JP2009121389A - Combustion control system of diesel engine - Google Patents

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圭樹 田邊
Shinji Nakayama
真治 中山
Fumitaka Komatsu
文隆 小松
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the discharge of NOx during transition time of switching between a premix combustion mode and a normal combustion mode. <P>SOLUTION: A combustion control system of a diesel engine controls fuel injection timing to enable switching to the normal combustion mode, the premix combustion mode, and a transition mode of between these modes. During the transition mode, by switching to a low emission mode suppressing the discharge of nitrogen oxide according to an engine operation state and a low smoke mode suppressing the discharge of smoke, the system controls the fuel injection timing corresponding to intake oxygen density, and when an NOx catalyst is in an inactive state, forcibly selects the low emission mode. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置に係り、詳しくは、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとに切り換え可能に燃料噴射を制御する技術に関する。   The present invention relates to a diesel engine combustion control device, and more particularly to a technique for controlling fuel injection so as to be switchable between a premixed combustion mode and a normal combustion mode.

ディーゼルエンジンの燃焼制御において、ピストンの圧縮上死点近傍で燃料を噴射し、燃料噴射中に着火する通常燃焼モードと、燃料の自己着火時期より前に燃料噴射を完了して、その後に着火する予混合燃焼モードとに切り換える技術が知られている。
通常燃焼モードでは、着火後も燃料を追加供給することから、筒内への燃料供給量が増加して高出力を確保することができる。一方、予混合燃焼モードでは、燃料噴射完了後、混合気が十分に希薄、均一化されてから着火するので、局所的な燃焼温度の上昇が抑えられNOx(窒素酸化物)の発生量が低減する。したがって、低回転低負荷時またはアイドリング時には排気性能を考慮して予混合燃焼モードを、その他の場合には出力性能を考慮して通常燃焼モードを選択して燃焼制御することが一般的に行われている。
In the combustion control of diesel engines, fuel is injected near the compression top dead center of the piston, the normal combustion mode is ignited during fuel injection, and the fuel injection is completed before the fuel self-ignition timing, and then ignites A technique for switching to the premixed combustion mode is known.
In the normal combustion mode, additional fuel is supplied even after ignition, so the amount of fuel supplied into the cylinder is increased and high output can be secured. On the other hand, in the premixed combustion mode, after the fuel injection is completed, the air-fuel mixture is sufficiently diluted and homogenized and ignited, so the local combustion temperature rise is suppressed and NOx (nitrogen oxide) generation is reduced. To do. Therefore, combustion control is generally performed by selecting the premixed combustion mode in consideration of the exhaust performance at low rotation and low load or idling, and selecting the normal combustion mode in consideration of the output performance in other cases. ing.

予混合燃焼モードと通常燃焼モードとでは、燃料噴射時期等の制御パラメータの目標値がマップ等に設定されており、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの切り換え移行時には、夫々のモードに対応した2つのマップが繋がるように制御パラメータの目標値を徐々に変更するよう制御しているものがある(特許文献1)。
特開2006−105046号公報
In the premixed combustion mode and the normal combustion mode, the target values of the control parameters such as the fuel injection timing are set in the map, etc., and at the time of transition between the premixed combustion mode and the normal combustion mode, each mode is supported. Some control is performed such that the target value of the control parameter is gradually changed so that the two maps are connected (Patent Document 1).
JP 2006-105046 A

しかしながら、上記の特許文献1に記載されている燃焼制御では、予混合燃焼モードのマップと通常燃焼モードのマップとを単に繋ぐように制御しているので、例えばEGR装置を有するエンジンでは、これらの燃焼モードの切り換え移行時(移行モード時)において、EGR装置の作動遅れにより、適切な燃料噴射が困難となり、スモークが発生したりNOxが発生したりする虞がある。   However, in the combustion control described in the above-mentioned Patent Document 1, control is performed so as to simply connect the map of the premixed combustion mode and the map of the normal combustion mode. For example, in an engine having an EGR device, these At the time of switching to the switching of the combustion mode (during the transition mode), proper fuel injection becomes difficult due to the delay in operation of the EGR device, and smoke or NOx may be generated.

ところで、ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中のNOxを捕捉して還元除去する排気浄化触媒が広く備えられている。しかしながら、冷態始動直後のように排気浄化触媒が非活性状態である場合には、排気浄化触媒においてNOxの除去が十分に行われずに外部へ排出されてしまうといった問題点もある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、移行モード時において、スモークの発生を抑制するとともに、排気浄化触媒が非活性状態である場合でもNOxの排出を抑制できる燃焼制御装置を提供することにある。
By the way, the exhaust passage of the diesel engine is widely equipped with an exhaust purification catalyst that captures NOx in the exhaust and reduces and removes it. However, when the exhaust purification catalyst is in an inactive state, such as immediately after the cold start, there is a problem that NOx is not sufficiently removed in the exhaust purification catalyst and exhausted to the outside.
The present invention has been made to solve such problems. The object of the present invention is to suppress the generation of smoke in the transition mode and to reduce the NOx even when the exhaust purification catalyst is in an inactive state. It is in providing the combustion control apparatus which can suppress discharge | emission of.

上記の目的を達成するために、請求項1は、燃料の噴射期間内に着火する通常燃焼モードと、燃料噴射完了後に予混合期間を経て着火する予混合燃焼モードと、通常燃焼モードと予混合燃焼モードとの間を移行する移行モードとのいずれかに切り換えて燃料噴射時期を制御するディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、移行モード時における吸気酸素濃度に対応する燃料噴射時期が設定されたマップとして、窒素酸化物の排出を抑制する低エミッションモード用マップとスモークの排出を抑制する低スモークモード用マップとを備え、移行モード時にエンジン運転状態に基づいて低エミッションモード用マップ及び低スモークモード用マップのいずれかを選択し用いて燃料噴射時期を制御する制御手段と、ディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物を除去する排気浄化触媒が非活性状態であるか否かを推定する触媒状態推定手段と、を備え、制御手段は、触媒状態推定手段により排気浄化触媒が非活性状態であると推定された場合に低エミッションモード用マップを選択することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides a normal combustion mode that ignites within a fuel injection period, a premix combustion mode that ignites through a premix period after completion of fuel injection, a normal combustion mode, and a premix As a map in which the fuel injection timing corresponding to the intake oxygen concentration in the transition mode is set in the diesel engine combustion control device that controls the fuel injection timing by switching to any one of the transition modes that transition between the combustion modes The low emission mode map that suppresses the emission of nitrogen oxides and the low smoke mode map that suppresses the emission of smoke, and the low emission mode map and the low smoke mode map based on the engine operating state in the transition mode Control means for controlling the fuel injection timing by selecting any of the above, and in the exhaust of the diesel engine Catalyst state estimating means for estimating whether or not the exhaust purification catalyst for removing elemental oxide is in an inactive state, and the control means estimates that the exhaust purification catalyst is in an inactive state by the catalyst state estimating means. In this case, the low emission mode map is selected.

また、請求項2では、請求項1において、触媒状態推定手段により排気浄化触媒が非活性状態であると推定された場合に、制御手段においてエンジン運転状態に基づいて低エミッションモードが選択されるようにアクセル開度を制限する制限手段を更に備えたことを特徴とする。
また、請求項3では、請求項1または2において、制御手段は、エンジン運転状態として、アクセル開度変化率、吸気酸素濃度変化率及び排気浄化触媒の触媒温度に基づいて、低エミッションモード用マップ及び低スモークモード用マップのいずれかを選択することを特徴とする。
Further, in claim 2, when it is estimated by the catalyst state estimating means that the exhaust purification catalyst is in an inactive state, the control means selects the low emission mode based on the engine operating state. Further, a limiting means for limiting the accelerator opening is further provided.
According to a third aspect of the present invention, the control means according to the first or second aspect of the present invention provides the low emission mode map based on the accelerator operation rate change rate, the intake oxygen concentration change rate, and the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst as the engine operating state. And a map for low smoke mode is selected.

本発明の請求項1のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、移行モード時に、エンジン運転状態に基づいて低エミッションモードと低スモークモードとで切り換えて燃料噴射時期を制御することで、窒素酸化物の排出の抑制とスモークの排出の抑制との両立が可能となる。更に、排気浄化触媒が非活性状態である場合には低エミッションモードが選択されることにより、窒素酸化物の発生が抑制されるので、冷態始動直後のように排気浄化触媒が非活性状態であっても窒素酸化物の排出を抑制することができる。   According to the combustion control apparatus for a diesel engine according to claim 1 of the present invention, during the transition mode, the fuel injection timing is controlled by switching between the low emission mode and the low smoke mode based on the engine operating state, so that the nitrogen oxide is controlled. It is possible to achieve both the suppression of the emission of smoke and the suppression of the emission of smoke. Further, when the exhaust purification catalyst is in an inactive state, the generation of nitrogen oxides is suppressed by selecting the low emission mode, so that the exhaust purification catalyst is in an inactive state just after the cold start. Even if it exists, discharge | emission of a nitrogen oxide can be suppressed.

本発明の請求項2のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、排気浄化触媒が非活性状態である場合に、制御手段において低エミッションモードが選択されるようにアクセル開度が制限されるので、吸気状態の急激な変化が抑制され、燃料噴射遅れを要因とする窒素酸化物の発生を確実に抑制することができる。
本発明の請求項3のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、アクセル開度変化率、吸気酸素濃度変化率及び排気浄化触媒の触媒温度に基づいて、低エミッションモード用マップまたは低スモークモード用マップが選択されるので、移行モード時における窒素酸化物の排出の抑制とスモークの排出の抑制とを正確に両立させることができる。
According to the combustion control device for a diesel engine of claim 2 of the present invention, when the exhaust purification catalyst is in an inactive state, the accelerator opening is limited so that the low emission mode is selected in the control means. Rapid changes in the intake state are suppressed, and generation of nitrogen oxides caused by fuel injection delay can be reliably suppressed.
According to the combustion control apparatus for a diesel engine of claim 3 of the present invention, the low emission mode map or the low smoke mode map is based on the accelerator opening change rate, the intake oxygen concentration change rate, and the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst. Therefore, it is possible to achieve both the suppression of nitrogen oxide emission and the suppression of smoke emission accurately in the transition mode.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の燃焼制御装置を備えたディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の排気通路には、排気中のNOx(窒素酸化物)を捕捉して無害な物質に還元浄化するNOx触媒(排気浄化触媒)が備えられている。また、エンジンには、EGRシステム及びコモンレールシステムが備えられている。EGRシステムは、排気通路と吸気通路とを連通するEGR通路を有し、EGR通路に介装されたEGR弁を開閉制御することにより、排気の一部を吸気に環流して燃焼温度を低下させることで、NOxの発生を抑制する機能を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A NOx catalyst (exhaust gas purification) that captures NOx (nitrogen oxides) in exhaust gas and reduces it to harmless substances in an exhaust passage of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) equipped with the combustion control device of the present embodiment. Catalyst). Further, the engine is provided with an EGR system and a common rail system. The EGR system has an EGR passage that communicates an exhaust passage and an intake passage, and controls the opening and closing of an EGR valve that is interposed in the EGR passage, whereby a part of the exhaust gas is circulated to the intake air to lower the combustion temperature. Thus, it has a function of suppressing the generation of NOx.

コモンレールシステムは、燃料ポンプにより高圧化した燃料をコモンレールに蓄え、各気筒に設けられたインジェクタにコモンレールから高圧の燃料を供給して筒内に噴射させる。コモンレール内の圧力は、燃料ポンプを作動制御することで調整可能となっている。各インジェクタは、燃焼制御装置により作動制御され、筒内への燃料噴射量、燃料噴射時期が制御される。   In the common rail system, fuel whose pressure is increased by a fuel pump is stored in a common rail, and high pressure fuel is supplied from the common rail to an injector provided in each cylinder and injected into the cylinder. The pressure in the common rail can be adjusted by controlling the operation of the fuel pump. Each injector is controlled by a combustion control device, and the amount of fuel injected into the cylinder and the fuel injection timing are controlled.

燃焼制御装置は、エンジンの各種運転状態を入力して、インジェクタによる燃料噴射を、通常燃焼モードまたは予混合燃焼モードに切り換える機能を有している。
通常燃焼モードでは、ピストンの圧縮上死点近傍で燃料噴射するよう制御され、着火後も燃料が追加供給されることから、筒内への燃料供給量が増加して高出力を得ることができる。予混合燃焼モードでは、燃料自己着火時期より前に燃料噴射が完了するよう制御され、燃料噴射完了後、混合気が十分に希薄、均一化されてから着火するので、局所的な燃焼温度の上昇が抑えられNOx発生量が低減される。また、通常燃焼モードと予混合燃焼モードとの間には、これら2つのモードの間の移行期間である移行モードが設けられている。
The combustion control device has a function of inputting various operating states of the engine and switching the fuel injection by the injector to the normal combustion mode or the premixed combustion mode.
In the normal combustion mode, it is controlled to inject fuel near the compression top dead center of the piston, and additional fuel is supplied even after ignition, so that the amount of fuel supplied into the cylinder increases and high output can be obtained. . In the premixed combustion mode, the fuel injection is controlled to be completed before the fuel self-ignition timing, and after the fuel injection is completed, the mixture is sufficiently diluted and homogenized to ignite, so the local combustion temperature rises. Is suppressed, and the amount of NOx generated is reduced. Further, a transition mode that is a transition period between these two modes is provided between the normal combustion mode and the premixed combustion mode.

図1は、燃焼モードの切換判定手順を示すフローチャートである。本ルーチンはエンジンの作動中に繰り返し実行される。
図1に示すように、まずステップS10では、エンジン回転速度Ne及び負荷L(例えば燃料噴射量)を入力し、図2に示すようなあらかじめ記憶しておいた燃焼モード判定マップにより予混合燃焼モードに適した運転状態であるか否かを判別する。予混合燃焼モードに適した運転状態であると判定した場合には、ステップS20に進む。このマップでは、低回転低負荷時には予混合燃焼(PCI)モードが、その他の領域では通常燃焼(Conventional)モードが選択されるように設定されている。なお、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの間の領域が移行モードに該当する。
FIG. 1 is a flow chart showing a combustion mode switching determination procedure. This routine is repeatedly executed while the engine is operating.
As shown in FIG. 1, first in step S10, an engine speed Ne and a load L (for example, fuel injection amount) are input, and a premixed combustion mode is determined by a combustion mode determination map stored in advance as shown in FIG. It is determined whether or not the driving state is suitable for. If it is determined that the operation state is suitable for the premixed combustion mode, the process proceeds to step S20. This map is set so that the premixed combustion (PCI) mode is selected at low rotation and low load, and the normal combustion (Conventional) mode is selected in other regions. The region between the premixed combustion mode and the normal combustion mode corresponds to the transition mode.

ステップS20では、予混合燃焼モードを選択する。そして本ルーチンをリターンする。
ステップS10において、エンジンの運転条件が予混合燃焼モードに適していないと判定した場合には、ステップS30に進む。
ステップS30では、吸気酸素濃度が所定値より大きいか否かを判定する。所定値より大きい場合は、ステップS40に進む。この所定値は、例えば通常燃焼が可能となる下限値に設定すればよい。
In step S20, the premixed combustion mode is selected. Then, this routine is returned.
If it is determined in step S10 that the engine operating condition is not suitable for the premixed combustion mode, the process proceeds to step S30.
In step S30, it is determined whether or not the intake oxygen concentration is greater than a predetermined value. If larger than the predetermined value, the process proceeds to step S40. This predetermined value may be set to a lower limit value at which normal combustion is possible, for example.

ステップS40では、通常燃焼モードを選択する。そして、本ルーチンをリターンする。
ステップS30において、吸気酸素濃度が所定値以下であると判定した場合は、移行モードを選択し、更にステップS50に進む。
ステップS50では、NOx触媒が活性状態であるか否かを判別する。活性状態である場合は、ステップS60に進む。
In step S40, the normal combustion mode is selected. Then, this routine is returned.
If it is determined in step S30 that the intake oxygen concentration is equal to or lower than the predetermined value, the transition mode is selected, and the process proceeds to step S50.
In step S50, it is determined whether or not the NOx catalyst is in an active state. If it is in the active state, the process proceeds to step S60.

ステップS60では、移行モードのうち通常移行モードを選択する。そして、本ルーチンをリターンする。
ステップS50において、NOx触媒が活性状態でないと判定された場合、即ち非活性状態である場合には、ステップS70に進む。
ステップS70では、移行モードのうち制限移行モードを選択する。そして、本ルーチンをリターンする。
In step S60, the normal transition mode is selected from the transition modes. Then, this routine is returned.
If it is determined in step S50 that the NOx catalyst is not in an active state, that is, if it is in an inactive state, the process proceeds to step S70.
In step S70, the restricted transition mode is selected from the transition modes. Then, this routine is returned.

次に、移行モード時における燃料噴射時期及びアクセル開度の算出要領を図3のブロック図を用いて説明する。
燃焼制御装置は、移行モード時における燃料噴射時期を吸気酸素濃度に基づいて設定する。具体的には、吸気酸素濃度に対応する燃料噴射時期が設定されたマップを2種類持ち、これをエンジンの運転状態に基づいて切り換える制御を行う(制御手段)。更に、燃焼制御装置は、アクセル開度を制限する機能を有する(制限手段)。
Next, how to calculate the fuel injection timing and the accelerator opening in the transition mode will be described with reference to the block diagram of FIG.
The combustion control device sets the fuel injection timing in the transition mode based on the intake oxygen concentration. Specifically, there are two types of maps in which the fuel injection timing corresponding to the intake oxygen concentration is set, and control is performed to switch these maps based on the operating state of the engine (control means). Further, the combustion control device has a function of limiting the accelerator opening (limit means).

図3に示すように、第1の噴射時期演算部10は、吸気酸素濃度及びエンジン回転速度を入力して低スモークモード時の燃料噴射時期を演算する。低スモークモード時の燃料噴射時期は、図4に示すようなマップを用いて行われる。一方、第2の噴射時期演算部20は、吸気酸素濃度及びエンジン回転速度を入力して、低エミッションモード時の燃料噴射時期を演算する。低エミッションモード時の燃料噴射時期は、図5に示すようなマップを用いて行われる。図4及び図5では、いずれも吸気酸素濃度が増加するにしたがって燃料噴射時期が遅くなるように、またエンジン回転速度の変化によって燃料噴射時期が変化するように設定されている。   As shown in FIG. 3, the first injection timing calculation unit 10 inputs the intake oxygen concentration and the engine rotation speed and calculates the fuel injection timing in the low smoke mode. The fuel injection timing in the low smoke mode is performed using a map as shown in FIG. On the other hand, the second injection timing calculation unit 20 inputs the intake oxygen concentration and the engine speed, and calculates the fuel injection timing in the low emission mode. The fuel injection timing in the low emission mode is performed using a map as shown in FIG. 4 and 5, both are set so that the fuel injection timing is delayed as the intake oxygen concentration increases, and the fuel injection timing is changed according to the change in the engine speed.

NOx触媒状態判定部30(触媒状態推定手段)は、NOx触媒判定情報を入力してNOx触媒が活性状態であるか否かを判別する。NOx触媒判定情報は、例えばNOx触媒の触媒温度や還元剤のNOx触媒への供給状態のように、NOx触媒が非活性状態であるか否かを推定可能な情報であればよい。
モード選択部40は、NOx触媒活性状態判定部30からNOx触媒の触媒状態の判定結果を入力するととともに、アクセル開度変化率、吸気酸素濃度変化率を入力して、低エミッションモード及び低スモークモードのうちいずれを選択するか判別する。ここでは、アクセル開度や吸気酸素濃度の変化率が少ない場合、NOx触媒が非活性状態である場合には低エミッションモードを、アクセル開度や吸気酸素濃度の変化率が大きい場合、NOx触媒が活性状態である場合には低スモークモードを選択するように設定すればよい。
The NOx catalyst state determination unit 30 (catalyst state estimation means) inputs the NOx catalyst determination information and determines whether or not the NOx catalyst is in an active state. The NOx catalyst determination information may be information that can be used to estimate whether the NOx catalyst is in an inactive state, such as the catalyst temperature of the NOx catalyst or the supply state of the reducing agent to the NOx catalyst.
The mode selection unit 40 inputs the determination result of the catalyst state of the NOx catalyst from the NOx catalyst active state determination unit 30, and also inputs the accelerator opening change rate and the intake oxygen concentration change rate, so that the low emission mode and the low smoke mode are input. To select one of them. Here, when the change rate of the accelerator opening and the intake oxygen concentration is small, when the NOx catalyst is in an inactive state, the low emission mode is selected. When the change rate of the accelerator opening and the intake oxygen concentration is large, the NOx catalyst is In the active state, the low smoke mode may be selected.

第1の切換部50は、モード選択部40において選択されたモードに該当する噴射時期演算部10または20によって演算された値を最終的な燃料噴射時期として出力する。
アクセル開度制限値演算部60は、アクセル開度及びエンジン回転速度を入力し、補正アクセル開度を演算する。補正アクセル開度は、図6に示すようなマップを用いて求められる。図6では、モード選択部40において低エミッションモードが選択されるように、エンジン回転速度に基づくアクセル開度の上限値が設定されている。
The first switching unit 50 outputs the value calculated by the injection timing calculation unit 10 or 20 corresponding to the mode selected by the mode selection unit 40 as the final fuel injection timing.
The accelerator opening limit value calculation unit 60 inputs the accelerator opening and the engine speed, and calculates a corrected accelerator opening. The corrected accelerator opening is obtained using a map as shown in FIG. In FIG. 6, the upper limit value of the accelerator opening based on the engine speed is set so that the low emission mode is selected by the mode selection unit 40.

第2の切換部70は、モード選択部40を通してNOx触媒状態判定部30からNOx触媒の触媒状態の判定結果を入力し、NOx触媒が活性状態である場合は、アクセル開度を補正せずにそのまま最終的なアクセル開度として出力する。NOx触媒が非活性状態であると判定した場合は、アクセル開度制限値演算部60において演算された補正アクセル開度を最終的なアクセル開度として出力する。   The second switching unit 70 inputs the determination result of the catalyst state of the NOx catalyst from the NOx catalyst state determination unit 30 through the mode selection unit 40, and when the NOx catalyst is in an active state, the accelerator opening is not corrected. The final accelerator opening is output as it is. When it is determined that the NOx catalyst is in an inactive state, the corrected accelerator opening calculated by the accelerator opening limit value calculation unit 60 is output as the final accelerator opening.

図7は、吸気酸素濃度と燃料噴射時期との関係を示すグラフであり、低エミッションモードと低スモークモードとの移行経路の違いを示す参考図である。なお、図中には参考としてスモーク濃度を等高線として示しており、図中中央部ではスモーク濃度が高くなっていることを示している。図8は、吸気酸素濃度及び燃料噴射時期とスモーク濃度との関係を示すグラフであって、図中数字が大きい程スモーク濃度が高いことを示している。図9は吸気酸素濃度及び燃料噴射時期とNOx濃度との関係を示すグラフであって、図中数字が大きい程NOx濃度が高いことを示している。図10は吸気酸素濃度及び燃料噴射時期と出力トルクとの関係を示すグラフであって、図中数字が大きい程出力トルクが大きいことを示している。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the intake oxygen concentration and the fuel injection timing, and is a reference diagram showing the difference in the transition path between the low emission mode and the low smoke mode. In the figure, the smoke concentration is shown as a contour line for reference, and the smoke concentration is high in the center of the figure. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the intake oxygen concentration and the fuel injection timing and the smoke concentration. The larger the number in the figure, the higher the smoke concentration. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the intake oxygen concentration and fuel injection timing and the NOx concentration. The larger the number in the figure, the higher the NOx concentration. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the intake oxygen concentration and the fuel injection timing and the output torque. The larger the number in the figure, the larger the output torque.

図7に示すように、移行モード時には、図中下部の予混合燃焼モードの領域と、図中右上部の通常燃焼モードの領域との間を移行するが、その移行経路が低エミッションモードと低スモークモードとで異なる。低スモークモードでは、図8に示すスモーク濃度の特性を鑑みて、スモーク濃度が高くなる領域を避けるように、予混合燃焼モードの領域と通常燃焼モードの領域とを略直線で結ぶように設定されている。低エミッションモードでは、図9に示すNOx濃度の特性を鑑みて、NOx濃度が低くなる領域を極力移行するように設定されている。また、図10に示すように、エンジンの出力トルクは、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの間では吸気酸素濃度に殆ど影響されず、燃料噴射時期に応じて変化する特性である。したがって、図中に示すように低スモークモードでは低エミッションモードに比べて傾き(燃料噴射時期/吸気酸素濃度)が小さく設定されることで、吸気酸素濃度の変化に対し燃料噴射時期の変化が小さくなり、したがって出力トルクの変化も小さくなる。また、エンジンの出力トルクは燃料噴射時期が早い(進角側である)と大きくなる特性でもあり、同一の吸気酸素濃度において低スモークモードは低エミッションモードより燃焼噴射時期が早く設定されているので、予混合燃焼モードと通常燃焼モードとの間の移行時にエンジンの出力トルクを高く維持することができる。   As shown in FIG. 7, during the transition mode, the transition is made between the region of the premixed combustion mode in the lower part of the figure and the region of the normal combustion mode in the upper right part of the figure. Different from smoke mode. In the low smoke mode, in consideration of the smoke concentration characteristics shown in FIG. 8, the premixed combustion mode region and the normal combustion mode region are set to be connected by a substantially straight line so as to avoid the region where the smoke concentration is high. ing. In the low emission mode, in consideration of the characteristics of the NOx concentration shown in FIG. 9, the region where the NOx concentration is low is set to shift as much as possible. Further, as shown in FIG. 10, the engine output torque is a characteristic that changes little depending on the fuel injection timing without being substantially affected by the intake oxygen concentration between the premixed combustion mode and the normal combustion mode. Therefore, as shown in the figure, in the low smoke mode, the inclination (fuel injection timing / intake oxygen concentration) is set smaller than in the low emission mode, so that the change in the fuel injection timing is small with respect to the change in the intake oxygen concentration. Therefore, the change in output torque is also reduced. The engine output torque also increases when the fuel injection timing is early (advanced), and the combustion injection timing is set earlier in the low smoke mode than in the low emission mode at the same intake oxygen concentration. The engine output torque can be kept high during the transition between the premixed combustion mode and the normal combustion mode.

以上のように、本実施形態では、通常燃焼モードと移行モードとの切り換え、更には移行モード時における燃料噴射時期を、吸気酸素濃度に基づいて設定するので、例えばEGR装置の応答が遅れたとしても、吸気の状態に見合った正確な燃料噴射時期の設定が可能となり、スモークの発生を抑制することができる。
また、この燃料噴射時期を設定する際に用いられるマップとして、低エミッションモード及び低スモークモードの2つのマップを用意しており、アクセル開度が急激に変化したときやNOx触媒の触媒温度が十分に上昇しているときには、低スモークモードが選択されてスモークの発生が抑制されるとともに出力トルク変動も抑制されてスムーズな移行が可能となる。一方、アクセル開度や吸気酸素濃度の変化が少ない場合には、スモークが発生しにくくまた出力トルク変動もしにくいので、上記のように低エミッションモードを選択することでNOxの発生を抑制することができる。
As described above, in this embodiment, the switching between the normal combustion mode and the transition mode, and further, the fuel injection timing in the transition mode is set based on the intake oxygen concentration. For example, the response of the EGR device is delayed. However, it is possible to set an accurate fuel injection timing in accordance with the intake air state, and the occurrence of smoke can be suppressed.
In addition, two maps, the low emission mode and the low smoke mode, are prepared as the maps used to set the fuel injection timing. When the accelerator opening changes suddenly, the catalyst temperature of the NOx catalyst is sufficient. When the engine speed is increased, the low smoke mode is selected to suppress the generation of smoke, and the output torque fluctuation is also suppressed to enable a smooth transition. On the other hand, when there is little change in the accelerator opening or the intake oxygen concentration, it is difficult for smoke to occur and output torque does not fluctuate, so it is possible to suppress the generation of NOx by selecting the low emission mode as described above. it can.

特に、本実施形態では、移行モード時にNOx触媒が非活性状態である場合には、強制的に低エミッションモードを選択する。したがって、エンジンにおいてNOxの発生が抑制されるので、NOx触媒が非活性状態であってもNOxの排出を抑制することができる。更に、移行モード時にNOx触媒が非活性状態である場合に、低エミッションモードが維持されるようにアクセル開度が抑制されるので、吸気状態の急激な変化が抑制されて、吸気酸素濃度に対する最適な噴射時期とのずれを要因とする窒素酸化物の発生を確実に抑制することができる。   In particular, in the present embodiment, when the NOx catalyst is in an inactive state during the transition mode, the low emission mode is forcibly selected. Therefore, since the generation of NOx is suppressed in the engine, NOx emission can be suppressed even when the NOx catalyst is in an inactive state. Further, when the NOx catalyst is in an inactive state during the transition mode, the accelerator opening is suppressed so that the low emission mode is maintained, so a sudden change in the intake state is suppressed, and the optimum for the intake oxygen concentration is suppressed. Generation of nitrogen oxides caused by a deviation from a proper injection timing can be reliably suppressed.

なお、本実施形態では、排気浄化触媒が非活性状態である場合に、強制的な低エミッションモードへの切り換えとアクセル開度の制限との両方を実施しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの何れか一方を実施してもよい。
また、本実施形態では、モード選択部40において、低エミッションモード用マップまたは低スモークモード用マップを、アクセル開度変化率、吸気酸素濃度変化率及びNOx触媒状態としての触媒温度に基づいて選択するが、本発明はこれに限定されるものではなく、エンジンが過渡運転状態であるか否か、あるいはNOx触媒が活性状態であるか否かが推定できる情報に基づいて適宜選択すればよい。
In this embodiment, when the exhaust purification catalyst is in an inactive state, both the forced switching to the low emission mode and the limitation on the accelerator opening are performed, but the present invention is not limited to this. Any one of these may be implemented.
In the present embodiment, the mode selection unit 40 selects the low emission mode map or the low smoke mode map based on the accelerator opening change rate, the intake oxygen concentration change rate, and the catalyst temperature as the NOx catalyst state. However, the present invention is not limited to this, and may be appropriately selected based on information that can be used to estimate whether the engine is in a transient operation state or whether the NOx catalyst is in an active state.

本発明に係る燃焼制御装置における燃焼モードの切り換え判定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the switching determination procedure of the combustion mode in the combustion control apparatus which concerns on this invention. 燃焼モード判定用のマップである。It is a map for combustion mode determination. 移行モード時における燃料噴射時期及びアクセル開度の算出要領を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the calculation point of the fuel injection timing at the time of transfer mode, and an accelerator opening. 低スモークモード時における燃料噴射時期演算用のマップである。It is a map for fuel injection timing calculation in the low smoke mode. 低エミッションモード時における燃料噴射時期演算用のマップである。It is a map for fuel injection timing calculation in the low emission mode. 補正アクセル開度演算用のマップである。It is a map for corrected accelerator opening calculation. 燃料噴射時期と吸気酸素濃度との関係を示し、低スモークモードと低エミッションモードとでの燃料噴射時期の移行経路の違いを示す参考図である。It is a reference figure which shows the relationship between a fuel-injection time and intake oxygen concentration, and shows the difference in the transition path | route of fuel-injection time in a low smoke mode and a low emission mode. 燃料噴射時期及び吸気酸素濃度と排気中のスモーク濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between fuel injection timing, intake oxygen concentration, and smoke concentration in exhaust gas. 燃料噴射時期及び吸気酸素濃度と排気中のNOx濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between fuel injection timing, intake oxygen concentration, and NOx concentration in exhaust gas. 燃料噴射時期及び吸気酸素濃度とエンジン出力トルクとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a fuel-injection timing, intake oxygen concentration, and an engine output torque.

符号の説明Explanation of symbols

10 第1の噴射時期演算部
20 第2の噴射時期演算部
30 NOx触媒状態判定部
40 モード選択部
50 第1の切換部
60 アクセル開度制限値演算部
70 第2の切換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st injection timing calculating part 20 2nd injection timing calculating part 30 NOx catalyst state determination part 40 Mode selection part 50 1st switching part 60 Accelerator opening degree limit value calculating part 70 2nd switching part

Claims (3)

燃料の噴射期間内に着火する通常燃焼モードと、燃料噴射完了後に予混合期間を経て着火する予混合燃焼モードと、前記通常燃焼モードと予混合燃焼モードとの間を移行する移行モードとのいずれかに切り換えて燃料噴射時期を制御するディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
前記移行モード時における吸気酸素濃度に対応する燃料噴射時期が設定されたマップとして、窒素酸化物の排出を抑制する低エミッションモード用マップとスモークの排出を抑制する低スモークモード用マップとを備え、前記移行モード時にエンジン運転状態に基づいて前記低エミッションモード用マップ及び低スモークモード用マップのいずれかを選択し用いて燃料噴射時期を制御する制御手段と、
前記ディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物を除去する排気浄化触媒が非活性状態であるか否かを推定する触媒状態推定手段と、を備え、
前記制御手段は、前記触媒状態推定手段により排気浄化触媒が非活性状態であると推定された場合に前記低エミッションモード用マップを選択することを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
Any of a normal combustion mode that ignites within the fuel injection period, a premix combustion mode that ignites through a premixing period after completion of fuel injection, and a transition mode that transitions between the normal combustion mode and the premixed combustion mode In a diesel engine combustion control device that controls the fuel injection timing by switching between
As a map in which the fuel injection timing corresponding to the intake oxygen concentration in the transition mode is set, a low emission mode map for suppressing emission of nitrogen oxides and a map for low smoke mode for suppressing emission of smoke, Control means for controlling the fuel injection timing by selecting and using either the low emission mode map or the low smoke mode map based on the engine operating state during the transition mode;
Catalyst state estimating means for estimating whether or not the exhaust purification catalyst for removing nitrogen oxides in the exhaust of the diesel engine is in an inactive state,
The diesel engine combustion control apparatus, wherein the control means selects the low emission mode map when the catalyst state estimating means estimates that the exhaust purification catalyst is in an inactive state.
前記触媒状態推定手段により前記排気浄化触媒が非活性状態であると推定された場合に、前記制御手段においてエンジン運転状態に基づいて低エミッションモードが選択されるようにアクセル開度を制限する制限手段を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。   Limiting means for limiting the accelerator opening so that the control means selects the low emission mode based on the engine operating state when the exhaust gas purification catalyst is estimated to be in an inactive state by the catalyst state estimating means. The combustion control device for a diesel engine according to claim 1, further comprising: 前記制御手段は、前記エンジン運転状態として、アクセル開度変化率、吸気酸素濃度変化率及び排気浄化触媒の触媒温度に基づいて、前記低エミッションモード用マップ及び低スモークモード用マップのいずれかを選択することを特徴とする請求項1または2に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。   The control means selects either the low emission mode map or the low smoke mode map as the engine operating state based on the accelerator opening change rate, the intake oxygen concentration change rate, and the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst. The combustion control device for a diesel engine according to claim 1 or 2, wherein
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