JP2010270708A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼モードとして拡散燃焼モードおよび予混合圧縮着火燃焼モードを有する内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine having a diffusion combustion mode and a premixed compression ignition combustion mode as combustion modes.
従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この内燃機関はガソリンエンジンであり、燃焼モードとして、燃焼室に供給される燃料と空気との混合気を、点火プラグによる火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モードと、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードを有する。また、排気系には排ガスを浄化する触媒装置が設けられている。この制御装置では、触媒装置が活性状態になったときに、燃焼モードを火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換える。
As a control device for a conventional internal combustion engine, for example, one disclosed in
しかし、この従来の内燃機関の制御装置では、触媒装置の活性状態のみに応じて燃焼モードを切り換えるので、内燃機関の温度状態などによっては、炭化水素の排出量が増大する場合がある。例えば、内燃機関を再始動した場合に、それまでの停止時間によっては、触媒の温度はまだ活性温度を保っているのに対し、燃焼室やシリンダブロックの温度がすでに低下していることがある。そのような場合、触媒装置が活性状態にあるとして、燃焼モードを火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えると、着火遅れが大きくなるために、比較的多量の炭化水素が発生し、排出される結果、触媒装置で浄化しきれなかった炭化水素が大気中に排出されてしまう。 However, in this conventional control device for an internal combustion engine, the combustion mode is switched only in accordance with the active state of the catalyst device, so the hydrocarbon emission amount may increase depending on the temperature state of the internal combustion engine. For example, when the internal combustion engine is restarted, depending on the stop time until then, the temperature of the catalyst may still be at the active temperature, whereas the temperature of the combustion chamber or cylinder block may have already decreased. . In such a case, assuming that the catalyst device is in an active state, switching the combustion mode from the spark ignition combustion mode to the compression ignition combustion mode increases the ignition delay, so a relatively large amount of hydrocarbons are generated and discharged. As a result, hydrocarbons that could not be purified by the catalyst device would be discharged into the atmosphere.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、炭化水素の排出量に応じて燃焼モードの切換を適切に制御でき、それにより、炭化水素の排出量を抑制し、排ガス特性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can appropriately control switching of the combustion mode according to the amount of hydrocarbon emissions, thereby suppressing the amount of hydrocarbon emissions, An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can improve exhaust gas characteristics.
上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換えて運転される内燃機関の制御装置1であって、内燃機関3の運転状態(エンジン回転数NE)を検出する運転状態検出手段(クランク角センサ22)と、検出された内燃機関3の運転状態に応じて、内燃機関3の燃焼室3cから排出される炭化水素の排出量(単位距離当たりのHC排出量HCEXPKM1,HCEXPKM2)を算出する炭化水素排出量算出手段(ECU2、図5、図7)と、算出された炭化水素の排出量に応じて、燃焼モードを切り換える燃焼モード切換手段(ECU2、図4のステップ4,6、図6のステップ24,25)と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
この内燃機関は、拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードに、燃焼モードが切り換えて運転される。ここで、拡散燃焼モードとは、燃料と空気を燃焼室内で拡散、混合しながら燃焼させる燃焼モードであり、予混合圧縮着火燃焼モードとは、燃料と空気をあらかじめ混合した状態で圧縮着火により燃焼させる燃焼モードである。予混合圧縮着火燃焼モードでは、拡散燃焼モードと比べて、燃焼温度が低いため、窒素酸化物(NOx)の排出量を抑制できる一方で、着火時期の制御が難しく、特に内燃機関の始動後、暖機運転が完了するまでは、着火遅れが大きくなることがあり、着火時期が最適な着火時期からずれることによって、炭化水素の排出量が増加する傾向がある。本発明によれば、検出された内燃機関の運転状態に応じて炭化水素の排出量を算出し、算出された炭化水素の排出量に応じて燃焼モードを切り換えるので、燃焼室から実際に排出される炭化水素の排出量を抑制でき、排ガス特性を向上させることができる。 This internal combustion engine is operated by switching the combustion mode between a diffusion combustion mode and a premixed compression ignition combustion mode. Here, the diffusion combustion mode is a combustion mode in which fuel and air are burned while being diffused and mixed in the combustion chamber, and the premixed compression ignition combustion mode is burned by compression ignition in a state where the fuel and air are mixed in advance. This is the combustion mode to be performed. In the premixed compression ignition combustion mode, since the combustion temperature is lower than in the diffusion combustion mode, the emission amount of nitrogen oxide (NOx) can be suppressed, but the ignition timing is difficult to control. Until the warm-up operation is completed, the ignition delay may increase, and the amount of hydrocarbon emissions tends to increase as the ignition timing deviates from the optimal ignition timing. According to the present invention, the hydrocarbon emission amount is calculated according to the detected operating state of the internal combustion engine, and the combustion mode is switched according to the calculated hydrocarbon emission amount. The emission amount of hydrocarbons can be suppressed, and the exhaust gas characteristics can be improved.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置1において、内燃機関3の始動後の暖機運転時に、内燃機関3に始動時から噴射された燃料噴射量QINJに基づいて、燃料の燃焼により始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量Qtとして算出する総発生熱量算出手段(ECU2、図5のステップ12)をさらに備え、炭化水素排出量算出手段は、算出された総発生熱量Qtに応じて、炭化水素の排出量を算出する(ECU2、図5のステップ15〜17)ことを特徴とする。
The invention according to
内燃機関の始動後の暖機運転時に予混合圧縮着火燃焼モードを行った場合には、燃焼室の温度がまだ低いことから、着火遅れが大きくなるとともに燃焼が悪化する結果、炭化水素の排出量が多くなる傾向がある。また、内燃機関の内部を循環する冷却水の温度や内燃機関の潤滑油の温度を用いて内燃機関の温度状態を検出する場合には、冷却水または潤滑油の温度が同じ(例えば30℃)でも、実際の燃焼室の温度が異なることがある。例えば、冷却水または潤滑油の温度が30℃の状態で内燃機関を始動した場合と、10℃の状態で始動し、その後30℃になった場合では、燃焼室の温度は異なる。これは、内燃機関の始動時に10℃であった冷却水または潤滑油の温度が、その後30℃に上昇するまでには、燃焼室内で複数サイクルの燃焼が行われるが、燃焼によって上昇した燃焼室の温度が冷却水または潤滑油の温度に反映されるまでに遅れを伴うからである。このため、上記の場合、燃焼室の温度は、10℃の状態からの始動の場合の方が、30℃の状態からの始動の場合よりも高い。この構成によれば、内燃機関に噴射された燃料噴射量に基づいて、燃料の燃焼により始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量として算出するので、算出された総発生熱量は、暖機運転時における内燃機関の温度状態を良好に表す。そして、この総発生熱量に応じて炭化水素の排出量を算出するので、内燃機関の温度状態をより良好に反映した炭化水素の排出量に応じて、燃焼モードの切換をより適切に行うことができ、排ガス特性をさらに向上させることができる。 When the premixed compression ignition combustion mode is performed during warm-up operation after starting the internal combustion engine, the combustion chamber temperature is still low. There is a tendency to increase. Further, when detecting the temperature state of the internal combustion engine using the temperature of the cooling water circulating inside the internal combustion engine or the temperature of the lubricating oil of the internal combustion engine, the temperature of the cooling water or the lubricating oil is the same (for example, 30 ° C.). However, the actual combustion chamber temperature may be different. For example, the temperature of the combustion chamber differs between when the internal combustion engine is started in a state where the temperature of the cooling water or the lubricating oil is 30 ° C. and when the internal combustion engine is started at a state of 10 ° C. and then reaches 30 ° C. This is because combustion of a plurality of cycles is performed in the combustion chamber until the temperature of the cooling water or the lubricating oil, which was 10 ° C. at the start of the internal combustion engine, then increases to 30 ° C. This is because there is a delay before the temperature of the water is reflected in the temperature of the cooling water or the lubricating oil. For this reason, in the above case, the temperature of the combustion chamber is higher in the case of starting from the state of 10 ° C. than in the case of starting from the state of 30 ° C. According to this configuration, since the total amount of heat generated from the start of fuel combustion is calculated as the total generated heat amount based on the fuel injection amount injected into the internal combustion engine, the calculated total generated heat amount is warm. The temperature state of the internal combustion engine during machine operation is well represented. Since the hydrocarbon emission amount is calculated according to the total heat generation amount, the combustion mode can be more appropriately switched according to the hydrocarbon emission amount that better reflects the temperature state of the internal combustion engine. The exhaust gas characteristics can be further improved.
請求項3に係る発明は、炭化水素排出量算出手段は、拡散燃焼モード中、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えたときに排出されると予想される炭化水素の排出量を、内燃機関3の運転状態に応じて算出し(ECU2、図5、図7)、燃焼モード切換手段は、算出された炭化水素の排出量が所定値(しきい値HCEXREF)よりも大きいときに、拡散燃焼モードから予混合圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切換を禁止する(ECU2、図4のステップ2,4、図6のステップ23,24)ことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, the hydrocarbon emission amount calculation means calculates the hydrocarbon emission amount expected to be emitted when the combustion mode is switched to the premixed compression ignition combustion mode during the diffusion combustion mode. It is calculated according to the operating state of the engine 3 (
この構成によれば、拡散燃焼モード中、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えたときに排出されると予想される炭化水素の排出量を、内燃機関の運転状態に応じてあらかじめ算出する。また、そのように予測された炭化水素の排出量が所定値よりも大きいときに、拡散燃焼モードから予混合圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切換を禁止する。このように、拡散燃焼モード中、炭化水素の排出量が多くなりがちな予混合圧縮着火燃焼モードにおける炭化水素の排出量を予測し、予測された炭化水素の排出量が所定値以下になるのを待って、予混合圧縮着火燃焼モードへの切換を許可する。したがって、予混合圧縮着火燃焼モードにおいて、所定値を上回る量の炭化水素が排出されるのを確実に回避でき、排ガス特性を良好に維持することができる。 According to this configuration, during the diffusion combustion mode, the amount of hydrocarbons expected to be discharged when the combustion mode is switched to the premixed compression ignition combustion mode is calculated in advance according to the operating state of the internal combustion engine. . Further, when the predicted hydrocarbon emission amount is larger than a predetermined value, switching of the combustion mode from the diffusion combustion mode to the premixed compression ignition combustion mode is prohibited. As described above, during the diffusion combustion mode, the hydrocarbon emission amount in the premixed compression ignition combustion mode, which tends to increase the hydrocarbon emission amount, is predicted, and the predicted hydrocarbon emission amount becomes a predetermined value or less. After that, switching to the premixed compression ignition combustion mode is permitted. Therefore, in the premixed compression ignition combustion mode, it is possible to reliably avoid exhausting an amount of hydrocarbons exceeding a predetermined value, and to maintain good exhaust gas characteristics.
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態による制御装置1、およびこれを適用した内燃機関(以下「エンジン」という)3の概略構成を示している。同図に示すように、制御装置1はECU2を備えており、このECU2は、後述するように、エンジン3の各種の制御処理を行う。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a
エンジン3は、図示しない車両用の4気筒(1つのみ図示)のディーゼルエンジンであり、各気筒のピストン3aとシリンダヘッド3bとの間に燃焼室3cが形成されている。また、シリンダヘッド3bには、燃焼室3cに臨むように燃料噴射弁4(以下「インジェクタ4」という)が取り付けられており、燃料は燃焼室3c内に直接、噴射される。
The
インジェクタ4は、燃焼室3cの天壁の中央に配置されており、燃料パイプ(図示せず)を介してコモンレール(図示せず)に接続されている。燃料は、高圧ポンプ(図示せず)で昇圧され、コモンレールに蓄圧された後、インジェクタ4に供給され、インジェクタ4から噴射される。
The
インジェクタ4の開閉は、ECU2からの制御信号によって制御され、それにより、開弁タイミングに相当する燃料噴射時期と、開弁時間に相当する燃料噴射量QINJが制御される。
The opening / closing of the
さらに、エンジン3は、吸気カムシャフト6および排気カムシャフト7を備えている。これらの吸気および排気カムシャフト6,7はそれぞれ、吸気弁8および排気弁9を開閉する吸気カム6aおよび排気カム7aを有している。吸気および排気カムシャフト6,7は、タイミングベルト(図示せず)を介してクランクシャフト3eに連結されており、クランクシャフト3eが2回転するごとに1回転する。
Further, the
この排気カムシャフト7の一端部には、カム位相可変機構10が設けられている。カム位相可変機構10は、油圧を供給されることによって作動し、クランクシャフト3eに対する排気カム7aの位相(以下「カム位相CAEX」という)を無段階に進角または遅角させることにより、排気弁9の開閉タイミングを変化させる。これにより、吸気弁8と排気弁9とのバルブオーバーラップが増減することによって、内部EGR量を増減させるとともに、充填効率を変化させる。
A cam phase
図2に示すように、このカム位相可変機構10は、電磁弁10aを有している。この電磁弁10aは、スプール弁機構10bとソレノイド10cを組み合わせたものであり、進角油路17aおよび遅角油路17bを介して、進角室15および遅角室16にそれぞれ接続されていて、油圧ポンプ11から供給された作動油圧POILを制御し、進角油圧Padおよび遅角油圧Prtとして、進角室15および遅角室16にそれぞれ供給する。ソレノイド10cは、ECU2からの位相制御入力U_CAEXにより、スプール弁機構10bのスプール弁体を所定の範囲内で移動させることによって、進角油圧Padおよび遅角油圧Prtを変化させる。
As shown in FIG. 2, the cam phase
油圧ポンプ11は、クランクシャフト3eに連結された機械式のものであり、クランクシャフト3eの回転に伴い、エンジン3のオイルパン3dに蓄えられた作動油を、油路11aを介して吸い込むとともに昇圧した後、油路11aを介して電磁弁10aに供給する。
The
以上の構成のカム位相可変機構10では、油圧ポンプ11の作動中、電磁弁10aが位相制御入力U_CAEXに応じて動作することにより、進角油圧Padが進角室15に、遅角油圧Prtが遅角室16にそれぞれ供給され、その結果、前述したカム位相CAEXが、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化し、それにより、排気弁9のバルブタイミングは、図3に実線で示す最遅角タイミングと、2点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。
In the cam phase
また、排気カムシャフト7のカム位相可変機構10と反対側の端部には、カム角センサ24が設けられている。このカム角センサ24は、例えばマグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、排気カムシャフト7の回転に伴い、パルス信号であるCAM信号を所定のカム角(例えば1゜)ごとにECU2に出力する。ECU2は、このCAM信号と後述するCRK信号およびTDC信号から、実際のカム位相CAEXを算出する。
A
一方、前記クランクシャフト3eには、マグネットロータ22aおよびMREピックアップ22bで構成されたクランク角センサ22が設けられている。クランク角センサ22は、クランクシャフト3eの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号を出力する。
On the other hand, the
CRK信号は、所定のクランク角(例えば30゜)ごとに出力される。ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。TDC信号は、いずれかの気筒においてピストン3aが吸気行程開始時のTDC(上死点)付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン3が4気筒の場合には、クランク角180゜ごとに出力される。
The CRK signal is output every predetermined crank angle (for example, 30 °). The
また、エンジン3の本体には、水温センサ21が設けられている。水温センサ21は、サーミスタで構成されており、エンジン3のシリンダブロック(図示せず)内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温TWを検出し、その検出信号をECU2に出力する。
A
一方、エンジン3の吸気管12には、インテークシャッタ13が設けられている。このインテークシャッタ13には、アクチュエータ13aが連結されている。インテークシャッタ13の開度は、ECU2により、エンジン3の運転状態に応じて、アクチュエータ13aを制御することによって制御され、それにより、燃焼室3cに吸入される吸入空気量が制御される。
On the other hand, the
また、吸気管12のインテークシャッタ13よりも下流側には、吸気温センサ23が設けられている。吸気温センサ23は、インテークシャッタ13の下流側の吸気の温度(以下「吸気温」という)TAを検出し、その検出信号をECU2に出力する。
An intake
また、ECU2には、アクセル開度センサ25から、車両のアクセルペダル(図示せず)の操作量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が、車速センサ26から、車両の速度(車速)VPを表す検出信号が、それぞれ出力される。
Further, the
また、ECU2は、CPU2a、RAM2b、ROM2cおよび入出力インターフェース(図示せず)などから成るマイクロコンピュータ(図示せず)で構成されている。前述したセンサ21〜25の検出信号はそれぞれ、ECU2に入力され、入力インターフェースでA/D変換や整形がなされた後、CPU2aに入力される。CPU2aは、これらの検出信号に応じ、ROM2cに記憶された制御プログラムなどに従って、各種の演算処理を実行する。
The
例えば、ECU2は、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードの間で切り換える燃焼モードの切換処理を実行する。
For example, the
ここで、拡散燃焼モードとは、燃料と空気を燃焼室内で拡散、混合しながら燃焼させる燃焼モードである。この拡散燃焼モードは、ECU2の制御により、インジェクタ4の燃料噴射時期をより遅角側、例えばTDC付近に設定するとともに、排気弁9のバルブタイミングを遅角側に設定することによって行われる。このため、拡散燃焼モードでは、内部EGR量が減少し、燃焼温度が高くなることによって、炭化水素(HC)などのパティキュレートの生成が抑制される一方で、NOxの排出量が増加する傾向がある。
Here, the diffusion combustion mode is a combustion mode in which fuel and air are burned while being diffused and mixed in the combustion chamber. This diffusion combustion mode is performed by setting the fuel injection timing of the
また、予混合圧縮着火燃焼モードとは、燃料と空気をあらかじめ混合した状態で圧縮着火により燃焼させる燃焼モードである。この予混合圧縮着火燃焼モードは、ECU2の制御により、インジェクタ4の燃料噴射時期を、拡散燃焼モードよりも進角側に設定するとともに、排気弁9のバルブタイミングを進角側に設定することによって行われる。このため、予混合圧縮着火燃焼モードでは、内部EGR量が増加し、燃焼温度が低くなることによって、NOxの生成が抑制される一方で、着火時期の制御が難しく、特にエンジン3の始動後、暖機運転が完了するまでは、着火遅れが大きくなり、着火時期が最適な着火時期からずれることによって、炭化水素の排出量が増加する傾向がある。
The premixed compression ignition combustion mode is a combustion mode in which combustion is performed by compression ignition in a state where fuel and air are mixed in advance. In this premixed compression ignition combustion mode, the fuel injection timing of the
なお、本実施形態では、ECU2は、炭化水素排出量算出手段、燃焼モード切換手段および総発生熱量算出手段に相当する。
In the present embodiment, the
次に、図4を参照しながら、ECU2によって実行される、本発明の第1実施形態による燃焼モードの切換処理について説明する。本処理は所定の周期ΔTで実行される。
Next, the combustion mode switching process according to the first embodiment of the present invention, which is executed by the
本処理ではまず、ステップ1(「S1」と図示。以下同じ)において、単位距離当たりのHC排出量HCEXPKM1を算出する。このHC排出量HCEXPKM1は、燃焼モードが予混合圧縮着火燃焼モードのときに排出される、単位距離(例えば1km)当たりのHC排出量に相当する。このHC排出量HCEXPKM1の算出処理については後述する。 In this process, first, in step 1 (illustrated as “S1”, the same applies hereinafter), the HC emission amount HCEXKM1 per unit distance is calculated. The HC emission amount HCEXPKM1 corresponds to the HC emission amount per unit distance (for example, 1 km) that is discharged when the combustion mode is the premixed compression ignition combustion mode. The calculation process of the HC emission amount HCEXKM1 will be described later.
次に、ステップ2において、算出したHC排出量HCEXPKM1が、燃焼モード判定用の所定のしきい値HCEXREFよりも大きいか否かを判別する。
Next, in
このステップ2の答がYESで、HC排出量HCEXPKM1がしきい値HCEXREFよりも大きいときには、ダウンカウント式のディレイタイマのタイマ値(以下「ディレイタイマ値」という)TMDCを所定時間TREF(例えば30sec)にセットする(ステップ3)とともに、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに設定したときのHC排出量が大きいと予想されるため、予混合圧縮着火燃焼モードフラグF_PCCIを「0」にセットする(ステップ4)ことによって、燃焼モードを拡散燃焼モードに設定し、本処理を終了する。 If the answer to step 2 is YES and the HC emission amount HCEXPKM1 is larger than the threshold value HCEXREF, the timer value (hereinafter referred to as “delay timer value”) TMDC of the down-count type delay timer is set to a predetermined time TREF (for example, 30 sec). (Step 3), and since the HC emission amount when the combustion mode is set to the premixed compression ignition combustion mode is expected to be large, the premixed compression ignition combustion mode flag F_PCCI is set to “0” ( In step 4), the combustion mode is set to the diffusion combustion mode, and the present process is terminated.
一方、前記ステップ2の答がNOで、HC排出量HCEXPKM1がしきい値HCEXREF以下のときには、ディレイタイマ値TMDCが0であるか否かを判別する(ステップ5)。 On the other hand, if the answer to step 2 is NO and the HC emission amount HCEXPKM1 is equal to or less than the threshold value HCEXREF, it is determined whether or not the delay timer value TMDC is 0 (step 5).
この答がNOで、HC排出量HCEXPKM1≦しきい値HCEXREFの状態が、所定時間TREF、継続していないときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えた場合にHC排出量が小さい状態が確実に得られないおそれがあるため、前記ステップ4を実行し、燃焼モードを拡散燃焼モードに保持する。
If this answer is NO and the state of HC emission amount HCEXPKM1 ≦ threshold value HCEXREF does not continue for a predetermined time TREF, the state where the HC emission amount is small when the combustion mode is switched to the premixed compression ignition combustion mode. Since there is a possibility that it cannot be surely obtained,
一方、前記ステップ5の答がYESで、HCEXPKM1≦HCEXREFの状態が所定時間TREF以上、継続したときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えても、HC排出量が小さい状態が確実に得られるとして、予混合圧縮着火燃焼モードフラグF_PCCIを「1」にセットする(ステップ6)ことによって、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換え、本処理を終了する。 On the other hand, if the answer to step 5 is YES and the state of HCEXPKM1 ≦ HCEXREF continues for a predetermined time TREF or more, even if the combustion mode is switched to the premixed compression ignition combustion mode, a state in which the HC emission amount is small is reliably obtained. As a result, the premixed compression ignition combustion mode flag F_PCCI is set to “1” (step 6) to switch the combustion mode to the premixed compression ignition combustion mode, and the present process is terminated.
図5は、図4のステップ1で実行される、HC排出量HCEXPKM1の算出処理を示す。本処理ではまず、ステップ11において、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量QINJに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、基準HC排出量HCEXbaseを算出する。この基準HC排出量HCEXbaseは、エンジン水温TWが所定の基準温度(例えば30℃)のときに排出される、今回の処理サイクル相当分のHC排出量に相当する。このマップでは、基準HC排出量HCEXbaseは、エンジン回転数NEが高いほど、また燃料噴射量QINJが小さいほど、より大きな値に設定されている。
FIG. 5 shows the calculation process of the HC emission amount HCEXPKM1 executed in
次に、ステップ12において、燃料の燃焼によりエンジン3の始動時から発生した熱量の総量を、総発生熱量Qtとして算出する。なお、このエンジン3の始動時とは、エンジン3がスタータによってクランキングされ、完爆した時に相当する。この総発生熱量Qtは、インジェクタ4からの燃料噴射量QINJとエンジン回転数NEとの積に所定の変換係数を乗じた値を、1処理サイクル相当分の熱発生量として算出するとともに、積算することによって算出される。
Next, in
次に、ステップ13において、算出された総発生熱量Qtに応じ、所定のマップを検索することによって、暖機補正係数Kqtを算出する。このマップでは、暖機補正係数Kqtは、総発生熱量Qtが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、総発生熱量Qtが大きいほど、燃焼室3cの温度が受熱によって上昇しており、HC排出量はより少ないと推定されるからである。
Next, in
次に、ステップ14において、エンジン3の始動時に検出されたエンジン水温TWおよび吸気温TAに応じ、所定のマップを検索することによって、始動時温度補正係数Kwaを算出する。このマップでは、始動時温度補正係数Kwaは、エンジン水温TWが低いほど、また吸気温TAが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、総発生熱量Qtが同一の場合において、始動時のエンジン水温TWが低いほど、また吸気温TAが低いほど、燃焼室3cの温度がより低く、HC排出量HCEXはより多いと推定されるからである。
Next, in
次に、ステップ15において、基準HC排出量HCEXbase、暖機補正係数Kqtおよび始動時温度補正係数Kwaを用い、次式(1)によって、今回の処理サイクル相当分のHC排出量HCEXを算出する。
HCEX=HCEXbase・ Kqt・Kwa ・・・・(1)
Next, in
HCEX = HCEXbase · Kqt · Kwa (1)
次に、ステップ16において、車速センサ26で検出された車速VPに本処理の実行周期ΔTを乗算することによって、今回の処理サイクルに対応する車両の走行距離DRVを算出する。そして、HC排出量HCEXを走行距離DRVで除算することによって、HC排出量HCEXPKM1を算出し(ステップ17)、本処理を終了する。
Next, in
次に、図6を参照しながら、本発明の第2実施形態による燃焼モードの切換処理について説明する。この第2実施形態は、前述した第1実施形態と比較し、主として、単位距離当たりのHC排出量の算出方法が異なっており、より具体的には、車両が所定距離、走行するごとにHC排出量HCEXPKM2を算出するものである。 Next, the combustion mode switching process according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This second embodiment differs from the first embodiment described above mainly in the method of calculating the HC emission amount per unit distance, and more specifically, every time the vehicle travels a predetermined distance. The discharge amount HCEXKM2 is calculated.
本処理ではまず、ステップ21において、単位距離当たりのHC排出量HCEXPKM2を算出する。このHC排出量HCEXPKM2は、前述した第1実施形態のHC排出量HCEXPKM1と同様、燃焼モードが予混合圧縮着火燃焼モードのときに排出される、単位距離(例えば1km)当たりの炭化水素の排出量に相当する。
In this process, first, in
図7は、このHC排出量HCEXPKM2の算出処理を示す。本処理ではまず、ステップ31において、第1実施形態のステップ11〜15と同様にして、基準HC排出量HCEXbase、暖機補正係数Kqtおよび始動時温度補正係数Kwaを用い、前記式(1)によって、今回の処理サイクル相当分のHC排出量HCEXを算出する。
FIG. 7 shows a process for calculating the HC emission amount HCEXPKM2. In this process, first, in step 31, as in
次に、ステップ32において、算出されたHC排出量HCEXを、前回までに算出されているHC排出量積算値ΣHCEXに加算することによって、HC排出量積算値ΣHCEXを算出する。 Next, in step 32, the calculated HC emission amount HCEX is added to the previously calculated HC emission amount integrated value ΣHCEX, thereby calculating the HC emission amount integrated value ΣHCEX.
次に、ステップ33において、車速センサ26で検出された車速VPに本処理の実行周期ΔTを乗算することによって、今回の処理サイクルに対応する車両の走行距離DRVを算出する。そして、ステップ34において、算出された走行距離DRVを、前回までに算出されている走行距離積算値ΣDRVに加算することによって、走行距離積算値ΣDRVを算出する。
Next, in step 33, the vehicle travel distance DRV corresponding to the current process cycle is calculated by multiplying the vehicle speed VP detected by the
次に、算出された走行距離積算値ΣDRVが、所定距離DREF(例えば0.3km)以上であるか否かを判別する(ステップ35)。この答がNOで、走行距離積算値ΣDRVが所定距離DREFに達していないときには、燃焼モードの切換判定を行うタイミングでないとして、判定実行フラグF_JCOMを「0」にセットし(ステップ36)、本処理を終了する。 Next, it is determined whether or not the calculated travel distance integrated value ΣDRV is equal to or greater than a predetermined distance DREF (for example, 0.3 km) (step 35). If the answer to this question is NO and the travel distance integrated value ΣDRV has not reached the predetermined distance DREF, the determination execution flag F_JCOM is set to “0” because it is not the timing for performing the combustion mode switching determination (step 36). Exit.
一方、前記ステップ35の答がYESで、走行距離積算値ΣDRVが所定距離DREFに達したときには、HC排出量積算値ΣHCEXを走行距離積算値ΣDRVで除算することによって、単位距離当たりのHC排出量HCEXPKM2を算出する(ステップ37)。次に、HC排出量積算値ΣHCEXおよび走行距離積算値ΣDRVをいずれも値0にリセットする(ステップ38)とともに、燃焼モードの切換判定を行うタイミングであることを表すために、判定実行フラグF_JCOMを「1」にセットし(ステップ39)、本処理を終了する。 On the other hand, when the answer to step 35 is YES and the travel distance integrated value ΣDRV reaches the predetermined distance DREF, the HC discharge amount per unit distance is divided by dividing the HC discharge amount integrated value ΣHCEX by the travel distance integrated value ΣDRV. HCEXPKM2 is calculated (step 37). Next, both the HC emission amount integrated value ΣHCEX and the travel distance integrated value ΣDRV are reset to the value 0 (step 38), and the determination execution flag F_JCOM is set to indicate that it is the timing for performing the combustion mode switching determination. “1” is set (step 39), and this process is terminated.
図6に戻り、前記ステップ21に続くステップ22では、判定実行フラグF_JCOMが「1」であるか否かを判別する。この答がNOで、燃焼モードの切換判定を行うタイミングでないときには、そのまま本処理を終了し、燃焼モードを保持する。
Returning to FIG. 6, in
一方、前記ステップ22の答がYESのときには、ステップ23において、HC排出量HCEXPKM2が、燃焼モード判定用の所定のしきい値HCEXREFよりも大きいか否かを判別する。
On the other hand, when the answer to step 22 is YES, it is determined at
この答がYESで、HC排出量HCEXPKM2がしきい値HCEXREFよりも大きいときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに設定したときのHC排出量HCEXPKM2が大きいと推定されるため、予混合圧縮着火燃焼モードフラグF_PCCIを「0」にセットする(ステップ24)ことによって、燃焼モードを拡散燃焼モードに設定し、本処理を終了する。 If the answer is YES and the HC emission amount HCEXKM2 is larger than the threshold value HCEXREF, it is estimated that the HC emission amount HCEXKM2 when the combustion mode is set to the premixed compression ignition combustion mode is large. By setting the combustion mode flag F_PCCI to “0” (step 24), the combustion mode is set to the diffusion combustion mode, and this process is terminated.
一方、前記ステップ23の答がNOで、HC排出量HCEXPKM2がしきい値HCEXREF以下のときには、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換えても、HC排出量が小さい状態が確実に得られるとして、予混合圧縮着火燃焼モードフラグF_PCCIを「1」にセットする(ステップ25)ことによって、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードに切り換え、本処理を終了する。 On the other hand, if the answer to step 23 is NO and the HC emission amount HCEXPKM2 is less than or equal to the threshold value HCEXREF, it is assumed that even if the combustion mode is switched to the premixed compression ignition combustion mode, a small HC emission amount can be obtained. Then, by setting the premixed compression ignition combustion mode flag F_PCCI to “1” (step 25), the combustion mode is switched to the premixed compression ignition combustion mode, and this process is terminated.
以上のように、この第2実施形態では、車両が所定距離DREF、走行するごとに、単位距離当たりのHC排出量HCEXPKM2が算出されるとともに、算出されたHC排出量HCEXPKM2を用いて、燃焼モードの切換判定が実行される。 As described above, in the second embodiment, every time the vehicle travels for the predetermined distance DREF, the HC emission amount HCEXKM2 per unit distance is calculated, and the combustion mode is calculated using the calculated HC emission amount HCEXKM2. Switching judgment is executed.
以上のように、第1および第2実施形態によれば、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量QINJに応じて、燃焼室3cから排出される単位距離当たりのHC排出量HCEXPKM1またはHCEXPKM2を算出し、算出されたHC排出量HCEXPKM1,2に応じて燃焼モードを切り換えるので、燃焼室3cから実際に排出されるHC排出量を抑制でき、排ガス特性を向上させることができる。
As described above, according to the first and second embodiments, the HC emission amount HCEXPKM1 or HCEXPKM2 per unit distance discharged from the
また、HC排出量HCEXPKM1,2の算出を、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量QINJに加えて、燃料噴射量QINJに基づいて算出された総発生熱量Qtに応じて行うので、暖機運転時におけるエンジン3の温度状態を良好に反映した炭化水素の排出量に応じて、燃焼モードの切換をより適切に行うことができ、排ガス特性をさらに向上させることができる。
Further, the calculation of the HC exhaust amount HCEXPKM1,2 is performed according to the total generated heat amount Qt calculated based on the fuel injection amount QINJ in addition to the engine speed NE and the fuel injection amount QINJ. The combustion mode can be switched more appropriately in accordance with the hydrocarbon emission amount that favorably reflects the temperature state of the
また、拡散燃焼モード中、HC排出量が多くなりがちな予混合圧縮着火燃焼モードにおけるHC排出量HCEXPKM1,2を予測し、予測されたHC排出量HCEXPKM1,2がしきい値HCEXREF以下になるのを待って、予混合圧縮着火燃焼モードへの切換を許可する。したがって、予混合圧縮着火燃焼モードにおいて、しきい値HCEXREFを上回る量の炭化水素が排出されるのを確実に回避でき、排ガス特性を良好に維持することができる。 In addition, during the diffusion combustion mode, the HC emission amount HCEXPKM1,2 in the premixed compression ignition combustion mode in which the HC emission amount tends to increase is predicted, and the predicted HC emission amount HCEXKM1,2 is less than the threshold HCEXREF. After that, switching to the premixed compression ignition combustion mode is permitted. Therefore, in the premixed compression ignition combustion mode, it is possible to reliably avoid discharging an amount of hydrocarbons exceeding the threshold HCEXREF, and to maintain good exhaust gas characteristics.
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第1および第2実施形態では、基準HC排出量HCEXbaseを算出するためのパラメータとして、燃料噴射量QINJを用いているが、これに代えて、エンジン3の負荷を表す他の適当なパラメータ、例えば、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに基づいて算出される要求トルクを用いてもよい。
In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the first and second embodiments, the fuel injection amount QINJ is used as a parameter for calculating the reference HC emission amount HCEXbase. However, instead of this, another appropriate parameter representing the load of the
また、実施形態では、燃焼室3cの始動時の温度を表すパラメータとして、エンジン水温TWおよび吸気温TAを用いているが、それらの一方のみを用いてもよく、あるいは、これらに代えてまたは加えて、エンジンオイルの油温を用いてもよい。
In the embodiment, the engine water temperature TW and the intake air temperature TA are used as parameters representing the starting temperature of the
また、実施形態では、燃焼モードの切換判定を行うためのHC排出量として、単位距離当たりのHC排出量を用いているが、これに代えて、単位時間当たりのHC排出量や、エンジン3の始動時からの総走行距離に対応するHC排出量の平均値を用いてもよい。
In the embodiment, the HC emission amount per unit distance is used as the HC emission amount for performing the combustion mode switching determination. Instead, the HC emission amount per unit time, the
また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 The embodiment is an example in which the present invention is applied to a diesel engine mounted on a vehicle. However, the present invention is not limited to this, and an engine other than a vehicle, for example, an outboard with a crankshaft arranged vertically. It can also be applied to an engine for a marine propulsion device such as an aircraft. In addition, it is possible to appropriately change the detailed configuration within the scope of the gist of the present invention.
1 吸気制御装置
2 ECU(炭化水素量算出手段、燃焼モード切換手段、総発生熱量算出手段)
3 エンジン(内燃機関)
3c 燃焼室
22 クランク角センサ(運転状態検出手段)
NE エンジン回転数(内燃機関の運転状態)
HCEXPKM1 単位距離当たりのHC排出量(炭化水素の排出量)
HCEXPKM2 単位距離当たりのHC排出量(炭化水素の排出量)
QINJ 燃料噴射量
HCEXREF しきい値(所定値)
Qt 総発生熱量
1
3 Engine (Internal combustion engine)
NE engine speed (operating condition of internal combustion engine)
HCEXPKM1 HC emissions per unit distance (hydrocarbon emissions)
HCEXPKM2 HC emissions per unit distance (hydrocarbon emissions)
QINJ Fuel injection amount HCEXREF threshold (predetermined value)
Qt Total generated heat
Claims (3)
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の燃焼室から排出される炭化水素の排出量を算出する炭化水素排出量算出手段と、
当該算出された炭化水素の排出量に応じて、前記燃焼モードを切り換える燃焼モード切換手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine operated by switching a combustion mode between a diffusion combustion mode and a premixed compression ignition combustion mode,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
A hydrocarbon emission amount calculating means for calculating an emission amount of hydrocarbons discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine according to the detected operating state of the internal combustion engine;
Combustion mode switching means for switching the combustion mode according to the calculated hydrocarbon emission amount;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記炭化水素排出量算出手段は、前記算出された総発生熱量に応じて、前記炭化水素の排出量を算出することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 During the warm-up operation after the start of the internal combustion engine, based on the fuel injection amount injected from the start to the internal combustion engine, the total amount of heat generated from the start due to fuel combustion is calculated as the total generated heat amount A heat generation amount calculation unit;
2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrocarbon emission amount calculating means calculates the hydrocarbon emission amount according to the calculated total generated heat amount.
前記燃焼モード切換手段は、当該算出された炭化水素の排出量が所定値よりも大きいときに、前記拡散燃焼モードから前記予混合圧縮着火燃焼モードへの前記燃焼モードの切換を禁止することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 The hydrocarbon emission amount calculating means calculates the hydrocarbon emission amount that is expected to be emitted when the combustion mode is switched to the premixed compression ignition combustion mode during the diffusion combustion mode. Calculate according to the driving state,
The combustion mode switching means prohibits switching of the combustion mode from the diffusion combustion mode to the premixed compression ignition combustion mode when the calculated hydrocarbon emission amount is larger than a predetermined value. The control device for an internal combustion engine according to claim 1.
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