JP2016070192A - Furl control device of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置と、排気通路のうち排気浄化装置よりも下流側の部分と吸気通路とを接続して吸気通路に排気を還流させる低圧EGR装置と、排気通路のうち排気浄化装置よりも上流側の部分と吸気通路のうち低圧EGR装置との接続部分よりも下流側の部分とを接続して吸気通路に排気を還流させる高圧EGR装置とを備えたエンジンの燃料制御装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device, a low-pressure EGR device that connects a portion of the exhaust passage downstream of the exhaust purification device and the intake passage to recirculate exhaust gas to the intake passage, and an exhaust purification device of the exhaust passage. The present invention also relates to an engine fuel control device including a high-pressure EGR device that connects an upstream portion and a portion of an intake passage that is downstream of a connection portion with a low-pressure EGR device to recirculate exhaust gas to the intake passage.
従来から、エンジンにおいて、排気性能等のエンジン性能を高めるべく、エンジンから排出された排気を吸気通路に還流させるいわゆるEGR装置が用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, so-called EGR devices that recirculate exhaust gas exhausted from an engine to an intake passage have been used to improve engine performance such as exhaust performance.
また、運転条件に応じて排気性能等をより細かく適正に制御できるように、例えば特許文献1に開示されているように、上記EGR装置として、排気通路のうち排気浄化装置よりも下流側の部分と吸気通路とを接続して吸気通路に排気を還流させる低圧EGR装置と、排気通路のうち排気浄化装置よりも上流側の部分と吸気通路のうち低圧EGR装置との接続部分よりも下流側の部分とを接続して吸気通路に排気を還流させる高圧EGR装置とを設けることが知られている。 Further, as disclosed in Patent Document 1, for example, as the EGR device, a portion of the exhaust passage downstream of the exhaust purification device can be used so that the exhaust performance and the like can be controlled more finely and appropriately according to the operating conditions. And a low pressure EGR device that recirculates exhaust gas to the intake passage, and a portion of the exhaust passage that is upstream of the exhaust purification device and a portion of the intake passage that is downstream of the connection portion of the low pressure EGR device. It is known to provide a high-pressure EGR device that connects the parts to recirculate exhaust gas in the intake passage.
ここで、排気通路のうち排気浄化装置よりも下流側の部分における排気の温度は比較的低いため、上記低圧EGR装置を用いてこの低温の排気の一部を吸気通路に還流させた場合には、気筒内の温度が低下する結果気筒内の混合気(燃料と空気の混合気)の着火性が悪化する場合がある。特に、上記低圧EGR装置による排気の還流開始時では、低温の排気が急に気筒内に流入するために一時的に着火性が悪化しやすくなる。 Here, since the temperature of the exhaust gas in the portion downstream of the exhaust gas purification device in the exhaust passage is relatively low, when a part of this low temperature exhaust gas is recirculated to the intake passage using the low pressure EGR device, As a result of the temperature in the cylinder decreasing, the ignitability of the air-fuel mixture (fuel / air mixture) in the cylinder may deteriorate. In particular, at the start of exhaust gas recirculation by the low-pressure EGR device, low-temperature exhaust gas suddenly flows into the cylinder, so that the ignitability tends to be temporarily deteriorated.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、低圧EGR装置を用いる場合において、気筒内の混合気の着火性を良好に維持することができるエンジンの燃料制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an engine fuel control device that can maintain good ignitability of an air-fuel mixture in a cylinder when a low-pressure EGR device is used. For the purpose.
上記問題を解決するために、本発明は、排気通路に設けられた排気を浄化するための排気浄化装置と、上記排気通路のうち排気浄化装置よりも下流側の部分と吸気通路とを接続して当該吸気通路に排気を還流させる低圧EGR装置と、上記排気通路のうち上記排気浄化装置よりも上流側の部分と上記吸気通路のうち上記低圧EGR装置との接続部分よりも下流側の部分とを接続して当該吸気通路に排気を還流させる高圧EGR装置とを備えたエンジンの燃料制御装置において、エンジンの気筒内に燃料を噴射可能な噴射装置と、上記噴射装置を制御する噴射制御手段と、上記吸気通路のうち上記低圧EGR装置の接続部分と上記高圧EGR装置の接続部分との間の特定部分の酸素濃度を特定する合流後酸素濃度特定手段と、上記低圧EGR装置によって上記吸気通路に還流される排ガスである低圧EGRガスが上記特定部分に流入しているか否かを判定する低圧EGRガス流入状態判定手段とを備え、上記低圧EGRガス流入状態判定手段は、上記合流後酸素濃度特定手段により特定された酸素濃度が所定値以下に低下すると上記低圧EGRガスが上記特定部分に流入したと判定し、上記噴射制御手段は、少なくとも一部の運転領域において、主噴射と、当該主噴射よりも前に当該主噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を気筒内に噴射する前段噴射とを上記噴射装置に実施させ、上記低圧EGRガス流入状態判定手段の判定結果に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御するとともに、上記低圧EGRガス流入状態判定手段によって上記低圧EGRガスの上記特定部分への流入が開始したと判定されると、上記前段噴射の噴射量を増大させることを特徴とするエンジンの燃料制御装置を提供する(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention connects an exhaust purification device for purifying exhaust provided in an exhaust passage, and a portion of the exhaust passage downstream of the exhaust purification device and an intake passage. A low pressure EGR device that recirculates exhaust gas to the intake passage, a portion of the exhaust passage that is upstream of the exhaust purification device, and a portion of the intake passage that is downstream of the connection portion with the low pressure EGR device; And a high pressure EGR device that recirculates exhaust gas to the intake passage, and an injection device capable of injecting fuel into the engine cylinder, and an injection control means for controlling the injection device, A post-merging oxygen concentration specifying means for specifying an oxygen concentration in a specific portion between the connection portion of the low pressure EGR device and the connection portion of the high pressure EGR device in the intake passage, and the low pressure EGR device Low pressure EGR gas inflow state determining means for determining whether or not low pressure EGR gas that is exhaust gas recirculated to the intake passage flows into the specific portion. When the oxygen concentration specified by the combined oxygen concentration specifying means falls below a predetermined value, it is determined that the low-pressure EGR gas has flowed into the specified part, and the injection control means performs main injection in at least a part of the operation region. And the pre-stage injection in which the amount of fuel smaller than the injection amount of the main injection is injected into the cylinder prior to the main injection, and the determination result of the low-pressure EGR gas inflow state determination means Based on this, the injection amount of the pre-stage injection is controlled, and the low pressure EGR gas inflow state determination means starts the inflow of the low pressure EGR gas into the specific portion If it is determined that, to provide a fuel control system for an engine, characterized in that to increase the fuel injection amount of the preceding injection (claim 1).
本発明によれば、低圧EGR装置により低温の低圧EGRガスが吸気通路ひいては気筒に流入したことを簡単に、かつ精度よく判定することができるとともに、この判定結果に基づいて、前段噴射の噴射量を制御している、低圧EGRガスの流入状態に応じてこの噴射量を適正にすることができる。特に、低圧EGRガスが流入したと判定されると前段噴射の噴射量を増大させているため、主噴射の実施前の気筒内の温度圧力を高めて、この低温の低圧EGRガスの流入により主噴射された燃料の着火性が悪化するのを抑制して、当該燃料の着火性を良好に維持することができる。 According to the present invention, the low-pressure EGR device can easily and accurately determine that the low-temperature low-pressure EGR gas has flowed into the intake passage and thus the cylinder, and based on this determination result, the injection amount of the pre-stage injection This injection amount can be made appropriate according to the inflow state of the low-pressure EGR gas. In particular, when it is determined that low-pressure EGR gas has flowed in, the injection amount of the front-stage injection is increased. Therefore, the temperature pressure in the cylinder before the main injection is increased, and the low-pressure low-pressure EGR gas flows in. The deterioration of the ignitability of the injected fuel can be suppressed, and the ignitability of the fuel can be maintained well.
具体的には、吸気通路のうち低圧EGR装置との接続部分よりも下流側かつ高圧EGR装置との接続部分よりも上流側の部分には、高圧EGR装置により還流された排気は導入されず、外部から吸気通路に流入した空気に対して低圧EGR装置により還流された排気のみが導入される。そのため、高圧EGR装置の駆動状態によらず、低圧EGR装置から排気の還流があると、この部分の酸素濃度が低下する。これに対して、本発明では、上記のように、この部分の酸素濃度を特定してこの酸素濃度が所定値以下に低下した場合に上記噴射量の増大制御を実施している。そのため、低圧EGR装置によって低温の排気が吸気通路ひいては気筒内に導入されたか否かを簡単にかつ精度よく推定することができ、この推定結果に基づいて前段噴射の噴射量を制御することで、この噴射量を適正量確保して主噴射された燃料の着火性を確保することができる。 Specifically, the exhaust gas recirculated by the high pressure EGR device is not introduced into a portion of the intake passage downstream of the connection portion with the low pressure EGR device and upstream of the connection portion with the high pressure EGR device, Only the exhaust gas recirculated by the low pressure EGR device to the air flowing into the intake passage from the outside is introduced. Therefore, regardless of the driving state of the high pressure EGR device, if the exhaust gas recirculates from the low pressure EGR device, the oxygen concentration in this portion decreases. On the other hand, in the present invention, as described above, when the oxygen concentration in this portion is specified and the oxygen concentration falls below a predetermined value, the increase control of the injection amount is performed. Therefore, it is possible to easily and accurately estimate whether or not the low-temperature exhaust gas is introduced into the intake passage and hence into the cylinder by the low-pressure EGR device, and by controlling the injection amount of the pre-stage injection based on this estimation result, An appropriate amount of this injection amount can be secured to ensure the ignitability of the main injected fuel.
本発明において、上記所定値は、23パーセントに設定されているのが好ましい(請求項2)。 In the present invention, the predetermined value is preferably set to 23%.
上記のように、吸気通路のうち低圧EGR装置との接続部分よりも下流側かつ高圧EGR装置との接続部分よりも上流側の部分では、エンジン外部から吸気通路に流入した空気に低圧EGR装置により還流された排気が導入される。そのため、この部分の酸素濃度が空気の酸素濃度以下となれば、排気が還流されたとみなすことができる。従って、上記所定値を、空気の酸素濃度である23%(重量%)に設定すれば、低圧EGR装置により排気が還流されたことをより早期に推定して、より確実に上記主噴射された燃料の着火性を確保することができる。 As described above, in the portion of the intake passage that is downstream of the connection portion with the low-pressure EGR device and upstream of the connection portion with the high-pressure EGR device, the air flowing into the intake passage from the outside of the engine is introduced into the intake passage by the low-pressure EGR device. Refluxed exhaust is introduced. Therefore, if the oxygen concentration in this portion is equal to or lower than the oxygen concentration of air, it can be considered that the exhaust gas is recirculated. Therefore, if the predetermined value is set to 23% (weight%) which is the oxygen concentration of the air, it is estimated earlier that the exhaust gas is recirculated by the low pressure EGR device, and the main injection is performed more reliably. Fuel ignitability can be ensured.
上記特定部分としては、例えば、上記吸気通路のうち上記低圧EGR装置の接続部分と上記高圧EGR装置の接続部分との間の部分に設けられて当該吸気通路を開閉可能なスロットルバルブ近傍の部分であるが挙げられる(請求項3)。 As the specific portion, for example, a portion in the vicinity of a throttle valve provided in a portion between the connection portion of the low pressure EGR device and the connection portion of the high pressure EGR device in the intake passage and capable of opening and closing the intake passage. (Claim 3).
また、本発明において、上記吸気通路に流入する新気の量を検出する新気量検出手段と、上記検出された新気量と、上記噴射装置から噴射された噴射量とに基づいて上記排気通路中の酸素濃度である排気酸素濃度を算出する排気酸素濃度算出手段と、上記特定された排気酸素濃度と、気筒から上記吸気通路のうち上記低圧EGR装置の接続部分まで排気が移動する時間とに基づいて、この接続部分において上記低圧EGR装置から上記吸気通路に流入するガスの酸素濃度である低圧EGR側酸素濃度を算出する低圧EGR側酸素濃度算出手段と、上記低圧EGR装置により上記吸気通路に還流されるガスの量である低圧EGRガス流量を算出する低圧EGRガス流量算出手段とを備え、上記合流後酸素濃度特定手段は、上記検出された新気量と、上記特定された低圧EGR側酸素濃度と、上記算出された低圧EGRガス流量とに基づいて、上記接続部分における上記低圧EGRガスと新気の混合気の酸素濃度を算出し、この算出した混合気の酸素濃度に基づいて、上記特定部分の酸素濃度を算出するのが好ましい(請求項4)。 In the present invention, the exhaust gas is detected based on the fresh air amount detecting means for detecting the amount of fresh air flowing into the intake passage, the detected fresh air amount, and the injection amount injected from the injection device. An exhaust oxygen concentration calculating means for calculating an exhaust oxygen concentration that is an oxygen concentration in the passage; the specified exhaust oxygen concentration; and a time for the exhaust to move from a cylinder to a connection portion of the low pressure EGR device in the intake passage. The low pressure EGR side oxygen concentration calculating means for calculating the low pressure EGR side oxygen concentration which is the oxygen concentration of the gas flowing into the intake passage from the low pressure EGR device at the connection portion, and the intake passage by the low pressure EGR device. Low-pressure EGR gas flow rate calculating means for calculating a low-pressure EGR gas flow rate that is the amount of gas recirculated to the exhaust gas, and the post-merging oxygen concentration specifying means is configured to detect the fresh air amount detected Based on the specified low-pressure EGR side oxygen concentration and the calculated low-pressure EGR gas flow rate, the oxygen concentration of the mixture of the low-pressure EGR gas and fresh air at the connection portion is calculated, and the calculated mixture It is preferable to calculate the oxygen concentration of the specific portion based on the oxygen concentration of the gas.
このようにすれば、酸素濃度を検出するためのセンサを設けることなく、上記特定部分を通過するガスの酸素濃度を特定することができるため、構造を簡素化することができるとともにコスト面で有利となる。 In this way, since the oxygen concentration of the gas passing through the specific portion can be specified without providing a sensor for detecting the oxygen concentration, the structure can be simplified and advantageous in terms of cost. It becomes.
また、本発明において、上記吸気通路のうち上記高圧EGR装置との接続部分よりも下流側の部分を通過するガスの温度を推定する吸気温度推定手段を備え、上記噴射制御手段は、エンジンを冷却する冷却水の温度であるエンジン水温が予め設定された基準温度以下の場合には、上記低圧EGRガス流入状態判定手段の判定結果に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御する一方、上記エンジン水温が上記基準温度よりも高い場合には、上記判定結果によらず、上記吸気温度推定手段により推定された温度に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御するのが好ましい(請求項5)。 In the present invention, an intake air temperature estimating means for estimating the temperature of gas passing through a portion downstream of the connection portion with the high pressure EGR device in the intake air passage is provided, and the injection control means cools the engine. When the engine water temperature, which is the temperature of the cooling water to be performed, is equal to or lower than a preset reference temperature, the injection amount of the pre-stage injection is controlled based on the determination result of the low pressure EGR gas inflow state determination means, while the engine water temperature Is higher than the reference temperature, it is preferable to control the injection amount of the pre-stage injection based on the temperature estimated by the intake air temperature estimation means regardless of the determination result (Claim 5).
このようにすれば、エンジン水温が高くこれに伴い低圧EGR装置により気筒内に導入される排気の温度が比較的高くなり高圧EGR装置により気筒に導入される排気の温度との差が小さくなって、これらの混合ガスひいては気筒に導入されるガスの温度を比較的推定しやすい場合には、この推定した温度に基づいて前段噴射の噴射量を決定することで主噴射された燃料の着火性を確保することができるとともに、エンジン水温が低く上記温度差が大きく、これに伴って、上記気筒に導入されるガスの温度の推定が困難な場合には、上述のように上記特定部分の酸素濃度に応じて前段噴射の噴射量を決定することで上記着火性を確保することができ、エンジン水温によらずより確実にこの着火性を確保することができる。 In this case, the engine water temperature is high, and accordingly, the temperature of the exhaust gas introduced into the cylinder by the low pressure EGR device is relatively high, and the difference from the temperature of the exhaust gas introduced into the cylinder by the high pressure EGR device is reduced. When it is relatively easy to estimate the temperature of these mixed gases and thus the gas introduced into the cylinder, the ignition quality of the main injected fuel is determined by determining the injection amount of the pre-stage injection based on the estimated temperature. When the temperature of the engine water is low and the temperature difference is large, and accordingly, it is difficult to estimate the temperature of the gas introduced into the cylinder, the oxygen concentration of the specific portion is as described above. Accordingly, the ignitability can be ensured by determining the injection amount of the pre-stage injection, and this ignitability can be ensured more reliably regardless of the engine water temperature.
(1)エンジンシステムの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかるディーゼルエンジンシステムの全体構成を示す図である。本図に示されるディーゼルエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される4サイクルのディーゼルエンジンである。具体的に、このディーゼルエンジンは、複数の気筒2を有し軽油を主成分とする燃料の供給を受けて駆動されるエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気を導入するための吸気通路30と、エンジン本体1で生成された排ガス(燃焼ガス)を排出するための排気通路40と、排気通路40を通過する排ガスの一部を吸気通路30に還流するためのEGR装置50と、排気通路40を通過する排ガスにより駆動されるターボ過給機60とを備えている。
(1) Overall Configuration of Engine System FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a diesel engine system according to an embodiment of the present invention. The diesel engine shown in the figure is a four-cycle diesel engine mounted on a vehicle as a driving power source. Specifically, this diesel engine has an engine body 1 that is driven by the supply of fuel mainly composed of light oil having a plurality of cylinders 2 and intake air for introducing combustion air into the engine body 1. A passage 30, an exhaust passage 40 for discharging exhaust gas (combustion gas) generated in the engine body 1, an EGR device 50 for returning a part of the exhaust gas passing through the exhaust passage 40 to the intake passage 30, And a turbocharger 60 driven by exhaust gas passing through the exhaust passage 40.
吸気通路30には、上流側から順に、エアクリーナ31と、ターボ過給機60のコンプレッサ61と、スロットルバルブ36と、インタークーラ35と、サージタンク37とが設けられている。サージタンク37よりも下流側には、各気筒2とそれぞれ個別に連通する独立通路が設けられており、サージタンク37内のガスはこれら独立通路を通ってそれぞれ気筒2に分配される。 In the intake passage 30, an air cleaner 31, a compressor 61 of the turbocharger 60, a throttle valve 36, an intercooler 35, and a surge tank 37 are provided in this order from the upstream side. On the downstream side of the surge tank 37, there are provided independent passages communicating with the cylinders 2 individually, and the gas in the surge tank 37 is distributed to the cylinders 2 through the independent passages.
排気通路40には、上流側から順に、ターボ過給機60のタービン62と、排気浄化装置41とが設けられている。 The exhaust passage 40 is provided with a turbine 62 of the turbocharger 60 and an exhaust purification device 41 in order from the upstream side.
ターボ過給機60は、タービン62が、排気通路40を流れる排ガスのエネルギーを受けて回転し、これに連動してコンプレッサ61が回転することにより、吸気通路30を流通する空気を圧縮(過給)する。 In the turbocharger 60, the turbine 62 rotates in response to the energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40, and the compressor 61 rotates in conjunction with this to compress the air flowing through the intake passage 30 (supercharging). )
インタークーラ35は、コンプレッサ61により圧縮された空気を冷却するためのものである。インタークーラ35には、エンジンを冷却するための冷却水が導入されており、この冷却水によって空気が冷却される。 The intercooler 35 is for cooling the air compressed by the compressor 61. Cooling water for cooling the engine is introduced into the intercooler 35, and air is cooled by this cooling water.
スロットルバルブ36は、吸気通路30を開閉するものである。ただし、本実施形態では、エンジンの運転中は基本的に全開もしくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路30を遮断する。 The throttle valve 36 opens and closes the intake passage 30. However, in this embodiment, the engine is basically fully opened or maintained at a high opening degree close to that during operation of the engine, and is closed only when necessary, such as when the engine is stopped, to block the intake passage 30.
排気浄化装置41は、排ガス中の有害成分を浄化するためのものである。本実施形態では、この排気浄化装置41には、排気ガス中のCOおよびHCを酸化する酸化触媒41aと、排気ガス中のスート(煤)を捕集するDPF41bとが含まれる。 The exhaust purification device 41 is for purifying harmful components in the exhaust gas. In the present embodiment, the exhaust purification device 41 includes an oxidation catalyst 41a that oxidizes CO and HC in the exhaust gas, and a DPF 41b that collects soot (soot) in the exhaust gas.
EGR装置50は、排ガスを吸気側に還流するためのものである。本実施形態では、EGR装置50として、高圧EGR装置(以下、HP_EGR装置という)51と、低圧EGR装置(以下、LP_EGR装置という)と52とを備えている。 The EGR device 50 is for recirculating exhaust gas to the intake side. In the present embodiment, the EGR device 50 includes a high-pressure EGR device (hereinafter referred to as HP_EGR device) 51, a low-pressure EGR device (hereinafter referred to as LP_EGR device), and 52.
HP_EGR装置51は、排気通路40におけるタービン62よりも上流側の部分と、吸気通路30のうちインタークーラ35よりも下流側の部分とを接続するHP_EGR通路51aと、このHP_EGR通路51aを開閉するHP_EGRバルブ51bとを備えており、排気通路40に排出された比較的高圧の排ガス(以下、高圧EGRガスという場合がある)を吸気側に還流させる。 The HP_EGR device 51 includes an HP_EGR passage 51a that connects a portion of the exhaust passage 40 upstream of the turbine 62 and a portion of the intake passage 30 downstream of the intercooler 35, and HP_EGR that opens and closes the HP_EGR passage 51a. A valve 51b is provided to recirculate relatively high-pressure exhaust gas discharged to the exhaust passage 40 (hereinafter sometimes referred to as high-pressure EGR gas) to the intake side.
一方、LP_EGR装置52は、排気通路40におけるDPF41bよりも下流側の部分と、吸気通路30のうちエアクリーナ31とコンプレッサ61との間の部分とを接続するLP_EGR通路52aと、このLP_EGR通路52aを開閉するLP_EGRバルブ52bとを備えており、排気通路40に排出された比較的低圧の排ガス(以下、低圧EGRガスという場合がある)を吸気側に還流させる。LP_EGR通路52aのうちLP_EGRバルブ52bよりも上流側(排気通路40側)には、この通路52aを通過する低圧EGRガスを冷却するためのEGRクーラ52cが設けられている。このように、LP_EGR装置52により還流される排気(低圧EGRガス)は、タービン62さらにはDPF41bを通過した後の排気であり、その温度圧力は比較的低温である。さらに、本実施形態では、上記のように、低圧EGRガスはEGRクーラ52cにより冷却されており、吸気通路30に流入する時点で低圧ERガスの温度は低くされている。 On the other hand, the LP_EGR device 52 opens and closes an LP_EGR passage 52a that connects a portion of the exhaust passage 40 downstream of the DPF 41b and a portion of the intake passage 30 between the air cleaner 31 and the compressor 61, and opens and closes the LP_EGR passage 52a. And an LP_EGR valve 52b that recirculates relatively low-pressure exhaust gas (hereinafter sometimes referred to as low-pressure EGR gas) discharged to the exhaust passage 40 to the intake side. An EGR cooler 52c for cooling the low-pressure EGR gas passing through the passage 52a is provided on the upstream side (exhaust passage 40 side) of the LP_EGR passage 52a with respect to the LP_EGR valve 52b. Thus, the exhaust gas (low pressure EGR gas) recirculated by the LP_EGR device 52 is exhaust gas that has passed through the turbine 62 and further the DPF 41b, and its temperature and pressure are relatively low. Furthermore, in the present embodiment, as described above, the low-pressure EGR gas is cooled by the EGR cooler 52c, and the temperature of the low-pressure ER gas is lowered when it flows into the intake passage 30.
(2)エンジン本体の構成
図2は、エンジン本体1の一部を拡大して示す断面図である。この図2および先の図1に示すように、エンジン本体1は、上下方向に延びるシリンダ(気筒)2が内部に形成されたシリンダブロック3と、シリンダ2に往復動(上下動)可能に収容されたピストン4と、ピストン4の冠面4aと対向する側からシリンダ2の端面(上面)を覆うように設けられたシリンダヘッド5と、潤滑油を貯溜するためにシリンダブロック3の下側に配設されたオイルパン6とを有している。
(2) Configuration of Engine Body FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the engine body 1. As shown in FIG. 2 and FIG. 1 above, the engine body 1 is accommodated in a cylinder block 3 in which a cylinder 2 extending in the vertical direction is formed, and in the cylinder 2 so as to be able to reciprocate (vertically move). A piston head 4, a cylinder head 5 provided so as to cover the end surface (upper surface) of the cylinder 2 from the side facing the crown surface 4 a of the piston 4, and a lower side of the cylinder block 3 for storing lubricating oil. And an oil pan 6 disposed.
ピストン4は、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸7とコネクティングロッド8を介して連結されている。また、ピストン4の上方には燃焼室9が形成されており、この燃焼室9では、後述する燃料噴射弁20から噴射された燃料が空気と混合されつつ拡散燃焼する。そして、当該燃焼に伴う膨張エネルギーにより、ピストン4が往復運動するとともにクランク軸7が中心軸回りに回転するようになっている。 The piston 4 is connected to a crankshaft 7 that is an output shaft of the engine body 1 via a connecting rod 8. A combustion chamber 9 is formed above the piston 4, and in this combustion chamber 9, fuel injected from a fuel injection valve 20 described later is diffusely burned while being mixed with air. The piston 4 reciprocates and the crankshaft 7 rotates about the central axis due to the expansion energy associated with the combustion.
ここで、エンジン本体1の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン4が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン4が上死点にあるときの燃焼室容積との比は、12以上15以下(例えば14)に設定されている。この12以上15以下という幾何学的圧縮比は、ディーゼルエンジンとしてはかなり低い値である。これは、燃焼温度の抑制によるエミッション性能の向上や熱効率の向上を狙ってのことである。 Here, the geometric compression ratio of the engine body 1, that is, the ratio of the combustion chamber volume when the piston 4 is at the bottom dead center to the combustion chamber volume when the piston 4 is at the top dead center is 12 or more and 15 The following is set (for example, 14). This geometric compression ratio of 12 or more and 15 or less is a considerably low value for a diesel engine. This is aimed at improving emission performance and thermal efficiency by suppressing the combustion temperature.
シリンダヘッド5には、吸気通路30から供給される空気を燃焼室9(気筒2)内に導入するための吸気ポート16と、燃焼室9で生成された排気ガスを排気通路40に導出するための排気ポート17と、吸気ポート16の燃焼室9側の開口を開閉する吸気弁18と、排気ポート17の燃焼室9側の開口を開閉する排気弁19とが設けられている。 The cylinder head 5 has an intake port 16 for introducing the air supplied from the intake passage 30 into the combustion chamber 9 (cylinder 2) and an exhaust gas generated in the combustion chamber 9 to the exhaust passage 40. The exhaust port 17, the intake valve 18 that opens and closes the opening of the intake port 16 on the combustion chamber 9 side, and the exhaust valve 19 that opens and closes the opening of the exhaust port 17 on the combustion chamber 9 side are provided.
また、シリンダヘッド5には、燃焼室9に燃料を噴射するインジェクタ(噴射装置)20が取り付けられている。このインジェクタ20は、そのピストン4側の先端部21aがキャビティ10の中心部を臨むような姿勢で取り付けられている。インジェクタ20は、燃料流路を介してコモンレール等の図外の蓄圧室と接続されている。蓄圧室内には、図外の燃料ポンプにより加圧された高圧の燃料が貯留されており、インジェクタ20は、この蓄圧室から燃料の供給を受けて、燃焼室9内に燃料を噴射する。燃料ポンプと蓄圧室との間には、蓄圧室内の圧力すなわちインジェクタ20から噴射される燃料の圧力である噴射圧を変更するための燃圧レギュレータ(不図示)が設けられている。 An injector (injection device) 20 that injects fuel into the combustion chamber 9 is attached to the cylinder head 5. The injector 20 is attached in such a posture that the tip end portion 21 a on the piston 4 side faces the center portion of the cavity 10. The injector 20 is connected to a pressure accumulation chamber (not shown) such as a common rail via a fuel flow path. High pressure fuel pressurized by a fuel pump (not shown) is stored in the pressure accumulating chamber, and the injector 20 receives fuel supplied from the pressure accumulating chamber and injects fuel into the combustion chamber 9. Between the fuel pump and the pressure accumulating chamber, a fuel pressure regulator (not shown) for changing the pressure in the pressure accumulating chamber, that is, the injection pressure that is the pressure of the fuel injected from the injector 20 is provided.
ピストン4の冠面4aには、その中心部を含む領域をシリンダヘッド5とは反対側(下方)に凹ませたキャビティ10が形成されている。このキャビティ10は、ピストン4が上死点まで上昇したときの燃焼室9の大部分を占める容積を有するように形成されている。 A cavity 10 is formed in the crown surface 4a of the piston 4 so that a region including the center thereof is recessed on the side opposite to the cylinder head 5 (downward). The cavity 10 is formed to have a volume that occupies most of the combustion chamber 9 when the piston 4 rises to the top dead center.
図3および図4は、燃焼室9周辺を拡大して示した拡大断面図および平面図である。これら図3および図4において、符号Fは、インジェクタ20の噴孔22から噴射された燃料の噴霧を示したものである。また、図4は、ピストン4が上死点にある状態を示したものである。 3 and 4 are an enlarged cross-sectional view and a plan view showing the periphery of the combustion chamber 9 in an enlarged manner. 3 and 4, the symbol F indicates the spray of fuel injected from the injection hole 22 of the injector 20. FIG. 4 shows a state where the piston 4 is at the top dead center.
これら図に示すように、本実施形態では、インジェクタ20は、シリンダ2と同軸に(インジェクタ20の中心軸とシリンダ2の中心軸とが一致するように)取り付けられている。また、インジェクタ20として、先端部21aに複数の墳孔22が形成された多噴孔式のインジェクタが用いられている。各墳孔22は、周方向にほぼ等間隔に並ぶように配設されており、このような噴孔22を通過することにより、インジェクタ20からは燃焼室9内に燃料が平面視で放射状に噴射される。 As shown in these drawings, in this embodiment, the injector 20 is mounted coaxially with the cylinder 2 (so that the central axis of the injector 20 and the central axis of the cylinder 2 coincide). Further, as the injector 20, a multi-hole type injector in which a plurality of bores 22 are formed at the tip end portion 21a is used. The respective fistulas 22 are arranged so as to be arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction. By passing through the injection holes 22, fuel is radially emitted from the injector 20 into the combustion chamber 9 in a plan view. Be injected.
また、図3および図4に示すように、キャビティ10は、いわゆるリエントラント型のキャビティとされている。すなわち、キャビティ10を形成する壁面は、ほぼ山型の中央隆起部11と、中央隆起部11よりもピストン4の径方向外側に形成された平面視円形の周辺凹部12と、周辺凹部12とピストン4の冠面4aとの間に形成された平面視円形のリップ部13とを有している。 As shown in FIGS. 3 and 4, the cavity 10 is a so-called reentrant type cavity. That is, the wall surface forming the cavity 10 includes a substantially mountain-shaped central raised portion 11, a peripheral concave portion 12 that is formed on the radially outer side of the piston 4 with respect to the central raised portion 11, and a peripheral concave portion 12 and a piston. And a lip portion 13 having a circular shape in plan view formed between the four crown surfaces 4a.
中央隆起部11は、キャビティ10の中心側ほどインジェクタ20に近づくように隆起しており、その隆起の頂部が燃料噴射弁20の先端部21aの直下方に位置するように形成されている。周辺凹部12は、中央隆起部11と連続し、断面視でピストン4の径方向外側に凹入する円弧状をなすように形成されている。リップ部13は、周辺凹部12と連続し、断面視でピストン4の径方向内側に凸となる円弧状をなすように形成されている。 The central raised portion 11 is raised so as to be closer to the injector 20 toward the center of the cavity 10, and is formed so that the top of the raised portion is located directly below the distal end portion 21 a of the fuel injection valve 20. The peripheral concave portion 12 is continuous with the central raised portion 11 and is formed to have an arc shape that is recessed in the radially outer side of the piston 4 in a sectional view. The lip portion 13 is continuous with the peripheral concave portion 12 and is formed to have an arc shape that protrudes radially inward of the piston 4 in a sectional view.
上記のような構成のキャビティ10は、全体として、ピストン4の冠面4aに近づくほど開口面積が小さくなる上窄まり状の断面形状を有する。このようなリエントラント型のキャビティ10は、特にエンジンの中負荷以上の運転領域において比較的多くの燃料が噴射されたときに、その燃料の噴霧Fを、主に周辺凹部12および中央隆起部11に沿って径方向外側から内側(キャビティ10の中心側)に反転させる機能を発揮するので、燃料のミキシングを促進するのに有利である。 The cavity 10 having the above-described configuration as a whole has a constricted cross-sectional shape in which the opening area decreases as the distance from the crown surface 4a of the piston 4 decreases. Such a reentrant type cavity 10 mainly sprays the fuel spray F to the peripheral recess 12 and the central bulge 11 when a relatively large amount of fuel is injected, particularly in an operation region of a medium load or higher of the engine. Since the function of reversing from the radially outer side to the inner side (center side of the cavity 10) is exhibited, it is advantageous for promoting the mixing of the fuel.
(3)制御系統
(3−1)システム構成
図5は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、当実施形態のディーゼルエンジンは、PCM(パワートレイン・コントロール・モジュール)70によって統括的に制御される。PCM70は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
(3) Control System (3-1) System Configuration FIG. 5 is a block diagram showing an engine control system. As shown in the figure, the diesel engine of the present embodiment is comprehensively controlled by a PCM (powertrain control module) 70. As is well known, the PCM 70 is a microprocessor including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
PCM70は、エンジンの運転状態を検出するための各種センサと電気的に接続されている。 The PCM 70 is electrically connected to various sensors for detecting the operating state of the engine.
例えば、シリンダブロック3には、クランク軸15の回転角度(クランク角)および回転速度を検出するクランク角センサSN1が設けられている。このクランク角センサSN1は、クランク軸15と一体に回転する図略のクランクプレートの回転に応じてパルス信号を出力するものであり、このパルス信号に基づいて、クランク軸15の回転角度および回転速度すなわちエンジン回転数が特定されるようになっている。 For example, the cylinder block 3 is provided with a crank angle sensor SN1 that detects a rotation angle (crank angle) and a rotation speed of the crankshaft 15. The crank angle sensor SN1 outputs a pulse signal in accordance with the rotation of a crank plate (not shown) that rotates integrally with the crankshaft 15. Based on the pulse signal, the rotation angle and the rotation speed of the crankshaft 15 are output. That is, the engine speed is specified.
吸気通路30のうちエアクリーナ31付近(エアクリーナ31とコンプレッサ61との間の部分)には、エアクリーナ31を通過して各気筒2に吸入される空気量を検出するエアフローセンサSN2(新気量検出手段)が設けられている。 An air flow sensor SN2 (new air amount detection means) that detects the amount of air that passes through the air cleaner 31 and is sucked into each cylinder 2 is located near the air cleaner 31 in the intake passage 30 (the portion between the air cleaner 31 and the compressor 61). ) Is provided.
吸気通路30のうちインタークーラ35よりも下流側の部分には、この部分を通過する空気ひいては気筒2に吸入される吸気の圧力を検出する吸気圧センサSN3が設けられている。 An intake pressure sensor SN3 for detecting the air passing through this portion and the pressure of the intake air taken into the cylinder 2 is provided in a portion of the intake passage 30 downstream of the intercooler 35.
サージタンク37には、サージタンク37内のガスすなわち各気筒2に吸入されるガスの温度を検出するインマニ温度センサSN4が設けられている。 The surge tank 37 is provided with an intake manifold temperature sensor SN4 that detects the temperature of the gas in the surge tank 37, that is, the gas sucked into each cylinder 2.
エンジン本体1には、エンジン本体を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサSN5が設けられている。 The engine body 1 is provided with a water temperature sensor SN5 that detects the temperature of cooling water that cools the engine body.
排気通路40のうち、LP_EGR通路52aの接続部分よりも下流側の部分には、排ガス中の酸素濃度を検出するリニアO2センサSN6が設けられている。 A linear O2 sensor SN6 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas is provided in a portion of the exhaust passage 40 downstream of the connection portion of the LP_EGR passage 52a.
インジェクタ20に燃料を供給する蓄圧室には、この蓄圧室内の圧力すなわちインジェクタ20の噴射圧を検出する燃圧センサSN7が設けられている。 A fuel pressure sensor SN <b> 7 that detects the pressure in the pressure accumulation chamber, that is, the injection pressure of the injector 20, is provided in the pressure accumulation chamber that supplies fuel to the injector 20.
排気通路40には、DPF41bの前後(上下流端)差圧を検出する差圧センサSN8が設けられている。 The exhaust passage 40 is provided with a differential pressure sensor SN8 that detects a differential pressure before and after (upstream and downstream ends) of the DPF 41b.
また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSN9が設けられている。 Further, the vehicle is provided with an accelerator opening sensor SN9 for detecting the opening degree of an accelerator pedal (accelerator opening degree) operated by the driver, not shown.
PCM70は、上記各種センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、PCM70は、インジェクタ20、燃圧レギュレータ、スロットルバルブ36、HP_EGRバルブ51b、LP_EGRバルブ51c等の各部と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。 The PCM 70 controls each part of the engine while executing various determinations and calculations based on input signals from the various sensors. That is, the PCM 70 is electrically connected to the injector 20, the fuel pressure regulator, the throttle valve 36, the HP_EGR valve 51b, the LP_EGR valve 51c, and the like. The control signal is output.
(3−2)吸気系の制御
本実施形態におけるPCM70による吸気系の制御の流れを簡単に説明する。
(3-2) Intake System Control The flow of intake system control by the PCM 70 in the present embodiment will be briefly described.
PCM70は、アクセル開度(アクセル開度センサSN9の検出値)に基づいてエンジントルクの目標値である目標トルクを決定し、この目標トルクとエンジン回転数(クランク角センサSN1の検出値により特定される)とに基づいて燃焼室9(気筒2)内に噴射する燃料量の総量の基本値である要求トータル噴射量を決定する。例えば、PCM70は、予め設定され記憶しているアクセル開度と目標トルクとのマップ、また、目標トルクとエンジン回転数と要求トータル噴射量とのマップから、アクセル開度等に応じた値を抽出することで上記各値を決定する。 The PCM 70 determines a target torque that is a target value of the engine torque based on the accelerator opening (detected value of the accelerator opening sensor SN9), and is specified by the target torque and the engine speed (detected value of the crank angle sensor SN1). The required total injection amount which is a basic value of the total amount of fuel injected into the combustion chamber 9 (cylinder 2) is determined based on the above. For example, the PCM 70 extracts a value corresponding to the accelerator opening from a map of the accelerator opening and the target torque set in advance and stored, and a map of the target torque, the engine speed and the required total injection amount. By doing so, the above values are determined.
そして、PCM70は、要求トータル噴射量とエンジン回転数とに基づいて、気筒2に吸入されるガス中の酸素濃度の目標値である目標吸気酸素濃度、気筒2に吸入されるガス温度の目標値である目標吸気温度、EGR制御モード(LP_EGR51を作動させるか、HP_EGR52を作動させるか)を決定するとともに、これら決定した内容から、気筒2に吸入されるガスの圧力である過給圧、HP_EGR51によって吸気通路30に還流させる排ガス量である高圧EGRガス量、LP_EGR52によって吸気通路30に還流させる排ガス量である低圧EGRガス量、を決定し、この過給圧、各EGRガス量が実現されるように、スロットルバルブ36、HP_EGRバルブ51b、LP_EGRバルブ51cを制御する。 Then, the PCM 70 determines the target intake oxygen concentration that is the target value of the oxygen concentration in the gas sucked into the cylinder 2 and the target value of the gas temperature sucked into the cylinder 2 based on the required total injection amount and the engine speed. The target intake air temperature and the EGR control mode (LP_EGR51 or HP_EGR52 are activated) are determined, and from the determined contents, the supercharging pressure that is the pressure of the gas sucked into the cylinder 2 and HP_EGR51 are determined. The amount of high pressure EGR gas that is the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage 30 and the amount of low pressure EGR gas that is the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage 30 are determined by LP_EGR52, so that this supercharging pressure and each EGR gas amount are realized. In addition, the throttle valve 36, the HP_EGR valve 51b, and the LP_EGR valve 51c are controlled.
ここで、本実施形態では、EGR制御モードを図6に示すように切り替える。具体的には、要求トータル噴射量(エンジン負荷)とエンジン回転数とが低く気筒2内の温度が比較的低い低回転低負荷領域B1では高温のEGRガスを還流させるHP_EGR51のみを実施し、要求トータル噴射量(エンジン負荷とエンジン回転数とがそれぞれ高く気筒2内の温度が比較的高い高回転および高負荷領域B3では低温のEGRガスを還流させるLP_EGR51のみを実施し、これらの間の中間領域B2では、HP_EGR51とLP_EGR51との両方を実施するとともに負荷が高いほどあるいはエンジン回転数が高いほどLP_EGR51の割合を増加させていく。 Here, in the present embodiment, the EGR control mode is switched as shown in FIG. Specifically, only the HP_EGR 51 that recirculates high-temperature EGR gas is performed in the low-rotation low-load region B1 where the required total injection amount (engine load) and the engine speed are low and the temperature in the cylinder 2 is relatively low. Total injection amount (in the high rotation and high load region B3 where the engine load and the engine speed are high and the temperature in the cylinder 2 is relatively high, only LP_EGR51 for recirculating low temperature EGR gas is performed, and an intermediate region therebetween In B2, both HP_EGR51 and LP_EGR51 are performed, and the ratio of LP_EGR51 is increased as the load is higher or the engine speed is higher.
(3−3)噴射系の制御
本実施形態におけるPCM70による噴射系の制御について次に説明する。
(3-3) Control of Injection System Next, control of the injection system by the PCM 70 in this embodiment will be described.
(3−3−1)燃焼モードおよび噴射パターン
図6は、エンジンの運転状態に応じた燃焼モードを示す図である。この図6に示すように、本実施形態では、運転領域(主としてエンジン回転数とエンジン負荷すなわち要求トータル噴射量とで決定される運転領域)に応じて、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合燃焼モードとの2つのモードとを切り替える。
(3-3-1) Combustion Mode and Injection Pattern FIG. 6 is a diagram showing a combustion mode according to the operating state of the engine. As shown in FIG. 6, in this embodiment, the combustion mode is changed from the diffusion combustion mode to the premixed combustion according to the operation region (the operation region mainly determined by the engine speed and the engine load, that is, the required total injection amount). Switch between two modes, mode.
拡散燃焼モードは、圧縮上死点付近(ピストン4が圧縮上死点付近にあるとき)において、燃料を噴射しながら燃料と空気の混合気を着火させていく燃焼モードである。 The diffusion combustion mode is a combustion mode in which a fuel-air mixture is ignited while fuel is injected near the compression top dead center (when the piston 4 is near the compression top dead center).
予混合燃焼モードは、燃焼室9(気筒2)内で燃料と空気とを予め混合しておき、圧縮上死点付近において、この混合気を着火させる燃焼モードである。 The premix combustion mode is a combustion mode in which fuel and air are mixed in advance in the combustion chamber 9 (cylinder 2), and this mixture is ignited in the vicinity of the compression top dead center.
予混合燃焼モードでは、燃料と空気とが予め混合された後に燃焼が開始するため燃料を効率よく燃焼させることができ、燃費性能の向上および煤の発生の抑制を図ることができる。ただし、この予混合燃焼モードでは、燃焼が開始するまでの比較的短時間の間に燃料と空気とを十分に混合させる必要があるため、噴射量が少ないすなわちエンジン負荷が比較的低い、また、エンジン回転数が比較的低い領域でのみ実現可能である。そこで、本実施形態では、エンジン回転数が低くエンジン負荷が小さい低負荷低回転数領域A1を、予混合燃焼モードを実施する予混合燃焼領域に設定し、残余の領域A2を、拡散燃焼モードを実施する拡散燃焼領域に設定している。 In the premixed combustion mode, the combustion starts after the fuel and air are mixed in advance, so that the fuel can be burned efficiently, and the fuel efficiency can be improved and the generation of soot can be suppressed. However, in this premixed combustion mode, it is necessary to sufficiently mix fuel and air in a relatively short time until combustion starts, so that the injection amount is small, that is, the engine load is relatively low. This is only possible in a region where the engine speed is relatively low. Therefore, in the present embodiment, the low load low rotation speed region A1 where the engine speed is low and the engine load is small is set as the premixed combustion region where the premixed combustion mode is performed, and the remaining region A2 is set as the diffusion combustion mode. It is set to the diffusion combustion area to be implemented.
各燃焼モードを実現するための噴射パターンおよび各燃焼モードにおける熱発生率の例を図7(a)、(b)、(c)に示す。図7(a)、(b)は、それぞれ拡散燃焼モードの例を、図7(c)は、予混合燃焼モードの例を示したものである。 Examples of the injection pattern for realizing each combustion mode and the heat generation rate in each combustion mode are shown in FIGS. 7 (a), 7 (b), and 7 (c). 7A and 7B show examples of the diffusion combustion mode, and FIG. 7C shows an example of the premixed combustion mode.
図7(a)に示すように、拡散燃焼モードでは、圧縮上死点付近において、エンジントルクを発生させるための主たる燃料が噴射され、この燃料の噴射とともに混合気が燃焼していく。 As shown in FIG. 7A, in the diffusion combustion mode, the main fuel for generating the engine torque is injected in the vicinity of the compression top dead center, and the air-fuel mixture burns with the injection of this fuel.
本実施形態では、拡散燃焼領域A2のうちエンジン回転数が高くエンジン負荷が高い高回転高負荷領域A2_c(図6参照)を除く領域すべてにおいて、空気利用率を向上させるため、および、上記主たる燃料の着火性を高めるために、この主たる燃料の噴射の前に燃焼室9内に燃料を噴射する。すなわち、本実施形態では、拡散燃焼領域A2のうち高回転高負荷領域A2_cを除く特定領域では、圧縮上死点付近においてエンジントルクを生成するための燃料を燃焼室9内に噴射するメイン噴射(主噴射)Qmと、この主噴射の前のタイミングで燃焼室9内にメイン噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を噴射する前段噴射とを実施する。なお、高回転高負荷領域A2_cではメイン噴射のみを実施する。また、上記特定領域においては、メイン噴射Qmの後に、メイン噴射Qmよりも少ない量の燃料を噴射するアフター噴射を実施する場合がある。 In the present embodiment, in the diffusion combustion region A2, in all regions except the high rotation high load region A2_c (see FIG. 6) where the engine speed is high and the engine load is high, the air utilization rate is improved and the main fuel is used. In order to improve the ignitability, the fuel is injected into the combustion chamber 9 before the main fuel injection. That is, in the present embodiment, in a specific region excluding the high rotation high load region A2_c in the diffusion combustion region A2, main injection (injecting fuel for generating engine torque in the vicinity of the compression top dead center into the combustion chamber 9) Main injection) Qm and pre-injection in which an amount of fuel smaller than the main injection is injected into the combustion chamber 9 at the timing before the main injection. Note that only the main injection is performed in the high rotation high load region A2_c. In the specific region, after the main injection Qm, after-injection that injects a smaller amount of fuel than the main injection Qm may be performed.
また、本実施形態では、上記特定領域のうち比較的エンジン負荷の低い第1領域A2_a(図6参照)では、図7(a)に示すように、前段噴射として2回の噴射(パイロット噴射Qpi、プレ噴射Qpr)を実施する。具体的には、比較的早期にパイロット噴射Qpiを実施し、その後、メイン噴射のタイミングに比較的近いタイミングでプレ噴射Qprを実施する。この噴射パターンでは、最初の噴射であるパイロット噴射Qpiの実施によって燃料と空気との予混合性を高めて空気利用率を高めることができる。そして、このパイロット噴射Qpiと次の噴射であるプレ噴射Qprとの実施によって、メイン噴射Qmされた燃料が燃焼する直前すなわち主燃焼が生じる直前に、熱発生量の小さい燃焼であるプレ燃焼を生じさせて、メイン噴射された燃料が燃焼しやすい状態にすることができる。 Further, in the present embodiment, in the first region A2_a (see FIG. 6) in which the engine load is relatively low in the specific region, as shown in FIG. , Pre-injection Qpr). Specifically, pilot injection Qpi is performed relatively early, and then pre-injection Qpr is performed at a timing relatively close to the timing of main injection. With this injection pattern, the pilot injection Qpi, which is the first injection, can be performed to increase the premixability of fuel and air and increase the air utilization rate. The pilot injection Qpi and the pre-injection Qpr, which is the next injection, cause pre-combustion, which is combustion with a small amount of heat generation, immediately before the main-injected fuel Qm burns, that is, immediately before main combustion occurs. Thus, the main injected fuel can be easily burned.
一方、上記特定領域のうちエンジン負荷が比較的高く第2領域A2_b(図6参照)では、パイロット噴射Qpiを実施するとこのパイロット噴射Qpiされた燃料が早期に着火するおそれがあるため、図7(b)に示すように、メイン噴射Qmのタイミングに比較的近いタイミングで実施されるプレ噴射Qprのみを実施する。 On the other hand, in the second region A2_b (see FIG. 6), the engine load is relatively high in the specific region, and if the pilot injection Qpi is performed, there is a risk that the fuel injected by the pilot injection Qpi may ignite early. As shown in b), only the pre-injection Qpr is performed at a timing relatively close to the timing of the main injection Qm.
ここで、本実施形態では、この前段噴射(パイロット噴射Qpi+プレ噴射Qpr、または、プレ噴射Qpr)を、図7(a)、(b)の熱発生率の図に示すように、前段噴射された燃料により生成される燃焼(以下、プレ燃焼という場合がある)と、メイン噴射された燃料により生成される燃焼(以下、メイン燃焼という場合がある)とが連続して生じ、前段噴射とメイン噴射とによって燃焼室9内に一連の燃焼が生じるように実施する。 Here, in this embodiment, this pre-injection (pilot injection Qpi + pre-injection Qpr or pre-injection Qpr) is pre-injected as shown in the heat generation rate diagrams of FIGS. Combustion generated by the generated fuel (hereinafter sometimes referred to as pre-combustion) and combustion generated by the main-injected fuel (hereinafter also referred to as main combustion) occur in succession. A series of combustion is generated in the combustion chamber 9 by the injection.
一方、図7(c)に示すように、予混合燃焼モードでは、圧縮行程中の比較的早いタイミングで燃焼室9内に燃料が噴射され、噴射終了後に、混合気が燃焼を開始する。この図7(c)では、圧縮行程中に3回に分けて燃料を噴射する場合について示したが、噴射回数はこれに限らない。 On the other hand, as shown in FIG. 7C, in the premixed combustion mode, fuel is injected into the combustion chamber 9 at a relatively early timing during the compression stroke, and the air-fuel mixture starts to combust after the end of the injection. Although FIG. 7C shows the case where fuel is injected in three times during the compression stroke, the number of injections is not limited to this.
以上のように、本実施形態では、運転領域によって燃焼モードが切り替えられるよう構成されており、PCM70は、運転領域に応じて噴射パターンを変更する。 As described above, in the present embodiment, the combustion mode is switched according to the operation region, and the PCM 70 changes the injection pattern according to the operation region.
(3−3−2)拡散燃焼モードにおける噴射系の制御手順
次に、図9を用いながら、拡散燃焼モード実施時における噴射系の制御手順について説明する。PCM70は、機能的に、噴射系の制御を実施する噴射制御部71を含んでおり、この噴射制御部71が、噴射系の制御を実施する。
(3-3-2) Control Procedure of Injection System in Diffusion Combustion Mode Next, the control procedure of the injection system when the diffusion combustion mode is performed will be described with reference to FIG. The PCM 70 functionally includes an injection control unit 71 that controls the injection system, and the injection control unit 71 controls the injection system.
ステップS1にて、噴射制御部71は、上記のように目標トルクとエンジン回転数とに基づいて決定された要求トータル噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、噴射圧すなわち蓄圧室内の圧力の目標値である目標噴射圧を決定する。例えば、噴射制御部71は、予め設定記憶されている要求トータル噴射量とエンジン回転数と目標噴射圧のマップから、要求トータル噴射量等に対応する目標噴射圧を抽出する。 In step S1, the injection control unit 71 determines the injection pressure, that is, the pressure in the pressure accumulating chamber based on the required total injection amount determined based on the target torque and the engine speed as described above and the engine speed. A target injection pressure that is a target value is determined. For example, the injection control unit 71 extracts a target injection pressure corresponding to the required total injection amount and the like from a map of the required total injection amount, the engine speed, and the target injection pressure that are preset and stored.
また、ステップS2にて、噴射制御部71は、要求トータル噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、プレ噴射Qprの噴射量を決定する。例えば、噴射制御部71は、予め設定記憶されている要求トータル噴射量とエンジン回転数とプレ噴射Qprの噴射量のマップから、要求トータル噴射量等に対応する値を、プレ噴射Qprの噴射量として抽出する。 In step S2, the injection control unit 71 determines the injection amount of the pre-injection Qpr based on the required total injection amount and the engine speed. For example, the injection control unit 71 sets a value corresponding to the required total injection amount or the like from the map of the required total injection amount, the engine speed, and the injection amount of the pre-injection Qpr that is preset and stored. Extract as
次に、噴射制御部71は、要求トータル噴射量とエンジン回転数とに基づいて、各噴射の噴射時期(噴射開始時期)を決定する。 Next, the injection control unit 71 determines the injection timing (injection start timing) of each injection based on the required total injection amount and the engine speed.
具体的には、ステップS3にて、噴射制御部71は、要求トータル噴射量とエンジン回転数に応じて、メイン噴射の噴射時期を決定する。また、要求トータル噴射量とエンジン回転数に応じて、各噴射(パイロット、プレ、メイン噴射)の噴射時期(噴射開始時期)どうしの間の期間であるインターバルを決定する。 Specifically, in step S3, the injection control unit 71 determines the injection timing of the main injection according to the required total injection amount and the engine speed. Further, an interval that is a period between the injection timings (injection start timings) of the respective injections (pilot, pre-main injection) is determined according to the required total injection amount and the engine speed.
そして、ステップS4にて、噴射制御部71は、メイン噴射の噴射時期とこのインターバルとに基づいて、パイロット噴射とプレ噴射の噴射時期をそれぞれ決定する。 In step S4, the injection control unit 71 determines the injection timing of pilot injection and pre-injection based on the injection timing of main injection and this interval.
次に、ステップS5にて、噴射制御部71は、パイロット噴射量を決定する。このパイロット噴射量の決定手順については後述する。 Next, in step S5, the injection control unit 71 determines the pilot injection amount. The procedure for determining the pilot injection amount will be described later.
次に、ステップS6にて、噴射制御部71は、要求トータル噴射量と、ステップS4で決定されたプレ噴射の噴射量およびステップS7で決定されたパイロット噴射の噴射量とに基づいて、メイン噴射Qmの噴射量を決定する。 Next, in step S6, the injection control unit 71 performs main injection based on the required total injection amount, the injection amount of the pre-injection determined in step S4, and the injection amount of the pilot injection determined in step S7. Determine the injection quantity of Qm.
ステップS6の後はステップS7に進み、噴射制御部71は、各噴射の噴射量、噴射時期が上記決定された各値となるようにインジェクタ20を制御する(インジェクタ20に指令を出す)とともに、噴射圧がステップS2で決定された値となるように、燃圧レギュレータを制御する。 After step S6, the process proceeds to step S7, and the injection control unit 71 controls the injector 20 so that the injection amount and the injection timing of each injection become the above determined values (commands the injector 20), and The fuel pressure regulator is controlled so that the injection pressure becomes the value determined in step S2.
(3−3−3)パイロット噴射量の決定手順
上記ステップS5のパイロット噴射量の決定手順について説明する。
(3-3-3) Determination procedure of pilot injection amount The determination procedure of the pilot injection amount in step S5 will be described.
本実施形態では、図5に示すように、パイロット噴射量を決定するための部分として、噴射制御部71に、機能的に、第1パイロット噴射量決定部72と、第2パイロット噴射量決定部73とを含む。 In the present embodiment, as shown in FIG. 5, as a part for determining the pilot injection amount, the injection control unit 71 functionally includes a first pilot injection amount determination unit 72 and a second pilot injection amount determination unit. 73.
第1パイロット噴射量決定部72は、エンジン水温が基準温度(例えば70℃)以下のときにパイロット噴射量を決定する部分である。一方、第2パイロット噴射量決定部73は、エンジン水温が基準温度よりも高いときにパイロット噴射量を決定する部分である。 The first pilot injection amount determination unit 72 is a part that determines the pilot injection amount when the engine water temperature is equal to or lower than a reference temperature (for example, 70 ° C.). On the other hand, the second pilot injection amount determination unit 73 is a part that determines the pilot injection amount when the engine water temperature is higher than the reference temperature.
(i)第2パイロット噴射量決定部73の決定手順
第2パイロット噴射量決定部73は、メイン燃焼の着火遅れ(メイン噴射の噴射開始時期からメイン燃焼が開始するまですなわちメイン噴射された燃料が燃焼を開始するまでの時間)を推定し、この着火遅れが目標値となるようにパイロット噴射量を決定する。
(I) Determination Procedure of Second Pilot Injection Amount Determination Unit 73 The second pilot injection amount determination unit 73 determines whether or not the main combustion ignition delay (from the injection start timing of the main injection until the main combustion starts, that is, the main injected fuel is The time until combustion starts) is estimated, and the pilot injection amount is determined so that this ignition delay becomes the target value.
具体的には、第2パイロット噴射量決定部73は、まず、メイン燃焼の着火遅れを推定する。本実施形態では、この着火遅れτ_mを次の式(1)により算出する。 Specifically, the second pilot injection amount determination unit 73 first estimates the ignition delay of the main combustion. In this embodiment, this ignition delay τ_m is calculated by the following equation (1).
τ_m=A×PTDC B×exp(1/TTDC)C×NED×CCLDE・・・(1)
式(1)において、PTDCは圧縮上死点での非燃焼時の燃焼室9(気筒2)内の圧力、TTDCは圧縮上死点での非燃焼時の燃焼室9内の温度、NEはエンジン回転数、CCLDは燃焼室9内の酸素濃度(燃焼前の酸素濃度)である。また、A,B,C,D、Eはそれぞれ定数であり、これら定数のうち、A、C,Dは正の値、B、Eは負の値であって、圧力、温度、酸素濃度が高いほど着火遅れは短く、エンジン回転数が高いほど着火遅れは長く推定される。
τ_m = A × P TDC B × exp (1 / T TDC ) C × NE D × CCLD E (1)
In Equation (1), P TDC is the pressure in the combustion chamber 9 (cylinder 2) at the time of non-combustion at the compression top dead center, T TDC is the temperature in the combustion chamber 9 at the time of non-combustion at the compression top dead center, NE is the engine speed, and CCLD is the oxygen concentration in the combustion chamber 9 (oxygen concentration before combustion). A, B, C, D, and E are constants. Among these constants, A, C, and D are positive values, B and E are negative values, and the pressure, temperature, and oxygen concentration are The higher the engine speed is, the shorter the ignition delay is.
上記式(1)は、以下の式(2)で示すいわゆるアレニウス型実験式を簡素化したものであり、本実施形態における拡散燃焼モードに適合されたものである。 The above formula (1) is a simplification of the so-called Arrhenius empirical formula shown by the following formula (2), and is adapted to the diffusion combustion mode in the present embodiment.
τ=K1×φK2×PK3×exp(K4/T)・・・(2)
この式(2)において、φは、燃料が着火する直前の混合気の当量比であり、Pは、燃料が着火する直前の雰囲気圧力(燃焼室内の圧力)、詳細には、燃焼室内の酸素の分圧であり、Tは、燃料が着火する直前の雰囲気温度(燃焼室内の温度)であり、K1〜K4は、それぞれ定数である。
τ = K1 × φ K2 × P K3 × exp (K4 / T) (2)
In this equation (2), φ is the equivalence ratio of the air-fuel mixture immediately before the fuel ignites, P is the atmospheric pressure (pressure in the combustion chamber) immediately before the fuel ignites, specifically oxygen in the combustion chamber T is the ambient temperature (temperature in the combustion chamber) just before the fuel is ignited, and K1 to K4 are constants.
ここで、式(1)では、式(2)における当量比φの項は定数Aに含まれている。これは、本願発明者らが鋭意研究の結果突き止めた、拡散燃焼では、前段噴射の実施によりメイン燃焼前に燃焼室内に当量比が比較的大きい混合気が少なくとも局所的に生成された場合にはメイン燃焼の着火遅れが当量比によってあまり変化しないという知見に基づく。すなわち、本実施形態では、このように拡散燃焼モードにおいて、前段噴射の実施によりメイン燃焼前に燃焼室内に当量比が比較的大きい混合気を少なくとも局所的に生成できるため、当量比φを変数として用いずに着火遅れを精度よく算出することができる。 Here, in the equation (1), the term of the equivalence ratio φ in the equation (2) is included in the constant A. In diffusion combustion, the inventors of the present invention have found out as a result of intensive studies, when an air-fuel mixture having a relatively high equivalence ratio is generated at least locally in the combustion chamber before the main combustion by performing the pre-stage injection. Based on the finding that the ignition delay of main combustion does not change much with the equivalence ratio. That is, in the present embodiment, in the diffusion combustion mode, since the air-fuel mixture having a relatively large equivalence ratio can be generated at least locally in the combustion chamber before the main combustion by performing the pre-stage injection, the equivalence ratio φ is used as a variable. The ignition delay can be accurately calculated without using it.
種々の運転条件において、上記式(1)を用いて推定した着火遅れと、実際に測定した着火遅れとを比較した結果を図10に示す。図10において、横軸は着火遅れの実測値、縦軸は、上記式(1)を用いて算出した着火遅れの推定値である。この図10から明らかなように、式(1)により算出した着火遅れの推定値と、実測値とはほぼ一致しており、式(1)によって着火遅れが精度よく算出されている。なお、図10では、着火遅れとして、噴射開始時期から燃焼開始までの時間に代えて、この時期と相関の高い、噴射開始時期から熱発生率がピークとなる時期までの時間を示している。 FIG. 10 shows a result of comparing the ignition delay estimated using the above formula (1) with the actually measured ignition delay under various operating conditions. In FIG. 10, the horizontal axis represents the actual measured value of the ignition delay, and the vertical axis represents the estimated value of the ignition delay calculated using the above equation (1). As apparent from FIG. 10, the estimated value of the ignition delay calculated by the equation (1) and the actually measured value almost coincide with each other, and the ignition delay is accurately calculated by the equation (1). In FIG. 10, as the ignition delay, instead of the time from the injection start time to the start of combustion, the time from the injection start time to the time when the heat generation rate peaks has a high correlation with this time.
式(1)における非燃焼時の圧縮上死点圧力PTDCは、冷却損失を加味した上で、PVκ一定の式に、インマニ圧センサSN3の検出値と、吸気弁18が閉弁するときの燃焼室の容積と、圧縮上死点における燃焼室の容積を当てはめることで算出される。なお、比熱比κは、EGR率等に基づいて特定される燃焼室内の噴射前のガス成分に基づいて設定される。 The compression top dead center pressure P TDC at the time of non-combustion in the formula (1) takes into account the cooling loss and the constant value of PV κ, when the detected value of the intake manifold pressure sensor SN3 and the intake valve 18 are closed This is calculated by fitting the volume of the combustion chamber of the combustion chamber and the volume of the combustion chamber at the compression top dead center. The specific heat ratio κ is set based on the gas component before injection in the combustion chamber specified based on the EGR rate and the like.
上記冷却損失は、エンジン回転数とエンジン水温と気筒2に流入するガスの温度(吸気温度)の推定値に基づいて算出される。例えば、第2パイロット噴射量決定部73は、予め設定されて記憶している、これらエンジン回転数等と冷却損失のマップからエンジン回転数等に応じた値を抽出して冷却損失を決定する。 The cooling loss is calculated based on the estimated values of the engine speed, the engine water temperature, and the temperature of the gas flowing into the cylinder 2 (intake air temperature). For example, the second pilot injection amount determination unit 73 determines a cooling loss by extracting a value corresponding to the engine speed and the like from a map of the engine speed and the cooling loss that is preset and stored.
ここで、上記のように、本実施形態では、サージタンク37に温度を検出するためのインマニ温度センサSN4が設けられている。しかしながら、温度センサは、応答性が十分に高くない。そこで、本実施形態では、吸気温度を推定する。すなわち、PCM70には、機能的に、この吸気温度を推定する吸気温度推定部(吸気温度推定手段)が設けられており、この吸気温度推定部により推定された吸気温度を用いて、冷却損失、ひいては、着火遅れを推定する。なお、本実施形態では、このようにして吸気温度を推定するが、この推定値をインマニ温度センサSN4の検出値により適宜補正することで、推定精度を高めている。 Here, as described above, in the present embodiment, the surge tank 37 is provided with the intake manifold temperature sensor SN4 for detecting the temperature. However, the temperature sensor is not sufficiently responsive. Therefore, in this embodiment, the intake air temperature is estimated. In other words, the PCM 70 is functionally provided with an intake air temperature estimation unit (intake air temperature estimation means) for estimating the intake air temperature, and using the intake air temperature estimated by the intake air temperature estimation unit, a cooling loss, As a result, the ignition delay is estimated. In the present embodiment, the intake air temperature is estimated in this way, but the estimated accuracy is improved by appropriately correcting this estimated value by the detected value of the intake manifold temperature sensor SN4.
本実施形態では、吸気温度推定部は、高圧EGRガス量(エンジン回転数とエンジン負荷とHP_EGRバルブ51bの開度等により推定される)と、低圧EGRガス量(エンジン回転数とエンジン負荷とLP_EGRバルブ52bの開度等により推定される)と、新気量(エアフロセンサSN2の検出値)等に基づいて、吸気温度を推定する。 In the present embodiment, the intake air temperature estimation unit includes the high pressure EGR gas amount (estimated based on the engine speed and engine load, the opening degree of the HP_EGR valve 51b, etc.) and the low pressure EGR gas amount (engine speed and engine load and LP_EGR. The intake air temperature is estimated based on the fresh air amount (detected value of the airflow sensor SN2) and the like.
非燃焼時の圧縮上死点温度TTDCは、気体の状態方程式に、算出された非燃焼時の圧縮上死点圧力PTDCを当てはめることで算出される。 The compression top dead center temperature T TDC at the time of non-combustion is calculated by applying the calculated compression top dead center pressure P TDC at the time of non-combustion to the state equation of gas.
燃焼室内の酸素濃度CCLDは、リニアO2センサSN6の検出値すなわち排気ガス中の酸素濃度と、吸気量センサSN2の検出値すなわち気筒2に吸入される新気(空気)量と、EGR率とに基づいて算出される。 The oxygen concentration CCLD in the combustion chamber is determined by the detection value of the linear O2 sensor SN6, that is, the oxygen concentration in the exhaust gas, the detection value of the intake air sensor SN2, that is, the amount of fresh air (air) sucked into the cylinder 2, and the EGR rate. Calculated based on
また、本発明者らは、各種実験の結果、実際のエンジンの運転においては、上記のように温度、圧力の時間履歴を考慮せずに圧縮上死点の温度、圧力を代表温度として着火遅れを予測すると、エンジン回転数が高いほど着火遅れが実際の値よりも短く推定されてしまうことを突き止めた。これはエンジン回転数が高くなるほど単位時間あたりのクランク角度の変化が大きく、温度、圧力の時間あたりの上昇率が高いためと考えられる。そこで、本実施形態では、上記のように、エンジン回転数を加味して着火遅れを推定することで、温度履歴、圧力履歴を考慮することなく圧縮上死点温度、圧力を代表温度、圧力として用いつつ着火遅れの推定精度を高める。 In addition, as a result of various experiments, the present inventors have found that, in actual engine operation, ignition delay with the compression top dead center temperature and pressure as the representative temperatures without considering the temperature and pressure time history as described above. As a result, it has been found that the ignition delay is estimated to be shorter than the actual value as the engine speed increases. This is presumably because the higher the engine speed, the greater the change in crank angle per unit time and the higher the rate of increase in temperature and pressure per hour. Therefore, in the present embodiment, as described above, the ignition delay is estimated in consideration of the engine rotational speed, so that the compression top dead center temperature and pressure are set as the representative temperature and pressure without considering the temperature history and pressure history. Increase the accuracy of ignition delay while using.
なお、本実施形態では、運転領域によらず上記各定数A,B、C,D、Eを一定値としている。これら各定数の値は、それぞれエンジン(燃焼室形状やインジェクタの噴孔形状等)によって変化する。そのため、これら各定数は、エンジン毎にそれぞれ適宜設定されればよい。 In the present embodiment, the constants A, B, C, D, and E are constant values regardless of the operation region. The values of these constants vary depending on the engine (combustion chamber shape, injector nozzle hole shape, etc.). Therefore, these constants may be set as appropriate for each engine.
また、これら定数は、EGR率によってもある程度変化するが、EGR率が所定の範囲内で変化する場合には、これらを同じ値としてもよいことが分かっている。そして、本実施形態では、第1領域A2_aおよび第2領域A2_bにおいて、EGR率の変化が所定の範囲内におさまっている。そこで、本実施形態では、上記のように、これら定数を一定として着火遅れを演算する。 These constants change to some extent depending on the EGR rate, but it is known that when the EGR rate changes within a predetermined range, they may be the same value. In the present embodiment, the change in the EGR rate is within a predetermined range in the first region A2_a and the second region A2_b. Therefore, in the present embodiment, as described above, the ignition delay is calculated with these constants being constant.
以上のようにして着火遅れτ_mを算出した後は、第2パイロット噴射量決定部73は、この着火遅れτ_mと予め設定された着火遅れτ_mの目標値との差を求め、この差に応じて予め設定されたパイロット噴射量の基本値を補正する。 After calculating the ignition delay τ_m as described above, the second pilot injection amount determining unit 73 obtains a difference between the ignition delay τ_m and a preset target value of the ignition delay τ_m, and according to this difference. A preset basic value of the pilot injection amount is corrected.
具体的には、第2パイロット噴射量決定部73は、要求トータル噴射量とエンジン回転数等に基づいて着火遅れτ_mの目標値およびパイロット噴射量の基本値を決定する。そして、着火遅れτ_mの目標値よりも着火遅れτ_mの推定値の方が短い場合には、着火遅れを長くするために、プレ燃焼による発熱量を小さく抑えてこれによりメイン燃焼前の雰囲気温度圧力を低下させるべく、最終的なパイロット噴射量をその基本値よりも小さくする。一方、着火遅れτ_mの目標値よりも着火遅れτ_mの推定値の方が長い場合には、着火遅れを短くするために、プレ燃焼による発熱量を大きくしてメイン燃焼前の雰囲気温度圧力を上昇させるべく最終的なパイロット噴射量をその基本値よりも大きくする。 Specifically, the second pilot injection amount determination unit 73 determines the target value of the ignition delay τ_m and the basic value of the pilot injection amount based on the required total injection amount and the engine speed. Then, when the estimated value of the ignition delay τ_m is shorter than the target value of the ignition delay τ_m, in order to lengthen the ignition delay, the amount of heat generated by the pre-combustion is suppressed to thereby reduce the ambient temperature pressure before the main combustion. In order to decrease the final pilot injection amount, the final pilot injection amount is made smaller than the basic value. On the other hand, when the estimated value of the ignition delay τ_m is longer than the target value of the ignition delay τ_m, in order to shorten the ignition delay, the amount of heat generated by the pre-combustion is increased and the ambient temperature pressure before the main combustion is increased. In order to achieve this, the final pilot injection amount is made larger than the basic value.
上記の第2パイロット噴射量決定部73の手順によれば、メイン燃焼の着火遅れを適正にして、メイン燃焼が生じる時期、メイン燃焼の速度(熱発生率の立ち上がり具合)等を適正にして、エンジントルク、燃焼騒音、煤の発生量等のエンジン性能を良好にすることができる。 According to the procedure of the second pilot injection amount determining unit 73 described above, the ignition delay of the main combustion is made appropriate, the timing at which the main combustion occurs, the speed of the main combustion (rising rate of the heat generation rate), etc. are made appropriate, Engine performance such as engine torque, combustion noise, and soot generation can be improved.
しかしながら、エンジン水温が低い場合には、吸気温度ひいては着火遅れを精度よく推定するのが困難となり、着火遅れに基づく制御ではエンジン性能を確保できなくなるおそれがある。 However, when the engine water temperature is low, it is difficult to accurately estimate the intake air temperature and thus the ignition delay, and there is a possibility that the engine performance cannot be secured by the control based on the ignition delay.
具体的には、エンジン水温が低くエンジン本体および排気通路40等が十分に温められていない状態では、排気通路40の下流側において吸気通路30に還流する低圧EGRガスの温度は低くなり、高圧EGRガスとの温度差が大きくなってしまう。特に、本実施形態では、低圧EGRガスは、エンジン冷却水が導入されるインタークーラ35を通過した後気筒2に流入されるため、エンジン水温が低い運転条件下では、上記温度差はより大きくなる。そのため、この状態において上記吸気温度を精度よく推定するためには、これら高圧EGRガスと低圧EGRガスとが気筒2に流入する割合を精度よく推定する必要がある。しかしながら、この割合すなわちこれら高圧EGRガスと低圧EGRガスの混合具合を推定するのは困難であり、吸気温度を精度よく推定できなくなる。 Specifically, in a state where the engine water temperature is low and the engine body and the exhaust passage 40 are not sufficiently warmed, the temperature of the low pressure EGR gas returning to the intake passage 30 on the downstream side of the exhaust passage 40 becomes low, and the high pressure EGR The temperature difference from the gas will increase. In particular, in the present embodiment, the low pressure EGR gas flows into the cylinder 2 after passing through the intercooler 35 into which engine cooling water is introduced. Therefore, the temperature difference becomes larger under operating conditions where the engine water temperature is low. . Therefore, in order to accurately estimate the intake air temperature in this state, it is necessary to accurately estimate the ratio of the high pressure EGR gas and the low pressure EGR gas flowing into the cylinder 2. However, it is difficult to estimate this ratio, that is, the degree of mixing of the high pressure EGR gas and the low pressure EGR gas, and the intake air temperature cannot be accurately estimated.
そこで、本実施形態では、エンジン水温が低い場合には、第1パイロット噴射量決定部71による手順とは異なる手順で、第2パイロット噴射量決定部73によりパイロット噴射量を決定する。 Therefore, in the present embodiment, when the engine water temperature is low, the pilot injection amount is determined by the second pilot injection amount determination unit 73 in a procedure different from the procedure by the first pilot injection amount determination unit 71.
ここで、上記のように、低圧EGRガスの温度は比較的低い。特に、エンジン水温が低い場合にはこの温度はより低くなる。そのため、低圧EGRガスが気筒2に流入した場合には、気筒2内の温度が低下してメイン燃焼の着火性が悪化する。そこで、低圧EGRガスが気筒2に流入した場合には、メイン燃焼をより適正に着火させるべく、低圧EGRガスが気筒2に流入していない場合よりも、パイロット噴射の噴射量を増大させてメイン燃焼前の温度圧力を高める必要がある。 Here, as described above, the temperature of the low-pressure EGR gas is relatively low. In particular, when the engine water temperature is low, this temperature becomes lower. Therefore, when the low-pressure EGR gas flows into the cylinder 2, the temperature in the cylinder 2 decreases and the ignitability of the main combustion deteriorates. Therefore, when the low pressure EGR gas flows into the cylinder 2, the injection amount of the pilot injection is increased to increase the amount of pilot injection compared to the case where the low pressure EGR gas does not flow into the cylinder 2 in order to ignite the main combustion more appropriately. It is necessary to increase the temperature pressure before combustion.
第2パイロット噴射量決定部73は、この観点から、パイロット噴射の噴射量を決定するものであり、低圧EGRガスが気筒2に流入しているか否かに応じて、パイロット噴射の噴射量を切り替える。第2パイロット噴射量決定部73によるパイロット噴射の噴射量の決定手順の詳細を次に説明する。 From this point of view, the second pilot injection amount determination unit 73 determines the injection amount of the pilot injection, and switches the injection amount of the pilot injection depending on whether or not the low pressure EGR gas is flowing into the cylinder 2. . Details of the procedure for determining the injection amount of the pilot injection by the second pilot injection amount determination unit 73 will be described next.
(ii)第1パイロット噴射量決定部71の決定手順
PCM70は、機能的に、排気酸素濃度算出部(排気酸素濃度算出手段)74aと、低圧EGR側酸素濃度算出部(低圧EGR側酸素濃度算出手段)74bと、低圧EGRガス流量算出部(低圧EGRガス流量算出手段)74cと、合流後酸素濃度算出部(合流後酸素濃度特定手段)74dと、低圧EGRガス流入状態判定部(低圧EGRガス流入状態判定手段)74eとを含む。
(Ii) Determination procedure of first pilot injection amount determination unit 71 The PCM 70 functionally includes an exhaust oxygen concentration calculation unit (exhaust oxygen concentration calculation means) 74a and a low pressure EGR side oxygen concentration calculation unit (low pressure EGR side oxygen concentration calculation). Means) 74b, a low pressure EGR gas flow rate calculation unit (low pressure EGR gas flow rate calculation unit) 74c, a post-merging oxygen concentration calculation unit (post-merge oxygen concentration specifying unit) 74d, and a low pressure EGR gas inflow state determination unit (low pressure EGR gas). Inflow state determination means) 74e.
排気酸素濃度算出部74aは、排気通路40中の酸素濃度であって気筒2から排出された排気の酸素濃度である排気酸素濃度(重量%)を特定する部分である。排気酸素濃度算出部74aは、エアフローセンサSN2で検出された新気量と、インジェクタ20から噴射された噴射量とに基づいて、この排気酸素濃度を算出する。本実施形態では、簡易的に、上記噴射量の所定の割合量が酸素と反応したとして、気筒内のガス中の酸素量からこの反応した酸素量を差し引いた残りの酸素量をガス量でわった値を排気酸素濃度として算出する。 The exhaust oxygen concentration calculation unit 74a is a portion that specifies the oxygen concentration in the exhaust passage 40 and the exhaust oxygen concentration (wt%) that is the oxygen concentration of the exhaust discharged from the cylinder 2. The exhaust oxygen concentration calculation unit 74a calculates the exhaust oxygen concentration based on the fresh air amount detected by the air flow sensor SN2 and the injection amount injected from the injector 20. In the present embodiment, simply, assuming that a predetermined proportion of the injection amount reacts with oxygen, the remaining oxygen amount obtained by subtracting the reacted oxygen amount from the oxygen amount in the gas in the cylinder is replaced by the gas amount. The calculated value is calculated as the exhaust oxygen concentration.
低圧EGR側酸素濃度算出部74bは、吸気通路30と低圧EGR通路52aとの接続部分(以下、低圧側接続部という場合がある)52d(図1参照)において、低圧EGR通路52aから吸気通路20に流入するガスの酸素濃度である低圧EGR側酸素濃度を特定する部分である。低圧EGR側酸素濃度算出部74bは、排気酸素濃度特定部74aにより算出された排気酸素濃度と、排気が気筒2から低圧側接続部52dまで移動する時間すなわち輸送遅れ時間とに基づいて、低圧EGR側酸素濃度を特定する。具体的には、低圧EGR側酸素濃度算出部74bは、気筒2から低圧側接続部52dまでの経路長と、エンジン回転数とに基づいて、上記輸送遅れ時間を算出し、この輸送遅れ時間前の排気酸素濃度を、現在の低圧EGR側酸素濃度として特定する。 The low pressure EGR side oxygen concentration calculation unit 74b is connected to the intake passage 20 from the low pressure EGR passage 52a in a connection portion (hereinafter, also referred to as a low pressure side connection portion) 52d (see FIG. 1) between the intake passage 30 and the low pressure EGR passage 52a. This is a portion for specifying the low pressure EGR side oxygen concentration which is the oxygen concentration of the gas flowing into the gas. The low pressure EGR side oxygen concentration calculation unit 74b is based on the exhaust oxygen concentration calculated by the exhaust oxygen concentration specifying unit 74a and the time during which the exhaust moves from the cylinder 2 to the low pressure side connection unit 52d, that is, the transport delay time. Specify the side oxygen concentration. Specifically, the low pressure EGR side oxygen concentration calculation unit 74b calculates the transportation delay time based on the path length from the cylinder 2 to the low pressure side connection unit 52d and the engine speed, and before this transportation delay time, Is determined as the current low-pressure EGR-side oxygen concentration.
低圧EGRガス流量算出部74cは、低圧EGRガス流量(低圧EGR通路52bを通過して吸気通路30に還流されるガスの量)を算出する部分である。低圧EGRガス流量算出部74cは、低圧EGR通路52bの入口(排気通路40との接続部分)の圧力と、出口(吸気通路30との接続部分)の圧力との差に基づいて、上記流量を算出する。低圧EGR通路52bの入口の圧力は、上記差圧センサSN9の検出値等に基づいて特定される。また、低圧EGR通路52bの出口の圧力は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて、予め設定されたこれらと圧力とのマップから抽出される。 The low pressure EGR gas flow rate calculation unit 74c is a part that calculates the low pressure EGR gas flow rate (the amount of gas that passes through the low pressure EGR passage 52b and is recirculated to the intake passage 30). The low pressure EGR gas flow rate calculation unit 74c calculates the flow rate based on the difference between the pressure at the inlet (connection portion with the exhaust passage 40) of the low pressure EGR passage 52b and the pressure at the outlet (connection portion with the intake passage 30). calculate. The pressure at the inlet of the low pressure EGR passage 52b is specified based on the detection value of the differential pressure sensor SN9. Further, the pressure at the outlet of the low pressure EGR passage 52b is extracted from a preset map of these and pressure in accordance with the engine speed and the engine load.
合流後酸素濃度算出部74dは、吸気通路30のうち低圧側接続部52dと高圧EGR通路51aの接続部分51d(図1参照)との間に位置するスロットルバルブ36近傍(特定部分)の酸素濃度(重量%)を特定する部分である。本実施形態では、スロットルバルブ36のすぐ上流側の部分の酸素濃度(以下、この酸素濃度をスロットル部酸素濃度という場合がある)を特定する。 The post-merging oxygen concentration calculation unit 74d is an oxygen concentration in the vicinity (specific portion) of the throttle valve 36 located between the low pressure side connection portion 52d and the connection portion 51d (see FIG. 1) of the high pressure EGR passage 51a in the intake passage 30. This is a part that specifies (% by weight). In this embodiment, the oxygen concentration in the portion immediately upstream of the throttle valve 36 (hereinafter, this oxygen concentration may be referred to as the throttle portion oxygen concentration) is specified.
合流後酸素濃度算出部74dは、まず、エアフローセンサSN2で検出された新気量と、低圧EGR側酸素濃度算出部74bにより算出された低圧EGR側酸素濃度と、低圧EGRガス流量算出部74cにより算出された低圧EGRガス流量とに基づいて、低圧側接続部52dの酸素濃度を算出する。そして、この低圧側接続部52dの酸素濃度と、ガスが低圧側接続部52dからスロットルバルブ36近傍まで移動する時間すなわち輸送遅れ時間とに基づいて、スロットルバルブ部酸素濃度を算出する。 The post-merging oxygen concentration calculation unit 74d first performs the fresh air amount detected by the airflow sensor SN2, the low pressure EGR side oxygen concentration calculated by the low pressure EGR side oxygen concentration calculation unit 74b, and the low pressure EGR gas flow rate calculation unit 74c. Based on the calculated low pressure EGR gas flow rate, the oxygen concentration of the low pressure side connecting portion 52d is calculated. Then, the oxygen concentration of the throttle valve portion is calculated based on the oxygen concentration of the low pressure side connection portion 52d and the time during which the gas moves from the low pressure side connection portion 52d to the vicinity of the throttle valve 36, that is, the transport delay time.
すなわち、合流後酸素濃度算出部74dは、酸素濃度23%の空気と、低圧EGR側酸素濃度の低圧EGRガスが、それぞれ新気量、低圧EGRガス流量分混合したことにより生じる混合気の酸素濃度を、これらの値に基づいて算出する。そして、この酸素濃度のガスが低圧側接続部52dからスロットルバルブ36近傍まで移動した後の酸素濃度を、現在のスロットル部酸素濃度とする。具体的には、合流後酸素濃度算出部74dは、低圧側接続部52dからスロットルバルブ36までの経路長と、エンジン回転数とに基づいて、上記輸送遅れ時間を算出し、この輸送遅れ時間前の低圧側接続部52dの酸素濃度を、現在のスロットル部酸素濃度として特定する。 In other words, the post-merging oxygen concentration calculation unit 74d determines the oxygen concentration of the air-fuel mixture that is generated by mixing the air with the oxygen concentration of 23% and the low-pressure EGR gas with the low-pressure EGR side oxygen concentration by the fresh air amount and the low-pressure EGR gas flow rate, respectively. Is calculated based on these values. The oxygen concentration after the gas having this oxygen concentration has moved from the low-pressure side connecting portion 52d to the vicinity of the throttle valve 36 is set as the current throttle portion oxygen concentration. Specifically, the post-merging oxygen concentration calculation unit 74d calculates the transport delay time based on the path length from the low pressure side connection unit 52d to the throttle valve 36 and the engine speed, and before this transport delay time, The oxygen concentration of the low-pressure side connection portion 52d is specified as the current throttle portion oxygen concentration.
低圧EGRガス流入状態判定部74eは、低圧EGRガスがスロットルバルブ36近傍に流入したか否かを判定する部分である。低圧EGRガスは、燃焼後の排ガスであり、その酸素濃度は空気の酸素濃度よりも低い。そこで、本実施形態では、低圧EGRガス流入状態判定部74eは、上記特定されたスロットル部酸素濃度が空気の酸素濃度である23重量%以下であると、低圧EGRガスがスロットルバルブ36近傍に流入したと判定する。一方、低圧EGRガス流入状態判定部74eは、上記特定されたスロットル部酸素濃度が空気の酸素濃度である23%よりも大きい場合には、低圧EGRガスが上記スロットルバルブ36近傍に流入していないと判定する。 The low pressure EGR gas inflow state determination unit 74e is a part for determining whether or not the low pressure EGR gas has flowed into the vicinity of the throttle valve 36. The low pressure EGR gas is exhaust gas after combustion, and the oxygen concentration thereof is lower than the oxygen concentration of air. Therefore, in the present embodiment, the low pressure EGR gas inflow state determination unit 74e causes the low pressure EGR gas to flow into the vicinity of the throttle valve 36 when the specified throttle portion oxygen concentration is 23% by weight or less which is the oxygen concentration of air. It is determined that On the other hand, the low pressure EGR gas inflow state determination unit 74e indicates that the low pressure EGR gas does not flow in the vicinity of the throttle valve 36 when the specified throttle portion oxygen concentration is higher than 23% that is the oxygen concentration of air. Is determined.
以上のようにして、本実施形態では、スロットルバルブ36近傍に低圧EGRガスの流入状態が判定される。 As described above, in this embodiment, the inflow state of the low pressure EGR gas is determined in the vicinity of the throttle valve 36.
第1パイロット噴射量決定部72は、上記判定結果に応じて、パイロット噴射の噴射量を、低圧EGRあり用となし用とに切り替える。すなわち、上記スロットルバルブ36近傍に低圧EGRガスが流入していると判定された場合には、第1パイロット噴射量決定部71は、パイロット噴射の噴射量を低圧EGRガスあり用に予め設定された値とし、低圧EGRガスが流入していないと判定された場合には、パイロット噴射の噴射量を低圧EGRガスなし用に予め設定された値とする。本実施形態では、第1パイロット噴射量決定部71に、予め設定された低圧EGRガスあり用となし用のパイロット噴射の噴射量のマップがそれぞれ記憶されており、第1パイロット噴射量決定部71は、各場合に応じて、噴射量を抽出するマップを切り替える。これらマップは、例えば、エンジン回転数とエンジン負荷と噴射量とのマップであり、第1パイロット噴射量決定部72は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて値を抽出する。 The first pilot injection amount determining unit 72 switches the injection amount of the pilot injection between using and not using the low pressure EGR according to the determination result. That is, when it is determined that the low pressure EGR gas is flowing in the vicinity of the throttle valve 36, the first pilot injection amount determination unit 71 sets the injection amount of the pilot injection in advance for the presence of the low pressure EGR gas. When it is determined that the low-pressure EGR gas is not flowing, the injection amount of the pilot injection is set to a value set in advance for the absence of the low-pressure EGR gas. In the present embodiment, the first pilot injection amount determining unit 71 stores a map of preset pilot injection amounts for the presence and absence of low pressure EGR gas, and the first pilot injection amount determining unit 71. Switches the map for extracting the injection amount according to each case. These maps are, for example, maps of engine speed, engine load, and injection amount, and the first pilot injection amount determination unit 72 extracts values according to the engine speed and engine load.
ここで、上記のように、低圧EGRガスが気筒2に流入した場合には、メイン燃焼をより適正に着火させるべく、低圧EGRガスが気筒2に流入していない場合よりも、パイロット噴射の噴射量を増大させてメイン燃焼前の温度圧力を高める必要がある。これに対して、上記マップは、同じ運転条件(エンジン回転数とエンジン負荷)において、低圧EGRガスありの場合の方がなしの場合よりも、パイロット噴射の噴射量が多くなるように設定されている。従って、少なくとも同じ運転条件では、低圧EGRガスが流入していると判定された場合の方が、パイロット噴射の噴射量は多くされる。また、所定の運転条件下において、低圧EGRガスが気筒2に流入していないと判定されている状態から流入したと判定されると、パイロット噴射の噴射量は増量される。 Here, as described above, when the low pressure EGR gas flows into the cylinder 2, the injection of pilot injection is performed more than when the low pressure EGR gas does not flow into the cylinder 2 in order to ignite the main combustion more appropriately. It is necessary to increase the amount to increase the temperature pressure before main combustion. On the other hand, the map is set so that the injection amount of pilot injection is larger in the same operating conditions (engine speed and engine load) than in the case of low pressure EGR gas. Yes. Therefore, at least under the same operating conditions, the amount of pilot injection is increased when it is determined that low-pressure EGR gas is flowing. Further, if it is determined that the low pressure EGR gas has flowed from the state where it is determined that the low pressure EGR gas does not flow into the cylinder 2 under the predetermined operating condition, the injection amount of the pilot injection is increased.
なお、本実施形態では、上記パイロット噴射の噴射量の切替は、上記判定結果が変化してから所定サイクル数経過後に実施する。すなわち、上記判定は、スロットルバルブ36近傍において、低圧EGRガスが流入しているか否かを判定したものであり、スロットルバルブ36近傍に存在する低圧EGRガスが気筒2に到達するまでには、所定サイクルが経過する。そこで、本実施形態では、上記判定結果が変化してから所定サイクル数後に上記パイロット噴射の噴射量の切替を実施する。言い換えると、所定サイクル数前の上記判定結果に基づいてパイロット噴射の噴射量の切替を実施する。この所定サイクル数は、スロットルバルブ36から気筒2までにガスが移動する時間によって決定され、吸気通路30のうちスロットルバルブ36から気筒2までの経路長とエンジン回転数とに基づいて決定される。 In the present embodiment, the switching of the pilot injection amount is performed after a predetermined number of cycles have elapsed since the determination result has changed. In other words, the above determination is made as to whether or not the low pressure EGR gas is flowing in the vicinity of the throttle valve 36. The low pressure EGR gas existing in the vicinity of the throttle valve 36 is predetermined until the cylinder 2 is reached. The cycle passes. Therefore, in this embodiment, the injection amount of the pilot injection is switched after a predetermined number of cycles after the determination result changes. In other words, the injection amount of the pilot injection is switched based on the determination result before the predetermined number of cycles. The predetermined number of cycles is determined by the time required for the gas to move from the throttle valve 36 to the cylinder 2 and is determined based on the path length from the throttle valve 36 to the cylinder 2 in the intake passage 30 and the engine speed.
(iii)パイロット噴射量決定手順の全体の流れ
以上のパイロット噴射の噴射量の決定手順を簡単にまとめると図11のようになる。
(Iii) Overall Flow of Pilot Injection Amount Determination Procedure The procedure for determining the pilot injection amount described above can be briefly summarized as shown in FIG.
まず、ステップS11にて、エンジン水温が基準温度以下か否かが判定される。 First, in step S11, it is determined whether or not the engine water temperature is equal to or lower than a reference temperature.
ステップS11の判定がYESの場合は、ステップS12に進む。ステップS12では、着火遅れが推定され、この着火遅れに基づいてパイロット噴射量が決定される。 If the determination in step S11 is yes, the process proceeds to step S12. In step S12, the ignition delay is estimated, and the pilot injection amount is determined based on this ignition delay.
一方、ステップS12の判定がNOの場合は、ステップS13に進む。ステップS13では、スロットル部酸素濃度が推定される。 On the other hand, if the determination in step S12 is no, the process proceeds to step S13. In step S13, the throttle portion oxygen concentration is estimated.
スロットル部酸素濃度は、図12に示す手順に沿って推定される。具体的には、ステップS21にて、トータル噴射量と新気量とに基づいて排気酸素濃度が推定される。次に、ステップS22にて、輸送遅れを考慮して上記推定された排気酸素濃度に基づきLP_EGR通路52a出口の酸素濃度が推定される。次に、ステップS23にて、低圧EGRガス流量が推定される。次に、ステップS24にて、LP_EGR通路出口の酸素濃度と低圧EGRガス流量と新気量とに基づき、低圧側接続部52dの酸素濃度を推定する。その後、ステップS25にて、輸送遅れを考慮して上記推定された低圧側接続部52dの酸素濃度に基づきスロットル部酸素濃度を推定する。 The throttle portion oxygen concentration is estimated according to the procedure shown in FIG. Specifically, in step S21, the exhaust oxygen concentration is estimated based on the total injection amount and the fresh air amount. Next, in step S22, the oxygen concentration at the outlet of the LP_EGR passage 52a is estimated based on the exhaust oxygen concentration estimated in consideration of the transport delay. Next, in step S23, the low-pressure EGR gas flow rate is estimated. Next, in step S24, the oxygen concentration of the low-pressure side connection 52d is estimated based on the oxygen concentration at the LP_EGR passage outlet, the low-pressure EGR gas flow rate, and the fresh air amount. Thereafter, in step S25, the throttle portion oxygen concentration is estimated based on the estimated oxygen concentration of the low pressure side connection portion 52d in consideration of the transport delay.
このようにして、スロットル部酸素濃度が推定された後は、図11のステップS14に戻り、所定サイクル数前のスロットル部酸素濃度が23%以下か否かが判定される。 After the throttle portion oxygen concentration is thus estimated, the process returns to step S14 in FIG. 11 to determine whether or not the throttle portion oxygen concentration before the predetermined number of cycles is 23% or less.
このステップS14の判定がNOの場合は、ステップS15に進む。ステップS15では、低圧EGRガスが気筒2に流入していないとして、LP_EGRなし用のマップからパイロット噴射量が決定される。 If the determination in step S14 is no, the process proceeds to step S15. In step S15, assuming that the low pressure EGR gas does not flow into the cylinder 2, the pilot injection amount is determined from the map for no LP_EGR.
一方、ステップS14の判定がYESの場合は、ステップS16に進む。ステップS16では、低圧EGRガスが気筒2に流入しているとして、LP_EGRあり用のマップからパイロット噴射量が決定される。 On the other hand, if the determination in step S14 is yes, the process proceeds to step S16. In step S16, assuming that the low pressure EGR gas is flowing into the cylinder 2, the pilot injection amount is determined from the map for LP_EGR.
(4)作用等
以上のように、本実施形態によれば、上記スロット部酸素濃度、すなわち、吸気通路30のうち低圧EGR装置の接続部分52dよりも下流側かつ高圧EGR装置の接続部分51dよりも上流側の部分の酸素濃度であって新気に対して低圧EGRガスのみが混入する部分の酸素濃度を推定し、この酸素濃度が新気の酸素濃度である23%以下に低下したか否かによって吸気通路30ひいては気筒2に低圧EGRガスが流入したか否かを判定しており、この判定をより容易に、かつ、精度よく行うことができる。
(4) Operation and the like As described above, according to the present embodiment, the slot portion oxygen concentration, that is, the downstream side of the connection portion 52d of the low pressure EGR device in the intake passage 30 and the connection portion 51d of the high pressure EGR device. Also, the oxygen concentration in the upstream portion is estimated, and the oxygen concentration in the portion where only the low pressure EGR gas is mixed with the fresh air is estimated, and whether or not this oxygen concentration has dropped to 23% or less, which is the fresh air oxygen concentration. Therefore, it is determined whether or not the low-pressure EGR gas has flowed into the intake passage 30 and thus the cylinder 2. This determination can be made more easily and accurately.
具体的には、吸気通路30のうち低圧EGR装置の接続部分51dよりも下流側の部分の酸素濃度では、吸気中に低圧EGRガスに加えて高圧EGRガスが含まれるため、低圧EGRガスが流入したか否かを判定するのは困難である。また、LP_EGRバルブ52bの開度に応じて低圧EGRガスが流入したか否かを判定することも考えられるが、このバルブには応答遅れがあるため、このバルブの開度に基づく判定では判定精度を十分に高めることが困難である。これに対して、上記本実施形態の手順によれば、簡単に、かつ、確実に低圧EGRガスの流入状態を判定することができる。 Specifically, the oxygen concentration in the portion of the intake passage 30 downstream of the connection portion 51d of the low pressure EGR device includes the high pressure EGR gas in addition to the low pressure EGR gas in the intake air. It is difficult to determine whether or not it has been done. Further, it may be possible to determine whether or not the low pressure EGR gas has flowed in accordance with the opening degree of the LP_EGR valve 52b. However, since this valve has a response delay, the determination accuracy based on the opening degree of the valve is not sufficient. Is difficult to sufficiently increase. On the other hand, according to the procedure of this embodiment, the inflow state of the low-pressure EGR gas can be determined easily and reliably.
そして、本実施形態によれば、この判定結果に基づいてパイロット噴射(前段噴射)の噴射量を低圧EGRガスあり用となし用とで切り替えており、このありなしに応じてパイロット噴射の噴射量ひいてはメイン噴射の着火性および燃焼状態を適正にし、良好なエンジン性能を確保することができる。特に、同じ運転条件(エンジン回転数とエンジン負荷)において低圧EGRガスありの場合の方がパイロット噴射の噴射量が多く設定されており、これにより、低圧EGRガスが流入しておらず気筒2内の温度が比較的高く維持されている状態から低圧EGRガスが流入し、この低圧EGRガスの流入に伴って気筒内の温度が急激に低下した場合において、パイロット噴射の噴射量が増量される。そのため、メイン噴射前の雰囲気温度圧力を高めて、上記温度(圧縮開始前の温度)の低下によるメイン燃焼の着火性の悪化を抑制することができ、適正な燃焼ひいてはエンジン性能を確保することができる。 According to the present embodiment, the injection amount of pilot injection (pre-stage injection) is switched between using and not using low-pressure EGR gas based on the determination result, and the injection amount of pilot injection according to the presence or absence As a result, the ignitability and combustion state of the main injection can be made appropriate, and good engine performance can be ensured. In particular, in the case of low pressure EGR gas under the same operating conditions (engine speed and engine load), the injection amount of pilot injection is set to be larger, so that low pressure EGR gas does not flow in the cylinder 2 When the low pressure EGR gas flows in from a state where the temperature of the engine is maintained at a relatively high level, and the temperature in the cylinder rapidly decreases as the low pressure EGR gas flows in, the pilot injection amount is increased. Therefore, it is possible to increase the ambient temperature pressure before the main injection, and to suppress the deterioration of the ignitability of the main combustion due to the decrease in the temperature (the temperature before the start of compression), and to ensure proper combustion and thus engine performance. it can.
また、本実施形態では、酸素濃度が新気の酸素濃度である23%以下に低下したか否かによって低圧EGRガスの流入状態を判定しているため、低圧EGRガスが吸気通路30側に流入したことをより早期に特定することができ、より確実にメイン噴射の着火性および燃焼状態を適正にすることができる。 In this embodiment, since the inflow state of the low pressure EGR gas is determined based on whether or not the oxygen concentration has decreased to 23% or less, which is the fresh air oxygen concentration, the low pressure EGR gas flows into the intake passage 30 side. This can be identified earlier, and the ignitability and combustion state of the main injection can be made more appropriate.
(5)変形例
ここで、上記実施形態では、上記スロットル部酸素濃度(重量%)が空気の酸素濃度である23重量%以下となると低圧EGRガスがスロットルバルブ36近傍に流入したと判定した場合について説明したが、この判定値は23重量%に限らない。例えば、低圧EGRガスの流入量が少ない場合にはこの低圧EGRガスの流入による影響が小さいと考えられる場合等には、23よりも低い値としてもよい。
(5) Modified Example Here, in the above embodiment, when it is determined that the low-pressure EGR gas has flowed into the vicinity of the throttle valve 36 when the oxygen concentration (wt%) of the throttle section is 23 wt% or less, which is the oxygen concentration of air. However, this determination value is not limited to 23% by weight. For example, when the inflow amount of the low pressure EGR gas is small, the value may be lower than 23 when the influence of the inflow of the low pressure EGR gas is considered to be small.
また、上記実施形態では、合流後酸素濃度算出部74dが酸素濃度を推定する部分をスロットルバルブ36近傍とした場合について説明したが、推定部分は、低圧側接続部52dと高圧側接続部51dとの間の部分であればこれに限らない。ただし、スロットルバルブ36の開度によっては、スロットルバルブ36の上流側と下流側とでガス流速が変化して輸送遅れ量が異なる場合があるため、スロットルバルブ36近傍の酸素濃度を推定するのが好ましい。 In the above embodiment, the case where the post-merging oxygen concentration calculation unit 74d estimates the oxygen concentration in the vicinity of the throttle valve 36 has been described. However, the estimation portion includes the low pressure side connection portion 52d and the high pressure side connection portion 51d. If it is a part between, it will not be restricted to this. However, depending on the opening degree of the throttle valve 36, the gas flow rate may change between the upstream side and the downstream side of the throttle valve 36 and the transport delay amount may be different. Therefore, the oxygen concentration in the vicinity of the throttle valve 36 is estimated. preferable.
また、上記実施形態では、スロットル部酸素濃度が23%以下に低下してから所定サイクル後にパイロット噴射(前段噴射)の噴射量を切り替える場合について説明したが、低下した時点で切替を行ってもよい。こすなわち、スロットル部酸素濃度が23%以下に低下した時点でパイロット噴射量を増量してもよい。この場合には、スロットルバルブ36近傍から気筒2までの間の輸送遅れに誤差あるいはばらつきが生じた場合であっても、低圧EGRガスの気筒2内への流入に伴うメイン燃焼の悪化をより確実に回避することができる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the injection quantity of pilot injection (pre-stage injection) was switched after a predetermined cycle after the throttle part oxygen concentration fell to 23% or less, switching may be performed at the time of reduction. . That is, the pilot injection amount may be increased when the throttle portion oxygen concentration is reduced to 23% or less. In this case, even if there is an error or variation in the transport delay between the vicinity of the throttle valve 36 and the cylinder 2, the deterioration of the main combustion accompanying the inflow of the low-pressure EGR gas into the cylinder 2 is more reliably ensured. Can be avoided.
また、上記実施形態では、エンジン水温が基準温度以上の場合には、第2パイロット噴射量決定部73によって、着火遅れの推定値に基づいてパイロット噴射の噴射量を決定する場合について説明したが、エンジン水温が基準温度以上の場合においても、第1パイロット噴射量決定部72によって、スロットル部酸素濃度に応じてパイロット噴射の噴射量を制御するように構成してもよい。また、エンジン水温が基準温度以上場合において、着火遅れ以外の指標に基づいてパイロット噴射の噴射量を制御してもよい。ただし、エンジン水温が基準温度以上の場合には、着火遅れを精度よく推定することができるためこの着火遅れによって噴射量を制御すれば、より直接的にメイン燃焼の燃焼状態を適正にすることができる。 In the above embodiment, when the engine water temperature is equal to or higher than the reference temperature, the second pilot injection amount determination unit 73 has described the case where the injection amount of the pilot injection is determined based on the estimated value of the ignition delay. Even when the engine water temperature is equal to or higher than the reference temperature, the first pilot injection amount determination unit 72 may be configured to control the injection amount of pilot injection according to the throttle portion oxygen concentration. Further, when the engine water temperature is equal to or higher than the reference temperature, the injection amount of pilot injection may be controlled based on an index other than the ignition delay. However, if the engine water temperature is equal to or higher than the reference temperature, the ignition delay can be accurately estimated. Therefore, if the injection amount is controlled by this ignition delay, the combustion state of the main combustion can be made more direct. it can.
また、EGR制御モード(LP_EGR51を作動させるか、HP_EGR52を作動させるか)の切り替えが行われる領域でのみ、スロットル部酸素濃度に基づいて、パイロット噴射の噴射量の切り替えを行うようにしてもよい。 Moreover, the injection amount of the pilot injection may be switched based on the throttle portion oxygen concentration only in the region where the EGR control mode (whether the LP_EGR 51 is operated or the HP_EGR 52 is operated) is switched.
また、上記実施形態では、スロットル部酸素濃度(スロットルバルブ36近傍の酸素濃度)を推定して特定した場合について説明したが、このスロットル部酸素濃度を、酸素濃度センサを用いて特定してもよい。ただし、上記のように、推定によりスロットル部酸素濃度を特定すれば、センサを設ける場合に比べてコスト面で有利になるとともに構造を簡素化することができる。 In the above embodiment, the case where the throttle portion oxygen concentration (the oxygen concentration in the vicinity of the throttle valve 36) is specified is described. However, the throttle portion oxygen concentration may be specified using an oxygen concentration sensor. . However, if the throttle portion oxygen concentration is specified by estimation as described above, it is advantageous in terms of cost as compared with the case where a sensor is provided, and the structure can be simplified.
1 エンジン本体
2 気筒
9 燃焼室
20 インジェクタ(噴射装置)
30 吸気通路
40 排気通路
41 排気浄化装置
51 高圧EGR装置
52 低圧EGR装置
71 噴射制御部(噴射制御手段)
74a 排気酸素濃度算出部(排気酸素濃度算出手段)
74b 低圧EGR側酸素濃度算出部(低圧EGR側酸素濃度算出手段)
74c 低圧EGRガス流量算出部(低圧EGRガス流量算出手段)
74d 合流後酸素濃度特定手段(合流後酸素濃度算出部)
74e 低圧EGRガス流入状態判定部(低圧EGRガス流入状態判定手段)
1 Engine body 2 Cylinder 9 Combustion chamber 20 Injector
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Intake passage 40 Exhaust passage 41 Exhaust gas purification device 51 High pressure EGR device 52 Low pressure EGR device 71 Injection control part (injection control means)
74a Exhaust oxygen concentration calculation unit (exhaust oxygen concentration calculation means)
74b Low pressure EGR side oxygen concentration calculation unit (low pressure EGR side oxygen concentration calculation means)
74c Low pressure EGR gas flow rate calculation unit (low pressure EGR gas flow rate calculation means)
74d Oxygen concentration specifying means after merge (oxygen concentration calculator after merge)
74e Low pressure EGR gas inflow state determination unit (Low pressure EGR gas inflow state determination means)
Claims (5)
エンジンの気筒内に燃料を噴射可能な噴射装置と、
上記噴射装置を制御する噴射制御手段と、
上記吸気通路のうち上記低圧EGR装置の接続部分と上記高圧EGR装置の接続部分との間の特定部分の酸素濃度を特定する合流後酸素濃度特定手段と、
上記低圧EGR装置によって上記吸気通路に還流される排ガスである低圧EGRガスが上記特定部分に流入しているか否かを判定する低圧EGRガス流入状態判定手段とを備え、
上記低圧EGRガス流入状態判定手段は、上記合流後酸素濃度特定手段により特定された酸素濃度が所定値以下に低下すると上記低圧EGRガスが上記特定部分に流入したと判定し、
上記噴射制御手段は、少なくとも一部の運転領域において、主噴射と、当該主噴射よりも前に当該主噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を気筒内に噴射する前段噴射とを上記噴射装置に実施させ、上記低圧EGRガス流入状態判定手段の判定結果に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御するとともに、上記低圧EGRガス流入状態判定手段によって上記低圧EGRガスの上記特定部分への流入が開始したと判定されると、上記前段噴射の噴射量を増大させることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。 An exhaust purification device for purifying exhaust provided in the exhaust passage, and a low pressure EGR device for connecting the portion of the exhaust passage downstream of the exhaust purification device and the intake passage to recirculate exhaust gas to the intake passage And a portion of the exhaust passage upstream of the exhaust purification device and a portion of the intake passage downstream of the connection portion with the low pressure EGR device are connected to recirculate exhaust gas into the intake passage. In a fuel control device for an engine equipped with a high pressure EGR device,
An injector capable of injecting fuel into the cylinder of the engine;
Injection control means for controlling the injection device;
A post-merging oxygen concentration specifying means for specifying an oxygen concentration in a specific portion between the connection portion of the low pressure EGR device and the connection portion of the high pressure EGR device in the intake passage;
Low pressure EGR gas inflow state determination means for determining whether or not low pressure EGR gas, which is exhaust gas recirculated to the intake passage by the low pressure EGR device, flows into the specific part,
The low-pressure EGR gas inflow state determining means determines that the low-pressure EGR gas has flowed into the specific portion when the oxygen concentration specified by the post-merging oxygen concentration specifying means falls below a predetermined value,
The injection control means includes, in at least a part of the operation region, main injection and pre-injection that injects an amount of fuel smaller than the injection amount of the main injection into the cylinder before the main injection. The injection amount of the preceding injection is controlled based on the determination result of the low pressure EGR gas inflow state determining means, and the low pressure EGR gas inflow state determining means causes the low pressure EGR gas to flow into the specific part. An engine fuel control device that increases the injection amount of the preceding injection when it is determined that the injection has started.
上記所定値は、23パーセントに設定されていることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。 The fuel control apparatus for an engine according to claim 1,
The engine fuel control apparatus is characterized in that the predetermined value is set to 23%.
上記特定部分は、上記吸気通路のうち上記低圧EGR装置の接続部分と上記高圧EGR装置の接続部分との間の部分に設けられて当該吸気通路を開閉可能なスロットルバルブ近傍の部分であることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。 The engine fuel control device according to claim 1 or 2,
The specific portion is a portion in the vicinity of a throttle valve provided in a portion between the connection portion of the low pressure EGR device and the connection portion of the high pressure EGR device in the intake passage and capable of opening and closing the intake passage. An engine fuel control device.
上記吸気通路に流入する新気の量を検出する新気量検出手段と、
上記検出された新気量と、上記噴射装置から噴射された噴射量とに基づいて上記排気通路中の酸素濃度である排気酸素濃度を算出する排気酸素濃度算出手段と、
上記特定された排気酸素濃度と、気筒から上記吸気通路のうち上記低圧EGR装置の接続部分まで排気が移動する時間とに基づいて、この接続部分において上記低圧EGR装置から上記吸気通路に流入するガスの酸素濃度である低圧EGR側酸素濃度を算出する低圧EGR側酸素濃度算出手段と、
上記低圧EGR装置により上記吸気通路に還流されるガスの量である低圧EGRガス流量を算出する低圧EGRガス流量算出手段とを備え、
上記合流後酸素濃度特定手段は、上記検出された新気量と、上記特定された低圧EGR側酸素濃度と、上記算出された低圧EGRガス流量とに基づいて、上記接続部分における上記低圧EGRガスと新気の混合気の酸素濃度を算出し、この算出した混合気の酸素濃度に基づいて、上記特定部分の酸素濃度を算出することを特徴とするエンジンの燃料制御装置。 The engine fuel control apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Fresh air amount detection means for detecting the amount of fresh air flowing into the intake passage;
Exhaust oxygen concentration calculating means for calculating an exhaust oxygen concentration, which is an oxygen concentration in the exhaust passage, based on the detected fresh air amount and the injection amount injected from the injection device;
Based on the specified exhaust oxygen concentration and the time during which exhaust gas moves from the cylinder to the connection portion of the low pressure EGR device in the intake passage, the gas flowing from the low pressure EGR device to the intake passage at this connection portion Low pressure EGR side oxygen concentration calculating means for calculating a low pressure EGR side oxygen concentration which is an oxygen concentration of
Low pressure EGR gas flow rate calculating means for calculating a low pressure EGR gas flow rate that is the amount of gas recirculated to the intake passage by the low pressure EGR device;
The combined oxygen concentration specifying means is configured to determine the low-pressure EGR gas at the connection portion based on the detected fresh air amount, the specified low-pressure EGR-side oxygen concentration, and the calculated low-pressure EGR gas flow rate. An engine fuel control device that calculates an oxygen concentration of a mixture of fresh air and fresh air and calculates the oxygen concentration of the specific portion based on the calculated oxygen concentration of the mixture.
上記吸気通路のうち上記高圧EGR装置との接続部分よりも下流側の部分を通過するガスの温度を推定する吸気温度推定手段を備え、
上記噴射制御手段は、
エンジンを冷却する冷却水の温度であるエンジン水温が予め設定された基準温度以下の場合には、上記低圧EGRガス流入状態判定手段の判定結果に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御する一方、
上記エンジン水温が上記基準温度よりも高い場合には、上記判定結果によらず、上記吸気温度推定手段により推定された温度に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御することを特徴とするエンジンの燃料制御装置。 The engine fuel control apparatus according to any one of claims 1 to 4,
An intake air temperature estimating means for estimating the temperature of gas passing through a portion downstream of the connection portion with the high pressure EGR device in the intake air passage;
The injection control means includes
When the engine water temperature, which is the temperature of the cooling water for cooling the engine, is equal to or lower than a preset reference temperature, the injection amount of the preceding injection is controlled based on the determination result of the low pressure EGR gas inflow state determining means,
When the engine water temperature is higher than the reference temperature, the injection amount of the pre-stage injection is controlled based on the temperature estimated by the intake air temperature estimation means regardless of the determination result. Fuel control device.
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