JP2008190511A - Exhaust gas reduction device for direct injection gasoline engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダ内に直接燃料を噴射し、主として点火により燃焼させる内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder and burned mainly by ignition.
従来、シリンダ内に直接燃料を噴射する火花点火式ガソリンエンジンが広く知られている。この種のエンジンに特徴的な技術として、始動時に圧縮行程に燃料を噴射し、混合気を点火プラグの近傍に偏らせて存在させ、同時に点火時期の遅角(リタード)を行なうことにより、有効なトルクにならない燃焼分、いわゆる後燃えの割合を増やして排気温度を上げ、触媒の活性化を早めて排気中の未燃炭化水素(以下HC)を減少させる方法が広く知られている。 Conventionally, a spark ignition type gasoline engine in which fuel is directly injected into a cylinder is widely known. As a technology characteristic of this type of engine, it is effective by injecting fuel during the compression stroke at the time of starting, allowing the air-fuel mixture to be biased in the vicinity of the spark plug, and simultaneously retarding the ignition timing (retard). A method for increasing the exhaust temperature by increasing the proportion of so-called after-burning that does not result in excessive torque, increasing the exhaust temperature, and reducing unburned hydrocarbons (hereinafter referred to as HC) in the exhaust is widely known.
これに対応する技術として、特許文献1に示されているようなものがある。
As a technique corresponding to this, there is one as shown in
一般に点火時期のリタード量が大きくなるほど排気温度を上げることができ、触媒の早期活性化に有利であるが、リタードに伴い燃焼安定性は悪化する傾向にあるため、エンジンの振動が増加して乗員に不快感を与えたり、失火を招き、かえってHCの排出量が増えてしまうという課題がある。 In general, the larger the retard amount at the ignition timing, the higher the exhaust temperature can be, which is advantageous for the early activation of the catalyst, but the combustion stability tends to deteriorate with retard, so the engine vibration increases and the occupant There is a problem in that the amount of HC emission increases.
また、リタード量はあらかじめ決めた値を、制御用コンピュータのマップを参照することにより行なっているが、エンジンとしての点火リタードの許容量は、例えばインジェクタの噴霧方向などの初期製造ばらつき、取り付け時の方向ばらつきや、燃焼室,ピストンへのデポジット付着,経時変化などによってかなり異なることが分かっている。そのため、目標とする点火時期マップは失火を起こさないように、安全を見込んでかなり進角側に設定しなければならず、十分な排気温度,排気浄化性能を得られないという課題がある。 In addition, the retard amount is determined by referring to a control computer map, but the allowable amount of ignition retard as an engine is, for example, initial manufacturing variations such as the spray direction of the injector, It has been found that it varies considerably depending on variations in direction, deposit on the combustion chamber and piston, and changes over time. Therefore, the target ignition timing map must be set to a considerably advanced angle in consideration of safety so as not to cause misfire, and there is a problem that sufficient exhaust temperature and exhaust purification performance cannot be obtained.
また、点火時期が進角側に設定されることにより、燃料噴射から点火までの時間、すなわち気化時間を十分に長くとることができなくなり、未気化燃料の拡散燃焼によって生じるスート(すす,粒子状物質、以下スート)の低減を十分に行なうことができなくなるという課題がある。 In addition, since the ignition timing is set to the advance side, the time from fuel injection to ignition, that is, the vaporization time cannot be made sufficiently long, and soot (soot, particulate matter) generated by diffusion combustion of unvaporized fuel There is a problem that it is not possible to sufficiently reduce the substance (hereinafter referred to as soot).
本発明の目的は、簡易な構成により、始動直後に十分な点火リタード量を確保することである。 An object of the present invention is to ensure a sufficient amount of ignition retard immediately after starting with a simple configuration.
シリンダとピストンとで形成された燃焼室へ燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に噴射された燃料に点火するための点火プラグと、シリンダの吸気側に設けられた吸気弁と、シリンダの排気側に設けられた排気弁とを有する内燃機関を制御する制御装置において、内燃機関は、エンジンの燃焼安定度を検出する燃焼安定度検出機構を備えており、制御装置は、インジェクタを駆動するためのインジェクタ駆動回路と、点火プラグへの点火信号を出力する点火出力回路とを有し、燃焼安定度に基づいて、インジェクタ駆動回路と点火出力回路とを制御することにより、点火時期と噴射時期とを制御することを特徴とする制御装置。 An injector for injecting fuel into a combustion chamber formed by a cylinder and a piston, an ignition plug for igniting the fuel injected into the combustion chamber, an intake valve provided on the intake side of the cylinder, and an exhaust side of the cylinder In the control device for controlling an internal combustion engine having an exhaust valve provided in the engine, the internal combustion engine includes a combustion stability detection mechanism for detecting the combustion stability of the engine, and the control device drives the injector. An injector drive circuit and an ignition output circuit for outputting an ignition signal to the spark plug, and by controlling the injector drive circuit and the ignition output circuit based on the combustion stability, the ignition timing and the injection timing are A control device characterized by controlling.
本発明によれば、簡易な構成により、始動直後に十分な点火リタード量を確保することができる。 According to the present invention, a sufficient ignition retard amount can be ensured immediately after startup with a simple configuration.
まず、エンジンのシリンダ毎の燃焼安定性を検出する機構、例えばエンジン回転数の時間変化を検出し、各シリンダのサイクル毎の燃焼圧力を検出し、これを記録し、統計処理することにより、各シリンダの燃焼安定性を検出し、燃焼安定性指標を算出して記録する機構を備える。 First, a mechanism for detecting the combustion stability of each cylinder of the engine, for example, detecting a time change of the engine speed, detecting a combustion pressure for each cylinder cycle, recording this, and performing statistical processing, A mechanism is provided for detecting the combustion stability of the cylinder and calculating and recording a combustion stability index.
さらに、エンジン始動時にシリンダ毎に燃料噴射時期,燃料噴射量,点火時期などの燃焼パラメータに関するパラメータを調節できる機構を備える。 Furthermore, a mechanism is provided that can adjust parameters relating to combustion parameters such as fuel injection timing, fuel injection amount, and ignition timing for each cylinder when the engine is started.
そして、これらを組み合わせて、上記燃焼安定性指標に基づき、燃料噴射時期,噴射量,点火時期などの燃焼に関するパラメータを気筒別に調節し、リタード燃焼が成立するのに好適な点火時期,燃料噴射時期,噴射量に設定する機構を備える。 Then, combining these, the combustion parameters such as the fuel injection timing, the injection amount, and the ignition timing are adjusted for each cylinder based on the combustion stability index, and the ignition timing and fuel injection timing suitable for achieving retarded combustion are established. , A mechanism for setting the injection amount is provided.
本実施形態によれば、点火時期のリタード量を可能なだけ大きくして排気温度を上げることができ、触媒の早期活性化に有利で、燃焼安定性を保ち、失火を防止しながら始動直後の排気低減、特にHC,すすの低減が可能である。 According to the present embodiment, the ignition timing retard amount can be increased as much as possible to increase the exhaust gas temperature, which is advantageous for early activation of the catalyst, maintains combustion stability, prevents misfire, and immediately after start-up. It is possible to reduce exhaust gas, especially HC and soot.
また、インジェクタの噴霧や噴射量に初期または経時変化によるばらつきが生じた場合でも、これを補正し、燃焼安定性を保ち、失火を防止しながらHC,スートを低減することができる。 Further, even when there is a variation in the spray or injection amount of the injector due to the initial or change over time, it is possible to correct this, maintain combustion stability, and reduce HC and soot while preventing misfire.
以下に本発明に係る実施例をさらに具体的に示す。 Examples according to the present invention will be described more specifically below.
図1かと図2に、本発明の第1実施例におけるシステムの構成図を示す。図1は吸気系と排気系を横側から、図2はエンジン上方から見たものである。なお、本実施例では主として多気筒エンジンを想定しているが、以降の図では簡単のために1つのシリンダについて説明する。 FIG. 1 and FIG. 2 are block diagrams of the system in the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows the intake system and exhaust system from the side, and FIG. 2 shows the engine from above. In this embodiment, a multi-cylinder engine is mainly assumed. However, in the following drawings, one cylinder will be described for the sake of simplicity.
図1,図2において、吸気管101は、シリンダヘッド118側の端面と吸気制御弁
103との間、仕切り板102によって上下に分割される。空気の流れの上流部に設けられた吸気制御弁103は、吸気管101の下部側通路を閉塞するように取り付けられている。
1 and 2, the
インジェクタ122は、シリンダ123内に直接燃料を噴射するように取り付けられている。
The injector 122 is attached so as to inject fuel directly into the
図1および図2の右下側より空気が吸入され、エアクリーナ106を通り、エアフローメータ105で流量を計測し、電子制御スロットルチャンバ104で流量を調節した後、コレクタ116で各気筒に分配される。その後、前述した吸気管101を通り、吸気弁
111が開いた際にシリンダ123に流入する。シリンダ123内で燃焼したガスは、排気弁112,排気管110,触媒115を通り、消音器117を通って大気中に排気される。
Air is drawn from the lower right side of FIGS. 1 and 2, passes through an
クランク角センサ301は、クランク軸に取り付けられたリングギヤ302の歯数をカウントし、クランク角として計測するとともに、歯と歯の時間間隔を計測し、エンジン回転数と、その時間変化を求めることができる。リングギヤの歯数は多いほうがクランク角の計測精度が高くなるが、多すぎると部品精度が必要になり高価になるため、適切な歯数を選択する必要がある。本実施例では、歯の位置精度として±1°、歯数として1周36歯以上、すなわち歯の幅が5°以下、谷の幅が5°程度以下であればよい。
The
インジェクタ122の燃料噴射時期と点火プラグ113の点火時期と吸気制御弁103と電子制御スロットル104の開度とは、エアフローメータ105で計測される吸入空気量や、燃圧センサ133によって計測される燃料ギャラリ132内の燃料圧力や、クランク角センサ301で求められたエンジン回転数や、アクセルペダルの開度や、エンジン水温や、車速(いずれもその入力側センサを図示していない)などの情報を元に、コンピュータ201によって適切な値および時期に設定および制御される。
The fuel injection timing of the injector 122, the ignition timing of the
点火については、コンピュータ201から点火コイル114に点火パルス信号を与えると、高電圧が発生し、点火プラグ113に点火用の火花が飛ぶようになっている。
As for ignition, when an ignition pulse signal is given from the
燃料噴射については、コンピュータ201からインジェクタ122に噴射パルス信号を与えると、それに応じた開弁時間でインジェクタ122の作動が行なわれる。なお、実際の燃料噴射量は、この開弁時間と、燃圧センサ133によって計測される燃料ギャラリ
132内の圧力によって変わるため、コンピュータ201はこの燃圧を考慮してパルス幅を決定する。
As for fuel injection, when an injection pulse signal is given from the
さらに、コンピュータ201には、エンジンの燃焼が安定を保てる範囲でできるだけ燃料噴射時期,点火時期をリタードできるように、気筒別に学習値を設定し、エンジンを停止している際にも保存するようにする。特にエンジンの始動時に燃焼が保てる範囲を設定する。
Furthermore, in the
エンジンの低負荷時など、エンジンにとって空気流動が必要な状態であると判断されると、コンピュータ201は、吸気制御弁103を閉じ方向に制御し、より最適なタンブル強度になるようにする。
When it is determined that the air flow is necessary for the engine, such as when the engine is under a low load, the
図3から図5に、第1の実施例における始動時のフローチャートを示す。 3 to 5 show flowcharts at the time of starting in the first embodiment.
図3には始動時のジェネラルフローチャートを示す。イグニッションキーがオンになると、コンピュータ201が通電される。その後スタータスイッチがオンになると、スタータモータに通電され、エンジンの回転に伴い気筒判別が行なわれる。
FIG. 3 shows a general flowchart at the time of starting. When the ignition key is turned on, the
次に、スタータを回し、エンジンを始動する。その後、始動後のファストアイドル状態であると判定されると、図3フローチャート右側の制御に進む。 Next, the starter is turned and the engine is started. Thereafter, when it is determined that the fast idle state after the start-up, the control proceeds to the right side of the flowchart in FIG.
図3フローチャート右側の制御では、前回の冷間時エンジン始動の際に記憶させておいた、点火時期ADV,噴射時期IT1,IT2の気筒毎のテーブルを読み込み、コンピュータ201がインジェクタ122、および点火コイル114にパルス通電することにより、それぞれ燃料噴射および点火を行なう。その後、燃焼安定度判定ルーチンに移行する。このルーチンの詳細は図8で解説する。ここで、燃焼安定度とは、・・・を意味する。
In the control on the right side of the flowchart of FIG. 3, the table for each cylinder of the ignition timing ADV and the injection timings IT1 and IT2 stored at the time of the previous cold engine start is read, and the
次に、気筒別に点火時期および燃料噴射時期をリタードする。この制御は本実施例に特有のものであり、燃焼安定度を損なうことなく、排気温度およびスート量,HC濃度をできるだけ下げるような燃料噴射時期および点火時期に補正し、設定するものである。このルーチンの詳細は図4および図5で解説する。そして、全気筒についてこの制御を行なった後、触媒温度センサ303または排気温度センサ304の温度を参照し、触媒が活性化する温度条件を満たしていれば、本実施例の点火時期リタード制御は終了し、通常制御に移行する。触媒温度センサ303の温度がまだ上がっていない場合には、再び1番目気筒から順に燃焼安定度を判定し、燃料噴射時期、または点火時期の適切なリタード量を設定する。
Next, the ignition timing and fuel injection timing are retarded for each cylinder. This control is specific to the present embodiment, and is corrected and set to the fuel injection timing and ignition timing that lower the exhaust temperature, the soot amount, and the HC concentration as much as possible without impairing the combustion stability. Details of this routine will be described with reference to FIGS. After this control is performed for all cylinders, the temperature of the
図4から図5に、点火および噴射時期補正学習制御のサブフローチャートを示す。図4は、当初の燃料噴射時期および点火時期において燃焼安定度に余裕がある場合の制御を示す。図5は逆に、当初の燃料噴射時期および点火時期において燃焼安定度が不足している場合の制御を示す。 4 to 5 show sub-flowcharts of ignition and injection timing correction learning control. FIG. 4 shows the control when there is a margin in the combustion stability at the initial fuel injection timing and ignition timing. FIG. 5 shows the control when the combustion stability is insufficient at the initial fuel injection timing and ignition timing.
図4で、図3の点火および噴射時期における燃焼安定度が基準値よりも低い、すなわち安定側であると判定されると図4の次の制御に、逆に燃焼不安定であると判定されると、図5のサブルーチンに移る。 In FIG. 4, when it is determined that the combustion stability at the ignition and injection timings in FIG. 3 is lower than the reference value, that is, on the stable side, the next control in FIG. Then, the process proceeds to the subroutine of FIG.
燃焼が安定である場合、図4のフローAで、まず、1回目の燃料噴射時期IT1のみを、あらかじめ決められたΔt1分だけ遅角させ、次のサイクルで噴射および点火を行ない、燃焼安定度を判定する。Δt1は制御上のゲインにあたり、大きすぎると燃焼の変化が大きくなるが、小さすぎると最適値を探すのに時間がかかるようになる。一般的にはΔt1はクランク角で2°〜5°程度が適切である。 When the combustion is stable, in the flow A of FIG. 4, first, only the first fuel injection timing IT1 is retarded by a predetermined Δt1, and injection and ignition are performed in the next cycle. Determine. Δt1 is a gain for control, and if it is too large, the change in combustion becomes large, but if it is too small, it takes time to search for an optimum value. In general, Δt1 is suitably about 2 ° to 5 ° in crank angle.
このとき、安定度がNGであれば1回目の燃料噴射時期IT1を元の値に戻し、燃料噴射時期および点火時期をデータとしてストアし、サブルーチンを終了する。燃焼安定度がOKであればフローBにおいて、燃料噴射時期IT1をリタードさせたまま、2回目の燃料噴射時期IT2と、点火時期ADVをΔt2だけリタードする。Δt2はΔt1と同じ値、すなわちクランク角で2°〜5°程度が適切であると考えられる。一般に燃焼安定範囲とは、点火から噴射までの時間が略等しい状態を中心に分布する場合が多いため、この点からもΔt1とΔt2を同じ値にすることが望ましい。すなわち、例えば最初にIT1=40°BTDC,IT2=14°ATDC,ADV=16°ATDC,Δt1=Δt2=4°であったとするならば、IT1=36°BTDC,IT2=18°ATDC,ADV=20°ATDCのようになる。 At this time, if the stability is NG, the first fuel injection timing IT1 is returned to the original value, the fuel injection timing and the ignition timing are stored as data, and the subroutine is terminated. If the combustion stability is OK, in the flow B, the second fuel injection timing IT2 and the ignition timing ADV are retarded by Δt2 while the fuel injection timing IT1 is retarded. It is considered that Δt2 is appropriately the same value as Δt1, that is, a crank angle of about 2 ° to 5 ° is appropriate. In general, the combustion stable range is often distributed around a state in which the time from ignition to injection is substantially equal. Therefore, it is desirable that Δt1 and Δt2 have the same value from this point. That is, for example, if IT1 = 40 ° BTDC, IT2 = 14 ° ATDC, ADV = 16 ° ATDC, Δt1 = Δt2 = 4 °, then IT1 = 36 ° BTDC, IT2 = 18 ° ATDC, ADV = It looks like 20 ° ATDC.
そして再び燃料噴射および点火を行ない、燃焼安定度を判定する。このとき、安定度
OKであれば、さらなる燃料噴射時期,点火時期のリタードを狙い、フローAに戻る。
NGであれば1回目の燃料噴射時期IT2,ADVを元の値に戻し、燃料噴射時期および点火時期をデータとしてストアし、サブルーチンを終了する。
Then, fuel injection and ignition are performed again to determine the combustion stability. At this time, if the stability is OK, the flow returns to the flow A with the aim of further retarding the fuel injection timing and ignition timing.
If it is NG, the first fuel injection timing IT2, ADV is returned to the original value, the fuel injection timing and the ignition timing are stored as data, and the subroutine is terminated.
図5では、フローCにおいて、1回目の燃料噴射時期をΔt1だけ進角させ、噴射および点火を行ない、燃焼安定度を判定する。燃焼安定がOKであれば燃料噴射時期および点火時期をデータとしてストアし、サブルーチンを終了する。燃焼安定がNGであれば、次のフローDにおいて燃料噴射時期IT2、点火時期ADVをΔt2だけ進角し、噴射,点火を行ない、再び燃焼安定度を判定する。ここで燃焼安定がOKであれば、データをストアしてサブルーチンを終了する。NGの場合、まだ燃焼安定が足りないので、再びフローCに戻る。このようにして、燃焼安定度がOKである範囲内で、できる限り燃料噴射時期、ならびに点火時期が保てるように制御する。 In FIG. 5, in flow C, the first fuel injection timing is advanced by Δt1, injection and ignition are performed, and combustion stability is determined. If combustion stability is OK, the fuel injection timing and ignition timing are stored as data, and the subroutine is terminated. If the combustion stability is NG, in the next flow D, the fuel injection timing IT2 and the ignition timing ADV are advanced by Δt2, injection and ignition are performed, and the combustion stability is determined again. If combustion stability is OK, data is stored and the subroutine is terminated. In the case of NG, since combustion stability is still insufficient, the flow C is returned to again. In this way, the fuel injection timing and the ignition timing are controlled as much as possible within the range where the combustion stability is OK.
図6および図7に、クランクセンサの検出波形から燃焼安定度を判定する例を示す。図6および図7において、各気筒の上死点すなわちTDC付近では、圧縮による仕事が必要なため、図1に示したクランク軸300の回転速度が遅くなり、リングギヤ302の歯がクランク角センサ301によって検出される頻度も下がり、図6のbおよびd、図7の
b′およびd′のような波形となる。これに対し、圧縮上死点後の膨張行程では、爆発によりクランク軸300の速度は上がり、図6のaおよびc、図7のa′およびc′のような波形が観測される。ここで、図6のcと図7のc′を比較すると、cのほうが単位時間あたりの山の数が多く、cの方がクランク軸300の速度が上がっていることが分かる。すなわち、燃焼圧力が強いほどクランク軸300の速度が上がるので、クランク軸300の速度を高い時間分解能で検出し、膨張行程における回転数の差を数値化すれば、燃焼圧力をクランク軸300の速度によって検出できることになる。
6 and 7 show examples of determining the combustion stability from the detection waveform of the crank sensor. In FIGS. 6 and 7, since the work by compression is required near the top dead center of each cylinder, that is, near TDC, the rotational speed of the
さらに、ここで求まった回転速度すなわち燃焼圧力について、気筒別,時系列にデータを取得することにより、これらの標準偏差、すなわち燃焼安定度を得ることができる。 Further, the standard deviation, that is, the combustion stability, can be obtained by acquiring data in a time series for each cylinder with respect to the rotation speed obtained here, that is, the combustion pressure.
図8に、燃焼安定度を判定するフローチャートを示す。まず、クランク角センサ301によって検出されるリングギヤ302の歯をエンジン回転パルスとして取り込み、歯と歯の時間間隔から、時々刻々の回転角速度を演算し、これらから駆動トルクを演算する。そしてクランクの角度を参照し、現在どの気筒によってクランク軸300の増速、すなわち爆発が起こっているのかを判別する。これらを1サイクル分すなわち全気筒分繰り返し、回転速度の変動を発生トルク、または燃焼圧力の関数として演算し、同時に、ここまでのサイクルにおける回転変動の標準偏差を求める。そして、規定のサイクル数、例えば10サイクル分の計測を行なったかどうかを調べ、規定サイクル分の計測を行なっていなければフローの先頭に戻り、行なっていれば、気筒別に、回転変動の標準偏差を燃焼安定性の指標としてストアし、サブルーチンを終了する。
FIG. 8 shows a flowchart for determining the combustion stability. First, the tooth of the
なお図示していないが、図3,図4,図5,図8において、運転者のアクセル操作等により、高負荷運転の要求となった場合には、割り込み処理としてファストアイドル時の2回噴射制御を終了し、通常の噴射制御ならびに点火時期制御に移行するものとする。 Although not shown, in FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 8, when a high load operation request is made due to the driver's accelerator operation, etc., two injections at the time of fast idling are performed as interrupt processing. It is assumed that the control is terminated and the routine proceeds to normal injection control and ignition timing control.
図9および図10に、図4または図5のフローに従い、噴射および点火時期を変化させていく様子をそれぞれ示す。図9は燃焼安定度に余裕があり、噴射および点火時期をリタードしていく場合である。また、図10は燃焼安定がNGで、噴射および点火時期を安定度OKの点まで進角していく場合になる。図中の格子点に記した数字は燃焼の安定度を代表した数値で、数字が小さいほど燃焼変動が少なく、安定していることを示す。この例では安定限界を「20」とする。 FIG. 9 and FIG. 10 show how the injection and ignition timing are changed according to the flow of FIG. 4 or FIG. FIG. 9 shows a case where the combustion stability has a margin and the injection and ignition timing are retarded. FIG. 10 shows a case where the combustion stability is NG and the injection and ignition timing are advanced to the point of stability OK. The numbers written at the grid points in the figure are representative values of the stability of combustion, and the smaller the number, the less the combustion fluctuation and the more stable. In this example, the stability limit is “20”.
点火時期よりも燃料噴射時期を変化させるほうが、相対的な後燃え量の変化が少ないため、排気温度の変化も少なく、また、空気量や燃料噴射量の変化も少ないため、図4や図5のようにまず燃料噴射時期のみを変え、次に点火時期を変え、ファストアイドルの回転数を維持できるように、またはファストアイドルに必要なトルクを維持できるように、空気量,燃料噴射量を変化させて対応する。 When the fuel injection timing is changed rather than the ignition timing, the change in the relative afterburning amount is small, the change in the exhaust temperature is small, and the change in the air amount and the fuel injection amount is also small. First, change the fuel injection timing, then change the ignition timing, then change the air amount and fuel injection amount so that the rotation speed of fast idle can be maintained or the torque required for fast idle can be maintained Let me respond.
図11に、リタード制御時の点火時期における、従来例と本実施例の違いを示す。この例では4気筒エンジンについて、点火時期を変え、他のパラメータを一定にした場合のグラフを示している。噴霧や空気流動の差により、同一の仕様であっても燃焼安定性には気筒間差があり、従来例では安定性を十分確保するため、もっともリタード限界の低い2番気筒の安定限界値である20°ATDCよりもさらに進角側の、18°ATDCで点火しなければならない。これに対し、本実施例の制御では気筒別に限界まで点火時期をリタードさせることができるので、点火時期リタードに対して安定性の高い1番気筒では約12°、リタード性能が平均的な3番,4番気筒では約7°、もっともリタード限界の低い2番気筒でも2°分だけ、さらにリタードさせることができる。 FIG. 11 shows the difference between the conventional example and the present example at the ignition timing during the retard control. In this example, for a four-cylinder engine, a graph when the ignition timing is changed and other parameters are made constant is shown. Due to differences in spraying and air flow, there is a difference in combustion stability between cylinders even with the same specifications. In the conventional example, the stability limit value of the second cylinder with the lowest retard limit is used to ensure sufficient stability. It must be ignited at 18 ° ATDC, more advanced than some 20 ° ATDC. On the other hand, in the control of this embodiment, the ignition timing can be retarded to the limit for each cylinder. Therefore, the first cylinder having a high stability with respect to the ignition timing retard is about 12 °, and the average retard performance is the third. The fourth cylinder can be further retarded by about 7 °, and the second cylinder with the lowest retard limit can be further retarded by 2 °.
図12および図13に、本実施例と従来例の、HC排出量,排気温度,スート量を比較したものを示す。図12は、図11と同じように、点火時期を可変としたとき、HC排出量,排気温度,スート量がどのように変化するかをプロットしたものである。発明者らの実験結果によれば、燃焼安定性には各気筒で差があっても、失火などがなければ、HCおよびスートの排出量,排気温度等はほぼ同一とみなせるので、概念的には図10のように1つのグラフ上に表すことができる。リタード量の大きい第1気筒は排気温度も大きく、スート量,HC排出量は少ない。各気筒でHC,スートの排出量を小さく、排気温度を高くできるので、結果的に4気筒のトータルでもHC,スートの排出量を少なく、排気温度を高くすることができる。 12 and 13 show a comparison of the HC emission amount, the exhaust temperature, and the soot amount between the present embodiment and the conventional example. FIG. 12 is a plot of how the HC emission amount, the exhaust temperature, and the soot amount change when the ignition timing is variable, as in FIG. According to the results of experiments by the inventors, even if there is a difference in combustion stability among the cylinders, if there is no misfire, the exhaust amount of HC and soot, the exhaust temperature, etc. can be regarded as almost the same, so conceptually Can be represented on one graph as shown in FIG. The first cylinder with a large retard amount also has a large exhaust temperature and a small soot amount and HC exhaust amount. Since the exhaust amount of HC and soot can be reduced and the exhaust temperature can be increased in each cylinder, as a result, the exhaust amount of HC and soot can be reduced and the exhaust temperature can be increased even in the total of four cylinders.
図14に、本発明の第2実施例を示す。本図は第1実施例の図2に相当するもので、エンジンとしての基本的な構成は同じであるので説明は省略する。第1実施例と異なり、クランク軸300にトルクセンサ305が取り付けられており、回転変動ではなく、トルクの時間変化より燃焼安定度を算出し、これをもとに、始動後のファストアイドル時,点火時期,噴射時期をリタード限界付近に設定できるようにする。これにより、第1実施例と同様にHC排出量,スート量を低減するとともに、排気温度を上げて触媒115を早期に活性化させることができる。
FIG. 14 shows a second embodiment of the present invention. This figure corresponds to FIG. 2 of the first embodiment, and since the basic configuration as an engine is the same, the description thereof is omitted. Unlike the first embodiment, the
なお、今回の実施例ではいわゆる横噴きタイプのインジェクタを用いた構成で説明したが、本発明の範囲は必ずしもこれに限定されるものではなく、いわゆる直上タイプのインジェクタであっても、燃焼安定性を検出し、これをもとに点火リタード量を変化させる構成であれば、明らかに本発明の範囲に含まれるものである。 Although the present embodiment has been described with a configuration using a so-called side-injection type injector, the scope of the present invention is not necessarily limited to this, and even a so-called direct-injection type injector has combustion stability. Is clearly included in the scope of the present invention if the ignition retard amount is changed based on this.
さらに、リタード燃焼時の燃料噴射形態を、圧縮−膨張の2回噴射としたが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、燃焼安定性を検出し、これをもとに点火リタード量を可変させる構成であれば、噴射回数を1回、または3回,4回…のように増減させても、さらには吸気行程−圧縮行程噴射のような噴射時期であっても、本発明の範囲に含まれるものである。 Further, the fuel injection mode during the retarded combustion is the compression-expansion two-time injection, but the scope of the present invention is not limited to this, and the combustion stability is detected, and the ignition retard is based on this. If the amount is variable, the present invention can be applied even when the number of injections is increased or decreased once, three times, four times, etc., or even at the injection timing such as intake stroke-compression stroke injection. It is included in the range.
以上の実施形態によれば、排気温度を上昇させて触媒の早期活性化をはかり、HCを低減するとともに、燃料の気化時間を長く確保してスートの低減をはかる筒内噴射式ガソリンエンジンを提供できる。 According to the above-described embodiment, an in-cylinder injection type gasoline engine that raises the exhaust gas temperature for early activation of the catalyst, reduces HC, secures a long fuel vaporization time, and reduces soot is provided. it can.
また、インジェクタの噴霧や噴射量にばらつきが生じても、失火を防止しながら規定の燃焼安定をはかることのできる筒内噴射式ガソリンエンジンを提供することができる。 Further, it is possible to provide an in-cylinder injection type gasoline engine that can achieve a prescribed combustion stability while preventing misfire even if the spray and the injection amount of the injector vary.
本発明は、シリンダ内に直接燃料を噴射し、点火プラグを有するエンジンであれば、自動車用のみならず幅広い機器の動力源として応用が可能と考えられる。 The present invention is considered to be applicable as a power source not only for automobiles but also for a wide range of equipment, as long as it is an engine that directly injects fuel into a cylinder and has an ignition plug.
101 吸気管
102 仕切り板
103 吸気制御弁
104 電子制御スロットルチャンバ
105 エアフローメータ
106 エアクリーナ
107 ピストン
107a ピストン上の突起
110 排気管
111 吸気弁
112 排気弁
113 点火プラグ
114 点火コイル
115 触媒
116 コレクタ
117 消音器
118 シリンダヘッド
120 タンブル
121 混合気
122 インジェクタ
123 シリンダ
125 噴霧
132 燃料ギャラリ
133 燃圧センサ
201 コンピュータ
300 クランク軸
301 クランク角センサ
302 リングギヤ
303 触媒温度センサ
304 排気温度センサ
305 トルクセンサ
101
Claims (5)
前記燃焼室に噴射された燃料に点火するための点火プラグと、
前記シリンダの吸気側に設けられた吸気弁と、前記シリンダの排気側に設けられた排気弁と、
を有する内燃機関を制御する制御装置において、
前記内燃機関は、エンジンの燃焼安定度を検出する燃焼安定度検出機構を備えており、
前記制御装置は、前記燃焼安定度に基づいて、点火時期と噴射時期とを制御することを特徴とする制御装置。 An injector for injecting fuel into a combustion chamber formed by a cylinder and a piston;
A spark plug for igniting the fuel injected into the combustion chamber;
An intake valve provided on the intake side of the cylinder; an exhaust valve provided on the exhaust side of the cylinder;
In a control device for controlling an internal combustion engine having
The internal combustion engine includes a combustion stability detection mechanism for detecting the combustion stability of the engine,
The control device controls ignition timing and injection timing based on the combustion stability.
前記制御装置は、前記回転数の変動のばらつきから前記燃焼安定度を算出することを特徴とする請求項1記載の制御装置。 The combustion stability detection mechanism is a mechanism for measuring the rotational speed of the internal combustion engine,
The control device according to claim 1, wherein the control device calculates the combustion stability from a variation in the rotation speed.
気筒毎に空燃比,燃料噴射時期、および点火時期を変化させることを特徴とする請求項1記載の制御装置。 Based on the combustion stability,
2. The control apparatus according to claim 1, wherein the air-fuel ratio, the fuel injection timing, and the ignition timing are changed for each cylinder.
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