JP2009275679A - Intake-air controller for internal combustion engine, and automatic adapting device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の吸気制御装置、および、その吸気制御装置の制御値としての適合値を取得するための内燃機関の自動適合装置に係る。特に、本発明は、気筒内への吸気の充填効率を可変とする手段を備えたものにおける充填効率の適正化を図るための対策に関する。 The present invention relates to an intake control device for an internal combustion engine typified by a vehicular diesel engine, and an automatic adaptation device for an internal combustion engine for obtaining a compatible value as a control value of the intake control device. In particular, the present invention relates to a measure for optimizing the charging efficiency in a device provided with means for changing the charging efficiency of intake air into a cylinder.
従来から周知のように、自動車用エンジンとして使用されるディーゼルエンジン(以下、単にエンジンと呼ぶ場合もある)では、排出ガス特性、燃料消費特性、安定燃焼性および動力性能等のエンジン特性がさまざまな要求を満たすべく、複雑な制御が行われる。 As is well known in the art, diesel engines used as automobile engines (hereinafter sometimes referred to simply as engines) have various engine characteristics such as exhaust gas characteristics, fuel consumption characteristics, stable combustion characteristics, and power performance. Complex control is performed to meet the requirements.
具体的には、エンジンの回転数や負荷に基づき決定されるエンジンの運転状態に応じた最適な燃料噴射量等の各制御パラメータの適合値を制御用マップとして予め設定して、これをエンジン制御用の電子制御ユニット(エンジンECU)に記憶させておく。そして、この制御用マップ上の適合値を参照しつつ、エンジンECUがエンジンの制御を行うようになっている。 Specifically, the control map is set in advance with a suitable value for each control parameter such as the optimal fuel injection amount according to the engine operating state determined based on the engine speed and load. Is stored in an electronic control unit (engine ECU). The engine ECU controls the engine while referring to the matching value on the control map.
また、近年、ディーゼルエンジン等に適用されるターボチャージャの一種として、例えば下記の特許文献1や特許文献2に開示されているように、タービン側を可変容量化した可変容量型ターボチャージャが知られている。この種のターボチャージャは、タービンハウジングの排気ガス流路に、この排気ガス流路の流路面積(スロート面積)を可変とするノズルベーン(可動ベーンとも呼ばれる)が配設されている。そして、例えば、エンジンの低回転時にノズルベーンを回動させて流路面積を減少させることで、排気ガスの流速を上昇させ、これにより、エンジン低速域から高い過給圧を得ることができるようになっている。
上述したような可変容量型ターボチャージャが適用されるエンジンにおいて、ノズルベーンの開度を決定するにあたっても、上述した場合と同様に、ノズルベーン開度の適合値を予め求めておき、エンジンの運転状態に応じてノズルベーン開度が上記適合値に従って設定されるようになっている。 In an engine to which the variable displacement turbocharger as described above is applied, when determining the opening degree of the nozzle vane, similarly to the case described above, an appropriate value of the nozzle vane opening degree is obtained in advance and the engine operating state is determined. Accordingly, the nozzle vane opening degree is set according to the above-mentioned conforming value.
このノズルベーン開度の適合値を求めるための手法、つまり、吸気の充填効率の適合値を取得するための手法として、一般的には、エンジン回転数を一定に維持し、インジェクタからの燃料噴射量と過給量とを交互に増加させていきながらエンジンの最大トルク点を求め、この最大トルク点が求められた過給量を得るためのノズルベーン開度を適合値として取得していた。 In general, as a method for obtaining an appropriate value for the nozzle vane opening, that is, a method for obtaining an appropriate value for the intake charging efficiency, the fuel injection amount from the injector is generally maintained while maintaining the engine speed constant. The maximum torque point of the engine was obtained while alternately increasing the supercharging amount and the supercharging amount, and the nozzle vane opening for obtaining the supercharging amount for which the maximum torque point was obtained was obtained as an appropriate value.
しかしながら、このような充填効率の適合値の取得手法では、上記適合動作により求められた適合値を目標値としてノズルベーン開度を設定したとしても、必ずしも吸気の過給効率が最高効率になる保証はなかった。つまり、ノズルベーン開度の適合値を求めていくにあたっては、インジェクタからの燃料噴射量も増加させていくため、適合値を求めるべくノズルベーン開度を変化させる前後では、このノズルベーン開度以外のエンジン運転条件(制御パラメータの一つである燃料噴射量)が異なっていることになる。このため、互いに異なる条件下でノズルベーン開度を異ならせて適合値を求めていくことになるため、その適合値が最適値となる可能性は低いものであった。 However, in such a method for obtaining the optimum value of the charging efficiency, even if the nozzle vane opening is set with the optimum value obtained by the above-described adaptation operation as a target value, there is no guarantee that the supercharging efficiency of the intake air will be the highest efficiency. There wasn't. In other words, when determining the appropriate value of the nozzle vane opening, the amount of fuel injected from the injector is also increased. Therefore, before and after changing the nozzle vane opening to determine the appropriate value, engine operation other than this nozzle vane opening is performed. The condition (fuel injection amount which is one of the control parameters) is different. For this reason, since the appropriate value is obtained by changing the nozzle vane opening degree under different conditions, the possibility that the appropriate value becomes the optimum value is low.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸気の充填効率を変化させる手段を備えた内燃機関に対し、最適な充填効率を得ることができる内燃機関の吸気制御装置および自動適合装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of obtaining an optimal charging efficiency with respect to an internal combustion engine having means for changing the charging efficiency of intake air. It is to provide an intake control device and an automatic adaptation device.
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、吸気充填効率以外の制御パラメータを固定した状態で、内燃機関の過給効率が最大となる吸気充填効率を求め、この吸気充填効率が得られるような制御動作(過給機の制御動作)を実行するようにしている。
-Solving principle-
The solution principle of the present invention taken in order to achieve the above object is to obtain the intake charging efficiency at which the supercharging efficiency of the internal combustion engine is maximized in a state where control parameters other than the intake charging efficiency are fixed. A control operation (supercharger control operation) is performed so as to obtain efficiency.
−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の気筒内に向けて供給する吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を備えた内燃機関の吸気制御装置を前提とする。この内燃機関の吸気制御装置に対し、上記気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていくことによって、上記内燃機関の複数の運転状態毎に予め求められた、吸気過給効率が略最大となる充填効率可変手段の制御値を記憶する記憶手段と、上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する制御値を上記記憶手段から読み出して、その制御値を目標値として充填効率可変手段を制御する充填効率制御手段とを備えさせている。
-Solution-
Specifically, the present invention is premised on an intake control device for an internal combustion engine provided with a charging efficiency variable means for changing the charging efficiency of intake air supplied toward the cylinder of the internal combustion engine. With respect to the intake control device of the internal combustion engine, the intake efficiency set by the charge efficiency variable means is changed while the fuel injection amount, fuel injection pattern, and fuel injection pressure into the cylinder are substantially constant. Storage means for storing the control value of the charging efficiency variable means, which is obtained in advance for each of a plurality of operating states of the internal combustion engine and at which the intake supercharging efficiency becomes substantially maximum, and during operation of the internal combustion engine, A control unit that reads out a control value corresponding to the operation state from the storage unit and uses the control value as a target value to control the charging efficiency variable unit;
この特定事項により、内燃機関の運転時に、充填効率可変手段を制御することによって吸気の充填効率を設定するに際し、予め求められている内燃機関の運転状態毎における充填効率可変手段の制御値(適合値)に従って、現在の内燃機関の運転状態に対応する制御値を目標値として充填効率可変手段が制御される。そして、この予め求められている充填効率可変手段の制御値は、上記内燃機関の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される充填効率を変化させていくことにより求められている。このため、この予め求められている充填効率可変手段の制御値(適合値)は、内燃機関の運転効率を最高効率にするものとして適切に得られていることになり、この制御値を目標として充填効率可変手段を制御することで、吸気過給効率を略最大に維持することができる。 Due to this specific matter, when setting the charging efficiency of the intake air by controlling the charging efficiency variable means during operation of the internal combustion engine, the control value (conformity) of the charging efficiency variable means determined in advance for each operating state of the internal combustion engine is set. Value), the charging efficiency variable means is controlled using a control value corresponding to the current operating state of the internal combustion engine as a target value. Then, the control value of the charging efficiency variable means that is obtained in advance is the above in a state where the fuel injection amount, the fuel injection pattern, and the fuel injection pressure into the cylinder are substantially constant for each operating state of the internal combustion engine. It is calculated | required by changing the filling efficiency set by the filling efficiency variable means. For this reason, the control value (adapted value) of the charging efficiency variable means obtained in advance is appropriately obtained as the maximum efficiency of the operation efficiency of the internal combustion engine, and this control value is targeted. By controlling the charging efficiency variable means, the intake supercharging efficiency can be maintained at a substantially maximum.
上記充填効率可変手段および充填効率制御手段の構成として具体的には以下のものが挙げられる。先ず、充填効率可変手段は、過給機に備えられ、且つ可変ノズルベーン機構によって開閉駆動可能とされたノズルベーンの開度を変化させることにより、タービンホイールに向かって流れる気体の流路面積を変化させて過給圧を変化させることで吸気の充填効率を変更するよう構成されている。また、充填効率制御手段は、上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する上記制御値を目標値としてノズルベーンの開度を設定するべく上記可変ノズルベーン機構を制御する構成とされている。 Specific configurations of the charging efficiency variable means and the charging efficiency control means include the following. First, the charging efficiency variable means is provided in the supercharger and changes the flow area of the gas flowing toward the turbine wheel by changing the opening degree of the nozzle vane that can be opened and closed by the variable nozzle vane mechanism. Thus, the charging efficiency of intake air is changed by changing the supercharging pressure. Further, the charging efficiency control means is configured to control the variable nozzle vane mechanism so as to set the opening degree of the nozzle vane with the control value corresponding to the operation state as a target value during the operation of the internal combustion engine.
この構成の場合、充填効率可変手段の制御値(ノズルベーン開度の適合値)を求めるに際しては、内燃機関の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記可変ノズルベーン機構を制御してノズルベーンの開度を変化させていきながら、吸気過給効率が略最大となる充填効率が得られるノズルベーンの開度を取得することになる。例えば、ノズルベーンの開度を徐々に小さくしていき充填効率を高めていきながら吸気過給効率が最大となるノズルベーンの開度を適合値として取得することになる。 In this configuration, when obtaining the control value of the charging efficiency variable means (appropriate value of the nozzle vane opening), the amount of fuel injected into the cylinder, the fuel injection pattern, and the fuel injection pressure are approximately set for each operating state of the internal combustion engine. In a fixed state, while controlling the variable nozzle vane mechanism to change the opening degree of the nozzle vane, the opening degree of the nozzle vane that obtains the charging efficiency at which the intake supercharging efficiency becomes substantially maximum is acquired. For example, the nozzle vane opening at which the intake supercharging efficiency is maximized is acquired as an appropriate value while gradually decreasing the nozzle vane opening to increase the charging efficiency.
吸気過給効率が略最大となる充填効率が得られる充填効率可変手段の制御値を自動取得するための自動適合装置の構成としては以下のものが挙げられる。先ず、気筒内に向けて供給する吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を備えた内燃機関に対して、この内燃機関の運転状態毎に、充填効率可変手段の制御値として、吸気過給効率を略最大とする適合値を得るための自動適合装置を前提とする。この自動適合装置に対し、上記内燃機関の複数の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていき、上記吸気過給効率が略最大となった時点での充填効率可変手段の制御値を、その運転状態における適合値として自動取得していく構成としている。 Examples of the configuration of the automatic adaptation device for automatically acquiring the control value of the charging efficiency variable means that can obtain the charging efficiency at which the intake supercharging efficiency is substantially maximized include the following. First, for an internal combustion engine provided with a charging efficiency variable means for changing the charging efficiency of the intake air supplied toward the cylinder, an intake air excess control is performed as a control value for the charging efficiency variable means for each operating state of the internal combustion engine. An automatic adapting device for obtaining a conforming value that maximizes the feeding efficiency is assumed. For this automatic adaptation device, the charging efficiency variable means sets the fuel injection amount into the cylinder, the fuel injection pattern, and the fuel injection pressure in a substantially constant state for each of a plurality of operating states of the internal combustion engine. The intake charging efficiency is changed, and the control value of the charging efficiency variable means at the time when the intake supercharging efficiency becomes substantially maximum is automatically acquired as the adaptive value in the operating state.
これにより、吸気過給効率を略最大に維持することができる適合値を自動的に取得することが可能になり、適切な適合値を試行錯誤で取得したり、その適合値の取得に膨大な時間を必要とするといったことが解消され、適合動作の高効率化および適合値の信頼性の向上を図ることができる。 This makes it possible to automatically acquire a calibration value that can maintain the intake supercharging efficiency at a substantially maximum, and to acquire an appropriate calibration value by trial and error, or to acquire the calibration value enormously. This eliminates the need for time, improving the efficiency of the adaptation operation and improving the reliability of the adaptation value.
上述したような自動適合装置により取得した制御値(適合値)を使用して内燃機関の運転を制御するための構成として、以下のものが挙げられる。つまり、内燃機関の気筒内に向けて供給する吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を備えた内燃機関の吸気制御装置を前提とする。この内燃機関の吸気制御装置に対し、上記内燃機関の複数の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていき、上記吸気過給効率が略最大となった時点での充填効率可変手段の制御値を、その運転状態における適合値として自動取得していく自動適合装置により得られた各適合値を記憶する記憶手段と、上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する適合値を上記記憶手段から読み出して、その適合値を目標値として充填効率可変手段を制御する充填効率制御手段とを備えさせている。 Examples of the configuration for controlling the operation of the internal combustion engine using the control value (adapted value) acquired by the automatic adapting device as described above include the following. That is, it is premised on an intake control device for an internal combustion engine provided with a charging efficiency variable means for changing the charging efficiency of intake air supplied toward the cylinder of the internal combustion engine. With respect to the intake control device for the internal combustion engine, the charging efficiency variable means in the state where the fuel injection amount, the fuel injection pattern, and the fuel injection pressure into the cylinder are substantially constant for each of a plurality of operating states of the internal combustion engine. Automatic adaptation that changes the charging efficiency of the intake air that is set, and automatically acquires the control value of the charging efficiency variable means at the time when the intake supercharging efficiency becomes approximately maximum as the appropriate value in the operating state Storage means for storing each adaptive value obtained by the apparatus, and when the internal combustion engine is operated, the adaptive value corresponding to the operating state is read from the storage means, and the charging efficiency variable means is set with the adaptive value as a target value. Charging efficiency control means for controlling.
これにより、上記自動適合装置により取得した適合値を有効に利用して内燃機関の運転を制御することができ、本発明の実用性の向上を図ることができる。 Thereby, the operation of the internal combustion engine can be controlled by effectively using the adaptation value acquired by the automatic adaptation device, and the practicality of the present invention can be improved.
本発明では、内燃機関の吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を制御するに関し、吸気充填効率以外の制御パラメータを固定した状態で、内燃機関の過給効率が最大となる吸気充填効率を求め、この吸気充填効率が得られるような制御動作を実行できるようにしている。このため、内燃機関の運転状態に関わりなく吸気過給効率を略最大に維持することが可能になる。 The present invention relates to controlling the charging efficiency variable means for varying the charging efficiency of the intake air of the internal combustion engine, and the intake charging efficiency that maximizes the supercharging efficiency of the internal combustion engine in a state where control parameters other than the intake charging efficiency are fixed. Therefore, the control operation can be executed so as to obtain the intake charge efficiency. For this reason, it is possible to maintain the intake supercharging efficiency substantially at the maximum regardless of the operating state of the internal combustion engine.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.
−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成について説明する。図1は本実施形態に係るエンジン1およびその制御系統の概略構成図である。また、図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室3およびその周辺部を示す断面図である。
-Engine configuration-
First, a schematic configuration of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
As shown in FIG. 1, the
燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、遮断弁24、燃料添加弁26、機関燃料通路27、添加燃料通路28等を備えて構成されている。
The
上記サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路27を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、サプライポンプ21から供給された高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23は、その内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して燃焼室3内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ23からの燃料噴射制御の詳細については後述する。
The
また、上記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路28を介して燃料添加弁26に供給する。添加燃料通路28には、緊急時において添加燃料通路28を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁24が備えられている。
The
また、上記燃料添加弁26は、後述するECU100による添加制御動作によって排気系7への燃料添加量が目標添加量(排気A/Fが目標A/Fとなるような添加量)となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁26から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系7(排気ポート71から排気マニホールド72)に噴射供給される構成となっている。
The
吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド63を備え、この吸気マニホールド63に、吸気通路を構成する吸気管64が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ65、エアフローメータ43、スロットルバルブ62が配設されている。上記エアフローメータ43は、エアクリーナ65を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
The
排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート71に接続される排気マニホールド72を備え、この排気マニホールド72に対して、排気通路を構成する排気管73,74が接続されている。また、この排気通路には、後述するNOx吸蔵触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction触媒)75およびDPNR触媒(Diesel Paticulate−NOx Reduction触媒)76を備えたマニバータ(排気浄化装置)77が配設されている。以下、これらNSR触媒75およびDPNR触媒76について説明する。
The exhaust system 7 includes an
NSR触媒75は、吸蔵還元型NOx触媒であって、例えばアルミナ(Al2O3)を担体とし、この担体上に例えばカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類、ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類と、白金(Pt)のような貴金属とが担持された構成となっている。
The
このNSR触媒75は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはNOxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分(例えば燃料の未燃成分(HC))が多量に存在している状態においてはNOxをNO2若しくはNOに還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気中のHCやCOと速やかに反応することによってさらに還元されてN2となる。また、HCやCOは、NO2やNOを還元することで、自身は酸化されてH2OやCO2となる。すなわち、NSR触媒75に導入される排気中の酸素濃度やHC成分を適宜調整することにより、排気中のHC、CO、NOxを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やHC成分の調整を上記燃料添加弁26からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。
The
一方、DPNR触媒76は、例えば多孔質セラミック構造体にNOx吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のPMは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したNOxは還元・放出される。さらに、DPNR触媒76には、捕集したPMを酸化・燃焼する触媒(例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒)が担持されている。
On the other hand, the
ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室3およびその周辺部の構成について、図2を用いて説明する。この図2に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎に円筒状のシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。
Here, the structure of the
ピストン13の頂面13aの上側には上記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部にガスケット14を介して取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。
The
このピストン13は、コネクティングロッド18の小端部18aがピストンピン13cにより連結されており、このコネクティングロッド18の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア12内でのピストン13の往復移動がコネクティングロッド18を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。このグロープラグ19は、エンジン1の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
The
上記シリンダヘッド15には、燃焼室3へ空気を導入する上記吸気ポート15aと、燃焼室3から排気ガスを排出する上記排気ポート71とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16および排気ポート71を開閉する排気バルブ17が配設されている。これら吸気バルブ16および排気バルブ17はシリンダ中心線Pを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン1はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド15には、燃焼室3の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ23が取り付けられている。このインジェクタ23は、シリンダ中心線Pに沿う起立姿勢で燃焼室3の略中央上部に配設されており、上記コモンレール22から導入される燃料を燃焼室3に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。
The
更に、図1に示す如く、このエンジン1には、過給機(ターボチャージャ)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト52aを介して連結されたタービンホイール52cおよびコンプレッサホイール52bを備えている。コンプレッサホイール52bは吸気管64内部に臨んで配置され、タービンホイール52cは排気管73内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ5は、タービンホイール52cが受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサホイール52bを回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式(可変容量型)ターボチャージャであって、タービンホイール52c側に可変ノズルベーン機構(図1では図示省略)が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができる。この可変ノズルベーン機構の具体構成については後述する。
Furthermore, as shown in FIG. 1, the
吸気系6の吸気管64には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。このインタークーラ61よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ62は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有している。
An
また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続する排気還流通路(EGR通路)8が設けられている。このEGR通路8は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、このEGR通路8には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるEGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられている。
Further, the
−ターボチャージャ5−
次に、上記ターボチャージャ(可変容量型ターボチャージャ)5、および、このターボチャージャ5に備えられた可変ノズルベーン機構(充填効率可変手段)9について説明する。
-Turbocharger 5-
Next, the turbocharger (variable capacity turbocharger) 5 and the variable nozzle vane mechanism (filling efficiency varying means) 9 provided in the
図3は、タービンシャフト52aの軸心に沿ったターボチャージャ5の断面図であり、図4は、タービンホイール52cおよびその周辺を拡大して示す断面図である。また、図5は、可変ノズルベーン機構9の正面図(可変ノズルベーン機構9をコンプレッサホイール52b側から見た図)であって、ノズルベーン開度が大きく設定された状態を示している。更に、図6は、可変ノズルベーン機構9の背面図(可変ノズルベーン機構9をコンプレッサホイール52b側とは反対側から見た図)であって、ノズルベーン開度が大きく設定された状態を示している。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
上記ターボチャージャ5は、可変容量型(可変ノズル式)ターボチャージャとして構成されており、図3に示す如く、ハウジング51と、このハウジング51に回転自在に収納されたタービンシャフト52aと、このタービンシャフト52aの一端側(図3における右側)に取付けられたコンプレッサホイール52bと、タービンシャフト52aの他端側(図3における左側)に取付けられたタービンホイール52cとを備えている。これらタービンシャフト52a、コンプレッサホイール52bおよびタービンホイール52cによって回転体であるタービン52が構成されている。
The
上記ハウジング51は、コンプレッサハウジング51a、センタハウジング(ベアリングハウジング)51b、タービンハウジング51cが一体的に組み付けられて構成されている。つまり、中央のセンタハウジング51bの両側にコンプレッサハウジング51aおよびタービンハウジング51cがそれぞれ組み付けられている。
The
上記コンプレッサハウジング51aは、中央部(軸心部分)から空気を取り入れて外部へ放出することが可能な形状となっている。
The
また、上記コンプレッサハウジング51a内に収納されているコンプレッサホイール52bは、ロックナット52dによってタービンシャフト52aに固定されており、このタービンシャフト52aとともに一体的に回転する。コンプレッサホイール52bには複数のコンプレッサブレードが設けられており、コンプレッサホイール52bが回転すると、このコンプレッサブレードにより、空気が遠心力により半径方向外側に加速されて圧縮されるようになっている。このため、コンプレッサハウジング51aの中央部に空気が導入されると、この空気が、回転するコンプレッサホイール52bのコンプレッサブレードにより圧縮され、この圧縮された空気が吸気マニホールド63に向けて吸気管64に吐出されるようになっている。
The
上記コンプレッサホイール52bに隣接してシールリングカラー52eが配置されている。このシールリングカラー52eは上記タービンシャフト52aを取囲む形状となっている。
A
上記センタハウジング51bはターボチャージャ5の軸心方向の略中央部に配設されている。このセンタハウジング51bにはスラストベアリング52fが設けられている。このスラストベアリング52fは上記タービンシャフト52aのスラスト方向の荷重を受け止めるためのベアリングであり、オイルなどにより潤滑される。
The
上記センタハウジング51bには、タービンシャフト52aの回転を保持するためのフローティングベアリング52gが設けられている。このフローティングベアリング52gはタービンシャフト52aのラジアル方向の荷重を保持する。フローティングベアリング52gとタービンシャフト52aとの間には油膜が介在しており、フローティングベアリング52gがタービンシャフト52aに直接接触しないようになっている。さらに、フローティングベアリング52gとセンタハウジング51bとの間にも油膜が存在し、フローティングベアリング52gがセンタハウジング51bと直接接触しないようになっている。このフローティングベアリング52gはリテーナリング52hにより位置決めされている。
The
次に、可変ノズルベーン機構9について説明する。この可変ノズルベーン機構9は、上記センタハウジング51bとタービンハウジング51cとの間に形成されたリンク室91に配設されている。
Next, the variable
この可変ノズルベーン機構9は、上記リンク室91に収納されたユニゾンリング92と、このユニゾンリング92の内周側に位置し、ユニゾンリング92に一部が係合する複数のアーム93,93,…(図5参照)と、タービンハウジング51cに対してターボチャージャ軸心方向で当接するように配設されたノズルプレート(NVプレート)94(図4参照)と、上記複数本のアーム93,93,…を駆動させるためのメインアーム95と、上記アーム93に接続されてノズルベーン96を駆動するベーンシャフト97とを備えている。このベーンシャフト97は上記ノズルプレート94に回転自在に支持されて、各アーム93と各ノズルベーン96とをそれぞれ回動一体に連結している。
The variable
また、本実施形態では、上記タービンハウジング51cが、鋳物で成る本体部51c−aと板金で成るプレート部51c−bとの2つの部材が一体的に組み付けられて構成され(図4参照)、軽量化が図られている。
Further, in the present embodiment, the
また、このタービンハウジング51cにはハウジングプレート51eが取り付けられている。このハウジングプレート51eは、上記ノズルプレート94と対向する位置に配設されており、このノズルプレート94との間に上記ノズルベーン96の配設空間を形成している。つまり、これらノズルプレート94とハウジングプレート51eとの間で排気ガスの流路が形成され、この流路内にノズルベーン96が配設された構成となっている。このため、ノズルプレート94およびハウジングプレート51eは、ノズルベーン96の回動軸心方向の両側に位置してノズルベーン96の端面に対向するように配設されている。そして、ノズルプレート94とノズルベーン96の端面との間の隙間、ハウジングプレート51eとノズルベーン96の端面との間の隙間(これら隙間をノズルサイドクリアランスと呼ぶ)は、摺動抵抗が大きくならない範囲で、できる限り小さくして、ノズルベーン96,96同士の間で形成される排気ガスの流路のみに排気ガスを流すようにする(ノズルサイドクリアランスからの排気ガスの漏れを少なくする)ことが好ましい。
A
この可変ノズルベーン機構9は、タービンブレードの外周側に等間隔に配設された上記複数(例えば12枚)のノズルベーン96,96,…の回動角度(回動姿勢)を調整するための機構であり、上記メインアーム95に接続されている駆動リンク95aを所定の角度だけ回動させることにより、その回動力がメインアーム95、ユニゾンリング92、アーム93,93,…、ベーンシャフト97,97,…を介してノズルベーン96,96,…に伝わり、各ノズルベーン96,96,…が連動して回動する構成とされている。
The variable
具体的には、上記駆動リンク95aは駆動シャフト95bを中心に回動可能となっている。この駆動シャフト95bは、駆動リンク95aおよびメインアーム95と回動一体に連結されている。このため、駆動リンク95aの回動に伴って駆動シャフト95bが回動すれば、この回動力がメインアーム95に伝えられる。メインアーム95の内周側端部は駆動シャフト95bに固定され、外周側端部はユニゾンリング92に係合している。このため、駆動シャフト95bを中心としてメインアーム95が回動すると、この回動力がユニゾンリング92に伝えられる。ユニゾンリング92の内周面には各アーム93,93,…の外周側端部が嵌まり合っており、ユニゾンリング92が回動すると、この回動力はアーム93,93,…に伝えられる。具体的に、ユニゾンリング92はノズルプレート94に対して周方向に摺動可能に配設されており、その内周縁に設けられた複数の凹部92a,92a,…それぞれには、上記メインアーム95およびアーム93,93,…の外周側端部が嵌め合わされている。各アーム93,93,…はベーンシャフト97を中心として回動することが可能であり、アーム93の回動はベーンシャフト97に伝えられる。ベーンシャフト97はノズルベーン96と連結されているため、ノズルベーン96はベーンシャフト97およびアーム93とともに回動することになる。
Specifically, the
上記タービンハウジング51cにはタービンハウジング渦室が設けられており、タービンハウジング渦室に排気が供給されて、この排気の流れがタービンホイール52cを回転させる。この際、上述したように各ノズルベーン96,96,…の回動位置が調整されて、その回動角度を設定することにより、タービンハウジング渦室から排気タービン室へ向かう排気の流量および流速を調整することが可能となっている。これにより、過給性能を調整することが可能になり、例えば、エンジンの低回転時にノズルベーン96,96,…同士の間の流路面積(スロート面積)を減少させるように各ノズルベーン96,96,…の回動位置を調整すれば、排気ガスの流速が増加して、エンジン低速域から高い過給圧を得ることができることになる。
The
また、上記可変ノズルベーン機構9の駆動リンク95aはモータロッド95cに接続されている。このモータロッド95cは棒状部材であり、図示しない可変ノズルコントローラに接続されている。この可変ノズルコントローラはアクチュエータとしての直流モータ(DCモータ)に接続されており、この直流モータが回転することで、その回転力が歯車機構およびウォーム機構等を介してモータロッド95cに伝わり、このモータロッド95cの移動に伴って駆動リンク95aが回動することにより、上述した如く各ノズルベーン96,96,…が回動する構成となっている。
The
図5及び図6に示すように、モータロッド95cを図中矢印X方向に引くことで、ユニゾンリング92が図中矢印X1方向に回動し、図6に示すように、各ノズルベーン96,96,…が図中反時計回り方向に回動することでノズルベーン開度が大きく設定される。
As shown in FIGS. 5 and 6, when the
また、図7および図8はノズルベーン開度が小さく設定された状態を示しており、図7は可変ノズルベーン機構9の正面図(図5に対応する図)、図8は可変ノズルベーン機構9の背面図(図6に対応する図)である。これら図に示すように、モータロッド95cを図中矢印Y方向に押すことで、ユニゾンリング92が図中矢印Y1方向に回動し、図8に示すように、各ノズルベーン96,96,…が図中時計回り方向に回動することでノズルベーン開度が小さく設定される。
7 and 8 show a state in which the nozzle vane opening is set small, FIG. 7 is a front view of the variable nozzle vane mechanism 9 (a diagram corresponding to FIG. 5), and FIG. 8 is a back view of the variable
尚、上記ノズルプレート94にはピン94a(図5参照)が差し込まれ、このピン94aにはローラ94bが嵌め合わされている。このローラ94bはユニゾンリング92の内周面をガイドする。これにより、ユニゾンリング92はローラ94bに保持されて所定方向に回動することが可能となっている。また、上記タービンハウジング51cにはスペーサボルト51dが取り付けられている(図4参照)。更に、上記センタハウジング51bの内部には、ターボチャージャ5を冷却するための冷却水が流通する冷却水通路Wが形成されている。
A
−センサ類−
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the
例えば、上記エアフローメータ43は、吸気系6内のスロットルバルブ62上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ49は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ48は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。A/F(空燃比)センサ44は、排気系7のマニバータ77の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ45は、同じく排気系7のマニバータ77の下流において排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ41はコモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ42はスロットルバルブ62の開度を検出する。
For example, the
−ECU−
ECU100は、図9に示すように、CPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
-ECU-
As shown in FIG. 9, the
以上のCPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104は、バス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105および出力インターフェース106と接続されている。
The
入力インターフェース105には、上記レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、A/Fセンサ44、排気温センサ45、吸気圧センサ48、吸気温センサ49が接続されている。さらに、この入力インターフェース105には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ46、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ47、および、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力するクランクポジションセンサ40などが接続されている。一方、出力インターフェース106には、上記インジェクタ23、燃料添加弁26、スロットルバルブ62、EGRバルブ81、及び、可変ノズルベーン機構9(上記可変ノズルコントローラ)などが接続されている。
The
そして、ECU100は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。さらに、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御として、後述するパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射を制御する。
The
これらの燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値、すなわち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、および、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室3内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ23から燃焼室3内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて設定される。
The fuel injection pressure for executing these fuel injections is determined by the internal pressure of the
上記パイロット噴射やメイン噴射などの燃料噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン1や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
As for the fuel injection parameters in the fuel injection such as the pilot injection and the main injection, the optimum values vary depending on the temperature conditions of the
例えば、上記ECU100は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ21の燃料吐出量を調量する。また、ECU100はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量および燃料噴射形態を決定する。具体的には、ECU100は、クランクポジションセンサ40の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ47の検出値に基づいてアクセルペダルへの踏み込み量(アクセル開度)を求め、このエンジン回転速度およびアクセル開度に基づいて総燃料噴射量(後述するプレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和)を決定する。
For example, the
−燃料噴射形態−
以下、本実施形態における上記パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射の各動作の概略について説明する。
-Fuel injection mode-
Hereinafter, an outline of each operation of the pilot injection, pre-injection, main injection, after-injection, and post-injection in the present embodiment will be described.
(パイロット噴射)
パイロット噴射は、インジェクタ23からのメイン噴射(主噴射)に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度(気筒内温度)を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するようにしている。即ち、本実施形態におけるパイロット噴射の機能は、気筒内の予熱に特化したものとなっている。つまり、本実施形態におけるパイロット噴射は、燃焼室3内でのガスの予熱を行うための噴射動作(予熱用燃料の供給動作)である。
(Pilot injection)
Pilot injection is an injection operation in which a small amount of fuel is injected in advance prior to main injection (main injection) from the
具体的に、本実施形態では、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、噴射率としては、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)とし、複数回数のパイロット噴射を実行することで、このパイロット噴射で必要な総パイロット噴射量を確保するようにしている。 Specifically, in the present embodiment, in order to optimize the distribution of the spray and the local concentration, the injection rate is set to the minimum injection rate (for example, the injection amount per injection 1.5 mm 3 ), and a plurality of pilots are performed. By executing the injection, the total pilot injection amount necessary for the pilot injection is ensured.
また、このようにして分割噴射されるパイロット噴射のインターバルは、インジェクタ23の応答性(開閉動作の速さ)によって決定される。本実施形態のものでは、例えば200μsに設定される。このパイロット噴射のインターバルは、この値に限定されるものではない。 In addition, the interval of the pilot injection that is divided and injected in this way is determined by the responsiveness of the injector 23 (speed of opening and closing operation). In the present embodiment, it is set to 200 μs, for example. The pilot injection interval is not limited to this value.
(プレ噴射)
プレ噴射は、メイン噴射による初期燃焼速度を抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)であって副噴射とも呼ばれる。具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための総噴射量(プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和)に対して10%としてプレ噴射量が設定される。
(Pre-injection)
The pre-injection is an injection operation (torque generating fuel supply operation) for suppressing the initial combustion speed by the main injection and leading to stable diffusion combustion, and is also called sub-injection. Specifically, in the present embodiment, the total injection amount (the injection amount in the pre-injection and the total injection amount for obtaining the required torque determined according to the operating state such as the engine speed, the accelerator operation amount, the coolant temperature, the intake air temperature, etc. The pre-injection amount is set to 10% with respect to the injection amount in the main injection).
この場合、上記総噴射量が15mm3未満であった場合には、プレ噴射での噴射量が、インジェクタ23の最小限界噴射量(1.5mm3)未満となるため、プレ噴射は実行しないことになる。尚、この場合、インジェクタ23の最小限界噴射量(1.5mm3)だけプレ噴射での燃料噴射を行うようにしてもよい。一方、プレ噴射の噴射総量としてインジェクタ23の最小限界噴射量の2倍以上(例えば3mm3以上)が要求される場合には、複数回数のプレ噴射を実行することで、このプレ噴射で必要な総噴射量を確保するようにしている。これにより、プレ噴射の着火遅れを抑制し、メイン噴射による初期燃焼速度の抑制を確実に行って、安定した拡散燃焼に導くことができる。
In this case, when the total injection amount is less than 15 mm 3 , the injection amount in the pre-injection is less than the minimum limit injection amount (1.5 mm 3 ) of the
(メイン噴射)
メイン噴射は、エンジン1のトルク発生のための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための上記総燃焼噴射量から上記プレ噴射での噴射量を減算した噴射量として設定される。
(Main injection)
The main injection is an injection operation (torque generation fuel supply operation) for generating torque of the
以下、上述したプレ噴射およびメイン噴射の制御プロセスについて簡単に説明する。先ず、エンジン1のトルク要求値に対して、上記プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和である総燃料噴射量が算出される。つまり、エンジン1に要求されるトルクを発生させるための量として総燃料噴射量が算出される。
The pre-injection and main injection control processes described above will be briefly described below. First, a total fuel injection amount that is the sum of the injection amount in the pre-injection and the injection amount in the main injection is calculated with respect to the torque request value of the
上記エンジン1のトルク要求値は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態、および補機類等の使用状況に応じて決定される。例えば、エンジン回転数(上記クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数)が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度センサ47により検出されるアクセルペダルの踏み込み量)が大きいほど(アクセル開度が大きいほど)エンジンのトルク要求値としては高く得られる。
The torque request value of the
このようにして総燃料噴射量が算出された後、この総燃料噴射量に対するプレ噴射での噴射量の比率(分割率)を設定する。つまり、プレ噴射量は、総燃料噴射量に対して上記分割率で分割された量として設定されることになる。この分割率(プレ噴射量)は、「メイン噴射による燃料の着火遅れの抑制」と「メイン噴射による燃焼の熱発生率のピーク値の抑制」とを両立する値として求められる。これらを抑制することで、高いエンジントルクを確保しながらも、燃焼音の低減やNOx発生量の低減を図ることが可能になる。尚、本実施形態では、上記分割率を10%としている。 After the total fuel injection amount is calculated in this way, the ratio (split rate) of the injection amount in the pre-injection with respect to the total fuel injection amount is set. That is, the pre-injection amount is set as an amount divided by the above-described division ratio with respect to the total fuel injection amount. This division ratio (pre-injection amount) is obtained as a value that achieves both “suppression of fuel ignition delay by main injection” and “suppression of the peak value of the heat generation rate of combustion by main injection”. By suppressing these, it is possible to reduce the combustion noise and the amount of NOx generated while securing a high engine torque. In the present embodiment, the division ratio is set to 10%.
(アフタ噴射)
アフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。具体的に、本実施形態では、このアフタ噴射により供給された燃料の燃焼エネルギがエンジンのトルクに変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。また、このアフタ噴射においても、上述したパイロット噴射の場合と同様に、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)とし、複数回数のアフタ噴射を実行することで、このアフタ噴射で必要な総アフタ噴射量を確保するようにしている。
(After spray)
After injection is an injection operation for increasing the exhaust gas temperature. Specifically, in this embodiment, after-injection is performed at a timing at which most of the combustion energy of the fuel supplied by this after-injection is obtained as exhaust heat energy without being converted into engine torque. I have to. Also in this after injection, as in the case of the pilot injection described above, this after injection is performed by performing a plurality of after injections with a minimum injection rate (for example, an injection amount of 1.5 mm 3 per injection). Therefore, the necessary total after injection amount is secured.
(ポスト噴射)
ポスト噴射は、排気系7に燃料を直接的に導入して上記マニバータ77の昇温を図るための噴射動作である。例えば、DPNR触媒76に捕集されているPMの堆積量が所定量を超えた場合(例えばマニバータ77の前後の差圧を検出することにより検知)、ポスト噴射が実行されるようになっている。
(Post injection)
The post-injection is an injection operation for directly introducing fuel into the exhaust system 7 to increase the temperature of the
−目標燃料圧力の設定−
次に、本実施形態において目標燃料圧力を設定する際の技術的思想について説明する。
-Setting of target fuel pressure-
Next, a technical idea when setting the target fuel pressure in the present embodiment will be described.
ディーゼルエンジン1においては、NOx発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態(熱発生率波形で表される変化状態)を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この熱発生率の変化状態をコントロールするための手法として以下に述べるような目標燃料圧力の設定手法を見出した。
In the
図10の実線は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形を示している。図中のTDCはピストン13の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。この熱発生率波形としては、例えば、ピストン13の圧縮上死点(TDC)からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、圧縮上死点後の所定ピストン位置(例えば、圧縮上死点後10°(ATDC10°)の時点)で熱発生率が極大値(ピーク値)に達し、更に、圧縮上死点後の所定ピストン位置(例えば、圧縮上死点後25°(ATDC25°)の時点)で上記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。このような熱発生率の変化状態で混合気の燃焼を行わせるようにすれば、例えば圧縮上死点後10°(ATDC10°)の時点で気筒内の混合気のうちの50%が燃焼を完了した状況となる。つまり、膨張行程における総熱発生量の約50%がATDC10°までに発生し、高い熱効率でエンジン1を運転させることが可能となる。
The solid line in FIG. 10 shows an ideal heat generation rate waveform related to combustion of fuel injected by main injection, with the horizontal axis representing the crank angle and the vertical axis representing the heat generation rate. TDC in the figure indicates the crank angle position corresponding to the compression top dead center of the
尚、図10に一点鎖線で示す波形は、上記プレ噴射で噴射された燃料の燃焼に係る熱発生率波形を示している。これにより、メイン噴射で噴射された燃料の安定した拡散燃焼が実現される。例えば、このプレ噴射で噴射された燃料の燃焼によって10Jの熱量が発生する。この値は、これに限定されるものではなく。例えば、上記総燃料噴射量に応じて適宜設定される。また、図示していないが、プレ噴射に先立ってパイロット噴射も行われており、これにより気筒内温度を十分に高めて、メイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保している。 In addition, the waveform shown with a dashed-dotted line in FIG. 10 has shown the heat release rate waveform which concerns on combustion of the fuel injected by the said pre-injection. Thereby, stable diffusion combustion of the fuel injected by the main injection is realized. For example, the amount of heat of 10 J is generated by the combustion of the fuel injected by this pre-injection. This value is not limited to this. For example, it is appropriately set according to the total fuel injection amount. Although not shown, pilot injection is also performed prior to pre-injection, thereby sufficiently increasing the in-cylinder temperature and ensuring good ignitability of fuel injected in main injection.
また、図10に二点鎖線αで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも高く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度およびピーク値が共に高くなりすぎており、燃焼音の増大やNOx発生量の増加が懸念される状態である。一方、図10に二点鎖線βで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも低く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度が低く且つピークの現れるタイミングが大きく遅角側に移行していることで十分なエンジントルクが確保できないことが懸念される状態である。 Further, the waveform indicated by a two-dot chain line α in FIG. 10 is a heat generation rate waveform when the fuel injection pressure is set higher than an appropriate value, and both the combustion speed and the peak value are too high, and the combustion This is a state in which there is a concern about an increase in sound and an increase in the amount of NOx generated. On the other hand, the waveform indicated by the two-dot chain line β in FIG. 10 is a heat release rate waveform when the fuel injection pressure is set lower than the appropriate value, and the timing at which the combustion speed is low and the peak appears is greatly retarded. There is a concern that sufficient engine torque cannot be ensured by shifting to.
上述したように、本実施形態に係る目標燃料圧力の設定手法は、熱発生率の変化状態の適正化(熱発生率波形の適正化)を図ることで燃焼効率の向上を図るといった技術的思想に基づくものである。 As described above, the target fuel pressure setting method according to the present embodiment is a technical idea that the combustion efficiency is improved by optimizing the change state of the heat generation rate (optimization of the heat generation rate waveform). It is based on.
(充填効率設定マップ)
本実施形態の特徴として、上記ターボチャージャ5におけるノズルベーン96,96,…の開度を決定する際に参照される充填効率設定マップが上記ROM(記憶手段)102に記憶されている。
(Filling efficiency setting map)
As a feature of the present embodiment, a filling efficiency setting map referred to when determining the opening degree of the
図11は、この充填効率設定マップを示している。この充填効率設定マップは、横軸がエンジン回転数であり、縦軸がエンジントルクとなっている。つまり、エンジン回転数およびエンジントルクに応じて、現在のエンジン運転状態に適したノズルベーン96,96,…の開度を得るためのマップとなっている。また、図11におけるTmaxは最大トルクラインを示している。更に、図11において斜線を付した領域は、上記EGRバルブ81が開放され、排気の一部を吸気系6に還流させるEGR領域であり、その他の領域は、EGRバルブ81が閉鎖される非EGR(EGR無し)領域である。
FIG. 11 shows this filling efficiency setting map. In this charging efficiency setting map, the horizontal axis represents the engine speed, and the vertical axis represents the engine torque. That is, the map is used to obtain the opening degree of the
この充填効率設定マップは、エンジン1の運転状態(エンジン回転数、エンジントルク)に応じて、吸気の過給効率が最大(吸気過給効率の最高点)となるようなノズルベーン96,96,…の開度を取得するものとなっている。つまり、充填効率設定マップには、吸気の過給効率が最大となるようなノズルベーン96,96,…開度の適合値(充填効率可変手段の制御値)が各運転状態毎に記憶されている。
This filling efficiency setting map indicates that the
ここでいう吸気過給効率の最高点とは、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした場合に、ノズルベーン96,96,…の開度を調整していき、それに伴ってエンジントルクが変化していく際に、そのエンジントルクが最高値となる点をいう。つまり、このエンジントルクが最高値となった時点でのノズルベーン96,96,…の開度が、その際のエンジン1の運転状態(エンジン回転数、エンジントルク)における過給効率最大となる開度として設定され、この開度の値が、そのエンジン運転状態での適合値として充填効率設定マップに書き込まれている。以下、具体的に説明する。
Here, the highest point of the intake supercharging efficiency means that the opening degree of the
図12は、あるエンジン運転状態(上記非EGR領域でスロットルバルブ62を全開にした状態)において、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン(プレ噴射やメイン噴射の噴射タイミングやインターバル等)、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、ノズルベーン96,96,…の開度を変化させていった場合のエンジントルクの変化を示している。この図12における横軸は、ノズルベーン96,96,…の開度によって決定される充填効率であり、ノズルベーン96,96,…の開度が小さく設定されるほど充填効率は高くなる。また、図12における縦軸はエンジントルクである。
FIG. 12 shows the amount of fuel injected into the cylinder, fuel injection pattern (pre-injection and main injection timings, intervals, etc.) in a certain engine operating state (the
ここで、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とする場合の具体例として、燃料噴射量および燃料噴射パターンについては、例えば、上記プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングと、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングと、シリンダ内で往復移動するピストン13が圧縮上死点に達するタイミングとが互いに略一致するように、プレ噴射およびメイン噴射の噴射タイミングおよび噴射量を固定する場合が挙げられる。また、燃料噴射圧力については、エンジン回転数およびエンジントルクから求められる出力(パワー)の等出力領域(等パワー線)に対し、等燃料噴射圧力領域を割り付けておき、このエンジン1の出力に応じて設定される燃料噴射圧力に固定する場合が挙げられる。
Here, as a specific example of the case where the fuel injection amount into the cylinder, the fuel injection pattern, and the fuel injection pressure are substantially constant, the fuel injection amount and the fuel injection pattern are, for example, those of the fuel injected by the pre-injection. The timing at which the heat generation rate due to combustion is maximized, the timing at which combustion of fuel injected by main injection is started, and the timing at which the
図12に示すように、ノズルベーン96,96,…の開度が大きい(上記スロート面積が大きい:充填効率が低い)状況から、その開度を次第に小さくしていくと(充填効率を次第に高くしていくと)、ターボチャージャ5における排気ガスの熱エネルギから回転エネルギへの変換量が次第に多くなっていき、それに従ってエンジントルクも増大していく(図12における充填効率範囲Iを参照)。ところが、このように、ノズルベーン96,96,…の開度を小さくしていった場合、排気エネルギが増加していき、つまり、排気の抜けが悪化していき、これが過給効率の悪化要因として大きくなってくる。そして、ノズルベーン96,96,…の開度を小さくしていくことによる回転エネルギの増加量(効率向上に寄与するエネルギ量)と、排気エネルギの増加量(効率悪化に繋がるエネルギ量)との収支として、排気エネルギの増加量の方が大きくなると、過給効率が低下していくことになる(図12における充填効率範囲IIを参照)。従って、これら回転エネルギの増加量と排気エネルギの増加量とがバランスした点(上記充填効率範囲IとIIとの境界点)が過給効率の最大点として求められることになる。
As shown in FIG. 12, when the opening degree of the
このようにして求められる過給効率の最大点となるノズルベーン96,96,…の開度(適合値)を、エンジンの各運転状態毎に多数点を求めていき、それを座標上(横軸をエンジン回転数とし、縦軸をエンジントルクとする座標上)にプロットして、ノズルベーン96,96,…の開度が同一の点を結んだものが図11に示す充填効率設定マップである。この充填効率設定マップにA〜Iで示すライン(破線で示している各ライン)が、ノズルベーン96,96,…の開度が同一となる点の集合(充填効率が同一の点の集合)としての等充填効率ライン(等充填効率領域)である。つまり、この等充填効率ライン上では、過給効率の最大点を得るためのノズルベーン96,96,…の開度は同一となる。
The opening (adapted value) of the
言い換えると、この等充填効率ラインは、ターボチャージャ5の過給効率が最大となる点の集合であって、エンジン1の回転数およびトルクに基づいて選択された等充填効率ラインに対応するノズルベーン96,96,…の開度に設定することで、ターボチャージャ5の過給効率を最大とすることができるようになっている。
In other words, this equal charging efficiency line is a set of points at which the supercharging efficiency of the
具体的には、図11の曲線Aはノズルベーン開度が90%のラインであり、曲線Bから曲線Iに向かうに従ってノズルベーン開度が10%ずつ小さく設定され、曲線Iはノズルベーン開度が10%のラインとなっている。これら各値は、これに限定されるものではなく、エンジン1の性能特性等に応じて適宜設定される。
Specifically, a curve A in FIG. 11 is a line having a nozzle vane opening degree of 90%, the nozzle vane opening degree is set to be smaller by 10% from the curve B toward the curve I, and the curve I has a nozzle vane opening degree of 10%. It has become a line. These values are not limited to this, and are set as appropriate according to the performance characteristics of the
このようにして作成された充填効率設定マップに従い、本実施形態に係るエンジン1の運転時におけるノズルベーン96,96,…の開度制御としては、エンジン1の運転状態に適した吸気の充填効率を充填効率設定マップから取得し、この充填効率が得られるようにノズルベーン96,96,…の開度を設定するべく可変ノズルベーン機構9の制御を行うようになっている(充填効率制御手段による充填効率可変手段の制御動作)。
In accordance with the charging efficiency setting map created in this way, the opening control of the
このようにしてノズルベーン96,96,…の開度が設定されることにより、何れのエンジン運転状態においても、吸気過給効率を最大とすることができ、高い効率でエンジン1を運転させることができて、燃料消費率の大幅な改善を図ることができる。
In this way, by setting the opening degree of the
また、以上のように、本実施形態における充填効率設定マップでは、エンジン回転数と、エンジントルクと、ノズルベーン開度(充填効率)との間に一義的な相関を持たせるようにしている。これによって、エンジン運転領域の全域に亘って高い過給効率を維持することが可能になる。また、この充填効率設定マップのように、エンジン回転数と、エンジントルクと、ノズルベーン開度との間に一義的な相関を持たせることは、種々のエンジンに共通した体系的な吸気制御手法を構築するものとなるので、エンジン1の運転状態に応じた適切な吸気量を設定するための充填効率設定マップの作成を簡素化することが可能である。
Further, as described above, in the filling efficiency setting map in the present embodiment, a unique correlation is provided among the engine speed, the engine torque, and the nozzle vane opening (filling efficiency). This makes it possible to maintain a high supercharging efficiency over the entire engine operating region. Also, as shown in this charging efficiency setting map, having a unique correlation among the engine speed, engine torque, and nozzle vane opening is a systematic intake control method common to various engines. Since it is constructed, it is possible to simplify the creation of a charging efficiency setting map for setting an appropriate intake amount according to the operating state of the
(充填効率自動適合装置)
次に、上述したようなノズルベーン96の開度の適合値を取得するために使用される充填効率自動適合装置(自動適合ツール)について説明する。つまり、この充填効率自動適合装置によって取得されたエンジン運転状態毎の適合値により上述した充填効率設定マップが作成されることになる。
(Automatic filling efficiency adapting device)
Next, a filling efficiency automatic adaptation device (automatic adaptation tool) used for obtaining the adaptation value of the opening degree of the
一般に、自動車用エンジンの制御では、エンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジンの運転状態に応じて、燃料噴射時期等の各種制御パラメータが決定されている。各運転状態における各制御パラメータは、排気エミッション特性、燃料消費特性等の様々なエンジン特性が要求を満たすように予め適合されている。 In general, in the control of an automobile engine, various control parameters such as fuel injection timing are determined in accordance with an engine operating state such as an engine speed and an engine load. Each control parameter in each operating state is preliminarily adapted so that various engine characteristics such as exhaust emission characteristics and fuel consumption characteristics satisfy the requirements.
このような制御パラメータの適合は、従来では、エンジンベンチ上で試行錯誤を繰り返して行われている。すなわち、車載エンジンの出力軸とダイナモメータとを回転駆動軸によって連結し、ダイナモメータにて車載エンジンの負荷トルクをテストトルクとして吸収することで、車載エンジンが車両に搭載されて運転される状態を擬似的に作り出す。そして各運転状態において制御パラメータを調整しながら窒素酸化物排出量や消費燃料量等の各種エンジン特性値を計測し、制御パラメータの最適な値を適合値として取得する。こうした制御パラメータの適合には、試行錯誤とそれに伴う膨大な時間とを必要としていた。 Conventionally, such adaptation of control parameters is performed by repeated trial and error on an engine bench. That is, the output shaft of the in-vehicle engine and the dynamometer are connected by a rotational drive shaft, and the load torque of the in-vehicle engine is absorbed as a test torque by the dynamometer, so that the in-vehicle engine is mounted and operated in the vehicle. Simulate. Then, various engine characteristic values such as nitrogen oxide emission amount and fuel consumption amount are measured while adjusting the control parameter in each operation state, and the optimum value of the control parameter is acquired as a suitable value. In order to adapt such control parameters, trial and error and a great deal of time are required.
このような状況は、吸気の充填効率を決定する場合も同様である。つまり、ノズルベーン96,96,…の開度を決定する場合にも、従来では、試行錯誤とそれに伴う膨大な時間とが必要であった。本実施形態における充填効率自動適合装置は、この充填効率の決定を自動的に行うものである。以下、具体的に説明する。
Such a situation is the same when determining the charging efficiency of intake air. That is, when determining the opening degree of the
図13に、上記充填効率の自動適合を行うためのシステム構成を示す。この図13に示すように、ダイナモメータ110は、エンジン1の出力トルクを吸収することで、エンジン1が疑似的に車両に搭載された状態を生成するものである。また、計測装置120は、エンジン1の排気特性等を計測したり、エンジン1のクランク軸の回転速度を計測したりする装置である。更に、適合用コンピュータにより構成される自動適合装置130は、ダイナモメータ110を操作するとともに、上記サプライポンプ21やインジェクタ23や可変ノズルベーン機構9等の各種アクチュエータの操作量を適宜設定して同操作量により上記ECU100を介して各アクチュエータを操作する機能を有する。そして、自動適合装置130では、計測装置120による計測結果に基づき、上記充填効率を含む各適合を行うようになっている。
FIG. 13 shows a system configuration for automatically adjusting the filling efficiency. As shown in FIG. 13, the
そして、上記充填効率の自動適合を行うための動作は以下のようにして行われる。図14は、この充填効率の自動適合を行うための手順を示すフローチャートである。この図14に示すルーチンを、エンジン運転状態毎に実行して、これらエンジン運転状態毎の適合値を取得し、上述した充填効率設定マップの作成に寄与させるようにしている。 And the operation | movement for performing the automatic adaptation of the said filling efficiency is performed as follows. FIG. 14 is a flowchart showing a procedure for performing the automatic adaptation of the filling efficiency. The routine shown in FIG. 14 is executed for each engine operating state, and an appropriate value for each engine operating state is acquired to contribute to the creation of the above-described filling efficiency setting map.
尚、この充填効率の自動適合動作の開始時にあっては、ノズルベーン96,96,…の開度は最大、つまり充填効率が最小とされた状態となっている。
At the start of the automatic adjustment operation of the charging efficiency, the opening degree of the
充填効率の自動適合動作が開始されると、先ず、ステップST1において、測定対象であるエンジン運転状態におけるエンジントルク(TRQi)を測定する。その後、ステップST2に移り、上記ステップST1で測定されたエンジントルクが最大値であるか否かを判定する。自動適合動作の開始時点では、現在のエンジン運転状態におけるエンジントルク情報が存在していないため、ここでは、エンジントルクが最大値であると判断されて(ステップST2でYes判定されて)ステップST3に移る。このステップST3では、このエンジントルクを最大効率時のトルク(TRQmax:以下、最大トルクと呼ぶ)として読み込む。 When the automatic adjustment operation of the charging efficiency is started, first, in step ST1, the engine torque (TRQi) in the engine operating state as a measurement target is measured. Thereafter, the process proceeds to step ST2, and it is determined whether or not the engine torque measured in step ST1 is the maximum value. Since engine torque information in the current engine operating state does not exist at the start of the automatic adaptation operation, it is determined here that the engine torque is the maximum value (Yes is determined in step ST2), and the process proceeds to step ST3. Move. In step ST3, the engine torque is read as torque at the maximum efficiency (TRQmax: hereinafter referred to as maximum torque).
その後、ステップST4に移り、エンジントルクが増加したか否かを判定する。自動適合動作の開始時点では、過去のエンジントルク情報が存在していないため、ここではNo判定されることになり、ステップST5に移る。 Then, it moves to step ST4 and determines whether the engine torque has increased. Since the past engine torque information does not exist at the start of the automatic adaptation operation, a No determination is made here, and the process proceeds to step ST5.
ステップST5では、ノズルベーン96,96,…の開度を所定量だけ(例えば回動可能範囲の5%だけ)小さく設定し、つまり充填効率を僅かに大きくし、その後、再びステップST1に移る。
In step ST5, the opening degree of the
このステップST1では、上記と同様にしてエンジントルク(TRQi)を測定する。その後、ステップST2に移り、上記ステップST1で測定されたエンジントルクが最大値であるか否かを判定する。つまり、前回のエンジントルク測定動作(前回ルーチンでのステップST1)で測定されたエンジントルク(TRQmaxとして登録されているエンジントルク)に対して、今回測定されたエンジントルク(TRQi)の方が大きいか否か(TRQi>TRQmaxであるか否か)を判定する。 In this step ST1, the engine torque (TRQi) is measured in the same manner as described above. Thereafter, the process proceeds to step ST2, and it is determined whether or not the engine torque measured in step ST1 is the maximum value. That is, is the engine torque (TRQi) measured this time larger than the engine torque (engine torque registered as TRQmax) measured in the previous engine torque measurement operation (step ST1 in the previous routine)? Whether or not (TRQi> TRQmax is satisfied) is determined.
ここで、前回のエンジントルク測定動作で測定されたエンジントルクに対して、今回測定されたエンジントルクの方が大きく(TRQi>TRQmax)、ステップST2でYes判定された場合には、ステップST3に移り、この新たに測定されたエンジントルク(TRQi)を最大トルク(TRQmax)として更新してステップST4に移る。一方、前回のエンジントルク測定動作で測定されたエンジントルクに対して、今回測定されたエンジントルクの方が小さく(TRQ<TRQmax)、ステップST2でNo判定された場合には、最大トルク(TRQmax)を更新することなしにステップST4に移る。 Here, the engine torque measured this time is larger than the engine torque measured in the previous engine torque measurement operation (TRQi> TRQmax), and if a Yes determination is made in step ST2, the process proceeds to step ST3. The newly measured engine torque (TRQi) is updated as the maximum torque (TRQmax), and the process proceeds to step ST4. On the other hand, when the engine torque measured this time is smaller than the engine torque measured in the previous engine torque measurement operation (TRQ <TRQmax) and No is determined in step ST2, the maximum torque (TRQmax) is determined. Without moving to step ST4.
ステップST4では、エンジントルク(TRQi)と、最大トルク(TRQmax)から所定量を減算したトルク(TRQmax−B)とを比較し、前者(TRQi)が後者(TRQmax−B)よりも小さいか否かを判定する。ここでの所定値「B」は、トルク計測バラツキを吸収するためのヒステリシスである。また、判定領域がEGR領域であった場合には、EGR率等高線作図用の過過給領域拡大判定値である。 In step ST4, the engine torque (TRQi) is compared with the torque (TRQmax-B) obtained by subtracting a predetermined amount from the maximum torque (TRQmax), and whether or not the former (TRQi) is smaller than the latter (TRQmax-B). Determine. The predetermined value “B” here is hysteresis for absorbing torque measurement variation. In addition, when the determination area is an EGR area, it is a supercharging area expansion determination value for EGR rate contour plotting.
このステップST4でNo判定された場合には、再びステップST5に移り、上述した動作を自動的に繰り返す。つまり、現在のエンジン運転状態において最大トルクを発生させるノズルベーン96,96,…の開度(充填効率)が求まるまで、上述したエンジントルク(TRQi)の取得と、最大トルク(TRQmax)の更新とを自動的に繰り返す。
If the determination in step ST4 is No, the process proceeds to step ST5 again, and the above-described operation is automatically repeated. That is, the above-described acquisition of the engine torque (TRQi) and the update of the maximum torque (TRQmax) are obtained until the opening degree (filling efficiency) of the
一方、ステップST4でYes判定された場合には、更新された最大トルク(TRQmax)が、現在のエンジン運転状態において最大トルクを発生させるノズルベーン96,96,…の開度(充填効率)であるとして、ステップST6に移って、このノズルベーン96,96,…の開度を適合値として登録する。これにより、一つのエンジン運転状態に対して適合値が取得されたことになる。
On the other hand, if the determination in step ST4 is Yes, the updated maximum torque (TRQmax) is the opening (filling efficiency) of the
以上のような動作をエンジン運転状態毎に自動実行して、各運転状態毎の適合値を取得していき、これら適合値を座標上(横軸をエンジン回転数とし、縦軸をエンジントルクとする座標上)にプロットして、ノズルベーン96,96,…の開度が同一の点を結ぶことにより図11に示した充填効率設定マップが作成される。
The operation as described above is automatically executed for each engine operating state, and the adaptive value for each operating state is obtained. These adaptive values are expressed on the coordinates (the horizontal axis is the engine speed, and the vertical axis is the engine torque. .. Is plotted, and the filling efficiency setting map shown in FIG. 11 is created by connecting points having the same opening degree of the
以上が、充填効率設定マップを作成するための充填効率の自動適合動作である。 The above is the automatic adaptation operation of the filling efficiency for creating the filling efficiency setting map.
このように、本実施形態では、過給効率最大となる充填効率(ノズルベーン96,96,…の開度)を自動適合させることができ、試行錯誤で適合値を取得したり、その適合値の取得に膨大な時間を必要とするといったことが解消され、適合動作の高効率化を図ることができる。
As described above, in this embodiment, the charging efficiency (the opening degree of the
尚、上述した充填効率の自動適合動作にあっては、ノズルベーン96,96,…の開度を変更しながらエンジントルク(TRQi)を測定していくものとしていた。これに代えて、以下の値のうちの何れかを、ノズルベーン96,96,…の開度を変更しながら測定または演算していき、充填効率の自動適合を行うようにしてもよい。
In the above-described automatic adaptation operation of the charging efficiency, the engine torque (TRQi) is measured while changing the opening degree of the
・TRQi/QFUELi
・TRQi/TRQmax
・(TRQi/QFUELi)/(TRQmax/QFUELmax)
・正味燃料消費量(BSFC(g/kWh):Brake Specific Fuel Consumption)
ここで、TRQiは各測定点でのトルク、QFUELiはTRQi計測時の消費燃料流量、TRQmaxは最大効率時のトルク、QFUELmaxはTRQmax計測時の消費燃料流量である。これら物理量を有効にする前提条件としては、タービンホイール52cの前後差圧に対して1対1で対応していることが必要である。
・ TRQi / QFUELi
・ TRQi / TRQmax
・ (TRQi / QFULi) / (TRQmax / QFUELmax)
・ Net fuel consumption (BSFC (g / kWh): Brake Specific Fuel Consumption)
Here, TRQi is the torque at each measurement point, QFUELi is the consumed fuel flow rate at the time of TRQi measurement, TRQmax is the torque at the maximum efficiency, and QFUELmax is the consumed fuel flow rate at the time of TRQmax measurement. As a precondition for making these physical quantities effective, it is necessary to have a one-to-one correspondence with the differential pressure across the
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。また、ガソリンエンジンに対しても本発明は適用可能である。
-Other embodiments-
In the embodiment described above, the case where the present invention is applied to an in-line four-cylinder diesel engine mounted on an automobile has been described. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, etc.) are not particularly limited. The present invention can also be applied to a gasoline engine.
また、上記実施形態では、マニバータ77として、NSR触媒75およびDPNR触媒76を備えたものとしたが、NSR触媒75およびDPF(Diesel Paticulate Filter)を備えたものとしてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、充填効率自動適合装置130によって取得された適合値を利用して充填効率設定マップを作成し、この充填効率設定マップから、現在のエンジン運転状態に適した吸気の充填効率を読み出してノズルベーン96,96,…の開度を設定するようにしていた。本発明はこれに限らず、実験やシミュレーションによって各エンジン運転状態毎の適合値を取得して充填効率設定マップを作成し、この充填効率設定マップを利用してノズルベーン96,96,…の開度を設定するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the charging efficiency setting map is created using the matching value acquired by the charging efficiency
更に、本発明に係る自動適合装置130は、充填効率の適合値を取得する自動適合ツールとして使用されるものに限らず、エンジンの運転状態をシミュレーションするためのシミュレーション予測ツールとして使用することも可能である。
Furthermore, the
1 エンジン(内燃機関)
3 燃焼室
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
5 ターボチャージャ(過給機)
52c タービンホイール
9 可変ノズルベーン機構(充填効率可変手段)
96 ノズルベーン
102 ROM(記憶手段)
130 自動適合装置
1 engine (internal combustion engine)
3
5 Turbocharger (supercharger)
96
130 Automatic adaptation device
Claims (4)
上記気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていくことによって、上記内燃機関の複数の運転状態毎に予め求められた、吸気過給効率が略最大となる充填効率可変手段の制御値を記憶する記憶手段と、
上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する制御値を上記記憶手段から読み出して、その制御値を目標値として充填効率可変手段を制御する充填効率制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。 In an intake air control apparatus for an internal combustion engine provided with charging efficiency variable means for changing the charging efficiency of intake air supplied toward the cylinder of the internal combustion engine,
By changing the charging efficiency of intake air set by the charging efficiency variable means in a state where the fuel injection amount, fuel injection pattern, and fuel injection pressure into the cylinder are substantially constant, a plurality of the internal combustion engines Storage means for storing the control value of the charging efficiency variable means, which is obtained in advance for each of the operating states, and the intake supercharging efficiency is substantially maximum;
And a charging efficiency control means for reading a control value corresponding to the operating state from the storage means during operation of the internal combustion engine and controlling the charging efficiency variable means using the control value as a target value. An intake control device for an internal combustion engine.
上記充填効率可変手段は、過給機に備えられ、且つ可変ノズルベーン機構によって開閉駆動可能とされたノズルベーンの開度を変化させることにより、タービンホイールに向かって流れる気体の流路面積を変化させて過給圧を変化させることで吸気の充填効率を変更するよう構成されており、
上記充填効率制御手段は、上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する上記制御値を目標値としてノズルベーンの開度を設定するべく上記可変ノズルベーン機構を制御する構成とされていることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。 In the intake control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The charging efficiency variable means is provided in the supercharger and changes the flow area of the gas flowing toward the turbine wheel by changing the opening degree of the nozzle vane that can be opened and closed by the variable nozzle vane mechanism. It is configured to change the charging efficiency of intake air by changing the supercharging pressure,
The charging efficiency control means is configured to control the variable nozzle vane mechanism so as to set the opening degree of the nozzle vane with the control value corresponding to the operation state as a target value when the internal combustion engine is in operation. An intake control device for an internal combustion engine.
上記内燃機関の複数の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていき、上記吸気過給効率が略最大となった時点での充填効率可変手段の制御値を、その運転状態における適合値として自動取得していくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の自動適合装置。 For an internal combustion engine provided with a charging efficiency variable means for varying the charging efficiency of intake air supplied toward the cylinder, the intake supercharging efficiency is set as a control value of the charging efficiency variable means for each operating state of the internal combustion engine. Is an automatic adapting device for obtaining a conforming value that is approximately the maximum,
For each of a plurality of operating states of the internal combustion engine, the charging efficiency of the intake air set by the charging efficiency variable means is changed with the fuel injection amount into the cylinder, the fuel injection pattern, and the fuel injection pressure being substantially constant. The internal combustion engine is configured to automatically acquire the control value of the charging efficiency variable means at the time when the intake supercharging efficiency becomes substantially maximum as a conforming value in its operating state Automatic fitting device.
上記内燃機関の複数の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていき、上記吸気過給効率が略最大となった時点での充填効率可変手段の制御値を、その運転状態における適合値として自動取得していく自動適合装置により得られた各適合値を記憶する記憶手段と、
上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する適合値を上記記憶手段から読み出して、その適合値を目標値として充填効率可変手段を制御する充填効率制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。 In an intake air control apparatus for an internal combustion engine provided with charging efficiency variable means for changing the charging efficiency of intake air supplied toward the cylinder of the internal combustion engine,
For each of a plurality of operating states of the internal combustion engine, the charging efficiency of the intake air set by the charging efficiency variable means is changed with the fuel injection amount into the cylinder, the fuel injection pattern, and the fuel injection pressure being substantially constant. The control values of the charging efficiency variable means at the time when the intake air supercharging efficiency becomes substantially maximum are stored as the adaptive values in the operating state, and the respective adaptive values obtained by the automatic adaptive device are stored. Storage means for
And a charging efficiency control means for reading an appropriate value corresponding to the operating state from the storage means during operation of the internal combustion engine and controlling the charging efficiency variable means using the appropriate value as a target value. An intake control device for an internal combustion engine.
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