JP2009074488A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
近年、内燃機関におけるNOxの発生量を低減する等のために、以下のような燃焼形態が提案されてきている。圧縮上死点近傍よりも早期に燃料が噴射され、燃焼室内に燃料濃度が略均一な混合気の予混合領域が形成される。この混合気が圧縮上死点近傍にて自着火させられる。以下、この燃焼形態を、「HCCI(homogeneous charge compression ignition)燃焼」と称呼する。 In recent years, the following combustion modes have been proposed in order to reduce the amount of NOx generated in an internal combustion engine. Fuel is injected earlier than the vicinity of the compression top dead center, and a premixed region of air-fuel mixture having a substantially uniform fuel concentration is formed in the combustion chamber. This air-fuel mixture is self-ignited near the compression top dead center. Hereinafter, this combustion mode is referred to as “HCCI (homogeneous charge compression ignition) combustion”.
係るHCCI燃焼においては、筒内温度の変動等に起因して、混合気の自着火時期がサイクル毎に変動する場合がある。これに対処するため、下記特許文献1に記載の制御装置は、点火プラグを用いて混合気の自着火をアシストするようになっている。これにより、上記自着火時期の変動の程度が抑制され得る。
ところで、HCCI燃焼を実行する内燃機関では、一般に、吸入新気量が一定となるような状態のもとで、アクセル操作量等に基づいて要求燃料噴射量が決定される場合が多い。この場合、要求燃料噴射量が小さいほど内燃機関の負荷がより小さくなる。また、噴射される燃料量(即ち、要求燃料噴射量)が小さいほど、予混合領域における平均空燃比(予混合領域中に含まれる燃料量(この場合、要求燃料噴射量)に対する筒内に吸入された新気量の割合)のリーン度合いがより大きくなる。 By the way, in an internal combustion engine that performs HCCI combustion, generally, the required fuel injection amount is often determined based on an accelerator operation amount or the like under a state in which the intake fresh air amount is constant. In this case, the smaller the required fuel injection amount, the smaller the load on the internal combustion engine. Further, the smaller the amount of fuel injected (that is, the required fuel injection amount), the smaller the amount of fuel that is sucked into the cylinder with respect to the average air-fuel ratio in the premix region (the fuel amount contained in the premix region (in this case, the required fuel injection amount) The degree of leanness of the ratio of the amount of fresh air generated becomes larger.
従って、内燃機関の負荷が小さい場合、予混合領域における平均空燃比のリーン度合いが大きいため、同平均空燃比が可燃範囲から逸脱し易い。以上のことから、上記HCCI燃焼を実行する内燃機関において、内燃機関の負荷が小さい場合、上述のように点火プラグによるアシストがなされても、失火が発生し易い。 Therefore, when the load on the internal combustion engine is small, the lean degree of the average air-fuel ratio in the premixed region is large, and the average air-fuel ratio tends to deviate from the combustible range. From the above, in the internal combustion engine that performs the HCCI combustion, if the load on the internal combustion engine is small, misfire is likely to occur even if the ignition plug assists as described above.
HCCI燃焼を実行する内燃機関においては、上述した理由による失火を回避する観点から、例えば、上記予混合領域内であって点火プラグの周りに可燃混合気の成層領域を形成する燃料噴射制御が考えられる。ここで、上記「成層領域」は、燃料濃度が略均一な混合気の領域であって、同領域内における平均空燃比(同領域中に含まれる燃料量に対する同領域中に含まれる新気量の割合)が、同領域外におけるものと異なる領域を意味する。 In an internal combustion engine that performs HCCI combustion, from the viewpoint of avoiding misfire due to the above-described reason, for example, fuel injection control in which a stratified region of a combustible mixture is formed around the spark plug in the premixed region is considered. It is done. Here, the “stratified region” is a region of an air-fuel mixture having a substantially uniform fuel concentration, and the average air-fuel ratio in the region (the amount of fresh air included in the region relative to the amount of fuel included in the region). Means a region different from that outside the region.
図11は、内燃機関の燃焼室内にて予混合領域、及び成層領域が形成される様子を示した図である。以下、図11を参照しながら、上記燃料噴射制御、及び点火制御の一例について説明する。図11(A)に示したように、この内燃機関の燃焼室は、ピストン、シリンダ内壁面等により区画されている。内燃機関には、燃焼室内に直接燃料(この例ではガソリン)が噴射されるように、筒内噴射弁が配置されている。また、燃焼室の天井には、点火プラグが配置されている。 FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which a premixing region and a stratification region are formed in the combustion chamber of the internal combustion engine. Hereinafter, an example of the fuel injection control and the ignition control will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11A, the combustion chamber of the internal combustion engine is partitioned by a piston, a cylinder inner wall surface, and the like. The internal combustion engine is provided with an in-cylinder injection valve so that fuel (in this example, gasoline) is directly injected into the combustion chamber. An ignition plug is disposed on the ceiling of the combustion chamber.
先ず、所定の燃料噴射時期にて、図示しないポート噴射弁から吸気通路へ燃料が噴射される。吸気行程にて上記噴射された燃料を含むガスが燃焼室内に吸入される。これにより、混合気の予混合領域が燃焼室内に形成される(微細なドットの部分を参照)。本例では、上記噴射される燃料の量は、上記要求燃料噴射量の半分よりも大きい量に設定される。また、想定され得る運転状態の範囲内において、予混合領域における平均空燃比が20よりも大きくなるように、予混合領域が形成される。これは、予混合領域から発生するNOxの量を抑制する観点に基づく。 First, at a predetermined fuel injection timing, fuel is injected from a port injection valve (not shown) into the intake passage. The gas containing the injected fuel is sucked into the combustion chamber in the intake stroke. As a result, a premixed region of the air-fuel mixture is formed in the combustion chamber (see the fine dot portion). In this example, the amount of fuel to be injected is set to an amount larger than half of the required fuel injection amount. In addition, the premixing region is formed so that the average air-fuel ratio in the premixing region is greater than 20 within the range of operating conditions that can be assumed. This is based on the viewpoint of suppressing the amount of NOx generated from the premixed region.
次に、圧縮行程の所定の燃料噴射時期にて、筒内噴射弁から燃焼室内に燃料が直接噴射される。これにより、上記予混合領域内であって点火プラグの周りに、成層領域が形成される(斜線の部分を参照)。本例では、成層領域における平均空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるように、成層領域の体積が小さくなるよう成層領域が形成される。これは、要求燃料噴射量が小さい場合であっても失火を回避するとともに、成層領域から発生するNOxの量をも抑制する観点に基づく。 Next, fuel is directly injected into the combustion chamber from the in-cylinder injection valve at a predetermined fuel injection timing in the compression stroke. As a result, a stratified region is formed in the premixed region and around the spark plug (see the hatched portion). In this example, the stratification region is formed so that the volume of the stratification region becomes smaller so that the average air-fuel ratio in the stratification region becomes richer than the theoretical air-fuel ratio. This is based on the viewpoint of avoiding misfire even when the required fuel injection amount is small and suppressing the amount of NOx generated from the stratified region.
そして、圧縮上死点近傍にて点火プラグによる点火が行われる。以上により、内燃機関の負荷が小さい場合であっても、成層領域の混合気が燃焼するとともに、平均空燃比のリーン度合いが大きい予混合領域の混合気も燃焼し得る。従って、失火を回避することができる。 Then, ignition by a spark plug is performed near the compression top dead center. As described above, even when the load of the internal combustion engine is small, the air-fuel mixture in the stratified region burns, and the air-fuel mixture in the premixed region where the lean degree of the average air-fuel ratio is large can also burn. Therefore, misfire can be avoided.
ところで、図12に示したように、一般に、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の所定の範囲内にある場合、燃焼の際に比較的大きい量のNOxが発生し易い傾向がある。以下、比較的大きい量のNOxが発生し易い空燃比の範囲を「NOx発生範囲」と称呼する。例えば、燃料がガソリンである場合、上記NOx発生範囲は16〜20である。また、この傾向は混合気の温度が高いほどより顕著になる。 Incidentally, as shown in FIG. 12, generally, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is within a predetermined range leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, a relatively large amount of NOx tends to be generated during combustion. is there. Hereinafter, an air-fuel ratio range in which a relatively large amount of NOx is likely to be generated is referred to as a “NOx generation range”. For example, when the fuel is gasoline, the NOx generation range is 16-20. This tendency becomes more remarkable as the temperature of the air-fuel mixture increases.
燃焼室のシリンダ径方向断面図である図11(B)に示したように、予混合領域内に成層領域が形成されると、境界領域が形成される。ここで、上記「境界領域」は、2つの領域の境界近傍において、両方の領域のガスが混ざり合う部分を意味する。また、上述したように、予混合領域における平均空燃比は20よりも大きく、且つ、成層領域における平均空燃比が理論空燃比よりもリッチである。このため、上記境界領域内には、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が存在する。 As shown in FIG. 11B, which is a sectional view in the cylinder radial direction of the combustion chamber, when a stratified region is formed in the premixed region, a boundary region is formed. Here, the “boundary region” means a portion where the gases of both regions are mixed in the vicinity of the boundary between the two regions. Further, as described above, the average air-fuel ratio in the premixed region is greater than 20, and the average air-fuel ratio in the stratified region is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, an air-fuel mixture having an air-fuel ratio within the NOx generation range exists in the boundary region.
一方、内燃機関の負荷が大きいほど筒内のピーク温度がより高くなる。筒内のピーク温度が高いほど境界領域の温度がより高くなる。従って、内燃機関の負荷が大きい場合、上記境界領域から大きい量のNOxが発生する。 On the other hand, the greater the load on the internal combustion engine, the higher the peak temperature in the cylinder. The higher the peak temperature in the cylinder, the higher the temperature in the boundary region. Therefore, when the load on the internal combustion engine is large, a large amount of NOx is generated from the boundary region.
このように、予混合領域内に成層領域を形成することで、境界領域内にて上記NOx発生範囲内の空燃比をもつ混合気が存在すると、内燃機関の負荷が大きい場合、境界領域から発生するNOxの量が大きくなるという問題があった。 In this way, by forming a stratification region in the premixing region, if there is an air-fuel mixture having an air-fuel ratio within the NOx generation range in the boundary region, it is generated from the boundary region when the load on the internal combustion engine is large. There was a problem that the amount of NOx to be increased.
従って、本発明の目的は、予混合領域を形成して、予混合領域内であって点火プラグの周りに成層領域を形成するように燃料の噴射形態を制御し、点火プラグの点火制御を行う内燃機関の制御装置において、内燃機関の負荷が大きい場合であっても、内燃機関におけるNOxの発生量を抑制することができるものを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to control the injection mode of the fuel so as to form a premixing region, form a stratified region around the spark plug in the premixing region, and perform ignition control of the spark plug. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can suppress the amount of NOx generated in the internal combustion engine even when the load on the internal combustion engine is large.
本発明に係る第1の制御装置は、筒内噴射弁、又は、筒内噴射弁及びポート噴射弁と、点火プラグとを備えた内燃機関に適用される。 A first control device according to the present invention is applied to an in-cylinder injection valve or an internal combustion engine including an in-cylinder injection valve and a port injection valve, and an ignition plug.
本発明に係る第1の制御装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料噴射量を決定する要求燃料噴射量決定手段と、第1燃料噴射時期にて前記筒内噴射弁又は前記ポート噴射弁から前記決定された要求燃料噴射量の半分よりも大きい第1燃料量の燃料を噴射して混合気の予混合領域を形成し、前記第1燃料噴射時期よりも後の第2燃料噴射時期にて前記筒内噴射弁から前記要求燃料噴射量から前記第1燃料量を除いた残りの量である第2燃料量の燃料を噴射して前記予混合領域内であって前記点火プラグの周りに混合気の第1成層領域を形成する噴射形態制御手段と、前記第2燃料噴射時期よりも後にて前記点火プラグにて点火を行う点火制御手段とを備えている。 The first control device according to the present invention includes a required fuel injection amount determining means for determining a required fuel injection amount based on an operating state of the internal combustion engine, and the in-cylinder injection valve or the port at a first fuel injection timing. A fuel with a first fuel amount larger than half of the determined required fuel injection amount is injected from the injection valve to form a premixed region of the air-fuel mixture, and a second fuel injection after the first fuel injection timing A fuel of a second fuel amount, which is the remaining amount obtained by subtracting the first fuel amount from the required fuel injection amount, is injected from the in-cylinder injection valve at the timing, and is in the premixing region and the spark plug An injection mode control means for forming a first stratified region of the air-fuel mixture is provided, and an ignition control means for igniting with the spark plug after the second fuel injection timing.
本発明に係る第1の制御装置の特徴は、前記噴射形態制御手段が、前記要求燃料噴射量に基づく前記内燃機関の負荷を表す値が第1所定値よりも大きい場合、前記第1燃料量をゼロに、前記第2燃料量を前記要求燃料噴射量と等しい量に設定して、(前記予混合領域内に前記第1成層領域を形成するのに代えて)前記燃焼室内に吸入されたガス中に、前記第1成層領域よりも体積が大きい混合気の第2成層領域であって前記第2燃料量に対する前記第2成層領域中に含まれる空気量の割合が理論空燃比よりもリッチな第2成層領域を形成するように構成されたことにある。 A feature of the first control device according to the present invention is that when the injection form control means has a value representing a load of the internal combustion engine based on the required fuel injection amount larger than a first predetermined value, the first fuel amount. Was set to zero and the second fuel amount was set equal to the required fuel injection amount, and was sucked into the combustion chamber (instead of forming the first stratified region in the premixed region) The ratio of the amount of air contained in the second stratification region with respect to the second fuel amount is richer than the stoichiometric air-fuel ratio in the gas in the second stratification region of the gas mixture having a volume larger than that of the first stratification region. In other words, the second stratified region is formed.
上記「内燃機関の負荷を表す値」は、例えば、前記要求燃料噴射量の燃料の燃焼により発生する前記内燃機関の駆動トルク、前記要求燃料噴射量そのもの等であり、これらに限定されない。 The “value indicating the load of the internal combustion engine” is, for example, the drive torque of the internal combustion engine generated by the combustion of the fuel of the required fuel injection amount, the required fuel injection amount itself, and the like, but is not limited thereto.
これにより、前記内燃機関の負荷を表す値が第1所定値よりも大きい場合、前記燃焼室内に吸入された(燃料を含まない)ガスと第2成層領域との境界領域内に、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が存在するようになる。また、予混合領域と第1成層領域との境界領域に比して、燃焼室内に吸入されたガスと第2成層領域との境界領域の、点火プラグからの乖離の程度が大きくなる。 Thereby, when the value representing the load of the internal combustion engine is larger than the first predetermined value, the NOx is generated in the boundary region between the gas sucked into the combustion chamber (not including fuel) and the second stratified region. An air-fuel mixture having an air-fuel ratio within the range is present. In addition, the degree of deviation from the spark plug in the boundary region between the gas sucked into the combustion chamber and the second stratification region is larger than that in the boundary region between the premixing region and the first stratification region.
ここで、燃焼室内において、混合気の位置が点火プラグから離れているほど、混合気の燃焼温度がより低くなる傾向がある。従って、内燃機関の負荷が一定の場合において、境界領域の点火プラグからの乖離の程度が大きいほど、境界領域での燃焼温度がより低くなる。従って、上記構成によれば、内燃機関の負荷を表す値が増大しても、境界領域の温度上昇が抑制され得る。この結果、内燃機関の負荷が大きい場合であっても、境界領域からのNOxの発生量が抑制され得る。 Here, in the combustion chamber, as the position of the air-fuel mixture is farther from the spark plug, the combustion temperature of the air-fuel mixture tends to be lower. Therefore, when the load of the internal combustion engine is constant, the greater the degree of deviation from the spark plug in the boundary region, the lower the combustion temperature in the boundary region. Therefore, according to the said structure, even if the value showing the load of an internal combustion engine increases, the temperature rise of a boundary region can be suppressed. As a result, even when the load on the internal combustion engine is large, the amount of NOx generated from the boundary region can be suppressed.
また、第2燃料量に対する第2成層領域中に含まれる空気の割合は、理論空燃比よりもリッチである。従って、第2成層領域から発生するNOxの量は極僅かとなり得る。以上のことから、内燃機関の負荷が大きい場合であっても、内燃機関におけるNOxの発生量が抑制され得る。 Further, the ratio of air contained in the second stratification region to the second fuel amount is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the amount of NOx generated from the second stratification region can be negligible. From the above, even when the load on the internal combustion engine is large, the amount of NOx generated in the internal combustion engine can be suppressed.
上記本発明に係る第1の制御装置においては、前記噴射形態制御手段が、前記負荷を表す値が前記第1所定値以上の第2所定値よりも大きい場合、(前記第1燃料量をゼロに設定するのに代えて)前記第1燃料量をゼロでない所定量に、(前記第2燃料量を要求燃料噴射量と等しい量に設定するのに代えて)前記第2燃料量を前記要求燃料噴射量よりも前記所定量だけ小さい量に設定して、(前記燃焼室内に吸入されたガス中に前記第2成層領域を形成するのに代えて)前記予混合領域内に前記第2成層領域を形成するように構成されることが好適である。 In the first control device according to the present invention, when the injection form control means has a value representing the load greater than a second predetermined value equal to or greater than the first predetermined value (the first fuel amount is set to zero). The first fuel amount to a predetermined non-zero amount (instead of setting the second fuel amount to an amount equal to the required fuel injection amount) and the second fuel amount to the required amount. The second stratification is set in the premix region (instead of forming the second stratification region in the gas sucked into the combustion chamber) by setting the amount smaller than the fuel injection amount by the predetermined amount. Suitably configured to form a region.
第2燃料量が大きいほど第2成層領域における平均空燃比のリッチ度合いがより大きくなる。この平均空燃比のリッチ度合いが大きいほど、第2成層領域からの未燃HC,COの発生量がより大きくなる。即ち、第2燃料量が大きいほど、第2成層領域からの未燃HC,COの発生量がより大きくなる傾向がある。 As the second fuel amount increases, the degree of richness of the average air-fuel ratio in the second stratification region increases. The greater the degree of richness of this average air-fuel ratio, the greater the amount of unburned HC and CO generated from the second stratified region. That is, as the second fuel amount increases, the amount of unburned HC and CO generated from the second stratified region tends to increase.
上記構成によれば、前記内燃機関の負荷が大きい場合であっても、第2燃料量が小さい量に設定され得、第2成層領域からの未燃HC,COの発生量が抑制され得る。この結果、内燃機関の負荷の増大に伴う内燃機関の燃費の低下を抑制することができる。 According to the above configuration, even when the load on the internal combustion engine is large, the second fuel amount can be set to a small amount, and the amount of unburned HC and CO generated from the second stratified region can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in fuel consumption of the internal combustion engine accompanying an increase in the load of the internal combustion engine.
この場合、前記噴射形態制御手段が、前記負荷を表す値が前記第2所定値よりも大きい場合、前記負荷を表す値と前記第2所定値との相違の程度が大きいほど前記所定量が大きくなるように、前記第1及び第2燃料量を設定するよう構成されると更に好適である。これによれば、第2成層領域からの未燃HC,COの発生量をより確実に抑制することができる。 In this case, when the value representing the load is larger than the second predetermined value, the injection form control means increases the predetermined amount as the degree of difference between the value representing the load and the second predetermined value increases. Thus, it is more preferable that the first and second fuel amounts are set. According to this, the amount of unburned HC and CO generated from the second stratified region can be more reliably suppressed.
また、上記本発明に係る第1の制御装置においては、前記内燃機関が、前記燃焼室内に不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射弁を備え、第1の制御装置が、前記負荷を表す値が前記第1所定値よりも大きい場合、前記第2成層領域内の混合気の燃焼中にて、前記不活性ガス噴射弁から前記不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射制御手段を備えると好適である。 In the first control device according to the present invention, the internal combustion engine includes an inert gas injection valve that injects an inert gas into the combustion chamber, and the first control device is a value that represents the load. Is preferably larger than the first predetermined value, it is preferable to provide an inert gas injection control means for injecting the inert gas from the inert gas injection valve during combustion of the air-fuel mixture in the second stratified region. It is.
内燃機関における未燃HC,COの排出量を抑制するためには、前記第2成層領域内の混合気の燃焼中に発生する未燃HC,COを酸化させることも考えられる。このためには、例えば、上記発生する未燃HC,COと、第2成層領域以外の燃焼室内に存在する酸素とが混合されればよい。 In order to suppress the discharge amount of unburned HC and CO in the internal combustion engine, it is conceivable to oxidize unburned HC and CO generated during combustion of the air-fuel mixture in the second stratified region. For this purpose, for example, the unburned HC and CO generated above may be mixed with oxygen existing in the combustion chamber other than the second stratified region.
上記構成は係る知見に基づく。これによれば、噴射された不活性ガスが、上記発生する未燃HC,CO及び上記酸素の一方を巻き込んで、他方に向かって流動し得る。従って、上記発生する未燃HC,CO及び上記酸素の混合が促進され得る。この結果、内燃機関の負荷が大きい場合であっても、内燃機関における未燃HC,COの排出量が抑制され得る。なお、前記不活性ガスそのものが反応して燃焼に及ぼす影響は極僅かである。 The above configuration is based on such knowledge. According to this, the injected inert gas can entrain one of the generated unburned HC, CO and the oxygen and flow toward the other. Therefore, mixing of the generated unburned HC, CO and the oxygen can be promoted. As a result, even when the load on the internal combustion engine is large, the discharge amount of unburned HC and CO in the internal combustion engine can be suppressed. Note that the influence of the inert gas itself on the reaction is negligible.
この場合、前記不活性ガス噴射制御手段が、前記内燃機関の運転状態と、燃料の燃焼開始時期からの燃料の燃焼による熱発生率の積算値が前記燃焼開始時期から燃料の燃焼終了時期までの熱発生率の積算値の90%に達する時期と、の関係を規定するデータを記憶するデータ記憶手段を備え、前記内燃機関の運転状態と、前記データとに基づいて得られる前記熱発生率の積算値の90%に達する時期にて、前記不活性ガスを噴射するように構成されると更に好適である。 In this case, the inert gas injection control means is configured so that the integrated value of the operating state of the internal combustion engine and the heat release rate due to fuel combustion from the fuel combustion start timing is from the combustion start timing to the fuel combustion end timing. Data storage means for storing data defining the relationship between the time when the integrated value of the heat generation rate reaches 90%, and the heat generation rate obtained based on the operating state of the internal combustion engine and the data It is more preferable that the inert gas is injected at a time when 90% of the integrated value is reached.
本発明者は、種々の実験等により、燃料の燃焼開始時期からの燃料の燃焼による熱発生率の積算値が前記燃焼開始時期から燃料の燃焼終了時期までの熱発生率の積算値の90%に達する時期よりも、不活性ガスの噴射時期が進角側であるほどNOxの発生が顕著となり、同熱発生率の積算値の90%に達する時期よりも不活性ガスの噴射時期が遅角側であるほど未燃HC,COの発生が顕著となる傾向があることを見出した。 Based on various experiments, the inventor has found that the integrated value of the heat generation rate due to fuel combustion from the fuel combustion start time is 90% of the integrated value of the heat generation rate from the combustion start time to the fuel combustion end time. As the inert gas injection timing is advanced, the NOx generation becomes more prominent than the timing when the gas reaches the initial value, and the inert gas injection timing is retarded from the timing when it reaches 90% of the integrated value of the heat generation rate. It was found that there is a tendency that unburned HC and CO are more prominent the closer to the side.
従って、NOxの発生量、及び未燃HC,COの排出量の両方を抑制する観点から、上記熱発生率の積算値の90%に達する時期にて不活性ガスを噴射するのが好適である。上記構成は係る知見に基づく。これによれば、NOxの発生量が抑制されつつ、未燃HC,COの排出量も抑制され得る。 Therefore, from the viewpoint of suppressing both the amount of NOx generated and the amount of unburned HC and CO emitted, it is preferable to inject the inert gas at a time when it reaches 90% of the integrated value of the heat generation rate. . The above configuration is based on such knowledge. According to this, the emission amount of unburned HC and CO can be suppressed while the generation amount of NOx is suppressed.
本発明に係る第2の制御装置は、筒内噴射弁、又は、筒内噴射弁及びポート噴射弁と、点火プラグとを備えた内燃機関に適用される。 The second control device according to the present invention is applied to an in-cylinder injection valve or an internal combustion engine including an in-cylinder injection valve and a port injection valve, and an ignition plug.
本発明に係る第2の制御装置は、前記要求燃料噴射量を決定する要求燃料噴射量決定手段と、第1燃料噴射時期にて前記筒内噴射弁又は前記ポート噴射弁から前記第1燃料量の燃料を噴射して混合気の予混合領域を形成し、前記第2燃料噴射時期にて前記筒内噴射弁から前記第2燃料量の燃料を噴射して前記予混合領域内であって前記点火プラグの周りに混合気の成層領域を形成する噴射形態制御手段と、前記第2燃料噴射時期よりも後にて前記点火プラグにて点火を行う点火制御手段とを備えている。 The second control device according to the present invention includes a required fuel injection amount determining means for determining the required fuel injection amount, and the first fuel amount from the in-cylinder injection valve or the port injection valve at a first fuel injection timing. To inject the second fuel amount from the in-cylinder injection valve at the second fuel injection timing, and in the premixing region. The injection mode control means for forming a stratified region of the air-fuel mixture around the spark plug and the ignition control means for igniting the spark plug after the second fuel injection timing are provided.
本発明に係る第2の制御装置が適用される内燃機関が備える前記筒内噴射弁は、前記予混合領域と、前記成層領域との境界領域に向けて燃料を噴射するように配置されている。 The in-cylinder injection valve provided in the internal combustion engine to which the second control device according to the present invention is applied is arranged so as to inject fuel toward a boundary region between the premixing region and the stratification region. .
本発明に係る第2の制御装置の特徴は、前記噴射形態制御手段が、前記要求燃料噴射量に基づく前記内燃機関の負荷を表す値が第1所定値よりも大きい場合、前記点火を行う時期よりも前の第3燃料噴射時期にて、前記第2燃料量の一部である第3燃料量の燃料を噴射して、前記成層領域と体積が等しい混合気の成層領域を形成し、前記第3燃料噴射時期よりも後であって前記点火を行う時期よりも前の第4燃料噴射時期にて、前記第2燃料量から前記第3燃料量を除いた残りの量である第4燃料量の燃料を噴射するように構成されたことにある。 The second control device according to the present invention is characterized in that the injection mode control means performs the ignition when the value representing the load of the internal combustion engine based on the required fuel injection amount is larger than a first predetermined value. Before the third fuel injection timing, a third fuel amount of fuel that is a part of the second fuel amount is injected to form a stratified region of an air-fuel mixture having the same volume as the stratified region, The fourth fuel that is the remaining amount obtained by subtracting the third fuel amount from the second fuel amount at the fourth fuel injection timing after the third fuel injection timing and before the ignition timing. It is configured to inject an amount of fuel.
これにより、前記内燃機関の負荷を表す値が第1所定値よりも大きい場合、第3燃料量の燃料噴射により、予混合領域と成層領域との境界領域が形成される。この境界領域に向けて第4燃料量の燃料が噴射される。上記構成によれば、第3燃料量の燃料噴射により形成される境界領域内において、混合気の空燃比のリッチ度合いが大きくなり得る。従って、同境界領域内において、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気の量が小さくなり得る。この結果、上記境界領域から発生するNOxの量を抑制することができる。 Thereby, when the value representing the load of the internal combustion engine is larger than the first predetermined value, the boundary region between the premix region and the stratified region is formed by the fuel injection of the third fuel amount. A fourth fuel amount of fuel is injected toward this boundary region. According to the above configuration, the richness of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be increased within the boundary region formed by the fuel injection of the third fuel amount. Therefore, the amount of the air-fuel mixture having the air-fuel ratio within the NOx generation range can be reduced within the boundary region. As a result, the amount of NOx generated from the boundary region can be suppressed.
また、第4燃料量の燃料噴射によっても混合気の成層領域が形成される。即ち、同成層領域と予混合領域との境界領域が形成される。ここで、同境界領域においては、前記第4燃料噴射時期から所定期間経過後に、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が形成される。従って、この所定期間経過前に点火時期が到来するように、前記第4燃料噴射時期が設定されることで、第4燃料量の燃料噴射により形成される境界領域から発生するNOxの量を抑制することができる。以上のことから、内燃機関の負荷が大きい場合であっても、内燃機関におけるNOxの発生量が抑制され得る。 A stratified region of the air-fuel mixture is also formed by fuel injection of the fourth fuel amount. That is, a boundary region between the stratified region and the premixed region is formed. Here, in the boundary region, an air-fuel mixture having an air-fuel ratio within the NOx generation range is formed after a lapse of a predetermined period from the fourth fuel injection timing. Therefore, the amount of NOx generated from the boundary region formed by the fuel injection of the fourth fuel amount is suppressed by setting the fourth fuel injection timing so that the ignition timing comes before the predetermined period elapses. can do. From the above, even when the load on the internal combustion engine is large, the amount of NOx generated in the internal combustion engine can be suppressed.
上記本発明に係る第2の制御装置においては、前記噴射形態制御手段が、前記負荷を表す値が前記第1所定値以上の第2所定値よりも大きい場合、前記負荷を表す値と前記第2所定値との相違の程度が大きいほど前記第3燃料量が大きくなるように、前記第3及び第4燃料量を設定するよう構成されることが好適である。 In the second control device according to the present invention, when the injection form control means has a value representing the load greater than a second predetermined value equal to or greater than the first predetermined value, the value representing the load and the first Preferably, the third and fourth fuel amounts are set so that the third fuel amount increases as the degree of difference from the predetermined value increases.
上述のように第4燃料量の燃料噴射によっても、混合気の成層領域が形成される。この成層領域の平均空燃比のリッチ度合いは、第3燃料量の燃料噴射により形成される成層領域に比して大きくなり易い。これは、第4燃料量の燃料噴射が、第3燃料量の燃料噴射よりも後になされることに起因すると考えられる。 As described above, the stratified region of the air-fuel mixture is also formed by the fuel injection of the fourth fuel amount. The rich degree of the average air-fuel ratio in the stratification region is likely to be larger than that in the stratification region formed by fuel injection of the third fuel amount. This is considered due to the fact that the fuel injection of the fourth fuel amount is performed after the fuel injection of the third fuel amount.
第4燃料量が大きいほど、第4燃料量の燃料噴射により形成される成層領域における平均空燃比のリッチ度合いがより大きくなる。即ち、第4燃料量が大きいほど、同成層領域からの未燃HC,COの発生量がより大きくなる傾向がある。 As the fourth fuel amount increases, the rich degree of the average air-fuel ratio in the stratified region formed by fuel injection of the fourth fuel amount increases. That is, the larger the fourth fuel amount, the greater the amount of unburned HC and CO generated from the stratified region.
上記構成によれば、内燃機関の負荷が大きい場合であっても、第3燃料量が大きい量に設定されることで、第4燃料量が小さい量に設定され得る。従って、内燃機関の負荷が大きい場合であっても、第4燃料量の燃料噴射により形成される成層領域からの、未燃HC,COの発生量が抑制され得る。この結果、内燃機関の負荷の増大に伴う内燃機関の燃費の低下を抑制することができる。 According to the above configuration, even when the load on the internal combustion engine is large, the fourth fuel amount can be set to a small amount by setting the third fuel amount to a large amount. Therefore, even when the load of the internal combustion engine is large, the amount of unburned HC and CO generated from the stratified region formed by the fuel injection of the fourth fuel amount can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in fuel consumption of the internal combustion engine accompanying an increase in the load of the internal combustion engine.
また、本発明に係る第2の制御装置においては、前記噴射形態制御手段が、前記第3燃料量が大きいほど、前記第3燃料噴射時期と前記第4燃料噴射時期との間隔が大きくなるように、前記第3及び第4燃料噴射時期を設定するよう構成されることが好適である。 In the second control apparatus according to the present invention, the injection mode control means may increase the interval between the third fuel injection timing and the fourth fuel injection timing as the third fuel amount increases. In addition, it is preferable that the third and fourth fuel injection timings are set.
第3燃料量の燃料噴射により形成された境界領域内においては、前記第3燃料噴射時期から所定期間経過後に、上記NOx発生範囲の空燃比をもった混合気が形成される。同境界領域にて、上記NOx発生範囲の空燃比の混合気の量を確実に小さくする観点から、同混合気が形成されたときに第4燃料量の燃料噴射がなされると好適である。 In the boundary region formed by the fuel injection of the third fuel amount, an air-fuel mixture having an air-fuel ratio in the NOx generation range is formed after a predetermined period has elapsed from the third fuel injection timing. From the viewpoint of reliably reducing the amount of air-fuel mixture in the NOx generation range in the boundary region, it is preferable that fuel injection of the fourth fuel amount is performed when the air-fuel mixture is formed.
ここで、第3燃料量が大きいほど、この所定期間はより長くなると考えられる。従って、上記構成によれば、前記第4燃料噴射時期を、上記NOx発生範囲の空燃比をもった混合気が形成される時期に近づけることができる。この結果、第3燃料量の燃料噴射により形成される境界領域から発生するNOxの量を、より確実に抑制することができる。 Here, it is considered that the predetermined period becomes longer as the third fuel amount is larger. Therefore, according to the above configuration, the fourth fuel injection timing can be brought close to the timing when the air-fuel mixture having the air-fuel ratio in the NOx generation range is formed. As a result, the amount of NOx generated from the boundary region formed by the fuel injection of the third fuel amount can be more reliably suppressed.
以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of a control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る内燃機関の制御装置を火花点火式多気筒(4気筒)内燃機関10の概略構成を示している。この内燃機関10は、シリンダブロック部20と、シリンダヘッド部30とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a spark ignition type multi-cylinder (four-cylinder)
シリンダブロック部20は、円筒状のシリンダ21と、ピストン22とを備えている。シリンダヘッド部30と、シリンダ21の内壁面と、ピストン22の頂面とにより燃焼室23が区画されている。ピストン22の頂面の中央付近には、キャビティ(凹部)22aが設けられている。
The
シリンダヘッド部30は、点火プラグ31と、吸気通路に燃料(ガソリン)を噴射するポート噴射弁32と、燃焼室23内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁33とを備えている。点火プラグ31は、燃焼室23の天井の中央付近に配設されている。
The
内燃機関10の吸気系統は、吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁41を備えている。スロットル弁41は、図示しないスロットル弁41のアクチュエータにより作動するようになっている。
The intake system of the
また、内燃機関10は、排気還流管51を備えている。排気還流管51は排気通路とスロットル弁41よりも下流側の吸気通路とを連通している。排気還流管51には、EGR制御弁52と、EGRクーラー53とが介装されている。これらにより、排気ガスを還流させる通路(EGR通路)が構成されている。EGR制御弁52は、再循環される排気ガス流量(EGRガス流量)を変更し得るようになっている。
The
点火プラグ31、ポート噴射弁32、筒内噴射弁33、スロットル弁41のアクチュエータ、及びEGR制御弁52は、図示しない電気制御装置と電気的に接続されていて、電気制御装置の指示に応じて駆動信号が供給されるようになっている。
The
(予混合領域及び成層領域の形成のための燃料噴射形態)
次に、上述のように構成された内燃機関10の制御装置が行う制御、及び燃焼室23内に形成される混合気の様子について説明する。
(Fuel injection form for formation of premixed region and stratified region)
Next, the control performed by the control device for the
図11に対応する図2に示したように、この装置は、原則的には、第1燃料量の燃料を噴射することで、混合気の予混合領域を燃焼室23内に形成するようになっている。また、失火を回避するために、第2燃料量の燃料を噴射することで、予混合領域内に混合気の成層領域を形成するようになっている。そして、点火プラグ31にて点火制御をして、HCCI燃焼のアシストを行うようになっている。加えて、後に詳述するように、NOx発生量を抑制するため、要求燃料噴射量Fiに応じて成層領域の体積等を変更するよう燃料の噴射形態を制御するようになっている。
As shown in FIG. 2 corresponding to FIG. 11, in principle, this apparatus forms a premixed region of the air-fuel mixture in the
この装置では、アクセル操作量、エンジン回転速度に基づいて要求燃料噴射量Fiが決定される。そして、決定された要求燃料噴射量Fiと、図3に示した要求燃料噴射量Fiと同要求燃料噴射量Fiに対する上記第1及び第2燃料量の割合との関係を規定するテーブルとに基づいて、上記要求燃料噴射量Fiに対する第1及び第2燃料量の割合が設定される。 In this device, the required fuel injection amount Fi is determined based on the accelerator operation amount and the engine speed. Then, based on the determined required fuel injection amount Fi and a table defining the relationship between the required fuel injection amount Fi and the ratio of the first and second fuel amounts to the required fuel injection amount Fi shown in FIG. Thus, the ratio of the first and second fuel amounts to the required fuel injection amount Fi is set.
先ず、要求燃料噴射量Fiが、第1要求燃料噴射量Fi1(第1所定値)以下である場合における制御について説明する。この場合、図2の左側に対応する制御が実行される。本例では、第1要求燃料噴射量Fi1は、発生するNOxの量が適正範囲の最大量となる場合に対応する要求燃料噴射量Fiである。 First, the control when the required fuel injection amount Fi is equal to or less than the first required fuel injection amount Fi1 (first predetermined value) will be described. In this case, control corresponding to the left side of FIG. 2 is executed. In this example, the first required fuel injection amount Fi1 is the required fuel injection amount Fi corresponding to the case where the amount of NOx generated is the maximum amount in the appropriate range.
この場合、この装置では、図3に示したテーブルに基づいて、要求燃料噴射量Fiに対する第1燃料量の割合が90%に設定され、要求燃料噴射量Fiに対する第2燃料量の割合が10%に設定される。これは、HCCI燃焼の度合いを大きくする観点に基づく。 In this case, in this apparatus, based on the table shown in FIG. 3, the ratio of the first fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to 90%, and the ratio of the second fuel amount to the required fuel injection amount Fi is 10%. % Is set. This is based on the viewpoint of increasing the degree of HCCI combustion.
図4は、要求燃料噴射量Fiと第2燃料量との関係を示すグラフである。要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1以下である場合、要求燃料噴射量Fiが増大すると、第1及び2燃料量は、90:10の一定の割合を維持しながら増大していくようになっている。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the required fuel injection amount Fi and the second fuel amount. When the required fuel injection amount Fi is equal to or less than the first required fuel injection amount Fi1, when the required fuel injection amount Fi increases, the first and second fuel amounts increase while maintaining a constant ratio of 90:10. It has come to go.
図1を参照しながら燃料の噴射形態の制御について説明する。吸気行程が開始すると、燃焼室23内にガスが吸入されていく。このガス(以下、「筒内ガス」とも称呼する。)には、スロットル弁41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(外部)EGRガスが含まれる。本例では、スロットル弁41の開度が最大値(即ち、吸入される新気量が一定)に維持される。従って、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により適宜制御されるEGR制御弁52の開度に応じて変化する。
The control of the fuel injection mode will be described with reference to FIG. When the intake stroke starts, gas is sucked into the
上記吸気行程又は同吸気行程直前の排気行程の所定の時期(第1燃料噴射時期)にて、ポート噴射弁32から吸気通路に上記設定された第1燃料量の燃料が噴射される。上記吸気行程にて、同燃料と筒内ガスとの混合気が燃焼室23内に吸入されて、同混合気が燃焼室23内に広く行き渡っていく。これにより、燃料の濃度が略均一な混合気の予混合領域が形成される。この予混合領域の体積は、燃焼室23の体積と同じとなる(図2の左側の微細なドットの部分を参照)。
At a predetermined timing (first fuel injection timing) of the intake stroke or immediately before the intake stroke (first fuel injection timing), the set fuel amount of the first fuel is injected from the port injection valve 32 into the intake passage. In the intake stroke, an air-fuel mixture of the fuel and the in-cylinder gas is sucked into the
予混合領域における平均空燃比(第1燃料量(質量)に対する筒内に吸入される新気量(質量)の割合)は、新気量が一定であるため、第1燃料量が大きいほどリッチ度合いが大きくなる。本例では、想定される運転状態の範囲内において、予混合領域における平均空燃比が20よりも大きくなるように、予混合領域が形成される。 The average air-fuel ratio (ratio of the amount of fresh air (mass) sucked into the cylinder with respect to the first fuel amount (mass)) in the premixing region becomes richer as the first fuel amount increases because the fresh air amount is constant. The degree increases. In this example, the premixing region is formed so that the average air-fuel ratio in the premixing region is larger than 20 within the range of the assumed operating state.
上記吸入行程を含む燃焼サイクル中の圧縮行程後半の(点火時期より前の)所定の時期(第2燃料噴射時期)にて、ピストン22のキャビティ22aに向けて、筒内噴射弁33から上記設定された第2燃料量の燃料が燃焼室23内(即ち、予混合領域内)に噴射される。同燃料の燃料噴霧は点火プラグ31の近傍に主として集まる。これにより、予混合領域内であって点火プラグ31の周りに、燃料の濃度が略均一な混合気の第1成層領域が形成される(図2の左側の斜線の部分を参照)。
The setting from the in-
第1成層領域における平均空燃比(第2燃料量(質量)に対する第1成層領域内に含まれる新気量(質量)の割合)も、第2燃料量が大きいほどリッチ度合いが大きくなる。本例では、第1成層領域が、小さい一定の体積V1をもつように形成される。これは、第2燃料量が小さい場合であっても、第1成層領域における平均空燃比を理論空燃比よりもリッチにし得、失火を回避し得る観点に基づく。 The average air-fuel ratio in the first stratification region (the ratio of the fresh air amount (mass) contained in the first stratification region to the second fuel amount (mass)) also increases as the second fuel amount increases. In this example, the first stratified region is formed to have a small constant volume V1. This is based on the viewpoint that even if the second fuel amount is small, the average air-fuel ratio in the first stratification region can be made richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and misfire can be avoided.
その後、圧縮上死点近傍にて、点火プラグ31による点火が行われる。上記第1及び第2燃料量の燃料噴射時期、及び点火時期は、運転状態に応じて調整される。この結果、第1成層領域の混合気が燃焼するとともに、平均空燃比のリーン度合いが大きい予混合領域の混合気も燃焼し得る。
Thereafter, ignition by the
(NOxの発生量を抑制するための制御)
ところで、上述したように、燃料がガソリンである場合、比較的大きい量のNOxが発生し易い空燃比の範囲(以下、「NOx発生範囲」と称呼する。)は、16〜20となる(図12を参照)。また、上述したように、予混合領域における平均空燃比は20よりも大きく、且つ、第1成層領域における平均空燃比が理論空燃比よりもリッチである。従って、予混合領域と第1成層領域との境界領域内には、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が存在する。
(Control for suppressing NOx generation amount)
Incidentally, as described above, when the fuel is gasoline, the air-fuel ratio range in which a relatively large amount of NOx is likely to be generated (hereinafter referred to as “NOx generation range”) is 16 to 20 (FIG. 12). Further, as described above, the average air-fuel ratio in the premixed region is greater than 20, and the average air-fuel ratio in the first stratification region is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Accordingly, an air-fuel mixture having an air-fuel ratio within the NOx generation range exists in the boundary region between the premixed region and the first stratified region.
ここで、要求燃料噴射量Fiが大きいほど、筒内のピーク温度がより高くなる。筒内のピーク温度が高いほど、境界領域の温度が高くなる。境界領域の温度が高いほど、境界領域から発生するNOxの量が大きくなる。即ち、要求燃料噴射量Fiが大きい場合、上記境界領域から大きい量のNOxが発生する。なお、本例では、要求燃料噴射量Fiが、内燃機関10の負荷を表す値となり得る。
Here, the greater the required fuel injection amount Fi, the higher the in-cylinder peak temperature. The higher the peak temperature in the cylinder, the higher the boundary region temperature. The higher the temperature of the boundary region, the larger the amount of NOx generated from the boundary region. That is, when the required fuel injection amount Fi is large, a large amount of NOx is generated from the boundary region. In this example, the required fuel injection amount Fi can be a value representing the load of the
そこで、この装置は、要求燃料噴射量Fiが大きい場合であっても、NOxの発生量を抑制するために、以下に説明する燃料の噴射形態の制御を行う。 Therefore, this apparatus controls the fuel injection mode described below in order to suppress the amount of NOx generated even when the required fuel injection amount Fi is large.
この装置では、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きい場合、図2の右側に対応する制御が実行される。この場合、図3に示したテーブルに基づいて、要求燃料噴射量Fiに対する第1燃料量の割合がゼロに設定され、要求燃料噴射量Fiに対する第2燃料量の割合が100%に設定される。 In this device, when the required fuel injection amount Fi is larger than the first required fuel injection amount Fi1, control corresponding to the right side of FIG. 2 is executed. In this case, based on the table shown in FIG. 3, the ratio of the first fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to zero, and the ratio of the second fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to 100%. .
この場合、図4に示すように、第1燃料量がゼロに設定され、第2燃料量が要求燃料噴射量Fiと等しい量に設定される。この場合、要求燃料噴射量Fiが増大していくと、第2燃料量のみ増大していく。このため、ポート噴射弁32からの燃料噴射が行われずに、吸気行程にて筒内ガスのみが燃焼室23内に吸入される。この結果、予混合領域が形成されない。
In this case, as shown in FIG. 4, the first fuel amount is set to zero, and the second fuel amount is set to an amount equal to the required fuel injection amount Fi. In this case, as the required fuel injection amount Fi increases, only the second fuel amount increases. Therefore, fuel injection from the port injection valve 32 is not performed, and only the in-cylinder gas is sucked into the
また、この場合、上記設定された第2燃料量の燃料の噴射により、筒内ガス中に混合気の第2成層領域が形成される。この第2成層領域内の燃料濃度は略均一である。第2成層領域における平均空燃比(第2燃料量(質量)に対する第2成層領域内に含まれる新気量(質量)の割合)が理論空燃比よりもリッチとなるように、且つ、第2成層領域が上記体積V1よりも大きい一定の体積V2をもつように、第2成層領域が形成される。 In this case, the second stratified region of the air-fuel mixture is formed in the in-cylinder gas by the fuel injection of the second fuel amount set as described above. The fuel concentration in the second stratification region is substantially uniform. The average air-fuel ratio in the second stratification region (the ratio of the fresh air amount (mass) contained in the second stratification region to the second fuel amount (mass)) becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the second The second stratified region is formed so that the stratified region has a constant volume V2 larger than the volume V1.
このため、筒内ガスと第2成層領域との間に形成される境界領域内には、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が存在する。また、予混合領域と第1成層領域との境界領域に比して、筒内ガスと第2成層領域との境界領域の点火プラグ31からの乖離の程度は大きい。
For this reason, in the boundary region formed between the in-cylinder gas and the second stratification region, there is an air-fuel mixture having an air-fuel ratio within the NOx generation range. Further, the degree of deviation from the
ここで、上述したように、要求燃料噴射量Fiが一定の場合、境界領域の点火プラグ31からの乖離の程度が大きいほど、境界領域の温度がより低くなる傾向がある。従って、要求燃料噴射量Fiが第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きくなる場合であっても、境界領域の温度上昇が抑制され得る。この結果、要求燃料噴射量Fiが第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きい場合であっても、境界領域からのNOxの発生量が抑制され得る。
Here, as described above, when the required fuel injection amount Fi is constant, the temperature of the boundary region tends to be lower as the degree of deviation from the
また、第2成層領域における平均空燃比は、理論空燃比よりもリッチである。従って、第2成層領域から発生するNOxの量は極僅かである。以上のことから、要求燃料噴射量Fiが第1要求燃料噴射量Fiよりも大きい場合であっても、NOxの発生量が上記適正範囲を超えることを防止することができる。 Further, the average air-fuel ratio in the second stratification region is richer than the theoretical air-fuel ratio. Therefore, the amount of NOx generated from the second stratification region is very small. From the above, even when the required fuel injection amount Fi is larger than the first required fuel injection amount Fi, it is possible to prevent the NOx generation amount from exceeding the appropriate range.
(未燃HC,COの発生量を抑制するための制御)
ところで、上述のように、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きい場合に第2成層領域を形成する制御においては、第2燃料量(=要求燃料噴射量Fi)が大きいほど、第2成層領域における平均空燃比のリッチ度合いが大きくなる。即ち、要求燃料噴射量Fiが大きいほど、第2成層領域から発生する未燃HC,COの量がより大きくなる。
(Control to reduce the amount of unburned HC and CO generated)
Incidentally, as described above, in the control for forming the second stratification region when the required fuel injection amount Fi is larger than the first required fuel injection amount Fi1, the second fuel amount (= required fuel injection amount Fi) is The greater the value, the greater the richness of the average air-fuel ratio in the second stratification region. That is, the larger the required fuel injection amount Fi, the larger the amount of unburned HC and CO generated from the second stratification region.
そこで、この装置は、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きい場合において、要求燃料噴射量Fiが大きい場合であっても、未燃HC,COの発生量を抑制するために、以下に説明する燃料の噴射形態の制御を行う。 Therefore, this device suppresses the amount of unburned HC and CO generated even when the required fuel injection amount Fi is large when the required fuel injection amount Fi is larger than the first required fuel injection amount Fi1. Therefore, the fuel injection mode described below is controlled.
この装置では、要求燃料噴射量Fiが第2要求燃料噴射量Fi2(>Fi1、第2所定値)よりも大きい場合、図3に示したテーブルに基づいて、要求燃料噴射量Fiが大きいほど、要求燃料噴射量Fiに対する第1燃料量の割合がより大きい割合に設定され、要求燃料噴射量Fiに対する第2燃料量の割合がより小さい割合に設定される。本例では、第2要求燃料噴射量Fi2は、発生する未燃HC,COの量が適正範囲の最大量となる場合に対応する要求燃料噴射量Fiである。 In this apparatus, when the required fuel injection amount Fi is larger than the second required fuel injection amount Fi2 (> Fi1, a second predetermined value), the larger the required fuel injection amount Fi, based on the table shown in FIG. The ratio of the first fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to a larger ratio, and the ratio of the second fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to a smaller ratio. In this example, the second required fuel injection amount Fi2 is the required fuel injection amount Fi corresponding to the case where the amount of generated unburned HC and CO is the maximum amount within the appropriate range.
この場合、図4に示すように、第1燃料量が、要求燃料噴射量Fiから第2要求燃料噴射量Fi2を減じた量(所定量)に設定され、第2燃料量が、第2要求燃料噴射量Fi2と等しい量に設定される。即ち、要求燃料噴射量Fiが第2要求燃料噴射量Fi2から増大していくと、第1燃料量はゼロから増大していく一方、第2燃料量は上記第2要求燃料噴射量Fi2に維持されるようになっている。 In this case, as shown in FIG. 4, the first fuel amount is set to an amount (predetermined amount) obtained by subtracting the second requested fuel injection amount Fi2 from the requested fuel injection amount Fi, and the second fuel amount is set to the second requested fuel amount. An amount equal to the fuel injection amount Fi2 is set. That is, when the required fuel injection amount Fi increases from the second required fuel injection amount Fi2, the first fuel amount increases from zero, while the second fuel amount is maintained at the second required fuel injection amount Fi2. It has come to be.
この場合、上記設定された第1燃料量の燃料の噴射により、予混合領域が形成されて、上記設定された第2燃料量の燃料の噴射により、上記予混合領域内に第2成層領域が形成されるように燃料の噴射形態が制御される。要求燃料噴射量Fiが第2要求燃料噴射量Fi2よりも大きくなる場合であっても、第2燃料量は第2要求燃料噴射量Fi2に維持されるため、第2成層領域における平均空燃比が一定に維持される。 In this case, a premixing region is formed by the fuel injection of the set first fuel amount, and a second stratification region is formed in the premixing region by the fuel injection of the second fuel amount set. The fuel injection mode is controlled so as to be formed. Even when the required fuel injection amount Fi is larger than the second required fuel injection amount Fi2, the second fuel amount is maintained at the second required fuel injection amount Fi2, so the average air-fuel ratio in the second stratification region is Maintained constant.
この結果、要求燃料噴射量Fiが第2要求燃料噴射量Fi2よりも大きい場合であっても、未燃HC,COの発生量が上記適正範囲を超えることを防止することができる。 As a result, even when the required fuel injection amount Fi is larger than the second required fuel injection amount Fi2, the amount of unburned HC and CO generated can be prevented from exceeding the appropriate range.
なお、予混合領域と第2成層領域との境界領域にも、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が存在する。この境界領域は、点火プラグ31から大きく乖離している。従って、要求燃料噴射量Fiが上記第2要求燃料噴射量Fi2よりも大きくなる場合であっても、境界領域の温度上昇が抑制され得る。従って、この場合であっても、境界領域から発生するNOxの量が抑制され得る。
Note that an air-fuel mixture having an air-fuel ratio within the NOx generation range also exists in the boundary region between the premixed region and the second stratified region. This boundary region is greatly deviated from the
以上、説明したように、本発明の第1実施形態によれば、予混合領域内に第1成層領域を形成するように燃料噴射し、点火プラグにて点火するよう制御する内燃機関の制御装置において、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きい場合、筒内ガス中(又は、予混合領域内)に第2成層領域が形成されるように燃料の噴射形態が制御される。第2成層領域の体積V2が第1成層領域の体積V1よりも大きく、第2成層領域における平均空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるように、第2成層領域が形成される。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, the control device for an internal combustion engine that controls to inject fuel so as to form the first stratification region in the premixing region and to ignite with the spark plug. When the required fuel injection amount Fi is larger than the first required fuel injection amount Fi1, the fuel injection mode is controlled so that the second stratification region is formed in the in-cylinder gas (or in the premixing region). Is done. The second stratification region is formed such that the volume V2 of the second stratification region is larger than the volume V1 of the first stratification region, and the average air-fuel ratio in the second stratification region is richer than the theoretical air-fuel ratio.
これにより、筒内ガス(又は、予混合領域)と第2成層領域との境界領域であって、上記NOx発生範囲の空燃比をもつ混合気が存在する境界領域が、点火プラグ31から大きく乖離する。従って、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きくなる場合であっても、境界領域の温度上昇を抑制することができる。この結果、境界領域内から発生するNOxの量を抑制できる。また、第2成層領域における平均空燃比は理論空燃比よりもリッチであるから、第2成層領域から発生するNOxは極僅かとなり得る。以上のことから、要求燃料噴射量Fiが大きい場合であっても、内燃機関10において発生するNOxの量を抑制することができる。
As a result, the boundary region between the in-cylinder gas (or the premixing region) and the second stratification region, where the air-fuel mixture having the air-fuel ratio in the NOx generation range exists, is greatly deviated from the
本発明は、上記第1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、上記第1実施形態においては、図2(A)に対応する図5(A)に示したように、内燃機関10が、燃焼室23内に窒素(不活性ガス)を噴射する窒素噴射弁34(不活性ガス噴射弁)を備えていてもよい。この場合、窒素噴射弁34には、第2成層領域外に位置する噴孔であって、同噴孔からの窒素の噴射方向の延長線が境界領域を貫通するような噴孔が少なくとも1つ備えられていると好適である。
The present invention is not limited to the first embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the first embodiment, as shown in FIG. 5A corresponding to FIG. 2A, the
このように窒素噴射弁34が備えられている構成においては、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きい場合、第2成層領域の燃焼中にて窒素が噴射されるように制御される。具体的には、燃料の燃焼開始時期からの燃料の燃焼による熱発生率の積算値が、燃焼開始時期から燃料の燃焼終了時期までの熱発生率の積算値の90%に達する時期にて、窒素が噴射されるように、窒素噴射弁34に噴射指令がなされる。本例では、上記90%に達する時期は、同時期を適合する実験結果に基づいて作製された同時期、要求燃料噴射量Fi、及び点火時期との関係を規定するテーブルに基づいて決定される。
In the configuration including the
これにより、図5(B)に示すように、窒素が噴射されることで、窒素が第2成層領域外の酸素を巻き込んで第2成層領域内へ向かって流動する。これにより、平均空燃比のリッチ度合いの大きい第2成層領域の燃焼の際に発生する未燃HC,COと上記酸素とが混合し得る。そして、上記未燃HC,COが酸化(燃焼)する。 As a result, as shown in FIG. 5B, when nitrogen is injected, the nitrogen flows into the second stratification region by entraining oxygen outside the second stratification region. As a result, unburned HC, CO generated during combustion in the second stratified region where the richness of the average air-fuel ratio is large can be mixed with the oxygen. The unburned HC and CO are oxidized (burned).
図6は、上述のように窒素が噴射された場合における、熱発生率の変化の一例を示したタイムチャートである。窒素の噴射時期以降、上述のように未燃HC,COが燃焼することにより、熱発生率が一時的に増大する。従って、窒素が噴射されない構成(図6の破線を参照)に比して、燃費を向上させることができる。 FIG. 6 is a time chart showing an example of a change in the heat generation rate when nitrogen is injected as described above. Since the unburned HC and CO are burned as described above after the nitrogen injection timing, the heat generation rate temporarily increases. Therefore, fuel consumption can be improved compared to a configuration in which nitrogen is not injected (see the broken line in FIG. 6).
なお、本変形例では、不活性ガスとしての窒素を噴射しているが、これに代えて、アルゴン等の希ガス、二酸化炭素等を噴射してもよい。 In this modification, nitrogen as an inert gas is injected, but instead of this, a rare gas such as argon, carbon dioxide, or the like may be injected.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第2実施形態の制御装置は、以下の2点においてのみ上記第1実施形態のものと異なる。
(Second Embodiment)
Next, an internal combustion engine control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. The control device of the second embodiment differs from that of the first embodiment only in the following two points.
第1に、図2(A)に対応する図7(A)に示すように、第2実施形態の制御装置が適用される内燃機関の筒内噴射弁33は、予混合領域と成層領域との境界領域に向けて燃料を噴射するように配置されている。より具体的には、筒内噴射弁33には、噴孔からの燃料の噴射方向の延長線が境界領域を貫通するような噴孔が少なくとも1つ備えられている。
First, as shown in FIG. 7A corresponding to FIG. 2A, the in-
第2に、この装置は、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きい場合、成層領域を形成するための第2燃料量を、第3燃料量と第4燃料量の2つに分割して、上記配置された筒内噴射弁33から、第3及び第4燃料量の燃料を噴射するよう制御する。以下、これらの第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
Secondly, when the required fuel injection amount Fi is larger than the first required fuel injection amount Fi1, the apparatus determines the second fuel amount for forming the stratified region as the third fuel amount and the fourth fuel amount. Dividing into two, the third and fourth fuel amounts are controlled to be injected from the in-
この装置では、要求燃料噴射量Fiと、図8に示した要求燃料噴射量Fiと同要求燃料噴射量Fiに対する上記第1、第2、第3及び第4燃料量の割合との関係を規定するテーブルとに基づいて、上記要求燃料噴射量Fiに対する第1、第2、第3及び第4燃料量の割合が設定される。これは、第4燃料量の燃料噴射に基づいて発生する、未燃HC,COの量を抑制する観点に基づく。 In this apparatus, the relationship between the required fuel injection amount Fi and the ratios of the first, second, third and fourth fuel amounts to the required fuel injection amount Fi and the required fuel injection amount Fi shown in FIG. The ratio of the first, second, third, and fourth fuel amounts to the required fuel injection amount Fi is set based on the table to be executed. This is based on the viewpoint of suppressing the amount of unburned HC and CO generated based on the fuel injection of the fourth fuel amount.
先ず、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きく、上記第2要求燃料噴射量Fi2以下である場合について説明する。この場合、図8に示したテーブルに基づいて、要求燃料噴射量Fiに対する第3燃料量の割合が9%に設定され、要求燃料噴射量Fiに対する第4燃料量の割合が1%に設定される。なお、要求燃料噴射量Fiに対する第1燃料量の割合は90%に設定される。 First, a case where the required fuel injection amount Fi is larger than the first required fuel injection amount Fi1 and not more than the second required fuel injection amount Fi2 will be described. In this case, based on the table shown in FIG. 8, the ratio of the third fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to 9%, and the ratio of the fourth fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to 1%. The The ratio of the first fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to 90%.
図9は、要求燃料噴射量Fiと第2燃料量との関係を示すグラフである。この場合、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1から増大していくと、第3及び4燃料量は、9:1の一定の割合を維持しながら増大していくようになっている。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the required fuel injection amount Fi and the second fuel amount. In this case, as the required fuel injection amount Fi increases from the first required fuel injection amount Fi1, the third and fourth fuel amounts increase while maintaining a constant ratio of 9: 1. ing.
図7の左側に示したように、この場合、この装置では、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1以下における場合と同様の予混合領域が形成される。その後、圧縮行程後半の(点火時期より前の)所定の時期(第3燃料噴射時期)にて、筒内噴射弁33から上記設定された第3燃料量の燃料が燃焼室23内(即ち、予混合領域内)に噴射される。
As shown on the left side of FIG. 7, in this case, in this apparatus, a premixing region similar to the case where the required fuel injection amount Fi is equal to or less than the first required fuel injection amount Fi1 is formed. Thereafter, at a predetermined timing (third fuel injection timing) in the latter half of the compression stroke (third fuel injection timing), the third amount of fuel set from the in-
これにより、予混合領域内であって点火プラグ31の周りに、燃料の濃度が略均一な混合気の成層領域が形成される。この成層領域は、平均空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるように、且つ、一定の体積V1をもつように形成される。このため、上記予混合領域と上記成層領域との境界領域が形成される。この境界領域には、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が存在する。
Thereby, a stratified region of the air-fuel mixture having a substantially uniform fuel concentration is formed in the premixed region and around the
そして、図7の右側に示したように、第3燃料量の燃料噴射時期よりも後であって、点火時期直前の時期(第4燃料噴射時期)にて、筒内噴射弁33から上記設定された第4燃料量の燃料が、上記境界領域に向けて噴射される。
Then, as shown on the right side of FIG. 7, the above-mentioned setting is made from the in-
これにより、上記境界領域内において、混合気の空燃比のリッチ度合いが大きくなる。従って、同境界領域内において、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気の量が小さくなり得る。この結果、要求燃料噴射量Fiが大きい場合(即ち、境界領域の温度が高い場合)であっても、第3燃料量の燃料噴射により形成される境界領域から発生するNOxの量を抑制することができる。 As a result, the richness of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture increases within the boundary region. Therefore, the amount of the air-fuel mixture having the air-fuel ratio within the NOx generation range can be reduced within the boundary region. As a result, even when the required fuel injection amount Fi is large (that is, when the temperature of the boundary region is high), the amount of NOx generated from the boundary region formed by fuel injection of the third fuel amount is suppressed. Can do.
また、第4燃料量の燃料噴射によっても混合気の成層領域が形成される。即ち、同成層領域と予混合領域との境界領域が形成される。ここで、同境界領域においては、第4燃料量の燃料噴射時期から所定期間経過後に、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が形成される。 A stratified region of the air-fuel mixture is also formed by fuel injection of the fourth fuel amount. That is, a boundary region between the stratified region and the premixed region is formed. Here, in the boundary region, an air-fuel mixture having an air-fuel ratio within the NOx generation range is formed after a predetermined period has elapsed from the fuel injection timing of the fourth fuel amount.
本例では、点火時期直前に第4燃料量の燃料が噴射されるため、同境界領域にて上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が形成される前に、点火が行われる。従って、第4燃料量の燃料噴射により形成される境界領域から発生するNOxの量を抑制することができる。以上のことから、上記第1実施形態と同様、要求燃料噴射量Fiが第1要求燃料噴射量Fiよりも大きい場合であっても、NOxの発生量が上記適正範囲を超えることを防止することができる。 In this example, since the fourth fuel amount is injected immediately before the ignition timing, ignition is performed before an air-fuel mixture having an air-fuel ratio within the NOx generation range is formed in the boundary region. Therefore, the amount of NOx generated from the boundary region formed by the fuel injection of the fourth fuel amount can be suppressed. From the above, as in the first embodiment, even when the required fuel injection amount Fi is larger than the first required fuel injection amount Fi, the amount of NOx generated is prevented from exceeding the appropriate range. Can do.
次に、要求燃料噴射量Fiが上記第2要求燃料噴射量Fi2よりも大きい場合について説明する。この場合、図8に示したテーブルに基づいて、要求燃料噴射量Fiが大きいほど、要求燃料噴射量Fiに対する第3燃料量の割合がより大きい割合に設定され、要求燃料噴射量Fiに対する第4燃料量の割合がより小さい割合に設定される。なお、要求燃料噴射量Fiに対する第1燃料量の割合は90%に設定される。 Next, a case where the required fuel injection amount Fi is larger than the second required fuel injection amount Fi2 will be described. In this case, based on the table shown in FIG. 8, as the required fuel injection amount Fi is larger, the ratio of the third fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to a larger ratio. The ratio of the fuel amount is set to a smaller ratio. The ratio of the first fuel amount to the required fuel injection amount Fi is set to 90%.
これは、以下の観点に基づく。第4燃料量が大きいほど、第4燃料量の噴射により形成される混合気の成層領域の平均空燃比のリッチ度合いがより大きくなって、同成層領域からの未燃HC,COの発生量がより大きくなる傾向がある。要求燃料噴射量Fiが大きい場合であっても、第4燃料量が小さい量に設定されれば、上記未燃HC,COの発生量が抑制され得る。 This is based on the following viewpoint. As the fourth fuel amount increases, the richness of the average air-fuel ratio in the stratified region of the air-fuel mixture formed by the injection of the fourth fuel amount increases, and the amount of unburned HC and CO generated from the stratified region decreases. There is a tendency to become larger. Even when the required fuel injection amount Fi is large, if the fourth fuel amount is set to a small amount, the generation amount of the unburned HC and CO can be suppressed.
図9に示すように、この場合、第3燃料量が、要求燃料噴射量Fiの10%の量から、第2要求燃料噴射量Fi2の1%の量を減じた量に設定され、第4燃料量が、第2要求燃料噴射量Fi2の1%と等しい量に設定される。要求燃料噴射量Fiが第2要求燃料噴射量Fi2から増大していくと、第3燃料量は増大していく一方、第4燃料量は上記第2要求燃料噴射量Fi2の1%の量に維持されるようになっている。 As shown in FIG. 9, in this case, the third fuel amount is set to an amount obtained by subtracting the amount of 1% of the second required fuel injection amount Fi2 from the amount of 10% of the required fuel injection amount Fi. The fuel amount is set to an amount equal to 1% of the second required fuel injection amount Fi2. As the required fuel injection amount Fi increases from the second required fuel injection amount Fi2, the third fuel amount increases, while the fourth fuel amount becomes 1% of the second required fuel injection amount Fi2. To be maintained.
従って、要求燃料噴射量Fiが第2要求燃料噴射量Fi2よりも大きくなる場合であっても、第4燃料量の噴射により形成される混合気の成層領域における平均空燃比が一定に維持される。 Therefore, even when the required fuel injection amount Fi is larger than the second required fuel injection amount Fi2, the average air-fuel ratio in the stratified region of the air-fuel mixture formed by the injection of the fourth fuel amount is kept constant. .
この結果、上記第1実施形態と同様、要求燃料噴射量Fiが第2要求燃料噴射量Fi2よりも大きい場合であっても、未燃HC,COの発生量が上記適正範囲を超えることを防止することができる。 As a result, similarly to the first embodiment, even when the required fuel injection amount Fi is larger than the second required fuel injection amount Fi2, the generation amount of unburned HC and CO is prevented from exceeding the appropriate range. can do.
ここで、この装置における、上記第3及び第4燃料量の燃料の噴射時期の設定方法について付言する。第3燃料量の燃料噴射により形成された境界領域内においては、第3燃料量の燃料が噴射されてから所定期間経過後に、上記NOx発生範囲の空燃比をもった混合気が形成される。この所定期間は、一般に、第3燃料量が大きいほどより長くなると考えられる。 Here, the method for setting the fuel injection timings of the third and fourth fuel amounts in this apparatus will be additionally described. In the boundary region formed by the fuel injection of the third fuel amount, an air-fuel mixture having an air-fuel ratio in the NOx generation range is formed after a predetermined period has elapsed since the fuel injection of the third fuel amount. This predetermined period is generally considered to be longer as the third fuel amount is larger.
この境界領域において、上記NOx発生範囲の空燃比をもつ混合気の量を確実に小さくするためには、同境界領域内に上記NOx発生範囲の空燃比をもった混合気が形成されたときに、第4燃料量の燃料噴射がなされると好適である。従って、第3燃料量の噴射時期と第4燃料量の噴射時期との間隔は、第3燃料量が大きいほどより長くなるように、第3及び第4燃料量の噴射時期が設定されることが好適である。 In order to reliably reduce the amount of the air-fuel mixture having the air-fuel ratio in the NOx generation range in the boundary region, when the air-fuel mixture having the air-fuel ratio in the NOx generation range is formed in the boundary region. It is preferable that the fourth fuel amount is injected. Therefore, the injection timings of the third and fourth fuel amounts are set so that the interval between the injection timing of the third fuel amount and the injection timing of the fourth fuel amount becomes longer as the third fuel amount becomes larger. Is preferred.
上記観点から、この装置では、図10に示しめした第3燃料量の燃料噴射時期と第4燃料量の燃料噴射時期との間隔に対応するクランク角度差Θと、第3燃料量との関係を規定するテーブルに基づいて、上記クランク角度差Θが設定される。このテーブルにより、第3燃料量が大きいほど、上記クランク角度差Θがより大きい値に設定される。そして、上記設定されたクランク角度差Θに基づいて、第3及び第4燃料量の燃料噴射時期が設定されるようになっている。これにより、上記境界領域から発生するNOxの量を確実に抑制することができる。 From the above viewpoint, in this apparatus, the relationship between the third fuel amount and the crank angle difference Θ corresponding to the interval between the fuel injection timing of the third fuel amount and the fuel injection timing of the fourth fuel amount shown in FIG. The crank angle difference Θ is set based on a table that defines According to this table, the larger the third fuel amount, the larger the crank angle difference Θ is set. The fuel injection timings for the third and fourth fuel amounts are set based on the set crank angle difference Θ. Thereby, the amount of NOx generated from the boundary region can be reliably suppressed.
以上、説明したように、本発明の第2実施形態によれば、要求燃料噴射量Fiが上記第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きい場合、先ず、第2燃料量の一部である第3燃料量が噴射されて、成層領域が、第1燃料量の燃料噴射により形成された予混合領域内に形成される。その後、第2燃料量の残りの部分である第4燃料量が、予混合領域と成層領域との境界領域に向けて噴射されるように燃料の噴射形態が制御される。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, when the required fuel injection amount Fi is larger than the first required fuel injection amount Fi1, first, the third fuel amount that is a part of the second fuel amount. The fuel amount is injected, and the stratification region is formed in the premixing region formed by the fuel injection of the first fuel amount. Thereafter, the fuel injection mode is controlled so that the fourth fuel amount, which is the remaining portion of the second fuel amount, is injected toward the boundary region between the premix region and the stratification region.
これにより、第3燃料量の燃料噴射により形成される境界領域において、混合気の空燃比のリッチ度合いが大きくなり、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気の量が小さくなり得る。この結果、第3燃料量の燃料噴射により形成される境界領域から発生するNOxの量を抑制することができる。また、第4燃料量の燃料噴射時期は点火時期直前である。従って、第4燃料量の燃料噴射により形成される境界領域において、上記NOx発生範囲内の空燃比をもった混合気が形成される前に、混合気が燃焼し得る。以上のことから、要求燃料噴射量Fiが大きい場合であっても、内燃機関10において発生するNOxの量を抑制することができる。
Thereby, in the boundary region formed by fuel injection of the third fuel amount, the richness of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture increases, and the amount of air-fuel mixture having the air-fuel ratio within the NOx generation range can be reduced. As a result, the amount of NOx generated from the boundary region formed by the fuel injection of the third fuel amount can be suppressed. The fuel injection timing for the fourth fuel amount is immediately before the ignition timing. Therefore, in the boundary region formed by the fuel injection of the fourth fuel amount, the air-fuel mixture can burn before the air-fuel mixture having the air-fuel ratio within the NOx generation range is formed. From the above, even when the required fuel injection amount Fi is large, the amount of NOx generated in the
本発明は、上記各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、上記各実施形態においては、内燃機関10がポート噴射弁32を備え、ポート噴射弁32が第1燃料量の燃料を噴射するようになっているが、これに代えて、内燃機関10がポート噴射弁を備えないよう構成され、筒内噴射弁33が第1燃料量の燃料を噴射するようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態においては、第2要求燃料噴射量Fi2が、第1要求燃料噴射量Fi1よりも大きい量に設定されているが、これに代えて、第2要求燃料噴射量Fi2が、第1要求燃料噴射量Fi1と等しい量に設定されてもよい。 In each of the above embodiments, the second required fuel injection amount Fi2 is set to be larger than the first required fuel injection amount Fi1, but instead, the second required fuel injection amount Fi2 is The amount may be set equal to the first required fuel injection amount Fi1.
なお、上記第1実施形態においては、第2成層領域における平均空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるように第2成層領域が形成されているが、これに代えて、成層領域における平均空燃比が理論空燃比より若干リーン(具体的には、15.4〜15.6の範囲内)となるように、成層領域を形成することも考えられる。 In the first embodiment, the second stratification region is formed so that the average air-fuel ratio in the second stratification region is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Instead, the average air-fuel ratio in the stratification region is changed. It is also conceivable to form the stratification region so that the fuel ratio is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (specifically, within the range of 15.4 to 15.6).
種々の実験等により、混合気の空燃比が15.6よりも大きくなると、混合気の燃焼により発生するNOxの量が大きくなる傾向が顕著になる一方、混合気の空燃比が15.4よりも小さくなると、混合気の燃焼により発生する未燃HC,COの量が大きくなる傾向が顕著になることが知られている。第2成層領域における平均空燃比が15.4〜15.6の範囲内とされれば、NOxの発生量、及び未燃HC,COの発生量を抑制することができる。上記構成は係る知見に基づく。これによれば、第2成層領域の平均空燃比が理論空燃比よりもリッチな場合に比して、燃費を向上させることができる。 According to various experiments and the like, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes larger than 15.6, the amount of NOx generated by the combustion of the air-fuel mixture becomes prominent, while the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes more than 15.4. It is known that if the value is smaller, the amount of unburned HC and CO generated by the combustion of the air-fuel mixture tends to increase. If the average air-fuel ratio in the second stratification region is in the range of 15.4 to 15.6, the amount of NOx generated and the amount of unburned HC and CO generated can be suppressed. The above configuration is based on such knowledge. According to this, the fuel efficiency can be improved as compared with the case where the average air-fuel ratio in the second stratified region is richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
10…内燃機関、23…燃焼室、31…点火プラグ、32…ポート噴射弁、33…筒内噴射弁、34…窒素噴射弁
DESCRIPTION OF
Claims (8)
点火プラグと、
を備えた内燃機関に適用され、
前記内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料噴射量を決定する要求燃料噴射量決定手段と、
第1燃料噴射時期にて、前記筒内噴射弁、又は前記ポート噴射弁から前記決定された要求燃料噴射量の半分よりも大きい第1燃料量の燃料を噴射して、混合気の予混合領域を形成し、
前記第1燃料噴射時期よりも後の第2燃料噴射時期にて、前記筒内噴射弁から前記要求燃料噴射量から前記第1燃料量を除いた残りの量である第2燃料量の燃料を噴射して、前記予混合領域内であって前記点火プラグの周りに混合気の第1成層領域を形成する噴射形態制御手段と、
前記第2燃料噴射時期よりも後にて、前記点火プラグにて点火を行う点火制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置において、
前記噴射形態制御手段は、
前記要求燃料噴射量に基づく前記内燃機関の負荷を表す値が第1所定値よりも大きい場合、前記第1燃料量をゼロに、前記第2燃料量を前記要求燃料噴射量と等しい量に設定して、前記燃焼室内に吸入されたガス中に、前記第1成層領域よりも体積が大きい混合気の第2成層領域であって前記第2燃料量に対する前記第2成層領域中に含まれる空気量の割合が理論空燃比よりもリッチな第2成層領域を形成するように構成された内燃機関の制御装置。 An in-cylinder injection valve that directly injects fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine, or a port injection valve that injects fuel into the in-cylinder injection valve and the intake passage of the internal combustion engine;
Spark plugs,
Applied to an internal combustion engine with
Required fuel injection amount determining means for determining a required fuel injection amount based on an operating state of the internal combustion engine;
At the first fuel injection timing, a fuel of a first fuel amount larger than half of the determined required fuel injection amount is injected from the in-cylinder injection valve or the port injection valve, and a premixing region of the air-fuel mixture Form the
At a second fuel injection timing after the first fuel injection timing, a second fuel amount of fuel, which is the remaining amount obtained by subtracting the first fuel amount from the required fuel injection amount from the in-cylinder injection valve, Injection mode control means for injecting and forming a first stratification region of the air-fuel mixture within the premixing region and around the spark plug;
Ignition control means for igniting with the spark plug after the second fuel injection timing;
An internal combustion engine control apparatus comprising:
The injection form control means includes
If the value representing the load of the internal combustion engine based on the required fuel injection amount is greater than a first predetermined value, the first fuel amount is set to zero, and the second fuel amount is set equal to the required fuel injection amount. Then, in the gas sucked into the combustion chamber, the air contained in the second stratification region of the air-fuel mixture having a volume larger than that of the first stratification region and corresponding to the second fuel amount. A control device for an internal combustion engine configured to form a second stratification region in which a ratio of the amount is richer than a stoichiometric air-fuel ratio.
前記噴射形態制御手段は、
前記負荷を表す値が前記第1所定値以上の第2所定値よりも大きい場合、前記第1燃料量をゼロでない所定量に、前記第2燃料量を前記要求燃料噴射量よりも前記所定量だけ小さい量に設定して、前記予混合領域内に前記第2成層領域を形成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 injection form control means includes
When the value representing the load is greater than a second predetermined value that is equal to or greater than the first predetermined value, the first fuel amount is set to a predetermined amount that is not zero, and the second fuel amount is set to the predetermined amount from the required fuel injection amount. A control apparatus for an internal combustion engine configured to form the second stratification region in the premixing region by setting the amount to a small amount.
前記噴射形態制御手段は、
前記負荷を表す値が前記第2所定値よりも大きい場合、前記負荷を表す値と前記第2所定値との相違の程度が大きいほど前記所定量が大きくなるように、前記第1及び第2燃料量を設定するよう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 injection form control means includes
When the value representing the load is greater than the second predetermined value, the first and second values are such that the predetermined amount increases as the degree of difference between the value representing the load and the second predetermined value increases. A control device for an internal combustion engine configured to set a fuel amount.
前記内燃機関は、
前記燃焼室内に不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射弁を備え、
前記負荷を表す値が前記第1所定値よりも大きい場合、前記第2成層領域内の混合気の燃焼中にて、前記不活性ガス噴射弁から前記不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射制御手段を備えた内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The internal combustion engine
An inert gas injection valve for injecting an inert gas into the combustion chamber;
Inert gas injection control for injecting the inert gas from the inert gas injection valve during combustion of the air-fuel mixture in the second stratified region when the value representing the load is greater than the first predetermined value Control device for internal combustion engine comprising means.
前記不活性ガス噴射制御手段は、
前記内燃機関の運転状態と、燃料の燃焼開始時期からの燃料の燃焼による熱発生率の積算値が前記燃焼開始時期から燃料の燃焼終了時期までの熱発生率の積算値の90%に達する時期と、の関係を規定するデータを記憶するデータ記憶手段を備え、
前記内燃機関の運転状態と、前記データとに基づいて得られる前記熱発生率の積算値の90%に達する時期にて、前記不活性ガスを噴射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 inert gas injection control means includes
The operating state of the internal combustion engine and the timing at which the integrated value of the heat generation rate due to fuel combustion from the fuel combustion start timing reaches 90% of the integrated value of the heat generation rate from the combustion start timing to the fuel combustion end timing And data storage means for storing data defining the relationship between
A control device for an internal combustion engine configured to inject the inert gas at a time when 90% of an integrated value of the heat generation rate obtained based on an operation state of the internal combustion engine and the data is reached.
点火プラグと、
を備えた内燃機関に適用され、
前記内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料噴射量を決定する要求燃料噴射量決定手段と、
第1燃料噴射時期にて、前記筒内噴射弁、又は前記ポート噴射弁から前記決定された要求燃料噴射量の半分よりも大きい第1燃料量の燃料を噴射して、混合気の予混合領域を形成し、
前記第1燃料噴射時期よりも後の第2燃料噴射時期にて、前記筒内噴射弁から前記要求燃料噴射量から前記第1燃料量を除いた残りの量である第2燃料量の燃料を噴射して、前記予混合領域内であって前記点火プラグの周りに混合気の成層領域を形成する噴射形態制御手段と、
前記第2燃料噴射時期よりも後にて、前記点火プラグにて点火を行う点火制御手段と、
を備え、
前記筒内噴射弁は、
前記予混合領域と、前記成層領域との境界領域に向けて燃料を噴射するように配置されている内燃機関の制御装置において、
前記噴射形態制御手段は、
前記要求燃料噴射量に基づく前記内燃機関の負荷を表す値が第1所定値よりも大きい場合、前記点火を行う時期よりも前の第3燃料噴射時期にて、前記第2燃料量の一部である第3燃料量の燃料を噴射して、前記成層領域と体積が等しい混合気の成層領域を形成し、前記第3燃料噴射時期よりも後であって前記点火を行う時期よりも前の第4燃料噴射時期にて、前記第2燃料量から前記第3燃料量を除いた残りの量である第4燃料量の燃料を噴射するように構成された内燃機関の制御装置。 An in-cylinder injection valve that directly injects fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine, or a port injection valve that injects fuel into the in-cylinder injection valve and the intake passage of the internal combustion engine;
Spark plugs,
Applied to an internal combustion engine with
Required fuel injection amount determining means for determining a required fuel injection amount based on an operating state of the internal combustion engine;
At the first fuel injection timing, a fuel of a first fuel amount larger than half of the determined required fuel injection amount is injected from the in-cylinder injection valve or the port injection valve, and a premixing region of the air-fuel mixture Form the
At a second fuel injection timing after the first fuel injection timing, a second fuel amount of fuel, which is the remaining amount obtained by subtracting the first fuel amount from the required fuel injection amount from the in-cylinder injection valve, Injection mode control means for injecting and forming a stratified region of the air-fuel mixture within the premixing region and around the spark plug;
Ignition control means for igniting with the spark plug after the second fuel injection timing;
With
The in-cylinder injection valve is
In the control device for an internal combustion engine arranged to inject fuel toward the boundary region between the premixing region and the stratification region,
The injection form control means includes
When a value representing the load of the internal combustion engine based on the required fuel injection amount is greater than a first predetermined value, a part of the second fuel amount at a third fuel injection timing prior to the ignition timing. A fuel of a third fuel amount is injected to form a stratified region of an air-fuel mixture having the same volume as the stratified region, and is after the third fuel injection timing and before the ignition timing. A control device for an internal combustion engine configured to inject a fuel of a fourth fuel amount that is a remaining amount obtained by subtracting the third fuel amount from the second fuel amount at a fourth fuel injection timing.
前記噴射形態制御手段は、
前記負荷を表す値が前記第1所定値以上の第2所定値よりも大きい場合、前記負荷を表す値と前記第2所定値との相違の程度が大きいほど前記第3燃料量が大きくなるように、前記第3及び第4燃料量を設定するよう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 injection form control means includes
When the value representing the load is greater than a second predetermined value equal to or greater than the first predetermined value, the third fuel amount increases as the degree of difference between the value representing the load and the second predetermined value increases. And a control device for an internal combustion engine configured to set the third and fourth fuel amounts.
前記噴射形態制御手段は、
前記第3燃料量が大きいほど、前記第3燃料噴射時期と前記第4燃料噴射時期との間隔が大きくなるように、前記第3及び第4燃料噴射時期を設定するよう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 or 7,
The injection form control means includes
An internal combustion engine configured to set the third and fourth fuel injection timings such that the larger the third fuel amount, the larger the interval between the third fuel injection timing and the fourth fuel injection timing. Control device.
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---|---|---|---|
JP2007245568A JP2009074488A (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Control device for internal combustion engine |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010285969A (en) * | 2009-06-15 | 2010-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | Stratified charge, compression and ignition type engine and control device of engine |
JP2011236792A (en) * | 2010-05-10 | 2011-11-24 | Honda Motor Co Ltd | Device for control of fuel injection in internal combustion engine |
JP2019039326A (en) * | 2017-08-24 | 2019-03-14 | マツダ株式会社 | Control device for premixed compression ignition engine |
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- 2007-09-21 JP JP2007245568A patent/JP2009074488A/en active Pending
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