JP2009235920A - Fuel injection control device of cylinder injection internal combustion engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気タービン式の過給機を装着した筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する発明である。 The present invention relates to a fuel injection control device for a direct injection internal combustion engine equipped with an exhaust turbine supercharger.
近年、車両に搭載される内燃機関(エンジン)においては、省燃費と高出力化とを両立させるために、筒内噴射式内燃機関に排気タービン式過給機(いわゆるターボチャージャ)を搭載したものがある。このものは、内燃機関の排気通路に設けた排気タービンと吸気通路に設けたコンプレッサとを連結し、排出ガスのエネルギで排気タービンを回転駆動することでコンプレッサを回転駆動して吸入空気を過給するようにしている。 In recent years, in an internal combustion engine (engine) mounted on a vehicle, an exhaust turbine supercharger (so-called turbocharger) is mounted on a direct injection internal combustion engine in order to achieve both fuel saving and high output. There is. In this system, an exhaust turbine provided in an exhaust passage of an internal combustion engine is connected to a compressor provided in an intake passage, and the exhaust turbine is rotationally driven by exhaust gas energy to rotationally drive the compressor to supercharge intake air. Like to do.
このような過給機付き筒内噴射式内燃機関においては、特許文献1(特開2000−345889号公報)に記載されているように、低回転・低負荷域での加速応答性を向上させるために、低回転・低負荷域において、圧縮行程で主噴射を実行した後に、膨張行程の再燃焼可能な時期に追加噴射を実行することで、排気通路内で可燃ガス成分を再燃焼させて排出ガスのエネルギを増大させることで、排気タービンの回転速度を上昇させて過給圧を上昇させるようにしたものがある。
上記特許文献1の技術は、低回転・低負荷域において、膨張行程で追加噴射を実行して排気通路内で可燃ガス成分を再燃焼させて過給圧を上昇させるものである。この特許文献1の技術を高負荷域に適用すると、再燃焼に必要な酸素量よりも排出ガス中の酸素量が不足して、十分に再燃焼を生じさせることが困難となる。この理由は、低負荷域では、リーン空燃比で運転されるため、排出ガス中の酸素濃度が高く、再燃焼に必要な酸素量を確保できるが、高負荷域では、出力トルクを高めるためにストイキ付近の空燃比で運転されるため、排出ガス中の酸素濃度が低くなるためである。
The technique disclosed in
また、特許文献1の技術では、膨張行程で追加噴射を実行するため、排出ガスの熱エネルギが追加噴射の燃料の気化熱に奪われてしまい、その分、排気温度が低下して、排気温度を再燃焼に必要な高温域まで上昇せることが困難となり、これも再燃焼を生じさせにくくする要因となる。
Further, in the technique of
この対策として、点火時期を遅角させて排気温度を上昇させることが考えられるが、点火時期を遅角させると、出力が低下して加速応答性が損なわれてしまう欠点がある。 As a countermeasure, it is conceivable to retard the ignition timing and raise the exhaust gas temperature. However, if the ignition timing is retarded, there is a drawback that the output decreases and the acceleration response is impaired.
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、排気通路内で可燃ガス成分を確実に再燃焼させて、過給機の排気タービンを駆動する排出ガスのエネルギを上昇させることができ、過給機の過給圧を上昇させて加速応答性を高めることができる過給機付き筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances. Therefore, the object of the present invention is to ensure that the combustible gas components are reburned in the exhaust passage so as to drive the exhaust turbine of the supercharger. It is an object of the present invention to provide a fuel injection control device for a cylinder injection internal combustion engine with a supercharger capable of increasing the supercharging pressure of the supercharger and improving the acceleration response.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、排出ガスのエネルギで排気タービンを回転させて吸入空気を過給する過給機と、前記燃料噴射弁の燃料噴射動作を制御する燃料噴射制御手段とを備えた過給機付き筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、筒内で混合気の主燃焼を生じさせるための第1の燃料噴射(主噴射)を、吸気上死点付近のバルブオーバーラップ後の吸気行程から圧縮行程の初期に実行し、その後、排気通路内に可燃ガス成分を排出して該排気通路内で再燃焼させるための第2の燃料噴射(追加噴射)を圧縮行程の中期から後期に実行するようにしたものである。
In order to achieve the above object, an invention according to
この構成では、吸気上死点付近のバルブオーバーラップ中(吸気バルブと排気バルブの両方が開いている期間)に吸入空気を吹き抜けさせて排気通路内の酸素量を増加させて再燃焼に必要な酸素量を確保してから、筒内で混合気の主燃焼を生じさせるための第1の燃料噴射を吸気行程から圧縮行程の初期に実行した後、第2の燃料噴射を圧縮行程の中期から後期に実行することで、第2の燃料噴射で筒内に噴射した燃料の一部を燃焼させて排気温度を上昇させながら、未燃HCを含む可燃ガス成分を排気通路内に排出することができる。これにより、排気通路内で再燃焼に必要な酸素量を確保し且つ排気温度を再燃焼に必要な高温域まで上昇させながら、再燃焼に必要な量の可燃ガス成分を排気通路内に排出することができるため、排気通路内で可燃ガス成分を確実に再燃焼させて排出ガスのエネルギを増大させて排気タービンの回転速度を上昇させることができ、過給機の過給圧を上昇させて加速応答性を高めることができる。 In this configuration, during the valve overlap near the intake top dead center (period when both the intake valve and the exhaust valve are open), the intake air is blown through to increase the amount of oxygen in the exhaust passage, which is necessary for recombustion. After securing the amount of oxygen, the first fuel injection for causing the main combustion of the air-fuel mixture in the cylinder is performed from the intake stroke to the beginning of the compression stroke, and then the second fuel injection is started from the middle of the compression stroke. By executing in the latter period, a part of the fuel injected into the cylinder in the second fuel injection is burned to raise the exhaust temperature, and the combustible gas component including unburned HC can be discharged into the exhaust passage. it can. As a result, the amount of combustible gas necessary for recombustion is discharged into the exhaust passage while ensuring the amount of oxygen necessary for recombustion in the exhaust passage and raising the exhaust temperature to a high temperature range necessary for recombustion. Therefore, the combustible gas component can be reliably reburned in the exhaust passage to increase the energy of the exhaust gas, thereby increasing the rotation speed of the exhaust turbine and increasing the supercharging pressure of the supercharger. Acceleration response can be improved.
この場合、請求項2のように、第2の燃料噴射を実行する運転領域を、所定負荷以上で且つ所定機関回転速度以下の領域に限定すると共に、第2の燃料噴射の実行と停止の切り替えにヒステリシスを持たせるようにすると良い。ここで、第2の燃料噴射を実行する運転領域を所定負荷以上とする理由は、ストイキ付近の空燃比で運転される高負荷域で第2の燃料噴射を実行するためであり、また、第2の燃料噴射を実行する運転領域を所定機関回転速度以下とする理由は、機関回転速度が高くなるほど、排気圧が高くなるため、機関回転速度が高くなれば、排気圧が吸気圧よりも高くなってバルブオーバーラップ中に吸入空気の吹き抜けが発生しなくなるためである。機関回転速度が低くなれば、排気圧が吸気圧よりも低くなって、バルブオーバーラップ中に吸入空気の吹き抜けを生じさせることができる。また、第2の燃料噴射の実行と停止の切り替えにヒステリシスを持たせれば、第2の燃料噴射を実行する運転領域の境界線付近で第2の燃料噴射の実行と停止とが頻繁に切り替えられるハンチング現象を防止することができる。
In this case, as in
また、請求項3のように、排気通路のうちの排気タービンの下流側に設けられた排出ガス浄化用の触媒と、該触媒の上流側又はその下流側又は前記排気タービンの上流側のいずれかの位置の排気温度を検出又は推定する排気温度判定手段とを備え、前記排気温度判定手段で検出又は推定した排気温度が所定温度以上となる場合に前記第2の燃料噴射(再燃焼)を禁止するようにすると良い。このようにすれば、排気通路に設置した触媒や空燃比センサ等の排気系部品が排気熱で損傷する可能性のある高温領域で、第2の燃料噴射(再燃焼)を禁止して排気温度を低下させることができ、排気系部品が排気熱で損傷することを防止できる。
Further, as in
また、第1の燃料噴射の噴射量と第2の燃料噴射の噴射量の設定方法としては、例えば、請求項4のように、第1の燃料噴射の噴射量を主燃焼を生じさせるのに最適な噴射量に設定し、第2の燃料噴射の噴射量を排気通路内で再燃焼を生じさせるのに必要最小限の噴射量に設定したり、或は、請求項5のように、第1の燃料噴射の噴射量に内燃機関の運転条件に応じた係数を乗算して第2の燃料噴射の噴射量を設定したり、或は、請求項6のように、第1の燃料噴射と第2の燃料噴射との合計噴射量を内燃機関の運転条件に応じて設定し、該合計噴射量を該内燃機関の運転条件に応じた比率で第1の燃料噴射の噴射量と第2の燃料噴射の噴射量に分配するようにしても良い。いずれの方法でも、燃費の悪化を抑えながら、第2の燃料噴射の噴射量を排気通路内で再燃焼を生じさせるのに必要な噴射量に設定することができる。
Further, as a method of setting the injection amount of the first fuel injection and the injection amount of the second fuel injection, for example, as in
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、後述する排気タービン式過給機25のコンプレッサ27と、このコンプレッサ27で加圧された吸入空気を冷却するインタークーラー31が設けられている。このインタークーラー31の下流側には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ15と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
Hereinafter, an embodiment embodying the best mode for carrying out the present invention will be described.
First, a schematic configuration of the entire engine control system will be described with reference to FIG.
An
更に、スロットルバルブ15の下流側には、サージタンク17が設けられ、このサージタンク17には、スロットルバルブ15の下流側圧力(吸気圧)を検出する吸気圧センサ18が設けられている。また、サージタンク17には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド19が設けられ、各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁20が取り付けられている。
Further, a
また、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ21が取り付けられ、各点火プラグ21の火花放電によって各気筒の混合気に着火される。更に、エンジン11には、吸気バルブ41と排気バルブ42の開閉タイミング(バルブタイミング)をエンジン運転状態に応じて変化させる可変バルブタイミング装置(VVT)43,44が搭載されている。尚、吸気側の可変バルブタイミング装置43のみを設け、排気側の可変バルブタイミング装置44を省略した構成としても良い。
A
一方、エンジン11の排気管22(排気通路)には、排出ガスの空燃比(又はリッチ/リーン)を検出する空燃比センサ24(又は酸素センサ)が設けられ、この空燃比センサ24の下流側(本実施例では排気タービン26の下流側)には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒23が設けられている。
On the other hand, the exhaust pipe 22 (exhaust passage) of the
このエンジン11には、排気タービン式の過給機25が搭載されている。この過給機25は、排気管22に排気タービン26が設けられ、該排気タービン26とその下流側の触媒23との間に空燃比センサ24が配置され、吸気管12のうちのエアフローメータ14とスロットルバルブ15との間にコンプレッサ27が配置されている。過給機25は、排気タービン26とコンプレッサ27とが連結され、排出ガスのエネルギで排気タービン26を回転駆動することでコンプレッサ27を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。
An
また、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ36や、エンジン11のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ37が取り付けられている。このクランク角センサ37の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
A cooling
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)38に入力される。このECU38は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶手段)に記憶された図2乃至図4の各ルーチンを実行することで、筒内で混合気の主燃焼を生じさせるための第1の燃料噴射(以下「主噴射」という)を、吸気上死点付近のバルブオーバーラップ後の吸気行程から圧縮行程の初期(例えばBTDC300℃A〜BTDC160℃A)に実行し、その後、排気管22内に可燃ガス成分を排出して該排気管22内で再燃焼させるための第2の燃料噴射(以下「追加噴射」という)を圧縮行程の中期から後期(例えばBTDC100℃A〜BTDC0℃A)に実行するようにしている。以下、図2〜図4の各ルーチンの処理内容を説明する。
Outputs of these various sensors are input to an engine control circuit (hereinafter referred to as “ECU”) 38. The
[燃料噴射制御ルーチン]
図2の燃料噴射制御ルーチンは、各気筒の主噴射タイミングをセットする直前に実行され、特許請求の範囲でいう燃料噴射制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ100で、後述する図3の主噴射制御ルーチンを実行し、次のステップ200で、後述する図4の追加噴射制御ルーチンを実行する。
[Fuel injection control routine]
The fuel injection control routine of FIG. 2 is executed immediately before the main injection timing of each cylinder is set, and serves as fuel injection control means in the claims. When this routine is started, first, at
[主噴射制御ルーチン]
図2の燃料噴射制御ルーチンのステップ100で、図3の主噴射制御ルーチンが起動されると、まずステップ101で、筒内で混合気の主燃焼を生じさせるのに最適な主噴射量をエンジン運転条件や要求トルク等に応じてマップ等により算出する。
[Main injection control routine]
When the main injection control routine of FIG. 3 is started in
この後、ステップ102に進み、主噴射タイミング(主噴射を実行するタイミング)をマップ等により算出する。この場合、主噴射タイミングは、吸気上死点付近のバルブオーバーラップ後の吸気行程から圧縮行程の初期(例えばBTDC300℃A〜BTDC160℃A)の範囲で現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度、負荷等)に応じて設定される。
この後、ステップ103に進み、上記ステップ102で算出した主噴射タイミングで主噴射を実行する。
Thereafter, the process proceeds to step 102, and main injection timing (timing for executing main injection) is calculated from a map or the like. In this case, the main injection timing is the current engine operating conditions (engine speed, load, etc.) in the range from the intake stroke after valve overlap near the intake top dead center to the initial stage of the compression stroke (for example, BTDC 300 ° C. A to BTDC 160 ° C. A). Etc.).
Thereafter, the process proceeds to step 103, and main injection is executed at the main injection timing calculated in
[追加噴射制御ルーチン]
図2の燃料噴射制御ルーチンのステップ200で、図4の追加噴射制御ルーチンが起動されると、まずステップ201で、冷却水温センサ36で検出した冷却水温が所定水温以上であるか否か(つまりエンジン11の暖機が完了したか否か)を判定し、所定水温未満であれば、追加噴射の実行条件が成立しない未暖機状態であると判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
[Additional injection control routine]
When the additional injection control routine of FIG. 4 is started in
これに対して、上記ステップ201で、冷却水温が所定水温以上(暖機完了)と判定されれば、ステップ202に進み、吸排気の可変バルブタイミング装置(VVT)43,44が作動可能な状態であるか否かを判定し、吸排気の可変バルブタイミング装置(VVT)43,44が作動可能な状態でなければ、追加噴射の実行条件が成立しないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
On the other hand, if it is determined in
一方、上記ステップ203で、吸排気の可変バルブタイミング装置(VVT)43,44が作動可能な状態であると判定されれば、ステップ203に進み、現在のエンジン運転領域が追加噴射領域内であるか否かを判定する。この際、追加噴射領域の境界線を定める判定値Neth ,Pmth は、図5に示すように、エンジン回転速度Neth と負荷Pmth (例えば吸気管圧力、スロットル開度等)で設定され、負荷が判定値Pmth 以上で且つエンジン回転速度が判定値Neth 以下の領域が追加噴射領域となる。
On the other hand, if it is determined in
ここで、追加噴射を実行する負荷領域を判定値Pmth 以上とする理由は、ストイキ付近の空燃比で運転される高負荷域で追加噴射を実行するためであり、また、追加噴射を実行するエンジン回転速度領域を判定値Neth 以下とする理由は、エンジン回転速度が高くなるほど、排気圧が高くなるため、エンジン回転速度が高くなれば、排気圧が吸気圧よりも高くなってバルブオーバーラップ中(吸気バルブ41と排気バルブ42の両方が開いている期間)に吸入空気の吹き抜けが発生しなくなるためである。エンジン回転速度が低くなれば、排気圧が吸気圧よりも低くなって、バルブオーバーラップ中に吸入空気の吹き抜けを発生させることができる。
Here, the reason why the load region in which the additional injection is performed is set to the determination value Pmth or more is to perform the additional injection in a high load region that is operated at an air-fuel ratio in the vicinity of the stoichiometric, and an engine that performs the additional injection. The reason why the rotational speed region is set to the determination value Neth or less is that the exhaust pressure increases as the engine rotational speed increases. Therefore, if the engine rotational speed increases, the exhaust pressure becomes higher than the intake pressure and the valve overlaps ( This is because the intake air does not blow through during the period when both the
更に、本実施例では、追加噴射の実行と停止の切り替えにヒステリシスを持たせるようにしている。これにより、追加噴射を実行する運転領域の境界線付近で追加噴射の実行と停止とが頻繁に切り替えられるハンチング現象を防止することができる。この場合、ハンチング防止効果を更に高めるために、追加噴射の実行と停止の切り替え後の経過時間を計測して、この経過時間が所定の切り替え禁止時間を越えるまで、追加噴射の実行と停止の切り替えを禁止するようにしても良い。 Further, in this embodiment, hysteresis is provided for switching between execution and stop of additional injection. Thereby, it is possible to prevent a hunting phenomenon in which the execution and stop of the additional injection are frequently switched near the boundary of the operation region in which the additional injection is executed. In this case, in order to further enhance the hunting prevention effect, the elapsed time after switching between execution and stop of additional injection is measured, and switching between execution and stop of additional injection is continued until this elapsed time exceeds a predetermined switching prohibition time. May be prohibited.
上記ステップ203で、現在のエンジン運転領域が追加噴射領域内でないと判定されれば、以降の処理を行うことなく、そのまま本ルーチンを終了するが、現在のエンジン運転領域が追加噴射領域内であると判定されれば、ステップ204に進み、触媒23の上流側又はその下流側又は排気タービン26の上流側のいずれかの位置の排気温度が所定温度範囲内(Tlow <排気温度<Thigh)内であるか否かを判定する。ここで、所定温度範囲の下限温度Tlow は、再燃焼に必要最低限の排気温度に相当し、上限温度Thighは、触媒23や空燃比センサ24等の排気系部品が排気熱で損傷することを防止できる上限の排気温度に相当する。
If it is determined in
所定温度範囲の下限温度Tlow と上限温度Thighは、予め設定した一定温度としても良いが、図6及び図7に示すように、エンジン回転速度等のエンジン運転条件に応じて設定しても良い。また、所定温度範囲の下限温度Tlow と上限温度Thigh付近で追加噴射の実行と停止とが頻繁に切り替えられるハンチング現象を防止するために、所定温度範囲の下限温度Tlow と上限温度Thighにヒステリシスを持たせるようにしても良い。更に、ハンチング防止効果を高めるために、追加噴射の実行と停止の切り替え後の経過時間を計測して、この経過時間が所定の切り替え禁止時間を越えるまで、追加噴射の実行と停止の切り替えを禁止するようにしても良い。この切り替え禁止時間は、予め設定した一定時間としても良いが、図8に示すように、エンジン回転速度等のエンジン運転条件に応じて設定しても良い。 The lower limit temperature Tlow and the upper limit temperature Thigh in the predetermined temperature range may be set to a predetermined constant temperature, but may be set according to engine operating conditions such as the engine speed as shown in FIGS. Further, in order to prevent a hunting phenomenon in which execution and stop of additional injection are frequently switched around the lower limit temperature Tlow and the upper limit temperature Thigh in the predetermined temperature range, the lower limit temperature Tlow and the upper limit temperature Thigh in the predetermined temperature range have hysteresis. You may make it. Furthermore, in order to enhance the effect of preventing hunting, the elapsed time after switching between execution and stop of additional injection is measured, and switching between execution and stop of additional injection is prohibited until this elapsed time exceeds a predetermined switching prohibition time. You may make it do. This switching prohibition time may be a predetermined time set in advance, or may be set according to engine operating conditions such as engine rotation speed as shown in FIG.
この際、排気温度は、排気温度センサ(図示せず)で検出するようにしても良いし、エンジン運転条件等に基づいて推定するようにしても良い。この機能が特許請求の範囲でいう排気温度判定手段としての役割を果たす。 At this time, the exhaust temperature may be detected by an exhaust temperature sensor (not shown), or may be estimated based on engine operating conditions and the like. This function plays a role as exhaust temperature determination means in the claims.
上述したステップ204で、排気温度が所定温度範囲の下限温度Tlow 以下(排気温度≦Tlow )又は上限温度Thigh以上(排気温度≧Thigh)と判定されれば、追加噴射が禁止され、そのまま本ルーチンを終了する。
If it is determined in
一方、ステップ204で、排気温度が所定温度範囲内(Tlow <排気温度<Thigh)内であると判定されれば、ステップ205に進み、追加噴射量を次のいずれかの方法で算出する。
On the other hand, if it is determined in
[追加噴射量の算出方法(その1)]
追加噴射量を排気管22内で再燃焼を生じさせるのに必要最小限の噴射量に設定する。この追加噴射量は、予め設定した一定量であっても良いし、現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度、負荷等)に応じてマップ等により算出しても良い。
[Calculation method of additional injection amount (part 1)]
The additional injection amount is set to a minimum injection amount necessary to cause recombustion in the
[追加噴射量の算出方法(その2)]
主噴射量に現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度、負荷等)に応じた係数(比率)を乗算して追加噴射量を算出する。この係数は、予め設定した一定値であっても良いし、現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度、負荷等)に応じて図9のマップにより係数を算出しても良い。
[Method for calculating additional injection amount (part 2)]
The additional injection amount is calculated by multiplying the main injection amount by a coefficient (ratio) according to the current engine operating conditions (engine speed, load, etc.). This coefficient may be a constant value set in advance, or may be calculated from the map of FIG. 9 according to the current engine operating conditions (engine speed, load, etc.).
[追加噴射量の算出方法(その3)]
主噴射と追加噴射との合計噴射量を現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度、負荷等)に応じてマップ等により算出し、該合計噴射量を現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度、負荷等)に応じた比率で主噴射量と追加噴射量に分配する。
[Calculation method of additional injection amount (part 3)]
The total injection amount of main injection and additional injection is calculated by a map etc. according to the current engine operating conditions (engine speed, load, etc.), and the total injection amount is calculated based on the current engine operating conditions (engine speed, load, etc.) ) Are distributed to the main injection amount and the additional injection amount at a ratio according to.
追加噴射量の算出後、ステップ206に進み、現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度、負荷等)に応じて図10のマップにより追加噴射タイミングを算出する。図10のマップは、追加噴射タイミングをBTDC(圧縮上死点前のクランク角)で表しているが、ATDC(吸気上死点後のクランク角)で表しても良い。或は、主噴射タイミングに、現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度、負荷等)に応じた所定値を加算して追加噴射タイミングを求めるようにしても良い。要は、追加噴射タイミングを圧縮行程の中期から後期(例えばBTDC100℃A〜BTDC0℃A)の範囲で現在のエンジン運転条件に応じて設定すれば良い。
After calculating the additional injection amount, the routine proceeds to step 206, where the additional injection timing is calculated from the map of FIG. 10 in accordance with the current engine operating conditions (engine speed, load, etc.). In the map of FIG. 10, the additional injection timing is represented by BTDC (crank angle before compression top dead center), but may be represented by ATDC (crank angle after intake top dead center). Alternatively, the additional injection timing may be obtained by adding a predetermined value corresponding to the current engine operating conditions (engine speed, load, etc.) to the main injection timing. In short, the additional injection timing may be set in accordance with the current engine operating conditions in the range from the middle stage to the latter stage of the compression stroke (for example,
追加噴射タイミングの算出後、ステップ207に進み、追加噴射用の点火時期を現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度、負荷等)に応じて図11のマップにより算出する。この際、追加噴射用の点火時期は、エンジン回転速度が低くなるほど圧縮上死点(BTDC0℃A)に近付いていき、例えば1000rpm以下では、追加噴射用の点火時期が圧縮上死点(BTDC0℃A)に設定される。また、例えば1500rpm以上の領域では、負荷が大きくなるほど、追加噴射用の点火時期が圧縮上死点側に近付くように設定される。
After calculating the additional injection timing, the routine proceeds to step 207, where the ignition timing for additional injection is calculated from the map of FIG. 11 according to the current engine operating conditions (engine speed, load, etc.). At this time, the ignition timing for additional injection approaches the compression top dead center (
この後、ステップ208に進み、上記ステップ206で設定した追加噴射タイミングで追加噴射を実行する。
追加噴射を実行する場合は、吸排気の可変バルブタイミング装置(VVT)43,44によって吸気上死点付近のバルブオーバーラップ量が適量の吸入空気の吹き抜けを生じさせるように調整される。
Thereafter, the process proceeds to step 208, and additional injection is executed at the additional injection timing set in
When the additional injection is executed, the valve overlap amount near the intake top dead center is adjusted by the intake and exhaust variable valve timing devices (VVT) 43 and 44 so that an appropriate amount of intake air is blown through.
以上説明した本実施例では、吸気上死点付近のバルブオーバーラップ中に吸入空気を吹き抜けさせて排気管22内の酸素量を増加させて再燃焼に必要な酸素量を確保してから、主噴射を吸気行程から圧縮行程の初期(例えばBTDC300℃A〜BTDC160℃A)に実行した後、追加噴射を圧縮行程の中期から後期(例えばBTDC100℃A〜BTDC0℃A)に実行することで、追加噴射で筒内に噴射した燃料の一部を燃焼させて排気温度を上昇させながら、未燃HCを含む可燃ガス成分を排気管22内に排出することができる。これにより、排気管22内で再燃焼に必要な酸素量を確保し且つ排気温度を再燃焼に必要な高温域まで上昇させながら、再燃焼に必要な量の可燃ガス成分を排気管22内に排出することができるため、排気管22内で可燃ガス成分を確実に再燃焼させて排出ガスのエネルギを増大させて排気タービン26の回転速度を上昇させることができ、過給機25の過給圧を上昇させて加速応答性を高めることができる。
In the present embodiment described above, the intake air is blown through during the valve overlap near the intake top dead center to increase the amount of oxygen in the
図12は、本実施例の追加噴射による効果を追加噴射を行わない場合と対比して示すタイムチャートである。追加噴射なしの場合と比較すると、本実施例の追加噴射を行うことで過給圧が大幅に上昇してトルクが大幅に上昇する効果が得られる。また、本実施例のように圧縮行程の中期から後期に追加噴射を行うと、追加噴射の燃料の一部が筒内で燃焼するため、その分、主噴射量(主噴射時間)を追加噴射なしの場合よりも低減することができ、燃費の悪化を最小限にとどめることができる。また、本実施例のように圧縮行程の中期から後期に追加噴射を行うと、排気バルブ42の出口の排気温度が追加噴射なしの場合よりも少し上昇し、更に、追加噴射によって生成した可燃ガスを排気管22内で再燃焼させることで、排気タービン26の入口の排気温度が大幅に上昇して、過給圧とトルクが大幅に上昇する効果が得られる。
FIG. 12 is a time chart showing the effect of the additional injection of this embodiment in comparison with the case where the additional injection is not performed. Compared with the case without additional injection, the effect of the boost pressure being significantly increased and the torque being significantly increased by performing the additional injection of the present embodiment can be obtained. In addition, if additional injection is performed from the middle to the latter half of the compression stroke as in this embodiment, a part of the fuel of the additional injection burns in the cylinder, so that the main injection amount (main injection time) is added accordingly. This can be reduced as compared with the case of none, and the deterioration of fuel consumption can be minimized. In addition, when additional injection is performed from the middle stage to the latter stage of the compression stroke as in this embodiment, the exhaust temperature at the outlet of the
しかも、本実施例では、排気温度が所定温度以上となる場合に追加噴射(再燃焼)を禁止するようにしたので、排気管22に設置した触媒23や空燃比センサ24等の排気系部品が排気熱で損傷する可能性のある高温領域で、追加噴射(再燃焼)を禁止して排気温度を低下させることができ、排気系部品が排気熱で損傷することを防止できる。
In addition, in this embodiment, since the additional injection (reburning) is prohibited when the exhaust gas temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, exhaust system parts such as the
尚、本発明は、過給機25の構成を適宜変更しても良く、例えば、排気タービン26の上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路を設けて、この排気バイパス通路の途中に、当該排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを設けたり、或は、コンプレッサ27の上流側と下流側とをバイパスさせる吸気バイパス通路を設け、この吸気バイパス通路の途中に、当該吸気バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブを設けた構成としても良い。
In the present invention, the configuration of the
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、14…エアフローメータ、15…スロットルバルブ、18…吸気圧センサ、20…燃料噴射弁、21…点火プラグ、22…排気管(排気通路)、24…空燃比センサ、25…過給機、26…排気タービン、27…コンプレッサ、38…ECU(燃料噴射制御手段,排気温度判定手段)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記燃料噴射制御手段は、筒内で混合気の主燃焼を生じさせるための第1の燃料噴射を吸気上死点付近のバルブオーバーラップ後の吸気行程から圧縮行程の初期に実行し、その後、排気通路内に可燃ガス成分を排出して該排気通路内で再燃焼させるための第2の燃料噴射を圧縮行程の中期から後期に実行することを特徴とする過給機付き筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, a supercharger for supercharging intake air by rotating an exhaust turbine with the energy of exhaust gas, and a fuel injection control means for controlling the fuel injection operation of the fuel injection valve In a fuel injection control device for a cylinder injection internal combustion engine with a supercharger comprising:
The fuel injection control means executes the first fuel injection for causing the main combustion of the air-fuel mixture in the cylinder from the intake stroke after the valve overlap near the intake top dead center to the initial stage of the compression stroke. In-cylinder injection internal combustion engine with a supercharger, characterized in that a second fuel injection for discharging a combustible gas component into the exhaust passage and re-combusting in the exhaust passage is executed from the middle to the later stage of the compression stroke Engine fuel injection control device.
前記触媒の上流側又はその下流側又は前記排気タービンの上流側のいずれかの位置の排気温度を検出又は推定する排気温度判定手段とを備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記排気温度判定手段で検出又は推定した排気温度が所定温度以上となる場合に前記第2の燃料噴射を禁止する手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の過給機付き筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 A catalyst for purifying exhaust gas provided downstream of the exhaust turbine in the exhaust passage;
Exhaust temperature determination means for detecting or estimating the exhaust temperature at any position upstream of the catalyst or downstream thereof or upstream of the exhaust turbine;
The fuel injection control means includes means for prohibiting the second fuel injection when the exhaust temperature detected or estimated by the exhaust temperature determination means is equal to or higher than a predetermined temperature. A fuel injection control device for a cylinder injection internal combustion engine with a supercharger.
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