JP2016200039A - Fuel spray abnormality determination device for cylinder injection type diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、筒内圧を検出する筒内圧センサとを有する筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置に関し、特には、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常を判定することができる筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置に関する。 The present invention relates to a fuel spray abnormality determination device for a direct injection diesel engine having a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder and an in-cylinder pressure sensor that detects the in-cylinder pressure, and in particular, an injection from the fuel injection valve. The present invention relates to a fuel spray abnormality determining device for a direct injection diesel engine capable of determining a fuel spray abnormality.
従来から、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、筒内圧を検出するグロープラグ一体型筒内圧センサとを有する筒内噴射式内燃機関が知られている。この種の筒内噴射式内燃機関の例としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。特許文献1には、エンジンが所定の運転状態のときに筒内圧センサの受圧部とエンジンのシリンダヘッドとの間に堆積するデポジットの量を推定する旨が記載されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a cylinder injection type internal combustion engine having a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder and a glow plug integrated cylinder pressure sensor that detects cylinder pressure is known. An example of this type of in-cylinder injection internal combustion engine is described in
ところで、特許文献1に記載された筒内噴射式内燃機関では、筒内圧センサに堆積したデポジットの量を推定することができるものの、燃料噴射弁にデポジットが堆積したことや、燃料噴射弁が劣化したことを推定することができない。つまり、燃料噴射弁へのデポジットの堆積や燃料噴射弁の劣化に伴う、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常を推定することができない。
そのため、特許文献1に記載された筒内噴射式内燃機関では、燃料噴射弁にデポジットが堆積した場合や、燃料噴射弁が劣化した場合に、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常が生じてしまい、それに伴ってエミッションが悪化したり、燃費が悪化したりするおそれがある。詳細には、エミッションや燃費の悪化に気づかれることなく、運転が続けられてしまうおそれがある。
本発明者が鋭意研究を行った結果、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧が正常から異常になったときに、燃焼室径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルが変化することが見い出された。具体的には、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の貫徹力が正常よりも小さくなったときに、燃焼室径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルが減少し、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の貫徹力が正常よりも大きくなったときに、燃焼室径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルが増加することが見い出された。
また、本発明者が鋭意研究を行った結果、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧が正常から異常になったときに、ボア径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルが変化することが見い出された。具体的には、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の貫徹力が正常よりも小さくなったときに、ボア径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルが増加し、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の貫徹力が正常よりも大きくなったときに、ボア径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルが減少することが見い出された。
By the way, in the in-cylinder internal combustion engine described in
Therefore, in the in-cylinder injection internal combustion engine described in
As a result of intensive studies by the inventor, it has been found that the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band depending on the combustion chamber diameter changes when the fuel spray injected from the fuel injection valve changes from normal to abnormal. It was. Specifically, when the penetration force of the fuel spray injected from the fuel injection valve becomes smaller than normal, the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band depending on the combustion chamber diameter decreases, and the fuel injection valve injects. It has been found that the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band depending on the combustion chamber diameter increases when the penetrating force of the sprayed fuel becomes larger than normal.
Further, as a result of intensive studies by the inventor, the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band depending on the bore diameter may change when the fuel spray injected from the fuel injection valve changes from normal to abnormal. I was found. Specifically, when the penetration force of the fuel spray injected from the fuel injection valve becomes smaller than normal, the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band depending on the bore diameter increases, and the fuel injection valve injects the fuel pressure. It has been found that the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band depending on the bore diameter decreases when the penetration force of the fuel spray becomes larger than normal.
つまり、本発明は、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常を判定することができる筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置を提供することを目的とする。 That is, an object of the present invention is to provide a fuel spray abnormality determination device for a direct injection diesel engine that can determine an abnormality in fuel spray injected from a fuel injection valve.
本発明によれば、ディーゼルエンジンの筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出された筒内圧に基づいて、燃焼室径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルである1次共鳴周波数帯筒内圧レベルと、ボア径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルである2次共鳴周波数帯筒内圧レベルとを得る周波数特性解析手段と、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧異常の有無を判定する燃料噴霧異常判定手段とを具備する筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置において、
前記1次共鳴周波数帯筒内圧レベルが第1基準値よりも低く、かつ、前記2次共鳴周波数帯筒内圧レベルが第2基準値よりも高いとき、または、
前記1次共鳴周波数帯筒内圧レベルが前記第1基準値よりも高く、かつ、前記2次共鳴周波数帯筒内圧レベルが前記第2基準値よりも低いときに、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧に異常があると前記燃料噴霧異常判定手段によって判定されることを特徴とする筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置が提供される。
According to the present invention, a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder of a diesel engine;
An in-cylinder pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure;
Based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor, the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band that depends on the combustion chamber diameter and the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band that depends on the bore diameter. Frequency characteristic analyzing means for obtaining a secondary resonance frequency band in-cylinder pressure level which is a level;
In a fuel spray abnormality determining device for a direct injection diesel engine, comprising a fuel spray abnormality determining means for determining whether or not there is an abnormality in fuel spray injected from the fuel injection valve,
When the primary resonance frequency band in-cylinder pressure level is lower than a first reference value and the secondary resonance frequency band in-cylinder pressure level is higher than a second reference value; or
When the primary resonance frequency band in-cylinder pressure level is higher than the first reference value and the secondary resonance frequency band in-cylinder pressure level is lower than the second reference value,
There is provided a fuel spray abnormality determination device for a direct injection diesel engine, wherein the fuel spray abnormality determination means determines that there is an abnormality in fuel spray injected from the fuel injection valve.
つまり、本発明の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置では、例えば燃料噴射弁の経時劣化などに伴う噴孔腐食、噴孔へのデポジット堆積などにより、燃料噴射率自体は正常値と変わらないものの、噴霧異常が発生した状態を判別することができる。その結果、噴霧異常に伴うエミッションの悪化、燃費の悪化などを抑制することができる。
具体的には、例えば噴霧異常の発生を運転者に知らせるなどの処置をとることにより、噴霧異常に伴うエミッションや燃費の悪化に気づかれることなく、運転が続けられてしまうことを低減することができる。
That is, in the fuel spray abnormality determination device for a direct injection type diesel engine of the present invention, the fuel injection rate itself is set to a normal value due to, for example, injection hole corrosion due to deterioration of the fuel injection valve over time, deposit accumulation in the injection holes, and the like. Although not changed, it is possible to determine the state in which the spray abnormality has occurred. As a result, it is possible to suppress the deterioration of emissions and the deterioration of fuel consumption associated with the spray abnormality.
Specifically, for example, by taking measures such as notifying the driver of the occurrence of a spray abnormality, it is possible to reduce the continuing operation without noticing the emission or fuel consumption deterioration associated with the spray abnormality. it can.
本発明によれば、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常を判定することができる。 According to the present invention, it is possible to determine an abnormality in fuel spray injected from the fuel injection valve.
以下、本発明の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置の第1の実施形態について説明する。図1は第1の実施形態の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置を示した概略構成図である。第1の実施形態の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁(図示せず)を有するディーゼルエンジン1(図1参照)に適用される。
第1の実施形態の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置では、図1に示すように、筒内圧センサ2によって筒内圧[KPa]が検出される。その筒内圧[KPa]に基づき、制御装置(ECU)3によって筒内圧レベルCPL(cylinder pressure level)[dB]が算出される。
Hereinafter, a first embodiment of a fuel spray abnormality determination device for a direct injection diesel engine of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a fuel spray abnormality determination device for a direct injection diesel engine according to the first embodiment. The fuel spray abnormality determination device for a direct injection diesel engine according to the first embodiment is applied to a diesel engine 1 (see FIG. 1) having a fuel injection valve (not shown) that directly injects fuel into the cylinder. .
In the fuel spray abnormality determination device for the in-cylinder injection type diesel engine of the first embodiment, the in-cylinder pressure [KPa] is detected by the in-
図3は筒内圧センサ2(図1参照)によって検出された筒内圧と時間との関係を示した図である。詳細には、図3は燃料が燃料噴射弁から正常に噴射された場合における上死点後クランク角(Crank Angle ATDC)[deg](横軸)と筒内圧[KPa](縦軸)との関係を示した図である。
本発明者の鋭意研究において、例えば燃料噴射弁の経時劣化などに伴う噴孔腐食、噴孔へのデポジット堆積などによって、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常が発生した場合であっても、燃料噴射率自体が正常値と変わらない場合には、筒内圧センサ2によって検出された筒内圧が、図3に示す筒内圧と同様になることが見い出された。
つまり、本発明者の鋭意研究によれば、図3に示すような筒内圧[KPa]と上死点後クランク角[deg]との関係を得ても、例えば燃料噴射弁の経時劣化などに伴う噴孔腐食、噴孔へのデポジット堆積などにより、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常が発生したか否かを判別できないことが見い出された。
また、本発明者の鋭意研究において、例えば燃料噴射弁の経時劣化などに伴う噴孔腐食、噴孔へのデポジット堆積などにより、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常が発生した場合であっても、燃料噴射率自体が正常値と変わらない場合には、制御装置3によって筒内圧[KPa]から算出される燃焼騒音レベルのオーバーオール値[dB]が、噴霧異常が発生していないときの燃焼騒音レベルのオーバーオール値[dB]と同様になることが見い出された。
本発明者の鋭意研究では、図3に示す上死点後クランク角[deg](横軸)と筒内圧[KPa](縦軸)との関係を得た運転条件において、燃焼騒音レベルのオーバーオール値が89[dB]になった。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 2 (see FIG. 1) and time. Specifically, FIG. 3 shows the relationship between the crank angle after top dead center (Crank Angle ATDC) [deg] (horizontal axis) and the in-cylinder pressure [KPa] (vertical axis) when fuel is normally injected from the fuel injection valve. It is the figure which showed the relationship.
In the earnest research of the present inventor, for example, even when a spray abnormality of fuel injected from the fuel injection valve occurs due to, for example, injection hole corrosion due to deterioration over time of the fuel injection valve, deposit accumulation in the injection hole, etc. It has been found that when the fuel injection rate itself does not change from the normal value, the in-cylinder pressure detected by the in-
That is, according to the earnest study of the present inventor, even if the relationship between the in-cylinder pressure [KPa] and the crank angle after top dead center [deg] as shown in FIG. It has been found that it is not possible to determine whether or not an abnormality has occurred in the spray of fuel injected from the fuel injection valve due to the associated injection hole corrosion, deposit accumulation in the injection hole, or the like.
In addition, in the diligent research of the present inventor, there was a case where an abnormality in spraying of fuel injected from the fuel injection valve occurred due to, for example, injection hole corrosion due to deterioration of the fuel injection valve over time, deposit accumulation in the injection hole, or the like. However, if the fuel injection rate itself does not change from the normal value, the overall value [dB] of the combustion noise level calculated from the in-cylinder pressure [KPa] by the
Inventor's diligent research has shown that the combustion noise level overall is obtained under the operating conditions in which the relationship between the crank angle [deg] after top dead center [deg] (horizontal axis) and the in-cylinder pressure [KPa] (vertical axis) shown in FIG. The value became 89 [dB].
図4は制御装置3(図1参照)によって筒内圧[KPa]から算出される熱発生率ROHR(rate of heat release)[J/deg]と時間との関係を示した図である。詳細には、図4は燃料が燃料噴射弁から正常に噴射された場合における上死点後クランク角[deg](横軸)と熱発生率ROHR[J/deg](縦軸)との関係を示した図である。
本発明者の鋭意研究において、例えば燃料噴射弁の経時劣化などに伴う噴孔腐食、噴孔へのデポジット堆積などによって、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常が発生した場合であっても、燃料噴射率自体が正常値と変わらない場合には、制御装置3によって筒内圧から算出される熱発生率ROHRが、図4に示す熱発生率ROHRと同様になることが見い出された。
つまり、本発明者の鋭意研究によれば、図4に示すような熱発生率ROHR[J/deg]と上死点後クランク角[deg]との関係を得ても、例えば燃料噴射弁の経時劣化などに伴う噴孔腐食、噴孔へのデポジット堆積などにより、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常が発生したか否かを判別できないことが見い出された。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the heat generation rate ROHR (rate of heat release) [J / deg] calculated from the in-cylinder pressure [KPa] by the control device 3 (see FIG. 1) and time. Specifically, FIG. 4 shows the relationship between the crank angle after top dead center [deg] (horizontal axis) and the heat release rate ROHR [J / deg] (vertical axis) when fuel is normally injected from the fuel injection valve. FIG.
In the earnest research of the present inventor, for example, even when a spray abnormality of fuel injected from the fuel injection valve occurs due to, for example, injection hole corrosion due to deterioration over time of the fuel injection valve, deposit accumulation in the injection hole, etc. When the fuel injection rate itself does not change from the normal value, it has been found that the heat generation rate ROHR calculated from the in-cylinder pressure by the
That is, according to the present inventors' earnest research, even if the relationship between the heat generation rate ROHR [J / deg] and the crank angle after top dead center [deg] as shown in FIG. It has been found that it is not possible to determine whether or not an abnormality has occurred in the spray of fuel injected from the fuel injection valve due to corrosion of the injection hole due to deterioration over time, deposit accumulation in the injection hole, or the like.
一方で、本発明者の鋭意研究において、例えば燃料噴射弁の経時劣化などに伴う噴孔腐食、噴孔へのデポジット堆積などによって、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧異常が発生した場合に、エミッション、特にスモーク成分の濃度値FSN(filter smoke number)が増加することが見い出された。
図2は燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧が正常な場合と異常な場合とを比較した図である。図2において、縦軸はスモーク成分の濃度値FSNを示しており、横軸はNOx発生量[g/h]を示している。図2中の「○」印を結ぶ曲線は、燃料噴射弁の噴孔にデポジットが堆積し、噴霧貫徹力が小さくなる噴霧異常が発生した場合を示している。図2中の「△」印を結ぶ曲線は、燃料が燃料噴射弁から正常に噴射され、噴霧貫徹力が大きい正常な噴霧が形成されている場合を示している。
図2に示すように、本発明者の鋭意研究では、燃料噴射弁の噴孔にデポジットが堆積し、噴霧貫徹力が小さくなる噴霧異常が発生した場合、燃料が燃料噴射弁から正常に噴射されている場合と比較して、スモーク成分の濃度値FSNが増加することが見い出された。
On the other hand, in earnest research of the inventor, for example, when an abnormal spray of fuel injected from the fuel injection valve occurs due to, for example, corrosion of the injection hole due to deterioration of the fuel injection valve over time, deposit accumulation in the injection hole, etc. It has been found that the emission value, particularly the smoke component concentration value FSN (filter smoke number), increases.
FIG. 2 is a diagram comparing the case where the fuel spray injected from the fuel injection valve is normal and the case where it is abnormal. In FIG. 2, the vertical axis represents the smoke component concentration value FSN, and the horizontal axis represents the NOx generation amount [g / h]. The curve connecting the “◯” marks in FIG. 2 shows the case where deposits accumulate in the nozzle holes of the fuel injection valve and a spray abnormality occurs that reduces the spray penetration force. A curve connecting “Δ” marks in FIG. 2 indicates a case where fuel is normally injected from the fuel injection valve and normal spray having a large spray penetration force is formed.
As shown in FIG. 2, in earnest research by the present inventor, when deposits accumulate in the nozzle holes of the fuel injection valve and a spray abnormality that reduces the spray penetration force occurs, fuel is normally injected from the fuel injection valve. It was found that the concentration value FSN of the smoke component increased compared to the case where the smoke component is present.
さらに、本発明者が鋭意研究を行った結果、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧が正常から異常になったときに、燃焼室径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]が変化することが見い出された。また、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧が正常から異常になったときに、ボア径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]が変化することが見い出された。
図5は筒内圧レベルCPL[dB](縦軸)と周波数f[Hz](横軸)との関係を示した図である。詳細には、図5は、燃料が燃料噴射弁から正常に噴射され、噴霧貫徹力が大きい正常な噴霧が形成されている場合における筒内圧レベルCPL[dB]と、燃料噴射弁が腐食したり、燃料噴射弁の噴孔にデポジットが堆積したりした結果、噴霧貫徹力が小さくなる噴霧異常が発生した場合における筒内圧レベルCPL[dB]とを比較して示した図である。
図5に示すような筒内圧レベルCPL[dB]と周波数f[Hz]との関係は、まず、筒内圧センサ2(図1参照)により検出された筒内圧[KPa]から筒内圧レベルCPL[dB]を制御装置3(図1参照)によって算出し、次いで、筒内圧レベルCPL[dB]と時間(上死点後クランク角)との関係を、例えば制御装置3の周波数特性解析装置3a(図1参照)によって演算(例えば高速フーリエ変換)することにより、得られる。
Furthermore, as a result of intensive studies by the inventor, when the spray of fuel injected from the fuel injection valve becomes abnormal from normal, the in-cylinder pressure level CPL [dB] in the resonance frequency band depending on the combustion chamber diameter. Has been found to change. Further, it has been found that the in-cylinder pressure level CPL [dB] in the resonance frequency band depending on the bore diameter changes when the fuel spray injected from the fuel injection valve changes from normal to abnormal.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the in-cylinder pressure level CPL [dB] (vertical axis) and the frequency f [Hz] (horizontal axis). Specifically, FIG. 5 shows the in-cylinder pressure level CPL [dB] when the fuel is normally injected from the fuel injection valve and a normal spray having a large spray penetration force is formed, and the fuel injection valve corrodes. FIG. 6 is a diagram showing a comparison with an in-cylinder pressure level CPL [dB] in a case where a spray abnormality occurs where the spray penetration force is reduced as a result of deposits being deposited in the nozzle holes of the fuel injection valve.
The relationship between the in-cylinder pressure level CPL [dB] and the frequency f [Hz] as shown in FIG. 5 is determined from the in-cylinder pressure [KPa] detected by the in-cylinder pressure sensor 2 (see FIG. 1). dB] is calculated by the control device 3 (see FIG. 1), and then the relationship between the in-cylinder pressure level CPL [dB] and time (crank angle after top dead center) is determined by, for example, the frequency
詳細には、図5に示すように、本発明者が鋭意研究を行った結果、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の貫徹力が正常よりも小さくなる噴霧異常が発生したときに、燃焼室径に依存する約5000〜6600[Hz]の共鳴周波数帯において、筒内圧レベルCPL[dB]が正常値よりも減少し、ボア径に依存する約6600〜9000[Hz]の共鳴周波数帯において、筒内圧レベルCPL[dB]が正常値よりも増加することが見い出された。
燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の貫徹力が正常よりも小さくなることに伴って、燃焼位置が変化し、その結果、燃焼室径に依存する約5000〜6600[Hz]の共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]が正常値よりも減少し、ボア径に依存する約6600〜9000[Hz]の共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]が正常値よりも増加すると考えられる。
また、図示しないが、本発明者が鋭意研究を行った結果、何らかの原因で燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の貫徹力が正常よりも大きくなる噴霧異常が発生したときに、燃焼室径に依存する約5000〜6600[Hz]の共鳴周波数帯において、筒内圧レベルCPL[dB]が正常値よりも増加し、ボア径に依存する約6600〜9000[Hz]の共鳴周波数帯において、筒内圧レベルCPL[dB]が正常値よりも減少することが見い出された。
燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の貫徹力が正常よりも大きくなることに伴って、燃焼位置が変化し、その結果、燃焼室径に依存する約5000〜6600[Hz]の共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]が正常値よりも増加し、ボア径に依存する約6600〜9000[Hz]の共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]が正常値よりも減少すると考えられる。
Specifically, as shown in FIG. 5, when the present inventor has conducted earnest research, combustion occurs when a spray abnormality occurs in which the penetration force of the fuel spray injected from the fuel injection valve becomes smaller than normal. In the resonance frequency band of about 5000 to 6600 [Hz] depending on the chamber diameter, the in-cylinder pressure level CPL [dB] decreases from the normal value, and in the resonance frequency band of about 6600 to 9000 [Hz] depending on the bore diameter. It has been found that the in-cylinder pressure level CPL [dB] increases from the normal value.
As the penetration force of the fuel spray injected from the fuel injection valve becomes smaller than normal, the combustion position changes, and as a result, a resonance frequency band of about 5000 to 6600 [Hz] depending on the combustion chamber diameter. It is considered that the in-cylinder pressure level CPL [dB] at 1 is decreased from the normal value and the in-cylinder pressure level CPL [dB] in the resonance frequency band of about 6600 to 9000 [Hz] depending on the bore diameter is increased from the normal value.
Although not shown in the figure, as a result of earnest research conducted by the present inventor, when a spray abnormality in which the penetration force of the fuel spray injected from the fuel injection valve becomes larger than normal for some reason occurs, the combustion chamber diameter In the resonance frequency band of about 5000 to 6600 [Hz] depending on the cylinder, the in-cylinder pressure level CPL [dB] increases from the normal value, and in the resonance frequency band of about 6600 to 9000 [Hz] depending on the bore diameter, It was found that the internal pressure level CPL [dB] decreased from the normal value.
As the penetration force of the fuel spray injected from the fuel injection valve becomes larger than normal, the combustion position changes, and as a result, a resonance frequency band of about 5000 to 6600 [Hz] depending on the combustion chamber diameter. It is considered that the in-cylinder pressure level CPL [dB] at 1 is increased from the normal value, and the in-cylinder pressure level CPL [dB] in the resonance frequency band of about 6600 to 9000 [Hz] depending on the bore diameter is decreased from the normal value.
つまり、図3に示す筒内圧[KPa]と上死点後クランク角[deg]との関係、燃焼騒音レベルのオーバーオール値、および、図4に示す熱発生率ROHR[J/deg]と上死点後クランク角[deg]との関係によっては、燃料噴射率の異常を判別することができるものの、噴霧異常を判別することができない旨、並びに、図3に示す筒内圧[KPa]と上死点後クランク角[deg]との関係、燃焼騒音レベルのオーバーオール値、および、図4に示す熱発生率ROHR[J/deg]と上死点後クランク角[deg]との関係によって判別することができない噴霧異常を、図5に示す筒内圧レベルCPL[dB]と周波数f[Hz]との関係によって判別することができる旨が、本発明者の鋭意研究において見い出された。 That is, the relationship between the in-cylinder pressure [KPa] and the crank angle after top dead center [deg] shown in FIG. 3, the overall value of the combustion noise level, and the heat generation rate ROHR [J / deg] shown in FIG. Depending on the relationship with the post-crank crank angle [deg], an abnormality in the fuel injection rate can be determined, but an abnormality in the spray cannot be determined, and the in-cylinder pressure [KPa] shown in FIG. Discrimination is made based on the relationship with the crank angle [deg] after the point, the overall value of the combustion noise level, and the relationship between the heat generation rate ROHR [J / deg] and the crank angle [deg] after the top dead center shown in FIG. It has been found by inventor's earnest research that the spray abnormality that cannot be performed can be determined by the relationship between the in-cylinder pressure level CPL [dB] and the frequency f [Hz] shown in FIG.
図6は第1の実施形態の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定を説明するためのフローチャートである。
図6に示すように、第1の実施形態の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定が開始されると、ステップS101において、アイドル運転中または定常運転中にEGRカットが実行されているか否かが判定される。YesのときにはステップS102に進み、Noのときには燃料噴霧異常判定を実行するのに適した運転状態ではないと判断し、このルーチンを終了し、所定期間経過後にステップS101からの処理を再開する。
アイドル運転状態および定常運転状態は、車両の通常の走行中に必ず含まれる運転状態であるため、アイドル運転状態または定常運転状態のときに燃料噴霧異常判定を実行することにより、燃料噴霧異常判定の実行頻度を向上させることができる。
一方、EGR弁が開弁しているときには、例えばEGR弁の開度に基づくEGR率に応じて、図5に示す正常噴霧の筒内圧レベルCPL[dB]の値がばらつくおそれがあるため(つまり、異常噴霧判定の正確性が低下するおそれがあるため)、図6に示す例では、EGR弁が全閉していないときにステップS101においてNoと判定される。
FIG. 6 is a flowchart for explaining fuel spray abnormality determination of the direct injection diesel engine of the first embodiment.
As shown in FIG. 6, when the fuel spray abnormality determination of the direct injection diesel engine of the first embodiment is started, whether or not EGR cut is executed during idle operation or steady operation in step S101. Is determined. When the result is Yes, the process proceeds to step S102, and when the result is No, it is determined that the operation state is not suitable for executing the fuel spray abnormality determination, and this routine is terminated, and the process from step S101 is resumed after a predetermined period.
Since the idle operation state and the steady operation state are operation states that are always included during normal driving of the vehicle, the fuel spray abnormality determination is performed by executing the fuel spray abnormality determination in the idle operation state or the steady operation state. The execution frequency can be improved.
On the other hand, when the EGR valve is open, for example, the value of the in-cylinder pressure level CPL [dB] of normal spray shown in FIG. 5 may vary depending on the EGR rate based on the opening of the EGR valve (that is, In the example shown in FIG. 6, when the EGR valve is not fully closed, it is determined No in step S101.
ステップS102では、筒内圧センサ2(図1参照)によって筒内圧[KPa]が検出される。
次いで、ステップS103では、ステップS102において検出された筒内圧[KPa]の履歴が、制御装置3(図1参照)のマップ3c(図1参照)に記録された筒内圧履歴マップと比較される。この筒内圧履歴マップとしては、例えば図3に示す燃料が燃料噴射弁から正常に噴射された場合における筒内圧[KPa]と上死点後クランク角[deg]との関係が用いられる。
ステップS103において、ステップS102で検出された筒内圧[KPa]の履歴が筒内圧履歴マップ通りであると判定されたときにはステップ104に進む。一方、ステップS102で検出された筒内圧[KPa]の履歴が筒内圧履歴マップとは異なるときには、燃料噴射率異常が発生したと判断し、ステップS110に進む。
図6に示す例では、例えば図3に示す筒内圧[KPa]と上死点後クランク角[deg]との関係が燃料噴射率異常判定に用いられるが、代わりに、他の例では、例えば図4に示す熱発生率ROHR[J/deg]と上死点後クランク角[deg]との関係、例えば筒内圧[KPa]から推定される燃焼重心、50%燃焼終了位置などを燃料噴射率異常判定に用いることもできる。
In step S102, the in-cylinder pressure [KPa] is detected by the in-cylinder pressure sensor 2 (see FIG. 1).
Next, in step S103, the history of in-cylinder pressure [KPa] detected in step S102 is compared with the in-cylinder pressure history map recorded in the
In step S103, when it is determined that the history of the in-cylinder pressure [KPa] detected in step S102 is in accordance with the in-cylinder pressure history map, the process proceeds to step 104. On the other hand, when the in-cylinder pressure [KPa] history detected in step S102 is different from the in-cylinder pressure history map, it is determined that a fuel injection rate abnormality has occurred, and the process proceeds to step S110.
In the example shown in FIG. 6, for example, the relationship between the in-cylinder pressure [KPa] and the crank angle after top dead center [deg] shown in FIG. 3 is used for determining the fuel injection rate abnormality. FIG. 4 shows the relationship between the heat generation rate ROHR [J / deg] and the crank angle after top dead center [deg], for example, the combustion center of gravity estimated from the in-cylinder pressure [KPa], the 50% combustion end position, etc. It can also be used for abnormality determination.
ステップS104では、制御装置3(図1参照)の周波数特性解析装置3a(図1参照)およびフィルタ処理装置3b(図1参照)によって周波数特性解析が実行される。
具体的には、例えば燃焼室径に依存する約5000〜6600[Hz]の共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]を取得する必要があるときに、筒内圧[KPa]から算出された筒内圧レベルCPL[dB]のうちの約5000〜6600[Hz]の周波数帯以外の成分がフィルタ処理装置3bによって除去され、約5000〜6600[Hz]の周波数帯の筒内圧レベルCPL[dB]が得られる。
また、例えばボア径に依存する約6600〜9000[Hz]の共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]を取得する必要があるときには、筒内圧[KPa]から算出された筒内圧レベルCPL[dB]のうちの約6600〜9000[Hz]の周波数帯以外の成分がフィルタ処理装置3bによって除去され、約6600〜9000[Hz]の周波数帯の筒内圧レベルCPL[dB]が得られる。
In step S104, the frequency characteristic analysis is executed by the frequency
Specifically, for example, when it is necessary to acquire the in-cylinder pressure level CPL [dB] in a resonance frequency band of about 5000 to 6600 [Hz] depending on the combustion chamber diameter, the cylinder calculated from the in-cylinder pressure [KPa]. Components of the internal pressure level CPL [dB] other than the frequency band of about 5000 to 6600 [Hz] are removed by the
For example, when it is necessary to acquire the in-cylinder pressure level CPL [dB] in the resonance frequency band of about 6600 to 9000 [Hz] depending on the bore diameter, the in-cylinder pressure level CPL [dB] calculated from the in-cylinder pressure [KPa]. ] Other than the frequency band of about 6600 to 9000 [Hz] is removed by the
次いで、ステップS105では、制御装置3(図1参照)によって筒内圧[KPa]から算出された燃焼騒音レベルのオーバーオール値[dB]が、制御装置3のマップ3c(図1参照)に記録された燃焼騒音レベルのオーバーオール値マップと比較される。この燃焼騒音レベルのオーバーオール値マップとしては、例えば燃料が燃料噴射弁から正常に噴射された場合における燃焼騒音レベルのオーバーオール値が用いられる。
Yesのとき、つまり、制御装置3によって筒内圧[KPa]から算出された燃焼騒音レベルのオーバーオール値[dB]が燃焼騒音レベルのオーバーオール値マップ通りであると判定されたときにはステップ106に進む。一方、Noのとき、つまり、制御装置3によって筒内圧[KPa]から算出された燃焼騒音レベルのオーバーオール値[dB]が燃焼騒音レベルのオーバーオール値マップとは異なるときには、燃料噴霧異常判定を実行するのに適した運転状態ではないと判断し、このルーチンを終了し、所定期間経過後にステップS101からの処理を再開する。
詳細には、第1の実施形態の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置では、制御装置3によって筒内圧[KPa]から算出された燃焼騒音レベルのオーバーオール値[dB]が燃焼騒音レベルのオーバーオール値マップとは異なるときに、筒内で発生しているスワールのばらつきが大きく、図5に示す正常噴霧の筒内圧レベルCPL[dB]の値がばらつく(つまり、異常噴霧判定の正確性が低下する)おそれがあり、燃料噴霧異常判定を実行するのに適した運転状態ではないと判断される。
Next, in step S105, the overall value [dB] of the combustion noise level calculated from the in-cylinder pressure [KPa] by the control device 3 (see FIG. 1) is recorded in the
If Yes, that is, if it is determined that the overall value [dB] of the combustion noise level calculated from the in-cylinder pressure [KPa] by the
Specifically, in the fuel spray abnormality determination device for the in-cylinder injection type diesel engine of the first embodiment, the overall value [dB] of the combustion noise level calculated from the in-cylinder pressure [KPa] by the
ステップS106では、制御装置3(図1参照)の周波数特性解析装置3a(図1参照)およびフィルタ処理装置3b(図1参照)によって算出された、燃焼室径に依存する図5中の約5000〜6600[Hz]の共鳴周波数帯における筒内圧レベル[dB]である1次共鳴周波数帯筒内圧レベルFcと、ボア径に依存する図5中の約6600〜9000[Hz]の共鳴周波数帯における筒内圧レベル[dB]である2次共鳴周波数帯筒内圧レベルFbとが得られる。
次いで、ステップS107では、制御装置3(図1参照)のマップ3c(図1参照)に記録された、燃料が燃料噴射弁から正常に噴射された場合における燃焼室径に依存する図5中の約5000〜6600[Hz]の共鳴周波数帯の筒内圧レベル[dB]である第1基準値Fctと、燃料が燃料噴射弁から正常に噴射された場合におけるボア径に依存する図5中の約6600〜9000[Hz]の共鳴周波数帯の筒内圧レベル[dB]である第2基準値Fbtとが読み込まれる。
In step S106, about 5000 in FIG. 5 depending on the combustion chamber diameter calculated by the frequency
Next, in step S107, the fuel is recorded in the
次いで、ステップS108では、ステップS106において得られた1次共鳴周波数帯筒内圧レベルFcが、ステップS107において読み込まれた第1基準値Fctより低く、かつ、ステップS106において得られた2次共鳴周波数帯筒内圧レベルFbが、ステップS107において読み込まれた第2基準値Fbtより高いか否かが判定される。
Yesのときには、図5に示す例のように噴霧貫徹力が小さい噴霧異常が発生していると判断し、ステップS110に進む。一方、Noのときには、ステップS109に進む。
Next, in step S108, the primary resonance frequency band in-cylinder pressure level Fc obtained in step S106 is lower than the first reference value Fct read in step S107, and the secondary resonance frequency band obtained in step S106. It is determined whether or not the cylinder pressure level Fb is higher than the second reference value Fbt read in step S107.
If Yes, it is determined that a spray abnormality having a small spray penetration force has occurred as in the example shown in FIG. 5, and the process proceeds to step S110. On the other hand, if No, the process proceeds to step S109.
ステップS109では、ステップS106において得られた1次共鳴周波数帯筒内圧レベルFcが、ステップS107において読み込まれた第1基準値Fctより高く、かつ、ステップS106において得られた2次共鳴周波数帯筒内圧レベルFbが、ステップS107において読み込まれた第2基準値Fbtより低いか否かが判定される。
Yesのときには、噴霧貫徹力が大きい噴霧異常が発生していると判断し、ステップS110に進む。一方、Noのときには、噴霧異常が発生していないと判断し、このルーチンを終了し、所定期間経過後にステップS101からの処理を再開する。
In step S109, the primary resonance frequency band in-cylinder pressure Fc obtained in step S106 is higher than the first reference value Fct read in step S107, and the secondary resonance frequency band in-cylinder pressure obtained in step S106. It is determined whether or not the level Fb is lower than the second reference value Fbt read in step S107.
If Yes, it is determined that a spray abnormality having a large spray penetration force has occurred, and the process proceeds to step S110. On the other hand, when the determination is No, it is determined that no spray abnormality has occurred, and this routine is terminated, and the processing from step S101 is resumed after a predetermined period.
ステップS110では、燃料噴射率異常あるいは噴霧異常の燃料噴射異常が発生している旨を運転者に知らせるなどの処置がとられる。具体的には、例えばMIL(malfunction indicator lamp)(異常警告灯)などが点灯される。 In step S110, measures are taken such as notifying the driver that a fuel injection abnormality such as a fuel injection rate abnormality or a spray abnormality has occurred. Specifically, for example, a MIL (malfunction indicator lamp) (abnormal warning lamp) is turned on.
換言すれば、第1の実施形態の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置では、筒内圧センサ2(図1参照)により検出された筒内圧[KPa]に基づいて、燃焼室径に依存する図5中の約5000〜6600Hzの共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]である1次共鳴周波数帯筒内圧レベルFc(図6参照)と、ボア径に依存する図5中の約6600〜9000Hzの共鳴周波数帯における筒内圧レベルCPL[dB]である2次共鳴周波数帯筒内圧レベルFb(図6参照)とを得る周波数特性解析手段として機能する制御装置3(図1参照)の周波数特性解析装置3a(図1参照)とフィルタ処理装置3b(図1参照)とが設けられている。
また、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧異常の有無を判定する燃料噴霧異常判定手段として機能する制御装置3が設けられている。
詳細には、1次共鳴周波数帯筒内圧レベルFcが第1基準値Fct(図5中の約5000〜6600Hzの周波数帯の「正常噴霧」の筒内圧レベルCPL[dB]の値)よりも低く、かつ、2次共鳴周波数帯筒内圧レベルFbが第2基準値Fbt(図5中の約6600〜9000Hzの周波数帯の「正常噴霧」の筒内圧レベルCPL[dB]の値)よりも高いときに、ステップS108(図6参照)において、燃料噴霧異常判定手段として機能する制御装置3が、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧に異常がある(具体的には、正常噴霧と比較して噴霧貫徹力が小さい)と判定する。
また、1次共鳴周波数帯筒内圧レベルFcが第1基準値Fctよりも高く、かつ、2次共鳴周波数帯筒内圧レベルFbが第2基準値Fbtよりも低いときに、ステップS109(図6参照)において、燃料噴霧異常判定手段として機能する制御装置3が、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧に異常がある(具体的には、正常噴霧と比較して噴霧貫徹力が大きい)と判定する。
そのため、第1の実施形態の筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置によれば、例えば燃料噴射弁の経時劣化などに伴う噴孔腐食、噴孔へのデポジット堆積などにより、燃料噴射率自体は正常値と変わらないものの、噴霧異常が発生した状態を判別することができる。
In other words, in the fuel spray abnormality determination device for the in-cylinder injection type diesel engine of the first embodiment, the combustion chamber diameter is adjusted based on the in-cylinder pressure [KPa] detected by the in-cylinder pressure sensor 2 (see FIG. 1). 5 depends on the primary resonance frequency band in-cylinder pressure level Fc (see FIG. 6) which is the in-cylinder pressure level CPL [dB] in the resonance frequency band of about 5000 to 6600 Hz in FIG. 5, and about in FIG. The control device 3 (see FIG. 1) functioning as a frequency characteristic analyzing means for obtaining a secondary resonance frequency band in-cylinder pressure level Fb (see FIG. 6) which is the in-cylinder pressure level CPL [dB] in the resonance frequency band of 6600 to 9000 Hz. A frequency
Moreover, the
Specifically, the primary resonance frequency band in-cylinder pressure level Fc is lower than the first reference value Fct (the value of the “normal spray” in-cylinder pressure level CPL [dB] in the frequency band of about 5000 to 6600 Hz in FIG. 5). When the in-cylinder pressure level Fb of the secondary resonance frequency band is higher than the second reference value Fbt (the value of the in-cylinder pressure level CPL [dB] of “normal spray” in the frequency band of about 6600 to 9000 Hz in FIG. 5). Furthermore, in step S108 (see FIG. 6), the
When the primary resonance frequency band in-cylinder pressure level Fc is higher than the first reference value Fct and the secondary resonance frequency band in-cylinder pressure level Fb is lower than the second reference value Fbt, step S109 (see FIG. 6). ), The
Therefore, according to the fuel spray abnormality determination device for the in-cylinder injection type diesel engine of the first embodiment, the fuel injection rate is increased due to, for example, injection hole corrosion due to deterioration of the fuel injection valve over time, deposit accumulation in the injection holes, and the like. Although the value itself is not different from the normal value, it is possible to determine the state in which the spray abnormality has occurred.
第2の実施形態では、上述した第1の実施形態および各例を適宜組み合わせることもできる。 In the second embodiment, the above-described first embodiment and each example can be appropriately combined.
1 エンジン
2 筒内圧センサ
3 制御装置
3a 解析装置
3b フィルタ処理装置
3c マップ
1
Claims (1)
筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出された筒内圧に基づいて、燃焼室径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルである1次共鳴周波数帯筒内圧レベルと、ボア径に依存する共鳴周波数帯における筒内圧レベルである2次共鳴周波数帯筒内圧レベルとを得る周波数特性解析手段と、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧異常の有無を判定する燃料噴霧異常判定手段とを具備する筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置において、
前記1次共鳴周波数帯筒内圧レベルが第1基準値よりも低く、かつ、前記2次共鳴周波数帯筒内圧レベルが第2基準値よりも高いとき、または、
前記1次共鳴周波数帯筒内圧レベルが前記第1基準値よりも高く、かつ、前記2次共鳴周波数帯筒内圧レベルが前記第2基準値よりも低いときに、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧に異常があると前記燃料噴霧異常判定手段によって判定されることを特徴とする筒内噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴霧異常判定装置。 A fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder of the diesel engine;
An in-cylinder pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure;
Based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor, the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band that depends on the combustion chamber diameter and the in-cylinder pressure level in the resonance frequency band that depends on the bore diameter. Frequency characteristic analyzing means for obtaining a secondary resonance frequency band in-cylinder pressure level which is a level;
In a fuel spray abnormality determining device for a direct injection diesel engine, comprising a fuel spray abnormality determining means for determining whether or not there is an abnormality in fuel spray injected from the fuel injection valve,
When the primary resonance frequency band in-cylinder pressure level is lower than a first reference value and the secondary resonance frequency band in-cylinder pressure level is higher than a second reference value; or
When the primary resonance frequency band in-cylinder pressure level is higher than the first reference value and the secondary resonance frequency band in-cylinder pressure level is lower than the second reference value,
The fuel spray abnormality determining apparatus for a direct injection diesel engine, wherein the fuel spray abnormality determining means determines that there is an abnormality in the fuel spray injected from the fuel injection valve.
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