oxidation reaction of the soot. Therefore, even in a transient operation state, the change pattern of the in-cylinder concentration can be immediately adjusted to come close to the steady adaptive pattern. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃焼室内にて燃料の反応に起因して発生するSoot(すす、カーボン微粒子)の排出量を制御するものに関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to an apparatus for controlling the amount of soot (soot, carbon particulates) generated due to a fuel reaction in a combustion chamber.

内燃機関(特に、ディーゼル機関)の燃焼室から排出される有害物質の一つである粒子状物質(パティキュレート、パティキュレート・マター、PM)を構成する主たる成分の一つは、カーボン等からなるSootである。従って、燃焼室から排出されるSootの量を適切な値に制御することは非常に重要である。   One of the main components constituting particulate matter (particulate, particulate matter, PM), which is one of the harmful substances discharged from the combustion chamber of internal combustion engines (particularly diesel engines), is made of carbon or the like. Soot. Therefore, it is very important to control the amount of soot discharged from the combustion chamber to an appropriate value.

そこで、従来より、燃焼室に臨むように設けられた光センサ(所謂、スモークメータ、オパシメータ)を利用して検出されたSootの発生量に基づいて燃焼室から排出されるSootの量を適切な値に制御する技術が広く知られている(例えば、特許文献1を参照)。
特開平9−96606号公報
Therefore, conventionally, the amount of soot discharged from the combustion chamber based on the amount of soot detected using an optical sensor (so-called smoke meter, opacimeter) provided to face the combustion chamber is appropriately set. A technique for controlling the value is widely known (for example, see Patent Document 1).
JP-A-9-96606

しかしながら、上述した光センサ(スモークメータ、オパシメータ)は応答性が悪い。このため、過渡運転状態では、検出されるSootの発生量の変化に遅れが生じ、この結果、燃焼室から排出されるSootの量を適切な値に制御することができないという問題があった。   However, the optical sensor (smoke meter, opacimeter) described above has poor responsiveness. For this reason, in the transient operation state, there is a delay in the change in the detected amount of generated soot, and as a result, there is a problem that the amount of soot discharged from the combustion chamber cannot be controlled to an appropriate value.

ところで、近年、燃焼室内にて発生するSootの濃度(以下、「筒内Soot濃度」と称呼する。)を直接検出できる筒内Soot濃度センサが開発されてきている。本発明者は、係る筒内Soot濃度センサを利用して過渡運転状態であっても燃焼室から排出されるSootの量を適切な値に制御する手法を見い出した。   Incidentally, in-cylinder soot concentration sensors that can directly detect the concentration of soot generated in the combustion chamber (hereinafter referred to as “in-cylinder soot concentration”) have been developed. The present inventor has found a technique for controlling the amount of soot discharged from the combustion chamber to an appropriate value using the in-cylinder soot concentration sensor even in a transient operation state.

即ち、本発明の目的は、筒内Soot濃度センサを利用して過渡運転状態であっても燃焼室から排出されるSootの量を適切な値に制御することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。   That is, an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can control the amount of soot discharged from a combustion chamber to an appropriate value even in a transient operation state by using an in-cylinder soot concentration sensor. There is to do.

燃焼室内でSootが発生する反応過程では、先ずSootの生成反応が主として発生して筒内Soot濃度が増大し、その後、生成されたSootの酸化反応が主として発生して筒内Soot濃度が減少していくことが知られている。即ち、燃焼行程を含む所定の期間内では、筒内Soot濃度は、初めに増大しその後に減少する変化パターンを持って変化する。   In the reaction process in which soot is generated in the combustion chamber, first, the soot generation reaction mainly occurs and the in-cylinder soot concentration increases, and then the generated soot oxidation reaction mainly occurs and the in-cylinder soot concentration decreases. It is known to go. That is, within a predetermined period including the combustion stroke, the in-cylinder soot concentration changes with a change pattern that first increases and then decreases.

他方、パイロットインターバル(パイロット噴射からメイン噴射までの間の期間)やスワール等を制御することでSootの生成反応の程度を調整でき、EGR率等を調整することでSootの酸化反応の程度を調整することができる。換言すれば、内燃機関の制御パラメータを制御することで、上記燃焼行程を含む所定の期間内における筒内Soot濃度の変化パターンを調整することができ、この結果、燃焼室から排出されるSootの量を調整することができる。   On the other hand, the degree of soot generation reaction can be adjusted by controlling the pilot interval (period from pilot injection to main injection), swirl, etc., and the degree of soot oxidation reaction can be adjusted by adjusting the EGR rate etc. can do. In other words, by controlling the control parameters of the internal combustion engine, the change pattern of the in-cylinder soot concentration within a predetermined period including the combustion stroke can be adjusted. As a result, the soot of the soot discharged from the combustion chamber can be adjusted. The amount can be adjusted.

加えて、上記筒内Soot濃度センサを利用することで、燃焼室から排出されるSootの量が適切な値となる場合に対応する筒内Soot濃度の変化パターン(以下、「基準パターン」と称呼する。)を種々の運転状態(例えば、燃料噴射量、エンジン回転速度等)に対応させて予め取得しておくことができる。   In addition, by using the in-cylinder soot concentration sensor, a change pattern of the in-cylinder soot concentration corresponding to a case where the amount of soot discharged from the combustion chamber becomes an appropriate value (hereinafter referred to as a “reference pattern”). Can be acquired in advance corresponding to various operating states (for example, fuel injection amount, engine speed, etc.).

以上のことから、筒内Soot濃度センサにより取得された筒内Soot濃度の変化パターンに基づいて内燃機関の制御パラメータを制御することで、筒内Soot濃度の変化パターンを上記基準パターンになるように調整して燃焼室から排出されるSootの量を適切な値に調整することができる。本発明は、係る原理に基づくものである。   From the above, the control pattern of the internal combustion engine is controlled based on the change pattern of the in-cylinder soot concentration acquired by the in-cylinder soot concentration sensor so that the change pattern of the in-cylinder soot concentration becomes the reference pattern. It is possible to adjust the amount of soot discharged from the combustion chamber to an appropriate value. The present invention is based on such a principle.

即ち、本発明に係る制御装置は、内燃機関の燃焼室内におけるSootの濃度である筒内Soot濃度を直接検出する筒内Soot濃度センサを備えた内燃機関に適用され、燃焼行程を含む所定の期間内における前記検出された筒内Soot濃度の履歴を記憶する記憶手段と、前記記憶された前記筒内Soot濃度の履歴に基づいて前記燃焼室から排出されるSootの量を制御するために前記内燃機関の制御パラメータを制御する制御手段とを備えている。   That is, the control device according to the present invention is applied to an internal combustion engine including an in-cylinder soot concentration sensor that directly detects an in-cylinder soot concentration that is a concentration of soot in the combustion chamber of the internal combustion engine, and a predetermined period including a combustion stroke. Storage means for storing a history of the detected in-cylinder soot concentration in the engine, and the internal combustion engine for controlling the amount of soot discharged from the combustion chamber based on the stored history of the in-cylinder soot concentration. Control means for controlling engine control parameters.

より具体的には、前記制御手段は、前記記憶された前記筒内Soot濃度の履歴から得られる前記筒内Soot濃度の変化パターンが基準パターンになるように、前記筒内Soot濃度の履歴に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを制御するように構成される。これによれば、過渡運転状態であっても、筒内Soot濃度の変化パターンが上記基準パターンになるように直ちに調整され得、この結果、燃焼室から排出されるSootの量を適切な値に調整することができる。   More specifically, the control means is based on the in-cylinder soot concentration history so that a change pattern of the in-cylinder soot concentration obtained from the stored in-cylinder soot concentration history becomes a reference pattern. And controlling the control parameters of the internal combustion engine. According to this, even in the transient operation state, the change pattern of the in-cylinder soot concentration can be immediately adjusted so as to become the reference pattern, and as a result, the amount of soot discharged from the combustion chamber is set to an appropriate value. Can be adjusted.

ここにおいて、前記所定の期間は、例えば、Sootに係わる反応の開始時点近傍から終了時点近傍までの間であり、より具体的には、燃料噴射開始時期から排気弁の開弁時期までの間等である。また、上述したように、前記制御パラメータは、例えば、パイロットインターバル、スワール、EGR率等であり、前記基準パターンは、現時点での内燃機関の運転状態(例えば、燃料噴射量、エンジン回転速度等)において燃焼室から排出されるSootの量が適切な値となる場合に対応する予め取得されている筒内Soot濃度の変化パターンである。   Here, the predetermined period is, for example, from the vicinity of the start time of the reaction related to the soot to the vicinity of the end time, and more specifically, from the fuel injection start timing to the exhaust valve opening timing, etc. It is. Further, as described above, the control parameter is, for example, a pilot interval, a swirl, an EGR rate, and the like, and the reference pattern is an operating state of the internal combustion engine at the present time (for example, a fuel injection amount, an engine rotation speed, etc.) 6 is a change pattern of the in-cylinder soot concentration acquired in advance corresponding to the case where the amount of soot discharged from the combustion chamber becomes an appropriate value.

上記本発明に係る制御装置においては、前記制御手段は、前記記憶された前記筒内Soot濃度の履歴のうち、前記燃焼室内でのSootの生成反応の程度を表す値となる第1時点での前記筒内Soot濃度と、前記燃焼室内で生成されたSootの酸化反応の程度を表す値となる前記第1時点より後の第2時点での前記筒内Soot濃度と、に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを制御するように構成されることが好適である。   In the control device according to the present invention, the control means at a first time point that is a value representing a degree of soot generation reaction in the combustion chamber in the stored history of the in-cylinder soot concentration. The internal combustion engine based on the in-cylinder soot concentration and the in-cylinder soot concentration at a second time point after the first time point, which is a value representing the degree of oxidation reaction of soot generated in the combustion chamber. Preferably, the control parameter is configured to be controlled.

上述したように、筒内Soot濃度の変化パターンは、燃焼室内でのSootの生成反応の程度と酸化反応の程度に大きく依存して決定される。従って、記憶されている筒内Soot濃度の履歴のうち、燃焼室内でのSootの生成反応の程度を表す値となる「第1時点での筒内Soot濃度」と、燃焼室内で生成されたSootの酸化反応の程度を表す値となる「第2時点での筒内Soot濃度」の2つの値のみから、筒内Soot濃度の変化パターンの特徴(特性)を或る程度正確に取得することができる。   As described above, the change pattern of the in-cylinder soot concentration is determined largely depending on the degree of soot generation reaction and the degree of oxidation reaction in the combustion chamber. Therefore, among the stored history of the in-cylinder soot concentration, the “in-cylinder soot concentration at the first time point” that is a value representing the degree of soot generation reaction in the combustion chamber, and the soot generated in the combustion chamber The characteristic (characteristic) of the change pattern of the in-cylinder soot concentration can be obtained to some extent accurately from only two values of “in-cylinder soot concentration at the second time point”, which is a value representing the degree of the oxidation reaction of it can.

上記構成は係る観点に基づくものである。これによれば、記憶されている筒内Soot濃度の履歴のうち上記「第1時点での筒内Soot濃度」の値と上記「第2時点での筒内Soot濃度」の値の2つの値のみを使用して制御パラメータを制御することで筒内Soot濃度の変化パターンを基準パターンになるように調整することができる。   The above configuration is based on this viewpoint. According to this, in the stored in-cylinder soot concentration history, the two values of the above-mentioned “in-cylinder soot concentration at the first time point” and the above-mentioned “in-cylinder soot concentration at the second time point” are described. By controlling the control parameter using only the in-cylinder soot density change pattern can be adjusted to be a reference pattern.

ここで、燃焼室内でのSootの生成反応の程度は、記憶された筒内Soot濃度の履歴のうちの最大値に大きく依存すると考えられ、燃焼室内で生成されたSootの酸化反応の程度は、上記最大値を採った後に減少していく筒内Soot濃度の収束値に大きく依存すると考えられる。従って、前記第1時点としては、記憶された筒内Soot濃度の履歴のうちの最大値に対応する時点を使用し、前記第2時点として前記筒内Soot濃度が収束したと判定される時点以降の時点を使用するように構成されることが好適である。   Here, the degree of soot generation reaction in the combustion chamber is considered to largely depend on the maximum value of the stored history of in-cylinder soot concentration, and the degree of soot oxidation reaction generated in the combustion chamber is: It is considered that it largely depends on the convergence value of the in-cylinder soot concentration that decreases after taking the maximum value. Therefore, as the first time point, the time point corresponding to the maximum value in the stored in-cylinder soot concentration history is used, and after the time point when the in-cylinder soot concentration is determined to have converged as the second time point. It is preferred to be configured to use

前記「筒内Soot濃度が一定値に収束したと判定される時点以降の時点」としては、例えば、排気弁の開弁時点、筒内Soot濃度の変化速度(の絶対値)が所定の微小値以下となった時点、燃焼室内のガス温度がSootに係わる反応が実質的に終了する所定の温度以下となった時点等である。   Examples of the “time point after the time point when it is determined that the in-cylinder soot concentration has converged to a certain value” include, for example, the opening time of the exhaust valve, the change rate (absolute value) of the in-cylinder soot concentration being a predetermined minute value For example, when the gas temperature in the combustion chamber becomes equal to or lower than a predetermined temperature at which the reaction related to the soot substantially ends.

より具体的には、前記制御手段は、前記第1時点での前記筒内Soot濃度と前記第2時点での前記筒内Soot濃度とに基づいて前記筒内Soot濃度の変化パターンの特性を表す値である特性指標値を取得し、前記特性指標値に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを制御するように構成されることが好ましい。前記特性指標値としては、例えば、前記第1時点での前記筒内Soot濃度に対する前記第2時点での前記筒内Soot濃度の割合等が挙げられる。   More specifically, the control means represents a characteristic of a change pattern of the in-cylinder soot concentration based on the in-cylinder soot concentration at the first time point and the in-cylinder soot concentration at the second time point. It is preferable that a characteristic index value that is a value is acquired and a control parameter of the internal combustion engine is controlled based on the characteristic index value. Examples of the characteristic index value include a ratio of the in-cylinder soot concentration at the second time point to the in-cylinder soot concentration at the first time point.

このように、前記特性指標値として、前記第1時点での前記筒内Soot濃度に対する前記第2時点での前記筒内Soot濃度の割合が使用される場合、前記制御手段は、前記割合が前記基準パターンに対応する所定値よりも小さいとき、Sootの生成反応を抑制するために前記制御パラメータを制御するように構成されることが好適である。この場合、具体的には、例えば、パイロット噴射からメイン噴射までの間の期間であるパイロットインターバルが長くなるように制御される。   As described above, when the ratio of the in-cylinder soot concentration at the second time point to the in-cylinder soot concentration at the first time point is used as the characteristic index value, the control unit is configured to determine that the ratio is It is preferable that the control parameter is configured to be controlled in order to suppress the soot generation reaction when the value is smaller than a predetermined value corresponding to the reference pattern. In this case, specifically, for example, the pilot interval, which is a period from the pilot injection to the main injection, is controlled to be long.

上記割合が前記基準パターンに対応する所定値よりも小さいことは、基準パターンに比してSootの生成反応が過剰であることを意味し得る。従って、上記構成によれば、Sootの生成反応が過剰である場合、Sootの生成反応が抑制され得、この結果、筒内Soot濃度の変化パターンを基準パターンになるように調整することができる。   If the ratio is smaller than a predetermined value corresponding to the reference pattern, it may mean that the soot generation reaction is excessive as compared with the reference pattern. Therefore, according to the above configuration, when the soot generation reaction is excessive, the soot generation reaction can be suppressed, and as a result, the change pattern of the in-cylinder soot concentration can be adjusted to be the reference pattern.

一方、前記制御手段は、前記割合が前記基準パターンに対応する所定値以上のとき、Sootの酸化反応を促進するために前記制御パラメータを制御するように構成されることが好適である。この場合、具体的には、例えば、EGR率を小さくするように制御される。   On the other hand, it is preferable that the control means is configured to control the control parameter in order to promote the oxidation reaction of Soot when the ratio is not less than a predetermined value corresponding to the reference pattern. In this case, specifically, for example, the EGR rate is controlled to be small.

上記割合が前記基準パターンに対応する所定値以上であることは、基準パターンに比して生成されたSootの酸化反応が不足していることを意味し得る。従って、上記構成によれば、Sootの酸化反応が不足している場合、Sootの酸化反応が促進され得、この結果、筒内Soot濃度の変化パターンを基準パターンになるように調整することができる。   That the ratio is equal to or greater than a predetermined value corresponding to the reference pattern may mean that the oxidation reaction of the generated Soot is insufficient compared to the reference pattern. Therefore, according to the above configuration, when the soot oxidation reaction is insufficient, the soot oxidation reaction can be promoted, and as a result, the change pattern of the in-cylinder soot concentration can be adjusted to be a reference pattern. .

なお、前記基準パターンは運転状態(燃料噴射量、エンジン回転速度等)によって変化するから、前記基準パターンに対応する所定値も運転状態(燃料噴射量、エンジン回転速度等)に応じて変更されるように構成されることが好ましい。   Since the reference pattern changes depending on the operating state (fuel injection amount, engine speed, etc.), the predetermined value corresponding to the reference pattern is also changed according to the operating state (fuel injection amount, engine speed, etc.). It is preferable to be configured as described above.

上記本発明に係る制御装置においては、前記制御手段は、前記筒内Soot濃度が収束したと判定される時点以降の時点(例えば、上記第2時点)での前記筒内Soot濃度が同時点での前記基準パターンに対応する値以下のとき、前記制御パラメータの制御を行わないように構成されることが好適である。   In the control device according to the present invention, the control means is configured so that the in-cylinder soot concentration at a time point after the time point when the in-cylinder soot concentration is determined to have converged (for example, the second time point) is the same point. It is preferable that the control parameter is not controlled when the value is equal to or less than the value corresponding to the reference pattern.

筒内Soot濃度が収束したと判定される時点以降の時点での筒内Soot濃度が同時点での前記基準パターンに対応する値以下の場合、燃焼室から排出されるSootの量が上記基準パターンに対応する上記適切な値以下となる。従って、この場合、制御パラメータを制御して筒内Soot濃度の変化パターンを調整する必要がないと考えることができる。上記構成は係る知見に基づくものである。これによれば、不必要に制御パラメータを制御することを抑制することができる。   When the in-cylinder soot concentration after the time when it is determined that the in-cylinder soot concentration has converged is equal to or less than the value corresponding to the reference pattern at the same time, the amount of soot discharged from the combustion chamber is the reference pattern. Or less than the appropriate value corresponding to. Therefore, in this case, it can be considered that it is not necessary to control the control parameter to adjust the change pattern of the in-cylinder soot density. The above configuration is based on such knowledge. According to this, it is possible to suppress unnecessary control parameter control.

或いは、前記制御手段は、前記筒内Soot濃度が収束したと判定される時点以降の時点での前記筒内Soot濃度が同時点での前記基準パターンに対応する値以下のとき、EGR率を大きくするように構成されてもよい。   Alternatively, the control means increases the EGR rate when the in-cylinder soot concentration after the time when it is determined that the in-cylinder soot concentration has converged is equal to or less than a value corresponding to the reference pattern at the same point. It may be configured to.

Soot(従って、PM)の発生量とNOxの発生量は、一方が増加すると他方が減少する関係にある。従って、燃焼室から排出されるSootの量が上記基準パターンに対応する上記適切な値以下である場合、NOxの量を減少させるためにSootの量を増大させる余地があると考えることができる。   The generation amount of Soot (accordingly, PM) and the generation amount of NOx are in a relationship in which one increases and the other decreases. Therefore, when the amount of soot discharged from the combustion chamber is equal to or less than the appropriate value corresponding to the reference pattern, it can be considered that there is room for increasing the amount of soot to reduce the amount of NOx.

上記構成は係る観点に基づくものである。これによれば、EGR率を大きくすることでSootの量を増大してNOxの量を減少させることができ、この結果、燃焼室から排出されるSootの量を上記適切な値以下(或いは、近傍)に抑えつつ、燃焼室から排出されるNOxの量を減少させることができる。   The above configuration is based on this viewpoint. According to this, by increasing the EGR rate, the amount of soot can be increased and the amount of NOx can be decreased. As a result, the amount of soot discharged from the combustion chamber is less than or equal to the appropriate value (or It is possible to reduce the amount of NOx discharged from the combustion chamber while keeping it close to the vicinity.

以下、本発明による内燃機関(ディーゼル機関)の制御装置(Soot排出量制御装置)の実施形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment of a control device (a soot discharge amount control device) for an internal combustion engine (diesel engine) according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を4気筒内燃機関(ディーゼル機関)10に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体20、エンジン本体20の各気筒の燃焼室(筒内)にガスを導入するための吸気系統30、エンジン本体20からの排ガスを放出するための排気系統40、排気還流を行うためのEGR装置50、及び電気制御装置60を含んでいる。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an entire system in which a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied to a four-cylinder internal combustion engine (diesel engine) 10. This system includes an engine main body 20 including a fuel supply system, an intake system 30 for introducing gas into a combustion chamber (in a cylinder) of each cylinder of the engine main body 20, and an exhaust system for discharging exhaust gas from the engine main body 20. 40, an EGR device 50 for performing exhaust gas recirculation, and an electric control device 60.

エンジン本体20の各気筒の上部には燃料噴射弁(噴射弁、インジェクタ)21が配設されている。各燃料噴射弁21は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ22に燃料配管23を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ22は、電気制御装置60と電気的に接続されていて、電気制御装置60からの駆動信号(後述する燃料噴射圧力Pcrに応じた指令信号)により燃料の実際の噴射圧力(吐出圧力)が燃料噴射圧力Pcrになるように同燃料を昇圧するようになっている。   A fuel injection valve (injection valve, injector) 21 is disposed above each cylinder of the engine body 20. Each fuel injection valve 21 is connected to a fuel injection pump 22 connected to a fuel tank (not shown) via a fuel pipe 23. The fuel injection pump 22 is electrically connected to the electric control device 60, and an actual fuel injection pressure (discharge) according to a drive signal (command signal corresponding to a fuel injection pressure Pcr described later) from the electric control device 60. The pressure of the fuel is increased so that the pressure) becomes the fuel injection pressure Pcr.

これにより、燃料噴射弁21には、燃料噴射用ポンプ22から前記燃料噴射圧力Pcrまで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁21は、電気制御装置60と電気的に接続されていて、同電気制御装置60からの駆動信号(指令パイロット燃料噴射量(質量)Qp、指令メイン燃料噴射量(質量)Qmに応じた指令信号)により開弁する。これにより、前記燃料噴射圧力Pcrにまで昇圧された燃料が直接燃焼室内に、先ずは前記指令パイロット燃料噴射量Qpだけパイロット噴射され、その後、前記指令メイン燃料噴射量Qmだけメイン噴射されるようになっている。   As a result, the fuel injection valve 21 is supplied with fuel whose pressure has been increased from the fuel injection pump 22 to the fuel injection pressure Pcr. Further, the fuel injection valve 21 is electrically connected to the electric control device 60, and the drive signals from the electric control device 60 (command pilot fuel injection amount (mass) Qp, command main fuel injection amount (mass) Qm). The valve is opened by a command signal corresponding to Thus, the fuel whose pressure has been increased to the fuel injection pressure Pcr is directly injected into the combustion chamber first by the command pilot fuel injection amount Qp, and then main injection by the command main fuel injection amount Qm. It has become.

吸気系統30は、エンジン本体20の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド31、吸気マニホールド31の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド31とともに吸気通路を構成する吸気管32、吸気管32内に回動可能に保持されたスロットル弁33、電気制御装置60からの駆動信号に応答してスロットル弁33を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ33a、スロットル弁33の上流において吸気管32に順に介装されたインタクーラー34と過給機35のコンプレッサ35a、及び吸気管32の先端部に配設されたエアクリーナ36とを含んでいる。   The intake system 30 includes an intake manifold 31 connected to a combustion chamber of each cylinder of the engine body 20, an intake pipe 32 connected to an upstream side assembly of the intake manifold 31 and constituting an intake passage together with the intake manifold 31, an intake pipe A throttle valve 33 rotatably held in the throttle 32, a throttle valve actuator 33a for rotating the throttle valve 33 in response to a drive signal from the electric control device 60, and an intake pipe 32 upstream of the throttle valve 33. The mounted intercooler 34, the compressor 35a of the supercharger 35, and the air cleaner 36 disposed at the tip of the intake pipe 32 are included.

排気系統40は、エンジン本体20の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド41、排気マニホールド41の下流側集合部に接続された排気管42、排気管42に配設された過給機35のタービン35b、及び排気管42に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、「DPNR」と称呼する。)43を含んでいる。排気マニホールド41及び排気管42は排気通路を構成している。   The exhaust system 40 includes an exhaust manifold 41 connected to each cylinder of the engine body 20, an exhaust pipe 42 connected to a downstream gathering portion of the exhaust manifold 41, and a turbine of the supercharger 35 disposed in the exhaust pipe 42. And a diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPNR”) 43 interposed in the exhaust pipe 42. The exhaust manifold 41 and the exhaust pipe 42 constitute an exhaust passage.

EGR装置50は、排気ガスを還流させる通路(EGR通路)を構成する排気還流管51と、排気還流管51に介装されたEGR制御弁52と、EGRクーラー53とを備えている。排気還流管51はタービン35bの上流側排気通路(排気マニホールド41)とスロットル弁33の下流側吸気通路(吸気マニホールド31)を連通している。EGR制御弁52は電気制御装置60からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量(排気還流量、EGRガス流量)を変更し得るようになっている。   The EGR device 50 includes an exhaust recirculation pipe 51 that constitutes a passage for recirculating exhaust gas (EGR passage), an EGR control valve 52 interposed in the exhaust recirculation pipe 51, and an EGR cooler 53. The exhaust gas recirculation pipe 51 communicates the upstream exhaust passage (exhaust manifold 41) of the turbine 35b and the downstream intake passage (intake manifold 31) of the throttle valve 33. The EGR control valve 52 can change the amount of exhaust gas to be recirculated (exhaust gas recirculation amount, EGR gas flow rate) in response to a drive signal from the electric control device 60.

電気制御装置60は、互いにバスで接続されたCPU61、CPU61が実行するプログラム、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)、及び定数等を予め記憶したROM62、CPU61が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM63、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM64、並びにADコンバータを含むインターフェース65等からなるマイクロコンピュータである。   The electrical control device 60 is connected to each other via a bus 61, a ROM 62 that stores programs executed by the CPU 61, tables (look-up tables, maps), constants, and the like, and the CPU 61 temporarily stores data as necessary. The microcomputer includes a RAM 63, a backup RAM 64 that stores data while the power is on, and holds the stored data while the power is shut off, an interface 65 including an AD converter, and the like.

インターフェース65は、吸気管32に配置された熱線式エアフローメータ71、スロットル弁33の下流であって排気還流管51が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ72、スロットル弁33の下流であって排気還流管51が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ73、クランクポジションセンサ74、アクセル開度センサ75、及び各気筒の側壁面に配設された筒内Soot濃度センサ76(図2を参照)と接続されていて、これらのセンサからの信号をCPU61に供給するようになっている。   The interface 65 includes a hot-wire air flow meter 71 disposed in the intake pipe 32, an intake air temperature sensor 72 provided in an intake passage downstream of the throttle valve 33 and downstream of a portion to which the exhaust gas recirculation pipe 51 is connected. An intake pipe pressure sensor 73, a crank position sensor 74, an accelerator opening sensor 75, and a side wall surface of each cylinder disposed in the intake passage downstream of the valve 33 and downstream of the portion where the exhaust gas recirculation pipe 51 is connected. Are connected to the in-cylinder soot concentration sensor 76 (see FIG. 2), and signals from these sensors are supplied to the CPU 61.

また、インターフェース65は、燃料噴射弁21、燃料噴射用ポンプ22、スロットル弁アクチュエータ33a、及びEGR制御弁52と接続されていて、CPU61の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。   The interface 65 is connected to the fuel injection valve 21, the fuel injection pump 22, the throttle valve actuator 33a, and the EGR control valve 52, and sends drive signals to these in accordance with instructions from the CPU 61. Yes.

熱線式エアフローメータ71は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量(単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量)を計測し、同質量流量Ga(空気流量Ga)を表す信号を発生するようになっている。吸気温センサ72は、エンジン10のシリンダ(即ち、燃焼室、筒内)に吸入されるガスの温度(即ち、吸気温度)を検出し、同吸気温度Tbを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ73は、エンジン10のシリンダに吸入されるガスの圧力(即ち、吸気管圧力)を検出し、同吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。   The hot-wire air flow meter 71 measures the mass flow rate of intake air (intake air amount per unit time, fresh air amount per unit time) passing through the intake passage and represents the same mass flow rate Ga (air flow rate Ga). A signal is generated. The intake air temperature sensor 72 detects the temperature of the gas drawn into the cylinder (ie, the combustion chamber, the cylinder) of the engine 10 (ie, the intake air temperature), and generates a signal representing the intake air temperature Tb. Yes. The intake pipe pressure sensor 73 detects the pressure of gas taken into the cylinder of the engine 10 (that is, the intake pipe pressure) and generates a signal representing the intake pipe pressure Pb.

クランクポジションセンサ74は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、実クランク角度CAactを表すとともにエンジン10の回転速度であるエンジン回転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ75は、アクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセル操作量Accpを表す信号を発生するようになっている。筒内Soot濃度センサ76は、燃焼室内におけるSoot濃度を検出し、実筒内Soot濃度CSootactを表す信号を発生するようになっている。   The crank position sensor 74 detects the absolute crank angle of each cylinder, and generates a signal that represents the actual crank angle CAact and also represents the engine rotational speed NE that is the rotational speed of the engine 10. The accelerator opening sensor 75 detects an operation amount of the accelerator pedal AP and generates a signal representing the accelerator operation amount Accp. The in-cylinder soot concentration sensor 76 detects the soot concentration in the combustion chamber and generates a signal representing the actual in-cylinder soot concentration CSootact.

(燃焼室周りのガスの流れの概要)
図2は、或る一つの気筒のシリンダ内(筒内、燃焼室内)に吸気マニホールド31からガスが吸入され、燃焼室内に吸入されたガスが排気マニホールド41へ排出される様子を模式的に示した図である。図2に示したように、燃焼室内に吸入されるガス(従って、筒内ガス)には、吸気管32の先端部からスロットル弁33を介して吸入された新気と、排気還流管51からEGR制御弁52を介して吸入されたEGRガスが含まれる。
(Outline of gas flow around the combustion chamber)
FIG. 2 schematically shows a state in which gas is sucked from the intake manifold 31 into a cylinder (cylinder, combustion chamber) of a certain cylinder, and the gas sucked into the combustion chamber is discharged to the exhaust manifold 41. It is a figure. As shown in FIG. 2, the gas sucked into the combustion chamber (accordingly, in-cylinder gas) includes fresh air sucked from the tip of the intake pipe 32 through the throttle valve 33, and exhaust gas recirculation pipe 51. EGR gas sucked through the EGR control valve 52 is included.

吸入される新気量(質量)と吸入されるEGRガス量(質量)の和に対するEGRガス量の割合(即ち、EGR率)は、運転状態に応じて電気制御装置60(CPU61)により適宜制御されるスロットル弁33の開度、及びEGR制御弁52の開度に応じて変化する。   The ratio of the amount of EGR gas to the sum of the amount of fresh air (mass) to be sucked and the amount of mass of EGR (mass) to be sucked (that is, the EGR rate) is appropriately controlled by the electric control device 60 (CPU 61) according to the operating state. It changes according to the opening of the throttle valve 33 and the opening of the EGR control valve 52.

かかる新気、及びEGRガスは、吸気行程において開弁している吸気弁Vinを介してピストンの下降に伴って燃焼室内に吸入されて筒内ガスとなる。筒内ガスは、ピストンが圧縮下死点に達する時点近傍で吸気弁Vinが閉弁することにより燃焼室内に密閉され、その後の圧縮行程においてピストンの上昇に伴って圧縮される。   The fresh air and EGR gas are sucked into the combustion chamber as the piston descends via the intake valve Vin opened in the intake stroke, and become in-cylinder gas. The in-cylinder gas is sealed in the combustion chamber when the intake valve Vin closes near the time when the piston reaches compression bottom dead center, and is compressed as the piston rises in the subsequent compression stroke.

そして、所定時期(パイロット燃料噴射開始時期CAinjp)になると、上述したように、先ずはパイロット噴射が行われる。パイロット噴射された(液体の)燃料は、圧縮により高温になっている筒内ガスから受ける熱により直ちに燃料蒸気になる。そして、時間の経過に伴って同筒内ガスを取り込みながら混合気となって燃焼室内において円錐状に拡散していき、所定のタイミングで自着火に起因して拡散燃焼していく。   When the predetermined timing (pilot fuel injection start timing CAinjp) comes, pilot injection is first performed as described above. Pilot-injected (liquid) fuel immediately becomes fuel vapor due to heat received from the in-cylinder gas that has become hot due to compression. As the time elapses, the gas in the cylinder is taken in and becomes an air-fuel mixture that diffuses in a conical shape in the combustion chamber and diffuses and burns due to self-ignition at a predetermined timing.

その後、所定時期(メイン燃料噴射開始時期CAinjm)が到来すると、メイン噴射が行われる。メイン噴射された燃料もパイロット噴射された燃料と同様、混合気となって燃焼室内において円錐状に拡散していき、所定のタイミングで自着火に起因して拡散燃焼していく。そして、燃焼により発生した排気ガスは、排気行程において開弁する排気弁Voutを介してピストンの上降に伴って排気通路に排出されていく。   Thereafter, when a predetermined time (main fuel injection start time CAinjm) arrives, main injection is performed. As with the pilot-injected fuel, the main-injected fuel also becomes an air-fuel mixture and diffuses conically in the combustion chamber, and diffuses and burns due to self-ignition at a predetermined timing. The exhaust gas generated by the combustion is discharged into the exhaust passage as the piston moves up and down through the exhaust valve Vout that opens in the exhaust stroke.

(Sootの排出量の制御方法の概要)
次に、上記のように構成されている本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「本装置」と称呼する。)による、燃焼室から排出されるSootの量を制御する方法の概要について説明する。
(Outline of control method of soot discharge)
Next, a method of controlling the amount of soot discharged from the combustion chamber by the internal combustion engine control apparatus (hereinafter referred to as “the present apparatus”) according to the embodiment of the present invention configured as described above. The outline of will be described.

図3は、クランク角度CAに対する燃焼室内での筒内Soot濃度CSootの変化の一例を示したグラフである。CAinjpは上述したパイロット燃料噴射開始時期であり、CAevoは排気弁の開弁時期である。パイロット燃料噴射開始時期CAinjpから排気弁開弁時期CAevoまでの期間は、前記「燃焼行程を含む所定の期間」に相当する。   FIG. 3 is a graph showing an example of a change in the in-cylinder soot concentration CSoot in the combustion chamber with respect to the crank angle CA. CAinjp is the pilot fuel injection start timing described above, and CAevo is the exhaust valve opening timing. The period from the pilot fuel injection start timing CAinjp to the exhaust valve opening timing CAevo corresponds to the “predetermined period including the combustion stroke”.

図3に示すように、筒内Soot濃度CSootは、パイロット燃料噴射開始時期CAinjp以降、初めに増大し、或る時点で最大値(以下、「ピーク値Y」と称呼する。)となり、その後に減少して排気弁開弁時期CAevoの前で或る値(以下、「最終値X」と称呼する。)に収束する、という変化パターンを持って変化する。この最終値Xは、燃焼室から排出されるSootの量を表す値となる。   As shown in FIG. 3, the in-cylinder soot concentration CSoot first increases after the pilot fuel injection start timing CAinjp, reaches a maximum value (hereinafter referred to as “peak value Y”) at a certain point, and thereafter. It changes with a change pattern of decreasing and converging to a certain value (hereinafter referred to as “final value X”) before the exhaust valve opening timing CAevo. This final value X is a value representing the amount of soot discharged from the combustion chamber.

筒内Soot濃度CSootが初めに増大するのは、パイロット噴射燃料(及び、その後のメイン噴射燃料)の反応(燃焼)に起因してSootの生成反応が主として発生し燃焼室内のSoot量が増大していくことに基づく。一方、筒内Soot濃度CSootがピーク値Yを採った後に減少していくのは、生成されたSootの酸化反応が主として発生し燃焼室内のSoot量が減少していくことに基づく。その後、減少していた筒内Soot濃度CSootが最終値Xに収束するのは、燃焼室内のガス温度の低下等に起因してSoot量の減少をもたらすSootの酸化反応が実質的に終了し燃焼室内のSoot量が一定に維持されることに基づく。   The in-cylinder soot concentration CSoot first increases because the soot generation reaction mainly occurs due to the reaction (combustion) of the pilot injected fuel (and subsequent main injected fuel), and the soot amount in the combustion chamber increases. Based on what to do. On the other hand, the decrease in the in-cylinder soot concentration CSoot after taking the peak value Y is based on the fact that the generated soot oxidation mainly occurs and the amount of soot in the combustion chamber decreases. After that, the in-cylinder soot concentration CSoot converges to the final value X because the soot oxidation reaction that causes a decrease in the soot amount due to a decrease in the gas temperature in the combustion chamber is substantially completed and the combustion This is based on the fact that the indoor soot amount is kept constant.

即ち、ピーク値Y(前記第1時点での筒内Soot濃度に対応する)は、燃焼室内でのSootの生成反応の程度に大きく依存し、Sootの生成反応の程度を表す値となる。最終値X(前記第2時点での筒内Soot濃度に対応する)(或いは、値「Y−X」)は、燃焼室内で生成されたSootの酸化反応の程度に大きく依存し、Sootの酸化反応の程度を表す値となる。   That is, the peak value Y (corresponding to the in-cylinder soot concentration at the first time point) greatly depends on the degree of soot generation reaction in the combustion chamber and is a value representing the degree of soot generation reaction. The final value X (corresponding to the in-cylinder soot concentration at the second time point) (or the value “Y−X”) greatly depends on the degree of oxidation reaction of the soot generated in the combustion chamber, and the oxidation of the soot The value represents the degree of reaction.

燃焼室内でのSootの生成反応の程度は、例えば、パイロットインターバル(パイロット燃料噴射開始時期CAinjpからメイン燃料噴射開始時期CAinjmまでの期間)に依存し、パイロットインターバルが長いほど抑制される。これは、パイロットインターバルが長いほど、パイロット噴射燃料の燃料蒸気と燃焼室内の酸素とが係わり合う期間が長くなってこれらが係わり合う程度が増大することに基づく。   The degree of soot generation reaction in the combustion chamber depends on, for example, the pilot interval (the period from the pilot fuel injection start timing CAinjp to the main fuel injection start timing CAinjm), and is suppressed as the pilot interval becomes longer. This is based on the fact that the longer the pilot interval, the longer the period in which the fuel vapor of the pilot-injected fuel and oxygen in the combustion chamber are engaged and the extent to which these are engaged.

他方、燃焼室内で生成されたSootの酸化反応の程度は、例えば、EGR率に依存し、EGR率が小さいほど促進される。これは、EGR率が小さいほど、燃焼室内の酸素濃度が大きくなることに基づく。   On the other hand, the degree of oxidation reaction of Soot generated in the combustion chamber depends on, for example, the EGR rate, and is promoted as the EGR rate is smaller. This is based on the fact that the oxygen concentration in the combustion chamber increases as the EGR rate decreases.

以上のことから、上述したパイロットインターバルやEGR率(前記制御パラメータに対応する)を制御することで、ピーク値Y及び最終値Xを調整することができる。即ち、筒内Soot濃度CSootの変化パターンを調整することができる。   From the above, the peak value Y and the final value X can be adjusted by controlling the above-described pilot interval and EGR rate (corresponding to the control parameter). That is, the change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot can be adjusted.

ところで、上記筒内Soot濃度センサ76のようなセンサを使用すれば、或る定常運転状態(指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE)において総合的な観点からみて燃焼状態が最適な状態となる場合に対応する筒内Soot濃度CSootの変化パターン(以下、「定常適合パターン」と称呼する。前記基準パターンに相当する。)を、種々の運転状態(指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE)について予め取得しておくことができる。   By the way, if a sensor such as the in-cylinder soot concentration sensor 76 is used, the combustion state becomes an optimum state from a comprehensive viewpoint in a certain steady operation state (command fuel injection amount Qfin, engine rotational speed NE). The change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot corresponding to the case (hereinafter referred to as “steady-fit pattern”, which corresponds to the reference pattern) is various operating states (command fuel injection amount Qfin, engine rotation speed NE). Can be acquired in advance.

そして、筒内Soot濃度CSootの変化パターンが現時点での運転状態(指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE)に対応する定常適合パターンに一致していれば、燃焼室から排出されるSootの量は、上記定常適合パターンに対応する適切な値となる。   If the change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot matches the steady-state conforming pattern corresponding to the current operating state (command fuel injection amount Qfin, engine speed NE), the amount of soot discharged from the combustion chamber Becomes an appropriate value corresponding to the above-mentioned steady matching pattern.

しかしながら、過渡運転状態では、筒内Soot濃度CSootの変化パターンが定常適合パターンに一致するとは限らず、この結果、燃焼室から排出されるSootの量が上記定常適合パターンに対応する適切な値よりも大きくなる場合が発生し得る。以下、このことを図4、図5を参照しながら説明する。   However, in the transient operation state, the change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot does not always match the steady matching pattern, and as a result, the amount of soot discharged from the combustion chamber is more than an appropriate value corresponding to the steady matching pattern. May also increase. Hereinafter, this will be described with reference to FIGS.

図4は、定常適合パターン(破線を参照)に対してSootの生成反応が過剰である場合における筒内Soot濃度CSootの変化パターン(実線を参照)の例を示したグラフである。図4において、XTAは定常適合パターンに対応する最終値、YTAは定常適合パターンに対応するピーク値である(図5においても同様)。   FIG. 4 is a graph showing an example of a change pattern (see solid line) of the in-cylinder soot concentration CSoot when the soot generation reaction is excessive with respect to the steady matching pattern (see the broken line). In FIG. 4, XTA is a final value corresponding to the steady matching pattern, and YTA is a peak value corresponding to the steady matching pattern (the same applies to FIG. 5).

この例では、Sootの生成反応が過剰であるために、ピーク値Yが定常適合パターンに対応するピーク値YTAよりも大きい値となり、この結果、最終値Xが定常適合パターンに対応する最終値XTAよりも大きい値となっている(即ち、燃焼室から排出されるSootの量が定常適合パターンに対応する適切な値よりも大きくなっている)。   In this example, since the soot generation reaction is excessive, the peak value Y is larger than the peak value YTA corresponding to the steady-fit pattern, and as a result, the final value X corresponds to the final value XTA corresponding to the steady-fit pattern. (That is, the amount of soot discharged from the combustion chamber is larger than an appropriate value corresponding to the steady matching pattern).

図5は、定常適合パターン(破線を参照)に対してSootの酸化反応が不足している場合における筒内Soot濃度CSootの変化パターン(実線を参照)の例を示したグラフである。   FIG. 5 is a graph showing an example of a change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot (see the solid line) when the soot oxidation reaction is insufficient with respect to the steady matching pattern (see the broken line).

この例では、Sootの酸化反応が不足しているために、筒内Soot濃度CSootがピーク値Y(=YTA)から減少していく程度が小さくなり、この結果、最終値Xが定常適合パターンに対応する最終値XTAよりも大きい値となっている(即ち、燃焼室から排出されるSootの量が定常適合パターンに対応する適切な値よりも大きくなっている)。   In this example, since the oxidation reaction of the soot is insufficient, the extent to which the in-cylinder soot concentration CSoot decreases from the peak value Y (= YTA) becomes small. As a result, the final value X becomes a steady conforming pattern. The value is larger than the corresponding final value XTA (that is, the amount of soot discharged from the combustion chamber is larger than an appropriate value corresponding to the steady matching pattern).

ここで、筒内Soot濃度CSootの変化パターンの特性を表す値(前記特性指標値)として値X/Yを導入し、定常適合パターンに対応する最終値/最大値(=XTA/YTA)を値Cとすると、図4に示したようにSootの生成反応が過剰である場合、値X/Yは値Cよりも小さくなる傾向がある。従って、値X/Yが値Cよりも小さい場合、Sootの生成反応を抑制すれば、筒内Soot濃度CSootの変化パターンを定常適合パターンに近づける(一致させる)ことができ、この結果、過渡運転状態であっても燃焼室から排出されるSootの量を定常適合パターンに対応する適切な値に直ちに近づけることができる。なお、値X/Yは、前記「第1時点での筒内Soot濃度に対する第2時点での筒内Soot濃度の割合」に対応する。   Here, the value X / Y is introduced as a value representing the characteristic of the change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot (the characteristic index value), and the final value / maximum value (= XTA / YTA) corresponding to the steady-fit pattern is obtained. Assuming C, the value X / Y tends to be smaller than the value C when the soot formation reaction is excessive as shown in FIG. Therefore, when the value X / Y is smaller than the value C, if the soot generation reaction is suppressed, the change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot can be brought close to (matched with) the steady matching pattern, and as a result, transient operation is performed. Even in the state, the amount of soot discharged from the combustion chamber can be immediately brought close to an appropriate value corresponding to the steady matching pattern. The value X / Y corresponds to the “ratio of the in-cylinder soot concentration at the second time point to the in-cylinder soot concentration at the first time point”.

一方、図5に示したようにSootの酸化反応が不足している場合、値X/Yは値Cよりも大きくなる傾向がある。従って、値X/Yが値Cよりも大きい場合、Sootの酸化反応を促進すれば、筒内Soot濃度CSootの変化パターンを定常適合パターンに近づける(一致させる)ことができ、この結果、過渡運転状態であっても燃焼室から排出されるSootの量を定常適合パターンに対応する適切な値に直ちに近づけることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 5, when the Soot oxidation reaction is insufficient, the value X / Y tends to be larger than the value C. Therefore, when the value X / Y is larger than the value C, if the soot oxidation reaction is promoted, the change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot can be brought close to (matched with) the steady-fit pattern, and as a result, transient operation is performed. Even in the state, the amount of soot discharged from the combustion chamber can be immediately brought close to an appropriate value corresponding to the steady matching pattern.

そこで、本装置は、前回の燃焼サイクルにおいて筒内Soot濃度センサ76から得られる実筒内Soot濃度CSootactの履歴から上記最終値Xと上記ピーク値Yとを特定し、値X/Yが値Cよりも小さい場合、Sootの生成反応を抑制するために今回の燃料噴射時におけるパイロットインターバルを長くする。一方、本装置は、前回の燃焼サイクルにおける上記値X/Yが値Cよりも大きい場合、Sootの酸化反応を促進するためにEGR率を小さくする。   Therefore, the present apparatus identifies the final value X and the peak value Y from the history of the actual in-cylinder soot concentration CSootact obtained from the in-cylinder soot concentration sensor 76 in the previous combustion cycle, and the value X / Y is a value C. Is smaller, the pilot interval at the time of this fuel injection is lengthened in order to suppress the soot generation reaction. On the other hand, when the value X / Y in the previous combustion cycle is larger than the value C, the present apparatus reduces the EGR rate in order to promote the soot oxidation reaction.

このように、本装置は、筒内Soot濃度センサ76から得られる実筒内Soot濃度CSootactの履歴に基づいて制御パラメータを制御して、燃焼室から排出されるSootの量を定常適合パターンに対応する適切な値に近づけるように制御する。以上が、Sootの排出量の制御方法の概要である。   As described above, the present apparatus controls the control parameter based on the history of the actual in-cylinder soot concentration CSootact obtained from the in-cylinder soot concentration sensor 76, and corresponds the amount of soot discharged from the combustion chamber to the steady-fit pattern. Control to approach the appropriate value. The above is the outline of the control method of the soot discharge amount.

(実際の作動)
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置の実際の作動について説明する。CPU61は、図6及び図7にフローチャートにより示した値X/Yの制御を行うための一連のルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU61はステップ600から処理を開始し、ステップ605に進んで吸気弁Vinが開状態から閉状態へと変化したか否か(吸気弁閉弁時(IVC時)が到来したか否か)を判定し、「No」と判定する場合、ステップ695に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
(Actual operation)
Next, actual operation of the control apparatus for an internal combustion engine configured as described above will be described. The CPU 61 is configured to repeatedly execute a series of routines for controlling the value X / Y shown by the flowcharts in FIGS. 6 and 7 every elapse of a predetermined time. Therefore, when the predetermined timing comes, the CPU 61 starts processing from step 600 and proceeds to step 605 to determine whether or not the intake valve Vin has changed from the open state to the closed state (when the intake valve is closed (IVC)). If it is determined as “No”, the process immediately proceeds to step 695 to end the present routine tentatively.

いま、吸気弁閉弁時が到来したものとすると、CPU61はステップ605に進んだとき「Yes」と判定してステップ610に進み、IVC時クランク角度CAivcをクランクポジションセンサ74から取得される現時点での実クランク角度CAactの値に設定し、IVC時筒内ガス圧力Pgivcを吸気管圧力センサ73から得られる現時点での吸気管圧力Pbの値に設定し、IVC時筒内ガス温度Tgivcを吸気温センサ72から得られる現時点での吸気温度Tbの値に設定する。   Assuming that the intake valve closing time has arrived, the CPU 61 determines “Yes” when it proceeds to step 605 and proceeds to step 610, at which time the IVC crank angle CAivc is acquired from the crank position sensor 74. Is set to the actual crank angle CAact value, the IVC in-cylinder gas pressure Pgivc is set to the current intake pipe pressure Pb value obtained from the intake pipe pressure sensor 73, and the IVC in-cylinder gas temperature Tgivc is set to the intake air temperature. The current intake air temperature Tb obtained from the sensor 72 is set.

続いて、CPU61はステップ615に進んで、上記設定されたIVC時筒内ガス圧力Pgivcと、上記設定されたIVC時筒内ガス温度Tgivcと、IVC時筒内容積Vg(CAivc)と、気体の状態方程式に基づくステップ615内に記載の式とに基づいて筒内ガスの全質量Gcylを求める。IVC時筒内容積Vg(CAivc)は、設計諸元等から得られるクランク角度CAの関数である筒内容積Vg(CA)においてCA=CAivcとしたときの値である。Rは気体定数(本例では、定数)である。この計算は、IVC時では、筒内ガスの圧力及び温度はそれぞれ、上記設定されたIVC時筒内ガス圧力Pgivc及び上記設定されたIVC時筒内ガス温度Tgivcに近い値になっているとの事実に基づく。   Subsequently, the CPU 61 proceeds to step 615 to set the IVC hour cylinder gas pressure Pgivc, the IVC hour cylinder gas temperature Tgivc, the IVC hour cylinder volume Vg (CAivc), The total mass Gcyl of the in-cylinder gas is obtained based on the equation described in step 615 based on the state equation. The IVC in-cylinder volume Vg (CAivc) is a value when CA = CAivc in the in-cylinder volume Vg (CA) which is a function of the crank angle CA obtained from the design specifications. R is a gas constant (a constant in this example). According to this calculation, at the time of IVC, the pressure and temperature of the in-cylinder gas are close to the set IVC in-cylinder gas pressure Pgivc and the set IVC in-cylinder gas temperature Tgivc, respectively. Based on the facts.

次いで、CPU61はステップ620に進み、エアフローメータ71から得られる現時点での空気流量Gaと、クランクポジションセンサ74の出力に基づいて得られる現時点でのエンジン回転速度NEと、Ga,NEを引数とする関数funcとを利用して、今回の吸気行程で燃焼室内に吸入された新気の質量Gnを求める。   Next, the CPU 61 proceeds to step 620 and uses the current air flow rate Ga obtained from the air flow meter 71, the current engine speed NE obtained based on the output of the crank position sensor 74, and Ga, NE as arguments. Using the function func, the mass Gn of fresh air sucked into the combustion chamber in the current intake stroke is obtained.

続いて、CPU61はステップ625に進んで、上記求めた筒内ガスの全質量Gcylと、上記求めた新気の質量Gnと、ステップ625内に記載の式とに基づいて今回の吸気行程における実EGR率Regractを求める。   Subsequently, the CPU 61 proceeds to step 625 to execute the actual intake stroke based on the total mass Gcyl of the in-cylinder gas thus determined, the calculated fresh air mass Gn, and the formula described in step 625. Calculate EGR rate Regract.

次いで、CPU61はステップ630に進み、アクセル開度センサ75により得られる現時点でのアクセル開度Accp、クランクポジションセンサ74から取得される現時点でのエンジン回転速度NE、及び図10に示したテーブル(マップ)MapQfinから指令燃料噴射量Qfin(=指令パイロット燃料噴射量Qp+指令メイン燃料噴射量Qm)を求める。テーブルMapQfinは、アクセル開度Accp及びエンジン回転速度NEと、指令燃料噴射量Qfin(=Qp+Qm)との関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。   Next, the CPU 61 proceeds to step 630, where the current accelerator opening Accp obtained by the accelerator opening sensor 75, the current engine speed NE obtained from the crank position sensor 74, and the table (map) shown in FIG. ) The command fuel injection amount Qfin (= command pilot fuel injection amount Qp + command main fuel injection amount Qm) is obtained from MapQfin. The table MapQfin is a table that defines the relationship between the accelerator opening degree Accp, the engine speed NE, and the command fuel injection amount Qfin (= Qp + Qm), and is stored in the ROM 62.

次に、CPU61はステップ635に進み、指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE、及び図11に示したテーブルMapCAinjから、パイロット燃料噴射開始時期(クランク角度)CAinjp及びメイン燃料噴射開始時期(クランク角度)CAinjmを決定する。テーブルMapCAinjは、指令燃料噴射量Qfin及びエンジン回転速度NEと、パイロット燃料噴射開始時期CAinjp及びメイン燃料噴射開始時期CAinjmとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。   Next, the CPU 61 proceeds to step 635, and from the command fuel injection amount Qfin, the engine speed NE, and the table MapCAinj shown in FIG. 11, the pilot fuel injection start time (crank angle) CAinjp and the main fuel injection start time (crank angle). ) Determine CAinjm. The table MapCAinj is a table that defines the relationship between the command fuel injection amount Qfin and the engine rotational speed NE, the pilot fuel injection start timing CAinjp, and the main fuel injection start timing CAinjm, and is stored in the ROM 62.

続いて、CPU61はステップ640に進んで、指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE、及び図12に示したテーブルMapPcrから燃料噴射圧力Pcrを決定する。テーブルMapPcrは、指令燃料噴射量Qfin及びエンジン回転速度NEと、燃料噴射圧力Pcrとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。   Subsequently, the CPU 61 proceeds to step 640 to determine the fuel injection pressure Pcr from the command fuel injection amount Qfin, the engine speed NE, and the table MapPcr shown in FIG. The table MapPcr is a table that defines the relationship between the command fuel injection amount Qfin and the engine rotational speed NE and the fuel injection pressure Pcr, and is stored in the ROM 62.

次に、CPU61はステップ645に進み、指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE、及びテーブルMapRegrtから目標EGR率Regrtを決定する。テーブルMapRegrtは、指令燃料噴射量Qfin及びエンジン回転速度NEと、目標EGR率Regrtとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。なお、この目標EGR率Regrtは、現時点での運転状態(指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE)で定常運転状態にある場合において総合的な観点からみて燃焼状態が最適な状態となる場合に対応するEGR率であり、予め実験等を通して適合された定常適合値である。   Next, the CPU 61 proceeds to step 645 and determines the target EGR rate Regrt from the commanded fuel injection amount Qfin, the engine speed NE, and the table MapRegrt. The table MapRegrt is a table that defines the relationship between the command fuel injection amount Qfin and the engine rotational speed NE, and the target EGR rate Regrt, and is stored in the ROM 62. Note that this target EGR rate Regrt is used when the combustion state becomes the optimum state from a comprehensive point of view in the steady operation state at the current operation state (command fuel injection amount Qfin, engine speed NE). It is a corresponding EGR rate, which is a steady fit value that has been adapted in advance through experiments or the like.

次いで、CPU61はステップ650に進み、指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE、及びテーブルMapCSootTAから上述した定常適合パターンに対応する最終値CSootTA(図4、図5における値XTAに対応する)を決定する。テーブルMapCSootTAは、指令燃料噴射量Qfin及びエンジン回転速度NEと、定常適合パターンに対応する最終値CSootTAとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。   Next, the CPU 61 proceeds to step 650, and determines the final value CSootTA (corresponding to the value XTA in FIGS. 4 and 5) corresponding to the above-described steady conforming pattern from the command fuel injection amount Qfin, the engine speed NE, and the table MapCSootTA. To do. The table MapCSootTA is a table that defines the relationship between the command fuel injection amount Qfin and the engine rotational speed NE, and the final value CSootTA corresponding to the steady matching pattern, and is stored in the ROM 62.

続いて、CPU61はステップ655に進み、指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE、及びテーブルMapCから上述した値C(図4、図5における値(XTA/YTA)に対応する)を決定する。テーブルMapCは、指令燃料噴射量Qfin及びエンジン回転速度NEと、値Cとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。   Subsequently, the CPU 61 proceeds to step 655, and determines the above-described value C (corresponding to the value (XTA / YTA) in FIGS. 4 and 5) from the command fuel injection amount Qfin, the engine speed NE, and the table MapC. The table MapC is a table that defines the relationship between the command fuel injection amount Qfin, the engine speed NE, and the value C, and is stored in the ROM 62.

次に、CPU61は図7のステップ705に進み、後述するルーチンにより取得されている前回の燃焼サイクルにおける最終値X(図3〜図5を参照)が定常適合パターンに対応する最終値CSootTAの前回値CSootTAbよりも大きいか否かを判定する。前回値CSootTAbとしては、前回の本ルーチン実行時において後述するステップ730にて更新されている値が使用される。   Next, the CPU 61 proceeds to step 705 in FIG. 7, and the last value XootTA in the previous combustion cycle acquired by the routine described later is the last value CSootTA corresponding to the steady conforming pattern (see FIG. 3 to FIG. 5). It is determined whether or not the value is greater than CSootTAb. As the previous value CSootTAb, the value updated in step 730, which will be described later, at the time of the previous execution of this routine is used.

先ず、ステップ705の判定にて「Yes」と判定される場合について説明する。この場合、CPU61はステップ710に進み、後述するルーチンにより取得されている前回の燃焼サイクルにおける最終値X及びピーク値Yから得られる前回の燃焼サイクルにおける値X/Yが先のステップ655にて決定した値Cよりも小さいか否かを判定し、「Yes」と判定する場合(即ち、Sootの生成反応が過剰である場合)、ステップ715に進んで、パイロットインターバルが先のステップ635にて決定されているパイロット燃料噴射開始時期CAinjpとメイン燃料噴射開始時期CAinjmから得られる値よりも所定値ΔCA(一定)だけ長くなるようにパイロット燃料噴射開始時期CAinjpとメイン燃料噴射開始時期CAinjmを修正し、ステップ725に進む。   First, the case where “Yes” is determined in the determination in step 705 will be described. In this case, the CPU 61 proceeds to step 710, and the value X / Y in the previous combustion cycle obtained from the last value X and the peak value Y in the previous combustion cycle acquired by the routine described later is determined in the previous step 655. It is determined whether or not the value is smaller than the value C, and if “Yes” is determined (that is, if the soot generation reaction is excessive), the process proceeds to step 715 and the pilot interval is determined in the previous step 635. The pilot fuel injection start timing CAinjp and the main fuel injection start timing CAinjm are corrected to be longer by a predetermined value ΔCA (constant) than the value obtained from the pilot fuel injection start timing CAinjp and the main fuel injection start timing CAinjm, Proceed to step 725.

ステップ710にて「No」と判定する場合(即ち、Sootの酸化反応が不足している場合)、CPU61はステップ720に進んで、目標EGR率Regrtを先のステップ645にて決定した値から所定値ΔR(一定)だけ小さい値に再決定し、ステップ725に進む。   When it is determined as “No” in Step 710 (that is, when the Soot oxidation reaction is insufficient), the CPU 61 proceeds to Step 720 and sets the target EGR rate Regrt to a predetermined value from the value determined in the previous Step 645. The value is redetermined by a value ΔR (constant) and the process proceeds to step 725.

CPU61はステップ725に進むと、先のステップ625にて求めた実EGR率Regractが目標EGR率RegrtとなるようにEGR弁52に制御指示を行う。具体的には、例えば、実EGR率Regractと目標EGR率Regrtの差をPID処理した値に基づいて実EGR率Regractが目標EGR率RegrtになるようにEGR弁52の開度がフィードバック制御される。   When the CPU 61 proceeds to step 725, it instructs the EGR valve 52 to control so that the actual EGR rate Regract obtained in the previous step 625 becomes the target EGR rate Regrt. Specifically, for example, the opening degree of the EGR valve 52 is feedback controlled so that the actual EGR rate Regract becomes the target EGR rate Regrt based on the value obtained by PID processing of the difference between the actual EGR rate Regract and the target EGR rate Regrt. .

そして、CPU61はステップ730に進み、定常適合パターンに対応する最終値CSootTAの前回値CSootTAbを先のステップ650にて求めた定常適合パターンに対応する最終値CSootTA(今回値)に設定した後、本ルーチンを一旦終了する。   Then, the CPU 61 proceeds to step 730, sets the previous value CSootTAb of the final value CSootTA corresponding to the steady matching pattern to the final value CSootTA (current value) corresponding to the steady matching pattern obtained in the previous step 650, The routine is temporarily terminated.

これにより、前回の燃焼サイクルにおいてSootの生成反応が過剰である場合、今回の燃料噴射時におけるパイロットインターバルが長くされ、この結果、今回の燃焼サイクルにおいてSootの生成反応が抑制される。一方、前回の燃焼サイクルにおいてSootの酸化反応が不足している場合、EGR率が小さくされ、この結果、今回の燃焼サイクルにおいてSootの酸化反応が促進される。   As a result, if the soot production reaction is excessive in the previous combustion cycle, the pilot interval during the current fuel injection is lengthened, and as a result, the soot production reaction is suppressed in the current combustion cycle. On the other hand, when the Soot oxidation reaction is insufficient in the previous combustion cycle, the EGR rate is reduced, and as a result, the Soot oxidation reaction is promoted in the current combustion cycle.

一方、ステップ705の判定にて「No」と判定される場合、CPU61はステップ725に直ちに進む。即ち、この場合、パイロットインターバル、及びEGR率の調整が行われない。これは、ステップ705の判定にて「No」と判定される場合、燃焼室から排出されるSootの量が定常適合パターンに対応する適切な値以下となっているから筒内Soot濃度CSootの変化パターンを調整する必要がないことに基づく。これにより、不必要にパイロットインターバルやEGR率等の制御パラメータを制御することが抑制される。   On the other hand, if the determination in step 705 is “No”, the CPU 61 proceeds to step 725 immediately. That is, in this case, the pilot interval and the EGR rate are not adjusted. This is because when the determination in step 705 is “No”, the amount of soot discharged from the combustion chamber is equal to or less than an appropriate value corresponding to the steady conforming pattern, and thus the change in the in-cylinder soot concentration CSoot. Based on no need to adjust the pattern. This suppresses unnecessary control of control parameters such as the pilot interval and the EGR rate.

また、CPU61は、図8にフローチャートにより示した燃料噴射制御を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU61はステップ800から処理を開始し、ステップ805に進んで実クランク角度CAactが先のステップ635、或いはステップ715にて決定されているパイロット燃料噴射開始時期CAinjpに一致したか否かを判定し、「No」と判定する場合、ステップ815に進んで実クランク角度CAactが先のステップ635、或いはステップ715にて決定されているメイン燃料噴射開始時期CAinjmに一致したか否かを判定し、「No」と判定する場合、ステップ895に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。   Further, the CPU 61 is configured to repeatedly execute a routine for performing fuel injection control shown in the flowchart of FIG. 8 every elapse of a predetermined time. Therefore, when the predetermined timing is reached, the CPU 61 starts the process from step 800, proceeds to step 805, and the actual crank angle CAact coincides with the pilot fuel injection start timing CAinjp determined in the previous step 635 or step 715. If the determination is “No”, the process proceeds to step 815 to check whether the actual crank angle CAact coincides with the main fuel injection start timing CAinjm determined in the previous step 635 or step 715. If “No” is determined, the process immediately proceeds to step 895 to end the present routine tentatively.

いま、実クランク角度CAactが上記パイロット燃料噴射開始時期CAinjpに一致したものとすると、CPU61はステップ805に進んだとき「Yes」と判定してステップ810に進んで、対応する燃料噴射弁21に対してステップ630にて決定されている指令パイロット燃料噴射量Qpの燃料の噴射指示を行い、続くステップ815にて「No」と判定した後、ステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、指令パイロット燃料噴射量Qpの燃料が上述した燃料噴射圧力Pcrをもって噴射される。   Assuming that the actual crank angle CAact coincides with the pilot fuel injection start timing CAinjp, the CPU 61 determines “Yes” when it proceeds to step 805, proceeds to step 810, and proceeds to the corresponding fuel injection valve 21. Then, an instruction to inject fuel of the command pilot fuel injection amount Qp determined in step 630 is issued, and in the subsequent step 815, “No” is determined. Then, the process proceeds to step 895, and this routine is temporarily ended. Thereby, the fuel of the command pilot fuel injection amount Qp is injected with the fuel injection pressure Pcr described above.

その後、実クランク角度CAactが上記メイン燃料噴射開始時期CAinjmに一致したものとすると、CPU61はステップ805にて「No」と判定しステップ815に進んだとき「Yes」と判定してステップ820に進み、対応する燃料噴射弁21に対してステップ630にて決定されている指令メイン燃料噴射量Qmの燃料の噴射指示を行った後、ステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、指令メイン燃料噴射量Qmの燃料が上述した燃料噴射圧力Pcrをもって噴射される。   Thereafter, assuming that the actual crank angle CAact coincides with the main fuel injection start timing CAinjm, the CPU 61 makes a “No” determination at step 805 to determine “Yes” when the operation proceeds to step 815, and then proceeds to step 820. After instructing the corresponding fuel injection valve 21 to inject the fuel of the command main fuel injection amount Qm determined in step 630, the routine proceeds to step 895 and this routine is temporarily terminated. Thereby, the fuel of the command main fuel injection amount Qm is injected with the fuel injection pressure Pcr described above.

また、CPU61は、図9にフローチャートにより示した値X/Yの計算を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU61はステップ900から処理を開始し、ステップ905に進んで、実クランク角度CAactが先のステップ635、或いはステップ715にて決定されているパイロット燃料噴射開始時期CAinjpと排気弁開弁時期CAevoの間にあるか否かを判定し、「No」と判定する場合、ステップ995に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。   Further, the CPU 61 repeatedly executes a routine for calculating the value X / Y shown by the flowchart in FIG. 9 every elapse of a predetermined time. Accordingly, when the predetermined timing is reached, the CPU 61 starts processing from step 900, proceeds to step 905, and the pilot fuel injection start timing CAinjp in which the actual crank angle CAact is determined in the previous step 635 or step 715. It is determined whether or not it is during the exhaust valve opening timing CAevo, and if “No” is determined, the process immediately proceeds to step 995 to end the present routine tentatively.

いま、実クランク角度CAactが上記パイロット燃料噴射開始時期CAinjpに一致したものとすると、CPU61はステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進み、筒内Soot濃度センサ76から得られる現時点での実筒内Soot濃度CSootactを取得する。   Assuming that the actual crank angle CAact coincides with the pilot fuel injection start timing CAinjp, the CPU 61 makes a “Yes” determination at step 905 to proceed to step 910 where the current value obtained from the in-cylinder soot concentration sensor 76 is obtained. The actual in-cylinder soot concentration CSootact is acquired.

次いで、CPU61はステップ915に進み、ステップ910にて取得した現時点での実筒内Soot濃度CSootactを現時点での実クランク角度CAactに対応させてRAM63の所定の領域に記憶する。   Next, the CPU 61 proceeds to step 915 and stores the current in-cylinder soot concentration CSootact acquired in step 910 in a predetermined area of the RAM 63 in correspondence with the current actual crank angle CAact.

続いて、CPU61はステップ920に進んで、現時点での実クランク角度CAactが排気弁開弁時期CAevoに一致したか否かを判定する。現時点は、実クランク角度CAactが上記パイロット燃料噴射開始時期CAinjpに一致した直後である。従って、CPU61はステップ920にて「No」と判定してステップ995に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。   Subsequently, the CPU 61 proceeds to step 920 and determines whether or not the current actual crank angle CAact coincides with the exhaust valve opening timing CAevo. The present time is immediately after the actual crank angle CAact coincides with the pilot fuel injection start timing CAinjp. Therefore, the CPU 61 makes a “No” determination at step 920 to immediately proceed to step 995 to end the present routine tentatively.

係る一連の処理(ステップ905、910、915、920)は、実クランク角度CAactが排気弁開弁時期CAevoに一致するまで繰り返し実行される。これにより、パイロット燃料噴射開始時期CAinjpから排気弁開弁時期CAevoまでの間の実筒内Soot濃度CSootactの履歴が実クランク角度CAactに対応させて順次RAM63に記憶されていく。   Such a series of processing (steps 905, 910, 915, and 920) is repeatedly executed until the actual crank angle CAact coincides with the exhaust valve opening timing CAevo. Thus, the history of the actual in-cylinder soot concentration CSootact from the pilot fuel injection start timing CAinjp to the exhaust valve opening timing CAevo is sequentially stored in the RAM 63 in correspondence with the actual crank angle CAact.

そして、実クランク角度CAactが排気弁開弁時期CAevoに一致すると、CPU61はステップ920に進んだとき「Yes」と判定してステップ925に進み、最終値Xを現時点での実筒内Soot濃度CSootactの値(即ち、排気弁開弁時期CAevoでの実筒内Soot濃度CSootactの値)に決定する。   When the actual crank angle CAact coincides with the exhaust valve opening timing CAevo, the CPU 61 determines “Yes” when the routine proceeds to step 920 and proceeds to step 925 to set the final value X to the actual in-cylinder soot concentration CSootact. (That is, the actual in-cylinder soot concentration CSootact at the exhaust valve opening timing CAevo).

続いて、CPU61はステップ930に進み、RAM63内に記憶されているパイロット燃料噴射開始時期CAinjpから排気弁開弁時期CAevoまでの間の実筒内Soot濃度CSootactの履歴データの中から最大値を特定し、ピーク値Yをその最大値に設定した後、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Subsequently, the CPU 61 proceeds to step 930 and specifies the maximum value from the history data of the actual in-cylinder soot concentration CSootact from the pilot fuel injection start timing CAinjp to the exhaust valve opening timing CAevo stored in the RAM 63. Then, after setting the peak value Y to the maximum value, the routine proceeds to step 995 and this routine is once ended.

これにより、最終値Xとピーク値Yが取得されるから、値X/Yが計算できる。この最終値X、及び値X/Yは、次回の図7に示したルーチン実行時においてステップ705、ステップ710にてそれぞれ使用される。   Thereby, since the final value X and the peak value Y are acquired, the value X / Y can be calculated. The final value X and the value X / Y are used in step 705 and step 710, respectively, in the next execution of the routine shown in FIG.

以上、ステップ915は記憶手段に相当し、ステップ715、ステップ720は制御手段に相当している。   As described above, step 915 corresponds to storage means, and steps 715 and 720 correspond to control means.

以上、説明したように、本発明による制御装置の実施形態によれば、筒内Soot濃度センサ76から検出・記憶されているパイロット燃料噴射開始時期CAinpから排気弁開弁時期CAevoまでの間の実筒内Soot濃度CSootactの履歴からピーク値Yと最終値Xを特定する。前回の燃焼サイクルにおいて、筒内Soot濃度CSootの変化パターンの特性を表す値となる値X/Yが定常適合パターンに対応する最終値/最大値(=XTA/YTA)(=C)よりも小さい場合、前回の燃焼サイクルにおいてSootの生成反応が過剰であると判定して、今回の燃料噴射時におけるパイロットインターバルが長くされる。この結果、今回の燃焼サイクルにおいてSootの生成反応が抑制される。   As described above, according to the embodiment of the control device of the present invention, the actual period from the pilot fuel injection start timing CAinp detected and stored by the in-cylinder soot concentration sensor 76 to the exhaust valve opening timing CAevo. The peak value Y and the final value X are specified from the history of the in-cylinder soot concentration CSootact. In the previous combustion cycle, the value X / Y representing the characteristic of the change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot is smaller than the final value / maximum value (= XTA / YTA) (= C) corresponding to the steady matching pattern. In this case, it is determined that the soot generation reaction is excessive in the previous combustion cycle, and the pilot interval during the current fuel injection is lengthened. As a result, the soot generation reaction is suppressed in the current combustion cycle.

一方、前回の燃焼サイクルにおいて、値X/Yが値Cよりも大きい場合、前回の燃焼サイクルにおいてSootの酸化反応が不足していると判定して、EGR率が小さくされる。この結果、今回の燃焼サイクルにおいてSootの酸化反応が促進される。これにより、過渡運転状態であっても筒内Soot濃度CSootの変化パターンが定常適合パターンに近づくように直ちに調整され得、この結果、燃焼室から排出されるSootの量を定常適合パターンに対応する適切な値に直ちに近づけることができる。   On the other hand, if the value X / Y is greater than the value C in the previous combustion cycle, it is determined that the Soot oxidation reaction is insufficient in the previous combustion cycle, and the EGR rate is reduced. As a result, the oxidation reaction of Soot is promoted in the current combustion cycle. Thereby, even in the transient operation state, the change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot can be immediately adjusted so as to approach the steady matching pattern, and as a result, the amount of soot discharged from the combustion chamber corresponds to the steady matching pattern. Immediate access to appropriate values.

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、図7のステップ705の判定にて「No」と判定される場合、CPU61はステップ725に直ちに進んでパイロットインターバルやEGR率等の制御パラメータの制御を行わないように構成されているが、目標EGR率Regrtを大きくしてもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, when it is determined “No” in step 705 of FIG. 7, the CPU 61 proceeds to step 725 immediately and does not control the control parameters such as the pilot interval and the EGR rate. However, the target EGR rate Regrt may be increased.

これは、図7のステップ705の判定にて「No」と判定される場合、燃焼室から排出されるSootの量が定常適合パターンに対応する適切な値以下となるからNOxの量を減少させるためにSootの量を増大させる余地があることに基づく。この構成が適用される場合、図7に示したルーチンに代えて図7のルーチンに対してステップ1305が追加された図13に示したルーチンが実行される。これによれば、Sootの量を増大させる一方でNOxの量を減少させることができ、この結果、燃焼室から排出されるSootの量を上記適切な値以下(或いは、近傍)に抑えつつ、燃焼室から排出されるNOxの量を減少させることができる。   This is because if the determination in step 705 of FIG. 7 is “No”, the amount of soot discharged from the combustion chamber is less than or equal to an appropriate value corresponding to the steady-state conforming pattern, so that the amount of NOx is decreased. Therefore, there is room for increasing the amount of soot. When this configuration is applied, the routine shown in FIG. 13 in which step 1305 is added to the routine shown in FIG. 7 is executed instead of the routine shown in FIG. According to this, the amount of soot can be increased while the amount of NOx can be decreased, and as a result, the amount of soot discharged from the combustion chamber can be suppressed to the appropriate value or less (or in the vicinity). The amount of NOx discharged from the combustion chamber can be reduced.

また、上記実施形態においては、値X/Yが値Cより小さいか否かでパイロットインターバルを長くするかEGR率を小さくするかを選択するように構成されているが、値X/Yが値C1より小さいときにパイロットインターバルを長くし、値X/Yが値C1よりも大きい値C2よりも大きいときにEGR率を小さくしてもよい。   Further, in the above-described embodiment, it is configured to select whether to increase the pilot interval or decrease the EGR rate depending on whether the value X / Y is smaller than the value C, but the value X / Y is a value. The pilot interval may be lengthened when smaller than C1, and the EGR rate may be decreased when the value X / Y is larger than the value C2 larger than the value C1.

また、上記実施形態においては、値X/Yと比較される対象である上記値Cを運転状態に応じて可変としているが(ステップ655を参照)、一定としてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the said value C which is the object compared with value X / Y is made variable according to a driving | running state (refer step 655), it is good also as fixed.

また、上記実施形態においては、値X/Yが値Cより小さい場合、Sootの生成反応を抑制するためにパイロットインターバルを長くしているが、Sootの生成反応を抑制するためにスワールの強さを変更してもよい。これは以下の理由に基づく。   In the above embodiment, when the value X / Y is smaller than the value C, the pilot interval is lengthened to suppress the soot generation reaction, but the swirl strength is suppressed to suppress the soot generation reaction. May be changed. This is based on the following reason.

即ち、スワールの強さ(スワール率)を調整することでメイン噴射燃料の燃料蒸気がパイロット噴射燃料に基づく燃焼後の混合気と係わりあう程度を変更することができ、この結果、メイン噴射燃料の燃料蒸気と燃焼室内の酸素とが係わり合う程度を変更することができる。従って、スワールの強さ(スワール率)を調整しても、Sootの生成反応を抑制することができる。   That is, by adjusting the strength of the swirl (swirl rate), it is possible to change the degree to which the fuel vapor of the main injected fuel is related to the mixture after combustion based on the pilot injected fuel. The degree to which the fuel vapor and oxygen in the combustion chamber are involved can be changed. Therefore, even if the strength of the swirl (swirl rate) is adjusted, the soot generation reaction can be suppressed.

また、上記実施形態においては、前記基準パターンとして定常適合パターンを使用し、値X/Yと比較される対象である上記値Cを定常適合パターンに対応する最終値/最大値(=XTA/YTA)に設定しているが(ステップ655を参照)、前記基準パターンとして定常適合パターンとは異なる他のパターンを使用し、上記値Cを前記他のパターンに対応する最終値/最大値に設定してもよい。   In the above embodiment, a steady matching pattern is used as the reference pattern, and the value C to be compared with the value X / Y is set to the final value / maximum value (= XTA / YTA) corresponding to the steady matching pattern. (See step 655), but using another pattern different from the steady matching pattern as the reference pattern, and setting the value C to the final value / maximum value corresponding to the other pattern. May be.

また、上記実施形態においては、目標EGR率RegrとしてEGR率の定常適合値を使用しているが(ステップ645を参照)、目標EGR率Regrtとして定常適合値以外の他の値を使用してもよい。   In the above-described embodiment, the steady-state adaptation value of the EGR rate is used as the target EGR rate Regr (see step 645), but other values other than the steady-state adaptation value may be used as the target EGR rate Regrt. Good.

また、上記実施形態においては、前記第2時点として排気弁開弁時期CAevoを使用しているが、前記第2時点として、実筒内Soot濃度CSootactの変化速度(の絶対値)が所定の微小値以下となった時点、或いは、燃焼室内のガス温度がSootに係わる反応が実質的に終了する所定の温度以下となった時点を使用してもよい。   In the above embodiment, the exhaust valve opening timing CAevo is used as the second time point. However, as the second time point, the change rate (absolute value) of the actual in-cylinder soot concentration CSootact is a predetermined minute value. You may use the time when it became below the value, or the time when the gas temperature in a combustion chamber became below the predetermined temperature which the reaction regarding Soot substantially complete | finishes.

また、上記実施形態においては、筒内Soot濃度CSootの変化パターンの特性を表す値(前記特性指標値)として値X/Yが使用されているが、前記特性指標値として値(Y−X)/Yが使用されてもよい。   In the above embodiment, the value X / Y is used as a value (characteristic index value) representing the characteristic of the change pattern of the in-cylinder soot concentration CSoot, but the value (Y−X) is used as the characteristic index value. / Y may be used.

加えて、上記実施形態においては、パイロットインターバルを長くする量を所定値ΔCA(一定値)に設定しているが(ステップ715を参照)、パイロットインターバルを長くする量を値X/Yと値Cの相違の程度(例えば、差、比等)に応じて変更してもよい。同様に、上記実施形態においては、EGR率を小さくする量を所定値ΔR(一定値)に設定しているが(ステップ720を参照)、EGR率を小さくする量を値X/Yと値Cの相違の程度(例えば、差、比)に応じて変更してもよい。   In addition, in the above embodiment, the amount by which the pilot interval is lengthened is set to a predetermined value ΔCA (a constant value) (see step 715), but the amount by which the pilot interval is lengthened is the value X / Y and value C. It may be changed according to the degree of difference (for example, difference, ratio, etc.). Similarly, in the above embodiment, the amount by which the EGR rate is decreased is set to a predetermined value ΔR (a constant value) (see step 720), but the amount by which the EGR rate is decreased is set to the values X / Y and C It may be changed according to the degree of difference (for example, difference, ratio).

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を4気筒内燃機関(ディーゼル機関)に適用したシステム全体の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an entire system in which an internal combustion engine control device according to an embodiment of the present invention is applied to a four-cylinder internal combustion engine (diesel engine). 或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールドからガスが吸入され、筒内に吸入されたガスが排気マニホールドへ排出される様子を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically a mode that the gas was suck | inhaled from the intake manifold in the cylinder (cylinder) of a certain cylinder, and the gas suck | inhaled in the cylinder was discharged | emitted to an exhaust manifold. クランク角度に対する燃焼室内での筒内Soot濃度の変化の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of the change of the in-cylinder soot density | concentration in a combustion chamber with respect to a crank angle. 定常適合パターン(破線)に対してSootの生成反応が過剰である場合における筒内Soot濃度の変化パターン(実線)の例を示したグラフである。It is the graph which showed the example of the change pattern (solid line) of the in-cylinder soot density | concentration in case the generation reaction of Soot is excessive with respect to a steady fitting pattern (dashed line). 定常適合パターン(破線)に対して生成されたSootの酸化反応が不足している場合における筒内Soot濃度の変化パターン(実線)の例を示したグラフである。It is the graph which showed the example of the change pattern (solid line) of the in-cylinder soot density | concentration in case the oxidation reaction of Soot produced | generated with respect to the steady fitting pattern (broken line) is insufficient. 図1に示したCPUが実行する値X/Yを制御するためのルーチンの前半部を示したフローチャートである。3 is a flowchart showing a first half of a routine for controlling a value X / Y executed by a CPU shown in FIG. 1. 図1に示したCPUが実行する値X/Yを制御するためのルーチンの後半部を示したフローチャートである。3 is a flowchart showing a second half of a routine for controlling a value X / Y executed by a CPU shown in FIG. 1. 図1に示したCPUが実行する燃料噴射制御を行うためのルーチンを示したフローチャートである。2 is a flowchart showing a routine for performing fuel injection control executed by a CPU shown in FIG. 図1に示したCPUが実行する値X/Yを計算するためのルーチンを示したフローチャートである。3 is a flowchart showing a routine for calculating a value X / Y executed by a CPU shown in FIG. 1. 図1に示したCPUが図6に示したルーチンを実行する際に参照する指令燃料噴射量を決定するためのテーブルである。7 is a table for determining a command fuel injection amount to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG. 図1に示したCPUが図6に示したルーチンを実行する際に参照する燃料燃料噴射時期を決定するためのテーブルである。FIG. 7 is a table for determining a fuel injection timing to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG. 6. 図1に示したCPUが図6に示したルーチンを実行する際に参照する燃料噴射圧力を決定するためのテーブルである。7 is a table for determining a fuel injection pressure to be referred to when the CPU shown in FIG. 1 executes the routine shown in FIG. 本発明の実施形態の変形例に係る内燃機関の制御装置のCPUが実行する値X/Yを制御するためのルーチンの後半部を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the second half part of the routine for controlling value X / Y which CPU of the control apparatus of the internal combustion engine which concerns on the modification of embodiment of this invention performs.

符号の説明Explanation of symbols

21…燃料噴射弁、52…EGR制御弁、60…電気制御装置、61…CPU、72…吸気温センサ、73…吸気管圧力センサ、74…クランクポジションセンサ、76…筒内Soot濃度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Fuel injection valve, 52 ... EGR control valve, 60 ... Electric control device, 61 ... CPU, 72 ... Intake air temperature sensor, 73 ... Intake pipe pressure sensor, 74 ... Crank position sensor, 76 ... In-cylinder soot concentration sensor

Claims (14)

内燃機関の燃焼室内におけるSootの濃度である筒内Soot濃度を直接検出する筒内Soot濃度センサを備えた内燃機関に適用され、
燃焼行程を含む所定の期間内における前記検出された筒内Soot濃度の履歴を記憶する記憶手段と、
前記記憶された前記筒内Soot濃度の履歴に基づいて前記燃焼室から排出されるSootの量を制御するために前記内燃機関の制御パラメータを制御する制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
The present invention is applied to an internal combustion engine having an in-cylinder soot concentration sensor that directly detects an in-cylinder soot concentration that is a concentration of soot in a combustion chamber of the internal combustion engine,
Storage means for storing a history of the detected in-cylinder soot concentration within a predetermined period including a combustion stroke;
Control means for controlling a control parameter of the internal combustion engine to control the amount of soot discharged from the combustion chamber based on the stored history of the in-cylinder soot concentration;
The control apparatus of the internal combustion engine provided with.
請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記記憶された前記筒内Soot濃度の履歴から得られる前記筒内Soot濃度の変化パターンが基準パターンになるように、前記筒内Soot濃度の履歴に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを制御するように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The control means includes
A control parameter of the internal combustion engine is controlled based on the in-cylinder soot concentration history so that a change pattern of the in-cylinder soot concentration obtained from the stored in-cylinder soot concentration history becomes a reference pattern. A control apparatus for an internal combustion engine configured as described above.
請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記記憶された前記筒内Soot濃度の履歴のうち、前記燃焼室内でのSootの生成反応の程度を表す値となる第1時点での前記筒内Soot濃度と、前記燃焼室内で生成されたSootの酸化反応の程度を表す値となる前記第1時点より後の第2時点での前記筒内Soot濃度と、に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを制御するように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2,
The control means includes
Of the stored history of the in-cylinder soot concentration, the in-cylinder soot concentration at a first time point that is a value representing the degree of soot generation reaction in the combustion chamber, and the soot generated in the combustion chamber Control of the internal combustion engine configured to control the control parameter of the internal combustion engine based on the in-cylinder soot concentration at a second time point after the first time point, which is a value representing the degree of oxidation reaction of apparatus.
請求項3に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記第1時点として前記記憶された前記筒内Soot濃度の履歴のうちの最大値に対応する時点を使用し、前記第2時点として前記最大値から減少していく筒内Soot濃度が収束したと判定される時点以降の時点を使用するように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 3,
The control means includes
When the time point corresponding to the maximum value in the stored history of the in-cylinder soot concentration is used as the first time point, the in-cylinder soot concentration that has decreased from the maximum value has converged as the second time point. A control device for an internal combustion engine configured to use a time point after the determined time point.
請求項4に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記第2の時点として排気弁の開弁時点を使用するように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 4,
The control means includes
A control apparatus for an internal combustion engine configured to use a valve opening time of an exhaust valve as the second time.
請求項4又は請求項5の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記第1時点での前記筒内Soot濃度と前記第2時点での前記筒内Soot濃度とに基づいて前記筒内Soot濃度の変化パターンの特性を表す値である特性指標値を取得し、前記特性指標値に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを制御するように構成された内燃機関の制御装置。
The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 4 and 5,
The control means includes
Based on the in-cylinder soot concentration at the first time point and the in-cylinder soot concentration at the second time point, a characteristic index value that is a value representing a characteristic of a change pattern of the in-cylinder soot concentration is obtained, A control apparatus for an internal combustion engine configured to control a control parameter of the internal combustion engine based on a characteristic index value.
請求項6に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記特性指標値として、前記第1時点での前記筒内Soot濃度に対する前記第2時点での前記筒内Soot濃度の割合を使用するように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 6,
The control means includes
The control apparatus for an internal combustion engine configured to use a ratio of the in-cylinder soot concentration at the second time point to the in-cylinder soot concentration at the first time point as the characteristic index value.
請求項7に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記割合が前記基準パターンに対応する所定値よりも小さいとき、Sootの生成反応を抑制するために前記制御パラメータを制御するように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 7,
The control means includes
A control device for an internal combustion engine configured to control the control parameter to suppress a soot generation reaction when the ratio is smaller than a predetermined value corresponding to the reference pattern.
請求項8に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記割合が前記所定値よりも小さいとき、パイロット噴射からメイン噴射までの間の期間であるパイロットインターバルを長くするように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 8,
The control means includes
A control apparatus for an internal combustion engine configured to increase a pilot interval, which is a period between pilot injection and main injection, when the ratio is smaller than the predetermined value.
請求項7に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記割合が前記基準パターンに対応する所定値以上のとき、Sootの酸化反応を促進するために前記制御パラメータを制御するように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 7,
The control means includes
A control device for an internal combustion engine configured to control the control parameter to promote an oxidation reaction of Soot when the ratio is equal to or greater than a predetermined value corresponding to the reference pattern.
請求項10に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記割合が前記所定値以上のとき、EGR率を小さくするように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 10,
The control means includes
A control apparatus for an internal combustion engine configured to reduce an EGR rate when the ratio is equal to or greater than the predetermined value.
請求項8乃至請求項11の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記所定値を前記内燃機関の運転状態に応じて変更するように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 8 to 11,
The control means includes
A control apparatus for an internal combustion engine configured to change the predetermined value according to an operating state of the internal combustion engine.
請求項2乃至請求項12の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記筒内Soot濃度が収束したと判定される時点以降の時点での前記筒内Soot濃度が同時点での前記基準パターンに対応する値以下のとき、前記制御パラメータの制御を行わないように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 12,
The control means includes
The control parameter is not controlled when the in-cylinder soot concentration after the time when it is determined that the in-cylinder soot concentration has converged is equal to or less than the value corresponding to the reference pattern at the same time. Control device for an internal combustion engine.
請求項2乃至請求項12の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記筒内Soot濃度が収束したと判定される時点以降の時点での前記筒内Soot濃度が同時点での前記基準パターンに対応する値以下のとき、EGR率を大きくするように構成された内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 12,
The control means includes
An internal combustion engine configured to increase the EGR rate when the in-cylinder soot concentration at or after the time when it is determined that the in-cylinder soot concentration has converged is equal to or less than the value corresponding to the reference pattern at the same time. Engine control device.
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