JP2017020411A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device capable of obtaining controlled variable of after-injection to improve exhaust emission.SOLUTION: An air-fuel ratio in a combustion field of a fuel injected by main injection is calculated as local A/F (ST4). A remaining oxygen amount Or in a cylinder in a reference injection period of after-injection is calculated (ST5). A flow quantity in a cylinder necessary for introducing oxygen remaining in a region excluding the combustion field, to the combustion field of the fuel injected by main injection is calculated as a required cylinder flow quantity R on the basis of the local A/F and the remaining oxygen amount Or (ST6). Controlled variable of the after-injection to obtain the required cylinder flow quantity R is calculated (ST7). Thus oxygen deficiency in the combustion field of the main injection fuel can be solved even in a transient operation, generation of smoke in the combustion field of the main injection fuel can be suppressed, and exhaust emission can be improved.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明はアフタ噴射制御の改良に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to improved after-injection control.

従来、車両等に搭載されるディーゼルエンジンでは、トルク発生に寄与するメイン噴射の後にアフタ噴射が実行される。このアフタ噴射で噴射された燃料により、メイン噴射での未燃成分(スモーク)を燃焼させ、これにより排気を浄化する。   Conventionally, in a diesel engine mounted on a vehicle or the like, after injection is performed after main injection that contributes to torque generation. The fuel injected in the after injection burns unburned components (smoke) in the main injection, thereby purifying the exhaust.

特許文献1には、アフタ噴射の実行時における筒内酸素量とアフタ噴射量との比が、予め設定された目標値となるようにアフタ噴射量を調整することが開示されている。   Patent Document 1 discloses that the after injection amount is adjusted so that the ratio between the in-cylinder oxygen amount and the after injection amount during execution of the after injection becomes a preset target value.

特開2012−145042号公報JP 2012-145042 A

ところで、過渡運転時等において、EGRガスの減量補正動作に遅れが生じたり、ターボチャージャの過給遅れが生じたりした場合には、定常運転時に比べて筒内酸素量が低下してしまう可能性がある。このような状況が生じた場合、前記特許文献1のもの(筒内酸素量とアフタ噴射量との比が目標値となるようにアフタ噴射量を調整するもの)にあっては、筒内酸素量の低下に伴いアフタ噴射量を減量補正することになる。これでは、メイン噴射での未燃成分を燃焼させるといったアフタ噴射の本来の機能を十分に発揮させることができなくなり、排気エミッションの悪化を招いてしまう可能性がある。   By the way, in a transient operation or the like, if a delay occurs in the EGR gas reduction correction operation or a turbocharger delay occurs, the in-cylinder oxygen amount may be lower than that in the steady operation. There is. When such a situation occurs, in the case of Patent Document 1 (the one that adjusts the after-injection amount so that the ratio between the in-cylinder oxygen amount and the after-injection amount becomes the target value), the in-cylinder oxygen As the amount decreases, the after injection amount is corrected to decrease. As a result, the original function of after-injection, such as burning unburned components in main injection, cannot be fully exerted, and exhaust emission may be deteriorated.

本発明の発明者は、メイン噴射燃料の燃焼領域(メイン噴射燃料によって酸素が消費される燃焼場)は燃焼室内の一部の領域であり、その他の領域では酸素濃度が高くなっていること、および、アフタ噴射燃料が実行された際には、それに起因して燃焼室内のガスに流動が生じることに着目し、これらを利用して排気エミッションの改善を図ることについて考察した。   The inventor of the present invention indicates that the combustion region of the main injection fuel (combustion field where oxygen is consumed by the main injection fuel) is a partial region in the combustion chamber, and the oxygen concentration is high in the other regions. In addition, when after-injected fuel was executed, we focused on the flow of gas in the combustion chamber caused by it, and considered how to improve exhaust emissions using these.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気エミッションを改善できるアフタ噴射の制御量を得ることが可能な制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a control device capable of obtaining a control amount of after-injection that can improve exhaust emission.

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の自着火による燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射としてメイン噴射およびアフタ噴射それぞれを実行させる制御装置を前提とする。この制御装置に対し、実ガス状態量算出部、基準噴射制御量取得部、噴射圧力検知部、局所空燃比算出部、残存酸素量算出部、要求筒内流動量算出部、アフタ噴射制御量算出部、アフタ噴射指令部を備えさせている。実ガス状態量算出部は、前記気筒内における実際のガス量および実際のガス組成を算出する。基準噴射制御量取得部は、機関運転状態に応じて予め規定されている前記メイン噴射および前記アフタ噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期の各基準噴射制御量のうち、現在の機関運転状態に応じた基準噴射制御量を取得する。噴射圧力検知部は、前記燃料の噴射圧力を検知する。局所空燃比算出部は、前記ガス量、前記ガス組成、前記基準噴射制御量、および、前記燃料の噴射圧力に基づいて、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場における前記アフタ噴射の基準噴射時期での空燃比を局所空燃比として算出する。残存酸素量算出部は、前記ガス量、前記ガス組成、前記基準噴射制御量、および、前記燃料の噴射圧力に基づいて、前記アフタ噴射の基準噴射時期における気筒内の残存酸素量を算出する。要求筒内流動量算出部は、前記局所空燃比、前記ガス組成、前記気筒内の残存酸素量に基づいて、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を要求筒内流動量として算出する。アフタ噴射制御量算出部は、前記要求筒内流動量を得るための前記アフタ噴射の制御量を算出する。アフタ噴射指令部は、前記算出されたアフタ噴射の制御量で前記燃料噴射弁からのアフタ噴射を実行させる。   The solution of the present invention for achieving the above object is applied to a compression self-ignition internal combustion engine that performs combustion by self-ignition of fuel injected into a cylinder from a fuel injection valve, A control device that executes main injection and after-injection as fuel injection is assumed. For this control device, an actual gas state amount calculation unit, a reference injection control amount acquisition unit, an injection pressure detection unit, a local air-fuel ratio calculation unit, a residual oxygen amount calculation unit, a required in-cylinder flow amount calculation unit, an after injection control amount calculation And an after-injection command unit. The actual gas state amount calculation unit calculates an actual gas amount and an actual gas composition in the cylinder. The reference injection control amount acquisition unit sets the current engine operation state among the reference injection amounts of the main injection and the after injection, and the reference injection control amounts of the reference injection timing, which are defined in advance according to the engine operation state. A corresponding reference injection control amount is acquired. The injection pressure detector detects the fuel injection pressure. The local air-fuel ratio calculating unit is configured to perform a reference injection of the after injection in the combustion field of the fuel injected in the main injection based on the gas amount, the gas composition, the reference injection control amount, and the injection pressure of the fuel. The air-fuel ratio at the time is calculated as the local air-fuel ratio. The residual oxygen amount calculation unit calculates the residual oxygen amount in the cylinder at the reference injection timing of the after injection based on the gas amount, the gas composition, the reference injection control amount, and the fuel injection pressure. The required in-cylinder flow amount calculation unit is provided in a combustion field of fuel injected in the main injection in a region other than the combustion field based on the local air-fuel ratio, the gas composition, and the residual oxygen amount in the cylinder. The flow amount in the cylinder necessary for introducing the oxygen that is being calculated is calculated as the required in-cylinder flow amount. The after injection control amount calculation unit calculates a control amount of the after injection for obtaining the required in-cylinder flow amount. The after injection command unit causes the fuel injection valve to execute after injection with the calculated after injection control amount.

この特定事項により、アフタ噴射に起因する気筒内でのガス流動を利用して、メイン噴射燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入することができる。これにより、メイン噴射燃料の燃焼場での酸素不足を解消し、この燃焼場でのスモークの発生を抑制することができる。   By this specific matter, oxygen remaining in the region other than the combustion field can be introduced into the combustion field of the main injection fuel by using the gas flow in the cylinder resulting from the after injection. Thereby, the oxygen shortage in the combustion field of the main injection fuel can be eliminated, and the generation of smoke in this combustion field can be suppressed.

本発明では、メイン噴射燃料の燃焼場における局所空燃比や気筒内の残存酸素量等に基づいて、メイン噴射燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を求め、この流動量が得られるようにアフタ噴射の制御量を調整している。このため、過渡運転時であっても、メイン噴射燃料の燃焼場でのスモークの発生を抑制し、排気エミッションの改善を図ることができる。   In the present invention, oxygen remaining in a region other than the combustion field is introduced into the combustion field of the main injection fuel based on the local air-fuel ratio in the combustion field of the main injection fuel, the amount of residual oxygen in the cylinder, and the like. The amount of flow in the cylinder necessary for this is obtained, and the control amount of the after injection is adjusted so that this amount of flow is obtained. For this reason, even during transient operation, it is possible to suppress the generation of smoke in the combustion field of the main injection fuel and improve exhaust emission.

実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the diesel engine which concerns on embodiment, and its control system. ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the combustion chamber of a diesel engine, and its peripheral part. ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of control systems, such as ECU. アフタ噴射制御の手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the procedure of after injection control. 要求筒内流動量算出マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the request | requirement in-cylinder flow amount calculation map. アフタ噴射回数算出マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an after injection frequency calculation map. アフタ噴射量算出マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an after injection amount calculation map. アフタ噴射時期算出マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an after injection timing calculation map.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に、本発明を適用した場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.

−エンジンの構成−
図1は本実施形態に係るディーゼルエンジン1(以下、単にエンジンという)およびその制御系統の概略構成図である。
-Engine configuration-
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diesel engine 1 (hereinafter simply referred to as an engine) and its control system according to the present embodiment.

この図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、および、排気系7を備えている。   As shown in FIG. 1, the engine 1 according to this embodiment includes a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake system 6, and an exhaust system 7.

燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、および、機関燃料通路24等を備えている。   The fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, an engine fuel passage 24, and the like.

前記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料を、高圧にした後、機関燃料通路24を経てコモンレール22に供給する。コモンレール22は、高圧燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23はピエゾインジェクタである。   The supply pump 21 supplies the fuel pumped up from the fuel tank to the common rail 22 through the engine fuel passage 24 after making the pressure high. The common rail 22 distributes high-pressure fuel to the injectors 23. The injector 23 is a piezo injector.

吸気系6は、シリンダヘッド15(図2を参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド61を備え、この吸気マニホールド61に吸気管62が接続されている。この吸気管62には、上流側から順に、エアクリーナ63、エアフローメータ43、インタークーラ65、および、吸気絞り弁(ディーゼルスロットル)64が配設されている。   The intake system 6 includes an intake manifold 61 connected to an intake port 15 a formed in a cylinder head 15 (see FIG. 2), and an intake pipe 62 is connected to the intake manifold 61. In this intake pipe 62, an air cleaner 63, an air flow meter 43, an intercooler 65, and an intake throttle valve (diesel throttle) 64 are arranged in this order from the upstream side.

排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート15bに接続される排気マニホールド71を備え、この排気マニホールド71に排気管72が接続されている。この排気管72には、NSR(NOx Storage Reduction)触媒74およびDPF(Diesel Particulate Filter)75が配設されている。   The exhaust system 7 includes an exhaust manifold 71 connected to an exhaust port 15 b formed in the cylinder head 15, and an exhaust pipe 72 is connected to the exhaust manifold 71. The exhaust pipe 72 is provided with an NSR (NOx Storage Reduction) catalyst 74 and a DPF (Diesel Particulate Filter) 75.

図2に示すように、シリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎にシリンダボア12が形成されている。各シリンダボア12の内部にはピストン13が収容されている。ピストン13の頂面13aの中央部には、キャビティ13bが凹設されており、このキャビティ13bが燃焼室3を構成している。この燃焼室3の中央部からインジェクタ23によって噴射された燃料は、自着火により燃焼し、その燃焼圧をピストン13に作用させる。ピストン13は、コネクティングロッド18によってクランクシャフト(図示省略)に連結されており、このクランクシャフトからエンジン動力が取り出される。   As shown in FIG. 2, the cylinder block 11 is formed with a cylinder bore 12 for each cylinder (four cylinders). A piston 13 is accommodated in each cylinder bore 12. A cavity 13 b is recessed in the center of the top surface 13 a of the piston 13, and this cavity 13 b constitutes the combustion chamber 3. The fuel injected from the central portion of the combustion chamber 3 by the injector 23 burns by self-ignition, and the combustion pressure acts on the piston 13. The piston 13 is connected to a crankshaft (not shown) by a connecting rod 18, and engine power is taken out from the crankshaft.

前記シリンダヘッド15には、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16、および、排気ポート15bを開閉する排気バルブ17が配設されている。   The cylinder head 15 is provided with an intake valve 16 that opens and closes an intake port 15a and an exhaust valve 17 that opens and closes an exhaust port 15b.

さらに、図1に示す如く、このエンジン1には、ターボチャージャ(過給機)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52およびコンプレッサホイール53を備えている。   Further, as shown in FIG. 1, the engine 1 is provided with a turbocharger (supercharger) 5. The turbocharger 5 includes a turbine wheel 52 and a compressor wheel 53 that are connected via a turbine shaft 51.

また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続するEGR(Exhaust Gas Recirculation)通路8が設けられている。このEGR通路8には、EGRバルブ81およびEGRクーラ82が設けられている。   Further, the engine 1 is provided with an EGR (Exhaust Gas Recirculation) passage 8 that connects the intake system 6 and the exhaust system 7. The EGR passage 8 is provided with an EGR valve 81 and an EGR cooler 82.

−ECU−
ECU(Electronic Control Unit)100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図3に示すように、ECU100の入力回路には、クランクポジションセンサ40、レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、排気温センサ45a,45b、水温センサ46、アクセル開度センサ47、吸気圧センサ48、吸気温センサ49、筒内圧センサ4A、および、空燃比センサ4Bなどが接続されている。これらセンサの機能は周知であるのでここでの説明は省略する。
-ECU-
The ECU (Electronic Control Unit) 100 includes a microcomputer (not shown) such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an input / output circuit. As shown in FIG. 3, the input circuit of the ECU 100 includes a crank position sensor 40, a rail pressure sensor 41, a throttle opening sensor 42, an air flow meter 43, exhaust temperature sensors 45a and 45b, a water temperature sensor 46, and an accelerator opening sensor 47. An intake pressure sensor 48, an intake air temperature sensor 49, an in-cylinder pressure sensor 4A, an air-fuel ratio sensor 4B, and the like are connected. Since the functions of these sensors are well known, description thereof is omitted here.

一方、ECU100の出力回路には、サプライポンプ21、インジェクタ23、吸気絞り弁64、および、EGRバルブ81などが接続されている。   On the other hand, the supply pump 21, the injector 23, the intake throttle valve 64, the EGR valve 81, and the like are connected to the output circuit of the ECU 100.

そして、ECU100は、前記各センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、前記ROMに記憶された各種マップに基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。例えば、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御として、パイロット噴射、メイン噴射およびアフタ噴射等の燃料噴射制御を実行する。   The ECU 100 executes various controls of the engine 1 based on outputs from the respective sensors, calculated values obtained by calculation formulas using the output values, or various maps stored in the ROM. For example, the ECU 100 executes fuel injection control such as pilot injection, main injection, and after injection as fuel injection control of the injector 23.

パイロット噴射は、メイン噴射に先立ち、少量の燃料を噴射する動作である。このパイロット噴射は、気筒内温度を高める予熱機能を有している。つまり、メイン噴射が開始されるまでの間に気筒内温度を十分に高め、これによってメイン噴射燃料の着火遅れを抑制し、このメイン噴射燃料の着火性を良好に確保するようにしている。   Pilot injection is an operation for injecting a small amount of fuel prior to main injection. This pilot injection has a preheating function for increasing the in-cylinder temperature. That is, the temperature in the cylinder is sufficiently increased until the main injection is started, thereby suppressing the ignition delay of the main injected fuel and ensuring the ignitability of the main injected fuel.

メイン噴射は、エンジン1のトルク発生のための燃料噴射動作である。このメイン噴射での燃料噴射量および燃料噴射時期は、エンジン回転速度、アクセル操作量(エンジン負荷)等に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、燃料噴射量は、エンジン回転速度が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度)が大きいほど多く設定される。   The main injection is a fuel injection operation for generating torque of the engine 1. The fuel injection amount and fuel injection timing in the main injection are determined so as to obtain the required torque according to the engine speed, the accelerator operation amount (engine load), and the like. For example, the fuel injection amount is set to be larger as the engine speed is higher and as the accelerator operation amount (accelerator opening) is larger.

アフタ噴射は、メイン噴射の後に少量の燃料を噴射する動作である。このアフタ噴射により、メイン噴射で気筒内に発生した未燃成分であるスモークを燃焼させることによって排気を浄化する。   After-injection is an operation of injecting a small amount of fuel after main injection. By this after injection, the exhaust gas is purified by burning smoke, which is an unburned component generated in the cylinder by the main injection.

本実施形態におけるアフタ噴射制御は、メイン噴射燃料の燃焼による酸素の消費がなされなかった領域や、この燃焼による酸素消費量が少ない領域であって、残存酸素量が多い領域に存在している酸素を、アフタ噴射に起因して発生する燃焼室3内の流動によってメイン噴射燃料の燃焼場に送り込むものである。これにより、この燃焼場での酸素不足を解消してスモークの発生を抑制する。より具体的には、メイン噴射燃料の燃焼が完了する前に、前記残存酸素をメイン噴射燃料の燃焼場に送り込み、この燃焼場での酸素不足を解消してスモークの発生を抑制するようにしている。このアフタ噴射制御の具体的な手順については後述する。   The after-injection control in the present embodiment is a region where oxygen is not consumed due to the combustion of the main injected fuel, or a region where the amount of oxygen consumed due to this combustion is small and where there is a large amount of residual oxygen. Is sent to the combustion field of the main injection fuel by the flow in the combustion chamber 3 generated due to the after injection. As a result, the shortage of oxygen in this combustion field is resolved and the generation of smoke is suppressed. More specifically, before the combustion of the main injected fuel is completed, the residual oxygen is sent to the combustion field of the main injected fuel, and the oxygen shortage in the combustion field is resolved to suppress the generation of smoke. Yes. A specific procedure of this after injection control will be described later.

なお、前述したパイロット噴射、メイン噴射およびアフタ噴射の他に、ポスト噴射が必要に応じて行われる。このポスト噴射の機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。   In addition to the above-described pilot injection, main injection, and after injection, post injection is performed as necessary. Since the post injection function is well known, a description thereof is omitted here.

前述した各燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧力は、コモンレール22の内圧(コモンレール内圧)により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値である目標レール圧は、エンジン回転速度が高くなるほど、および、エンジン負荷が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば前記ROMに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。   The fuel injection pressure at the time of executing each fuel injection described above is determined by the internal pressure of the common rail 22 (common rail internal pressure). As the common rail internal pressure, generally, the target rail pressure, which is the target value of the fuel pressure supplied from the common rail 22 to the injector 23, becomes higher as the engine speed increases and the engine load increases. This target rail pressure is set according to a fuel pressure setting map stored in the ROM, for example.

また、ECU100は、エンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ81の開度を制御し、吸気マニホールド61に向けての排気還流量(EGRガス量)を調整する。このEGRガス量は、予め実験やシミュレーション等によって作成されて前記ROMに記憶されたEGRマップに従って設定される。このEGRマップは、エンジン回転速度およびエンジン負荷をパラメータとしてEGR率を決定するためのマップである。ECU100は、このEGRマップに従って決定されたEGR率が成立するように、吸入空気量に応じたEGRガス量を得るべくEGRバルブ81の開度を制御する。   Further, the ECU 100 controls the opening degree of the EGR valve 81 according to the operating state of the engine 1 and adjusts the exhaust gas recirculation amount (EGR gas amount) toward the intake manifold 61. The amount of EGR gas is set according to an EGR map that is created in advance by experiments, simulations, etc. and stored in the ROM. This EGR map is a map for determining the EGR rate using the engine speed and the engine load as parameters. The ECU 100 controls the opening degree of the EGR valve 81 so as to obtain an EGR gas amount corresponding to the intake air amount so that the EGR rate determined according to the EGR map is established.

−アフタ噴射制御−
次に、本実施形態の特徴であるアフタ噴射制御について説明する。このアフタ噴射制御は、前述したように、メイン噴射燃料の燃焼による酸素の消費がなされなかった領域や、この燃焼による酸素消費量が少ない領域であって、残存酸素量が多い領域に存在している酸素を、アフタ噴射に起因して発生する燃焼室3内の流動によってメイン噴射燃料の燃焼場に送り込むものである。これにより、この燃焼場での酸素不足を解消してスモークの発生を抑制するようにしている。
-After injection control-
Next, after injection control, which is a feature of the present embodiment, will be described. As described above, this after-injection control is present in a region where oxygen is not consumed due to combustion of the main injected fuel, or a region where the amount of oxygen consumed by this combustion is small and the amount of residual oxygen is large. The oxygen that is present is sent to the combustion field of the main injection fuel by the flow in the combustion chamber 3 generated due to the after injection. This eliminates the oxygen shortage in the combustion field and suppresses the generation of smoke.

具体的に、メイン噴射の噴射量は、アフタ噴射の噴射量に比べて多いため、このメイン噴射燃料の貫徹力は、アフタ噴射燃料の貫徹力よりも大きい。そして、このメイン噴射燃料の燃焼場は、燃焼室3の外周部分に形成される。従って、メイン噴射燃料が燃焼している状況(未だアフタ噴射が実行されていない状況)にあっては、インジェクタ23の周辺であって燃焼室3の中央部分には多くの酸素が残存している。一般に、メイン噴射の前段階では前記パイロット噴射が実行される。このパイロット噴射の噴射量は、メイン噴射の噴射量に比べて少ないため、パイロット噴射燃料の貫徹力は小さく、燃焼室3の中央部分でパイロット噴射燃料は燃焼することになるが、前述したようにパイロット噴射の噴射量は少ないため、この燃焼室3の中央部分での酸素消費量は少なく、残存酸素量が多くなっている。   Specifically, since the injection amount of the main injection is larger than the injection amount of the after injection, the penetration force of the main injection fuel is larger than the penetration force of the after injection fuel. The combustion field of the main injection fuel is formed in the outer peripheral portion of the combustion chamber 3. Therefore, in a situation where the main injection fuel is combusting (a situation where after-injection has not yet been executed), a large amount of oxygen remains around the injector 23 and in the central portion of the combustion chamber 3. . Generally, the pilot injection is executed at a stage before the main injection. Since the injection amount of the pilot injection is smaller than the injection amount of the main injection, the penetration force of the pilot injection fuel is small, and the pilot injection fuel burns in the central portion of the combustion chamber 3, as described above. Since the injection amount of the pilot injection is small, the oxygen consumption amount in the central portion of the combustion chamber 3 is small and the residual oxygen amount is large.

本実施形態では、この燃焼室3の中央部分に残存している酸素を、アフタ噴射の実行に伴って生じる燃焼室3内の流動を利用してメイン噴射燃料の燃焼場に送り込み(メイン噴射燃料の燃焼中に、その燃焼場に向けて酸素を送り込み)、この燃焼場での酸素不足を解消してスモークの発生を抑制するようにしている。また、アフタ噴射燃料が燃焼室3内で燃焼するためには酸素が必要であるので、前記残存酸素を過不足無くメイン噴射燃料の燃焼場に送り込むためのアフタ噴射の制御量(アフタ噴射回数、アフタ噴射量、および、アフタ噴射時期のうちの少なくとも一つ)を求め、この制御量でアフタ噴射を実行するようにしている。   In the present embodiment, oxygen remaining in the central portion of the combustion chamber 3 is sent to the combustion field of the main injection fuel by using the flow in the combustion chamber 3 that is generated as the after injection is performed (main injection fuel). During the combustion of the gas, oxygen is fed toward the combustion field), and the shortage of oxygen in the combustion field is resolved to suppress the generation of smoke. Further, since oxygen is required for the after-injected fuel to burn in the combustion chamber 3, the control amount of after-injection (the number of after-injections, At least one of the after injection amount and the after injection timing) is obtained, and the after injection is executed with this control amount.

以下、このアフタ噴射制御の概略について説明する。   Hereinafter, an outline of the after injection control will be described.

このアフタ噴射制御では、(a)気筒内における実際のガス量および実際のガス組成を算出する動作、(b)エンジン1の運転状態(機関運転状態)に応じて予め規定されているメイン噴射およびアフタ噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期の各基準噴射制御量のうち、現在の機関運転状態に応じた基準噴射制御量を取得する動作、(c)燃料の噴射圧力(レール圧)を検知する動作、(d)ガス量、ガス組成、基準噴射制御量、および、燃料の噴射圧力に基づいて、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場におけるアフタ噴射の基準噴射時期での空燃比を局所空燃比として算出する動作、(e)ガス量、ガス組成、基準噴射制御量、および、燃料の噴射圧力に基づいて、アフタ噴射の基準噴射時期における気筒内の残存酸素量を算出する動作、(f)局所空燃比、ガス組成、気筒内の残存酸素量に基づいて、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を要求筒内流動量として算出する動作、(g)要求筒内流動量を得るためのアフタ噴射の制御量を算出する動作、(h)算出されたアフタ噴射の制御量でインジェクタ23からのアフタ噴射を実行させる動作が順に行われる。これら(a)〜(h)の動作の詳細については後述する。   In this after-injection control, (a) an operation for calculating an actual gas amount and an actual gas composition in the cylinder, (b) a main injection defined in advance according to the operating state (engine operating state) of the engine 1 and Of the reference injection amount of each after injection and the reference injection control amount of the reference injection timing, the operation of obtaining the reference injection control amount corresponding to the current engine operating state, (c) detecting the fuel injection pressure (rail pressure) (D) based on the gas amount, the gas composition, the reference injection control amount, and the fuel injection pressure, and locally setting the air-fuel ratio at the reference injection timing of the after injection in the combustion field of the fuel injected in the main injection Calculate the residual oxygen amount in the cylinder at the reference injection timing of after injection based on the operation calculated as the air-fuel ratio, (e) gas amount, gas composition, reference injection control amount, and fuel injection pressure (F) Based on the local air-fuel ratio, gas composition, and residual oxygen amount in the cylinder, oxygen remaining in the region other than the combustion field is introduced into the combustion field of the fuel injected by the main injection. (G) an operation for calculating the control amount of the after injection for obtaining the required in-cylinder flow amount, and (h) the calculated after-injection. The operation of executing the after injection from the injector 23 with the controlled amount is sequentially performed. Details of the operations (a) to (h) will be described later.

これら動作は前記ECU100によって実行される。このため、ECU100において、前記(a)の動作を実行する機能部分が本発明でいう実ガス状態量算出部として構成されている。ECU100において、前記(b)の動作を実行する機能部分が本発明でいう基準噴射制御量取得部として構成されている。ECU100において、前記(c)の動作を実行する機能部分が本発明でいう噴射圧力検知部として構成されている。ECU100において、前記(d)の動作を実行する機能部分が本発明でいう局所空燃比算出部として構成されている。ECU100において、前記(e)の動作を実行する機能部分が本発明でいう残存酸素量算出部として構成されている。前記(f)の動作を実行する機能部分が本発明でいう要求筒内流動量算出部として構成されている。前記(g)の動作を実行する機能部分が本発明でいうアフタ噴射制御量算出部として構成されている。前記(h)の動作を実行する機能部分が本発明でいうアフタ噴射指令部として構成されている。   These operations are executed by the ECU 100. For this reason, in the ECU 100, a functional part that executes the operation (a) is configured as an actual gas state quantity calculation unit referred to in the present invention. In the ECU 100, a functional part that executes the operation (b) is configured as a reference injection control amount acquisition unit referred to in the present invention. In the ECU 100, a functional part that executes the operation (c) is configured as an injection pressure detection unit in the present invention. In the ECU 100, a functional part that executes the operation (d) is configured as a local air-fuel ratio calculating unit in the present invention. In the ECU 100, a functional part that executes the operation (e) is configured as a residual oxygen amount calculation unit in the present invention. The functional part that executes the operation (f) is configured as a required in-cylinder flow amount calculation unit in the present invention. The functional part that executes the operation (g) is configured as an after-injection control amount calculation unit in the present invention. The functional part that executes the operation (h) is configured as an after injection command unit in the present invention.

これら実ガス状態量算出部、基準噴射制御量取得部、噴射圧力検知部、局所空燃比算出部、残存酸素量算出部、要求筒内流動量算出部、アフタ噴射制御量算出部、および、アフタ噴射指令部によって本発明に係る制御装置が構成されている。   These actual gas state amount calculation unit, reference injection control amount acquisition unit, injection pressure detection unit, local air-fuel ratio calculation unit, residual oxygen amount calculation unit, required in-cylinder flow amount calculation unit, after injection control amount calculation unit, and after A control device according to the present invention is constituted by the injection command section.

以下、このアフタ噴射制御の具体的な手順について図4のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、エンジン1の始動後、クランクシャフトが所定角度だけ回転する毎(より具体的には、何れかの気筒でアフタ噴射が開始される前のタイミングとなる毎;例えばピストン13が圧縮上死点に達する前の所定クランク角度位置となるタイミング毎:本実施形態に係るエンジンは4気筒であるので180°CA毎)に前記ECU100において開始される。なお、以下では、本アフタ噴射制御においてアフタ噴射制御量が規定される気筒(アフタ噴射が開始される前のタイミングを迎えている気筒)を制御対象気筒と呼ぶ。   Hereinafter, a specific procedure of the after injection control will be described with reference to the flowchart of FIG. This flowchart shows after every start of the engine 1 every time the crankshaft rotates by a predetermined angle (more specifically, every time before after-injection starts in any cylinder; for example, the piston 13 is compressed Every timing at which the predetermined crank angle position is reached before reaching the dead point: Since the engine according to the present embodiment has four cylinders, the ECU 100 is started every 180 ° CA). Hereinafter, a cylinder in which the after-injection control amount is defined in the after-injection control (a cylinder that has reached the timing before after-injection is started) is referred to as a control target cylinder.

先ず、ステップST1において、現在のエンジン運転状態におけるガス量(実ガス量)gcyl、ガス組成(実ガス組成)Cが算出される。   First, in step ST1, a gas amount (actual gas amount) gcyl and a gas composition (actual gas composition) C in the current engine operating state are calculated.

実ガス量gcylは、制御対象気筒内に導入されている実際の吸気の質量であって、エアフローメータ43および吸気温センサ49からの出力信号等に基づいて求められる。例えば所定期間中(例えば制御対象気筒の吸気バルブ16の開弁時から閉弁時までの期間中)における吸入空気量(エアフローメータ43からの出力信号に基づいて算出される吸入空気量の積算値)、および、吸気温度(吸気温センサ49からの出力信号によって検知される吸気温度)をパラメータとする所定の演算式またはマップから実ガス量gcylを求める。そして、吸入空気量が多いほど、また、吸気温度が低いほど、この実ガス量gcylが大きい値として算出される。また、前記エアフローメータ43からの出力信号等に基づいて求められたガス量にEGRガス量(前記EGRマップから読み出されるEGR率を達成するためのEGRガス量)を加算して実ガス量gcylを算出するようにしてもよい。   The actual gas amount gcyl is the actual intake air mass introduced into the cylinder to be controlled, and is obtained based on output signals from the air flow meter 43 and the intake air temperature sensor 49. For example, the intake air amount (the integrated value of the intake air amount calculated based on the output signal from the air flow meter 43) during a predetermined period (for example, during the period from when the intake valve 16 of the cylinder to be controlled is opened to when it is closed) ) And a predetermined arithmetic expression or map using the intake air temperature (the intake air temperature detected by the output signal from the intake air temperature sensor 49) as a parameter, the actual gas amount gcyl is obtained. The actual gas amount gcyl is calculated as a larger value as the intake air amount is larger and the intake air temperature is lower. Further, an actual gas amount gcyl is obtained by adding an EGR gas amount (an EGR gas amount for achieving an EGR rate read from the EGR map) to a gas amount obtained based on an output signal from the air flow meter 43 or the like. You may make it calculate.

実ガス組成Cは、制御対象気筒内に導入されているガス中の実際の酸素濃度であって、EGR率および空燃比(A/F)等から求められる。EGR率は、前述した如くEGRマップから読み出される。空燃比は空燃比センサ4Bからの出力信号によって検知される。この実ガス組成Cは、EGR率および空燃比(A/F)をパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。そして、EGR率が低いほど、また、空燃比(A/F)が大きいほど、この実ガス組成C(ガス中の酸素濃度)は高い値として算出される。   The actual gas composition C is an actual oxygen concentration in the gas introduced into the cylinder to be controlled, and is obtained from the EGR rate, the air-fuel ratio (A / F), and the like. The EGR rate is read from the EGR map as described above. The air-fuel ratio is detected by an output signal from the air-fuel ratio sensor 4B. The actual gas composition C is obtained from a predetermined arithmetic expression or map using the EGR rate and the air-fuel ratio (A / F) as parameters. The actual gas composition C (oxygen concentration in the gas) is calculated as a higher value as the EGR rate is lower and as the air-fuel ratio (A / F) is larger.

これらの動作が、本発明でいう「実ガス状態量算出部による動作であって、気筒内における実際のガス量および実際のガス組成を算出する動作」に相当する。   These operations correspond to the “operations by the actual gas state quantity calculation unit, which calculate the actual gas amount and the actual gas composition in the cylinder” according to the present invention.

ステップST2では、現在のエンジン回転速度およびエンジン負荷に対応する運転格子点(現在の機関運転状態)に割り当てられた(前記ROMに記憶された)基準噴射制御量が取得される。具体的には、現在のエンジン運転状態における運転格子点に割り当てられたメイン噴射およびアフタ噴射それぞれの基準噴射量q1,q2および基準噴射時期inj1,inj2が取得される。   In step ST2, the reference injection control amount (stored in the ROM) assigned to the operating grid point (current engine operating state) corresponding to the current engine speed and engine load is acquired. Specifically, the reference injection amounts q1 and q2 and the reference injection timings inj1 and inj2 for the main injection and the after injection assigned to the operation grid points in the current engine operating state are acquired.

このステップST2の動作が、本発明でいう「基準噴射制御量取得部による動作であって、機関運転状態に応じて予め規定されているメイン噴射およびアフタ噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期の各基準噴射制御量のうち、現在の機関運転状態に応じた基準噴射制御量を取得する動作」に相当する。   The operation of this step ST2 is the “operation by the reference injection control amount acquisition unit” according to the present invention, and the reference injection amount and the reference injection timing of each of the main injection and the after injection that are defined in advance according to the engine operating state. This corresponds to “operation for acquiring a reference injection control amount corresponding to the current engine operating state” among the respective reference injection control amounts.

ステップST3では、レール圧(燃料噴射圧)pcrが検知される。このレール圧pcrは、レール圧センサ41からの出力信号によって検知される。   In step ST3, rail pressure (fuel injection pressure) pcr is detected. This rail pressure pcr is detected by an output signal from the rail pressure sensor 41.

このステップST3の動作が、本発明でいう「噴射圧力検知部による動作であって、燃料の噴射圧力を検知する動作」に相当する。   The operation in step ST3 corresponds to the “operation by the injection pressure detection unit, which detects the fuel injection pressure” in the present invention.

ステップST4では、局所A/F(局所空燃比)を算出する。この局所A/Fは、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場におけるアフタ噴射の基準噴射時期inj2での空燃比である。つまり、メイン噴射燃料が着火し、その燃焼場で酸素を消費しながら燃焼を継続している状態において、アフタ噴射が開始されるタイミング(アフタ噴射の基準噴射時期inj2)でのメイン噴射燃料の燃焼場の空燃比が、このステップST4で算出される。   In step ST4, a local A / F (local air-fuel ratio) is calculated. This local A / F is the air-fuel ratio at the reference injection timing inj2 of the after injection in the combustion field of the fuel injected by the main injection. That is, in the state where the main injection fuel is ignited and the combustion is continued while consuming oxygen in the combustion field, the combustion of the main injection fuel at the timing when the after injection is started (the reference injection timing inj2 of the after injection) The field air-fuel ratio is calculated in step ST4.

この局所A/Fは、実ガス量gcyl、実ガス組成C、メイン噴射の基準噴射量q1、メイン噴射の基準噴射時期inj1、アフタ噴射の基準噴射時期inj2、レール圧pcrをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。そして、実ガス量gcylが少ないほど、実ガス組成C(ガス中の酸素濃度)が低いほど、メイン噴射の基準噴射量q1が多いほど、メイン噴射の基準噴射時期inj1が進角側であるほど(メイン噴射が実行される際の筒内圧が高いほど)、また、アフタ噴射の基準噴射時期inj2が進角側であるほど(アフタ噴射が実行される際におけるメイン噴射燃料の噴霧の拡がりが小さいほど)、局所A/Fは低い値(リッチ側の値)として算出される。   This local A / F is a predetermined value using the actual gas amount gcyl, the actual gas composition C, the main injection reference injection amount q1, the main injection reference injection timing inj1, the after injection reference injection timing inj2, and the rail pressure pcr as parameters. It is obtained from an arithmetic expression or a map. The smaller the actual gas amount gcyl, the lower the actual gas composition C (oxygen concentration in the gas), the greater the reference injection amount q1 of the main injection, the closer the reference injection timing inj1 of the main injection is to the advance side. (The higher the in-cylinder pressure when the main injection is executed) and the more the reference injection timing inj2 of the after injection is on the advance side (the spread of the main injected fuel spray is smaller when the after injection is executed) The local A / F is calculated as a low value (rich side value).

このステップST4の動作が、本発明でいう「局所空燃比算出部による動作であって、ガス量、ガス組成、基準噴射制御量、および、燃料の噴射圧力に基づいて、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場におけるアフタ噴射の基準噴射時期での空燃比を局所空燃比として算出する動作」に相当する。   The operation of this step ST4 is “the operation by the local air-fuel ratio calculating section” in the present invention, which is injected in the main injection based on the gas amount, the gas composition, the reference injection control amount, and the fuel injection pressure. This corresponds to the operation of calculating the air-fuel ratio at the reference injection timing of after-injection in the fuel combustion field as the local air-fuel ratio.

ステップST5では、アフタ噴射の基準噴射時期inj2における気筒内の残存酸素量Orを算出する。前述したように、メイン噴射燃料の燃焼時には、インジェクタ23の周辺であって燃焼室3の中央部分には多くの酸素が残存している。気筒内全体を考えた場合、メイン噴射の実行前の酸素量から、メイン噴射燃料の燃焼によって消費された酸素量を減じた量だけ気筒内には酸素が残存することになる。このため、メイン噴射燃料の燃焼量に応じて残存酸素量Orは変化することになる。このステップST5では、この残存酸素量Orを算出している。この残存酸素量Orが多いほど、メイン噴射燃料の燃焼場に送り込むことが可能な酸素量が多く得られる状況となっている。   In step ST5, the residual oxygen amount Or in the cylinder at the reference injection timing inj2 of the after injection is calculated. As described above, at the time of combustion of the main injection fuel, a large amount of oxygen remains around the injector 23 and in the central portion of the combustion chamber 3. When the entire cylinder is considered, oxygen remains in the cylinder by an amount obtained by subtracting the amount of oxygen consumed by the combustion of the main injection fuel from the amount of oxygen before execution of the main injection. For this reason, the residual oxygen amount Or changes according to the combustion amount of the main injection fuel. In step ST5, the residual oxygen amount Or is calculated. The larger the residual oxygen amount Or, the larger the amount of oxygen that can be sent to the combustion field of the main injected fuel.

この残存酸素量Orは、実ガス量gcyl、実ガス組成C、メイン噴射の基準噴射量q1、メイン噴射の基準噴射時期inj1、アフタ噴射の基準噴射時期inj2、レール圧pcrをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。そして、実ガス量gcylが多いほど、実ガス組成C(ガス中の酸素濃度)が高いほど、メイン噴射の基準噴射量q1が少ないほど、メイン噴射の基準噴射時期inj1が遅角側であるほど(メイン噴射が実行される際の筒内圧が低く、メイン噴射燃料の燃焼場が外周側に位置するほど)、また、アフタ噴射の基準噴射時期inj2が進角側であるほど(アフタ噴射が実行される際におけるメイン噴射燃料の噴霧の拡がりが小さいほど)、残存酸素量Orは多い値として算出される。   This residual oxygen amount Or is a predetermined amount using the actual gas amount gcyl, the actual gas composition C, the main injection reference injection amount q1, the main injection reference injection timing inj1, the after injection reference injection timing inj2, and the rail pressure pcr as parameters. Calculated from an arithmetic expression or map The larger the actual gas amount gcyl, the higher the actual gas composition C (oxygen concentration in the gas), the smaller the reference injection amount q1 of the main injection, and the closer the reference injection timing inj1 of the main injection is to the retard side. (The lower the in-cylinder pressure when the main injection is executed and the more the combustion field of the main injected fuel is located on the outer peripheral side), and the more the reference injection timing inj2 of the after injection is on the advanced side (after injection is executed) The smaller the spread of the main injected fuel spray is, the more the remaining oxygen amount Or is calculated.

このステップST5の動作が、本発明でいう「残存酸素量算出部による動作であって、ガス量、ガス組成、基準噴射制御量、および、燃料の噴射圧力に基づいて、アフタ噴射の基準噴射時期における気筒内の残存酸素量を算出する動作」に相当する。   The operation of this step ST5 is an operation by the “residual oxygen amount calculating section” in the present invention, and the reference injection timing of the after injection is based on the gas amount, the gas composition, the reference injection control amount, and the fuel injection pressure. Corresponds to the operation of calculating the residual oxygen amount in the cylinder.

ステップST6では、要求筒内流動量Rを算出する。この要求筒内流動量Rは、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域(具体的には、燃焼室3の中央部分)に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量(気筒内でのガスの移動量)である。具体的には、メイン噴射燃料の燃焼場で発生するスモーク量が規制の範囲内となるための酸素量を過不足無くこのメイン噴射燃料の燃焼場に送り込むために必要な気筒内の流動量が算出される。   In step ST6, a required in-cylinder flow amount R is calculated. This required in-cylinder flow amount R is for introducing oxygen remaining in a region other than this combustion field (specifically, the central portion of the combustion chamber 3) into the combustion field of the fuel injected by the main injection. The amount of flow in the cylinder required for the above (the amount of gas movement in the cylinder). Specifically, the amount of flow in the cylinder necessary to send the amount of oxygen generated in the combustion field of the main injection fuel to the combustion field of the main injection fuel without excess or deficiency is sufficient for the amount of oxygen generated within the regulation range. Calculated.

この要求筒内流動量Rは、局所A/F、実ガス組成C、残存酸素量Orそれぞれを変数とする予め規定された演算式によって算出される。または、局所A/F、実ガス組成C、残存酸素量Orそれぞれをパラメータとして要求筒内流動量Rを求めるマップが実験などによって作成されてECU100のROMに記憶され、このマップ(要求筒内流動量算出マップ)を参照することで要求筒内流動量Rを求めるようにしてもよい。   The required in-cylinder flow amount R is calculated by a predetermined arithmetic expression using the local A / F, the actual gas composition C, and the residual oxygen amount Or as variables. Alternatively, a map for determining the required in-cylinder flow amount R using the local A / F, the actual gas composition C, and the residual oxygen amount Or as parameters is created by experiment and stored in the ROM of the ECU 100. The required in-cylinder flow amount R may be obtained by referring to the amount calculation map.

図5は、ある酸素濃度(実ガス組成C)における要求筒内流動量算出マップの一例を示す図である。この要求筒内流動量算出マップは、横軸が局所A/Fであり、縦軸が要求筒内流動量Rである。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a required in-cylinder flow amount calculation map at a certain oxygen concentration (actual gas composition C). In this required in-cylinder flow amount calculation map, the horizontal axis is the local A / F, and the vertical axis is the required in-cylinder flow amount R.

この要求筒内流動量算出マップは、局所A/Fが小さいほど、要求筒内流動量Rとしては大きな値が求められるものとなっている。これは、局所A/F(メイン噴射燃料の燃焼場の空燃比)が小さいほど、スモークの発生量を抑えるためには多くの酸素量をメイン噴射燃料の燃焼場に送り込む必要があり、そのためには、筒内流動量を大きく得ることが必要であることを考慮したものである。   In this required in-cylinder flow amount calculation map, the smaller the local A / F, the greater the required in-cylinder flow amount R that is required. This is because, as the local A / F (air-fuel ratio of the combustion field of the main injection fuel) is smaller, in order to suppress the amount of smoke generated, it is necessary to send a larger amount of oxygen to the combustion field of the main injection fuel. Considering that it is necessary to obtain a large in-cylinder flow rate.

また、この要求筒内流動量算出マップは、残存酸素量Orが少ないほど、要求筒内流動量Rとしては大きな値が求められるものとなっている。これは、残存酸素量Orが少ない場合、同一筒内流動量では、メイン噴射燃料の燃焼場に送り込むことができる酸素量が少なくなってしまい、スモークの発生量が多くなる可能性があるため、この酸素量を多く確保するべく、筒内流動量を大きく得ることが必要であることを考慮したものである。   Further, in this required in-cylinder flow amount calculation map, the smaller the remaining oxygen amount Or, the greater the required in-cylinder flow amount R is required. This is because, when the residual oxygen amount Or is small, the amount of oxygen that can be sent to the combustion field of the main injected fuel decreases with the same in-cylinder flow amount, and the amount of smoke generated may increase. This is because it is necessary to obtain a large in-cylinder flow rate in order to secure a large amount of oxygen.

このような所定の酸素濃度(実ガス組成C)を対象とした要求筒内流動量算出マップが、各酸素濃度毎にROMに記憶されている。各要求筒内流動量算出マップでは、酸素濃度が低いほど、要求筒内流動量Rとしては大きな値が求められるようになっている。これは、酸素濃度が低い場合、同一筒内流動量では、メイン噴射燃料の燃焼場に送り込むことができる酸素量が少なくなってしまい、スモークの発生量が多くなる可能性があるため、この酸素量を多く確保するべく、筒内流動量を大きく得ることが必要であることを考慮したものである。   A required in-cylinder flow amount calculation map for such a predetermined oxygen concentration (actual gas composition C) is stored in the ROM for each oxygen concentration. In each required in-cylinder flow amount calculation map, the lower the oxygen concentration, the larger the required in-cylinder flow amount R is obtained. This is because when the oxygen concentration is low, the amount of oxygen that can be sent to the combustion field of the main injected fuel decreases with the same in-cylinder flow amount, and the amount of smoke generated may increase. This is because it is necessary to obtain a large in-cylinder flow amount in order to secure a large amount.

このステップST6の動作が、本発明でいう「要求筒内流動量算出部による動作であって、局所空燃比、ガス組成、気筒内の残存酸素量に基づいて、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を要求筒内流動量として算出する動作」に相当する。   The operation of this step ST6 is an operation by the “required in-cylinder flow amount calculation unit” according to the present invention, which is based on the local air-fuel ratio, gas composition, and residual oxygen amount in the cylinder. This corresponds to the operation of calculating, as a required in-cylinder flow amount, a flow amount in the cylinder necessary for introducing oxygen remaining in a region other than the combustion field into the combustion field.

ステップST7では、アフタ噴射の制御量(アフタ噴射回数、アフタ噴射量およびアフタ噴射時期)を決定する。つまり、ステップST6で算出された要求筒内流動量Rを得るためのアフタ噴射の制御量が算出されることになる。このアフタ噴射の制御量は、要求筒内流動量Rおよび実ガス量gcylをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。   In step ST7, the control amount of the after injection (the number of after injections, the after injection amount, and the after injection timing) is determined. That is, the after injection control amount for obtaining the required in-cylinder flow amount R calculated in step ST6 is calculated. The control amount of the after injection is obtained from a predetermined arithmetic expression or map using the required in-cylinder flow amount R and the actual gas amount gcyl as parameters.

なお、ここでは、アフタ噴射回数、アフタ噴射量およびアフタ噴射時期のうちの一つを補正する場合を例に挙げて説明する。   Here, a case where one of the number of after injections, the after injection amount, and the after injection timing is corrected will be described as an example.

図6は、アフタ噴射回数のみを補正する場合に使用されるアフタ噴射回数算出マップの一例を示す図である。このアフタ噴射回数算出マップは、横軸が要求筒内流動量Rであり、縦軸がアフタ噴射回数である。そして、要求筒内流動量Rが多いほど、アフタ噴射回数が多い値として求められるようになっている。これは、アフタ噴射回数が多いほど、アフタ噴射燃料による気筒内のガス流動の発生回数が多くなって、ガスの移動量を大きく得ることができるからである。また、実ガス量gcylが多いほど、アフタ噴射回数が多い値として求められるようになっている。これは、実ガス量gcylが多いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が小さくなり、気筒内のガス流動も小さくなる傾向にあるため、十分なガス流動を得るべく、アフタ噴射回数を多くするものである。   FIG. 6 is a diagram showing an example of an after injection number calculation map used when only the after injection number is corrected. In this after injection number calculation map, the horizontal axis is the required in-cylinder flow amount R, and the vertical axis is the number of after injections. The larger the required in-cylinder flow amount R, the greater the number of after injections. This is because as the number of after injections increases, the number of gas flows generated in the cylinder by the after-injected fuel increases, and the amount of gas movement can be increased. Further, the larger the actual gas amount gcyl, the greater the number of after injections. This is because as the actual gas amount gcyl increases, the penetration force of the after-injected fuel tends to decrease and the gas flow in the cylinder tends to decrease. Therefore, the number of after injections is increased in order to obtain a sufficient gas flow. is there.

図7は、アフタ噴射量のみを補正する場合に使用されるアフタ噴射量算出マップの一例を示す図である。このアフタ噴射量算出マップは、横軸が要求筒内流動量Rであり、縦軸がアフタ噴射量である。そして、要求筒内流動量Rが多いほど、アフタ噴射量が多い値として求められるようになっている。これは、アフタ噴射量が多いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が大きくなって、ガスの移動量を大きく得ることができるからである。また、実ガス量gcylが多いほど、アフタ噴射量が多い値として求められるようになっている。これは、実ガス量gcylが多いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が小さくなり、気筒内のガス流動も小さくなる傾向にあるため、十分なガス流動を得るべく、アフタ噴射量を多くするものである。   FIG. 7 is a diagram showing an example of an after injection amount calculation map used when correcting only the after injection amount. In this after injection amount calculation map, the horizontal axis is the required in-cylinder flow amount R, and the vertical axis is the after injection amount. The greater the required in-cylinder flow amount R, the greater the after-injection amount. This is because the penetration force of the after-injected fuel increases as the after-injection amount increases, and the amount of gas movement can be increased. Further, as the actual gas amount gcyl increases, the after injection amount increases. This is because as the actual gas amount gcyl increases, the penetration force of the after-injected fuel tends to decrease and the gas flow in the cylinder tends to decrease. Therefore, the after-injection amount is increased in order to obtain a sufficient gas flow. is there.

図8は、アフタ噴射時期のみを補正する場合に使用されるアフタ噴射時期算出マップの一例を示す図である。このアフタ噴射時期算出マップは、横軸が要求筒内流動量Rであり、縦軸がアフタ噴射時期である。そして、要求筒内流動量Rが多いほど、アフタ噴射時期が遅角側の値として求められるようになっている。これは、アフタ噴射時期を遅角側(筒内圧力が低くなる側)にするほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が大きくなって、ガスの移動量を大きく得ることができるからである。また、実ガス量gcylが多いほど、アフタ噴射時期が遅角側の値として求められるようになっている。これは、実ガス量gcylが多いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が小さくなり、気筒内のガス流動も小さくなる傾向にあるため、十分なガス流動を得るべく、アフタ噴射時期を遅角側にするものである。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an after injection timing calculation map used when only the after injection timing is corrected. In this after injection timing calculation map, the horizontal axis represents the required in-cylinder flow amount R, and the vertical axis represents the after injection timing. Then, as the required in-cylinder flow amount R increases, the after injection timing is obtained as a retarded value. This is because the penetration force of the after-injected fuel increases as the after-injection timing is retarded (the side where the in-cylinder pressure decreases), and the amount of gas movement can be increased. Further, as the actual gas amount gcyl increases, the after injection timing is obtained as a retarded value. This is because as the actual gas amount gcyl increases, the penetration force of the after-injected fuel tends to decrease and the gas flow in the cylinder tends to decrease. Therefore, in order to obtain a sufficient gas flow, the after injection timing is set to the retarded side. To do.

また、アフタ噴射回数、アフタ噴射量およびアフタ噴射時期のうち複数の噴射制御量を補正する場合には、その複数の噴射制御量と筒内流動量との関係を実験などによって検証し、その検証結果によって算出マップを作成して、この算出マップに従って各噴射制御量を補正することになる。   Also, when correcting multiple injection control amounts among the number of after injections, after injection amount, and after injection timing, the relationship between the multiple injection control amounts and the in-cylinder flow amount is verified through experiments, etc. A calculation map is created based on the result, and each injection control amount is corrected according to the calculation map.

このステップST7の動作が、本発明でいう「アフタ噴射制御量算出部による動作であって、要求筒内流動量を得るためのアフタ噴射の制御量を算出する動作」に相当する。   The operation of step ST7 corresponds to the “operation by the after-injection control amount calculation unit, which calculates the control amount of after-injection for obtaining the required in-cylinder flow amount” in the present invention.

ステップST8では、アフタ噴射の実行タイミングになったか(クランク角度位置がアフタ噴射の実行クランク角度位置になったか)否かを判定する。   In step ST8, it is determined whether or not it is time to execute after injection (whether the crank angle position has become the execution crank angle position of after injection).

未だ、アフタ噴射の実行タイミングに達していない場合には、ステップST8でNO判定されて、この実行タイミングに達するのを待つ。   If the after-injection execution timing has not yet been reached, a NO determination is made in step ST8 to wait until this execution timing is reached.

アフタ噴射の実行タイミングに達し、ステップST8でYES判定された場合には、ステップST9に移り、アフタ噴射を実行する。   When the after injection execution timing has been reached and YES is determined in step ST8, the process proceeds to step ST9, where after injection is executed.

このステップST9の動作が、本発明でいう「アフタ噴射指令部による動作であって、算出されたアフタ噴射の制御量で燃料噴射弁からのアフタ噴射を実行させる動作」に相当する。   The operation of step ST9 corresponds to the “operation by the after-injection command unit, which executes after-injection from the fuel injection valve with the calculated control amount of after-injection” in the present invention.

以上の動作が、クランクシャフトが所定角度だけ回転する毎(何れかの気筒でアフタ噴射が開始される前のタイミングとなる毎)に繰り返されることになる。   The above operation is repeated every time the crankshaft rotates by a predetermined angle (every time before after-injection is started in any cylinder).

このようなアフタ噴射制御が行われるため、前記ECU100によって(より具体的には、前述したECU100における各機能部分によって)本発明に係る内燃機関の制御装置が構成される。この制御装置は、前記クランクポジションセンサ40、レール圧センサ41、エアフローメータ43、アクセル開度センサ47、吸気温センサ49、空燃比センサ4B等からの各信号を入力信号として受信する構成となっている。また、この制御装置は、各インジェクタ23にアフタ噴射の指令信号を出力信号として出力する構成となっている。   Since such after-injection control is performed, the ECU 100 (more specifically, each functional portion of the ECU 100 described above) constitutes a control device for an internal combustion engine according to the present invention. This control device receives each signal from the crank position sensor 40, rail pressure sensor 41, air flow meter 43, accelerator opening sensor 47, intake air temperature sensor 49, air-fuel ratio sensor 4B, etc. as an input signal. Yes. Further, this control device is configured to output an after injection command signal to each injector 23 as an output signal.

以上説明したように本実施形態では、メイン噴射燃料の燃焼場における局所A/Fや気筒内の残存酸素量Orに基づいて、メイン噴射燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量(要求筒内流動量Or)を求め、この要求筒内流動量Orが得られるようにアフタ噴射の制御量を調整している。このため、過渡運転時であっても、メイン噴射燃料の燃焼場での酸素不足を解消し、メイン噴射燃料の燃焼場でのスモークの発生を抑制し、排気エミッションの改善を図ることができる。また、本実施形態では、フィードフォワード制御によってアフタ噴射の制御量を決定するものとなっている。このため、スモークの発生を未然に防止することができる。   As described above, in the present embodiment, the fuel remaining in the combustion field of the main injection fuel in the region other than the combustion field based on the local A / F in the combustion field of the main injection fuel and the residual oxygen amount Or in the cylinder. The flow amount in the cylinder (required in-cylinder flow amount Or) required to introduce the oxygen that is being supplied is obtained, and the control amount of the after injection is adjusted so that the required in-cylinder flow amount Or is obtained. For this reason, even during the transient operation, it is possible to solve the shortage of oxygen in the combustion field of the main injection fuel, suppress the generation of smoke in the combustion field of the main injection fuel, and improve exhaust emission. In the present embodiment, the control amount of after injection is determined by feedforward control. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of smoke.

また、メイン噴射燃料の燃焼場に過不足無く酸素を導入することができるので、アフタ噴射燃料の燃焼場で酸素不足を招くことが抑制でき、アフタ噴射の機能を十分に発揮させることもできる。   Moreover, since oxygen can be introduced into the combustion field of the main injection fuel without excess or deficiency, it is possible to suppress the oxygen shortage in the combustion field of the after injection fuel, and the after injection function can be sufficiently exhibited.

−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載された直列4気筒ディーゼルエンジン1に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
-Other embodiments-
In the embodiment described above, the case where the present invention is applied to the in-line four-cylinder diesel engine 1 mounted on an automobile has been described. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, horizontally opposed engine, etc.) are not particularly limited.

また、前記実施形態ではコンベンショナル車両(駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両)のエンジン1に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド車両(駆動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載した車両)のエンジンに対しても本発明は適用可能である。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where this invention was applied to the engine 1 of a conventional vehicle (vehicle which mounted only an engine as a driving force source), the vehicle which mounts an engine and an electric motor as a driving force source. The present invention can also be applied to the engine.

本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおけるアフタ噴射制御に適用可能である。   The present invention is applicable to after-injection control in a diesel engine mounted on an automobile.

1 エンジン(内燃機関)
3 燃焼室
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
100 ECU
1 engine (internal combustion engine)
3 Combustion chamber 23 Injector (fuel injection valve)
100 ECU

Claims (1)

燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の自着火による燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射として、メイン噴射およびアフタ噴射それぞれを実行させる制御装置において、
前記気筒内における実際のガス量および実際のガス組成を算出する実ガス状態量算出部と、
機関運転状態に応じて予め規定されている前記メイン噴射および前記アフタ噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期の各基準噴射制御量のうち、現在の機関運転状態に応じた基準噴射制御量を取得する基準噴射制御量取得部と、
前記燃料の噴射圧力を検知する噴射圧力検知部と、
前記ガス量、前記ガス組成、前記基準噴射制御量、および、前記燃料の噴射圧力に基づいて、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場における前記アフタ噴射の基準噴射時期での空燃比を局所空燃比として算出する局所空燃比算出部と、
前記ガス量、前記ガス組成、前記基準噴射制御量、および、前記燃料の噴射圧力に基づいて、前記アフタ噴射の基準噴射時期における気筒内の残存酸素量を算出する残存酸素量算出部と、
前記局所空燃比、前記ガス組成、前記気筒内の残存酸素量に基づいて、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を要求筒内流動量として算出する要求筒内流動量算出部と、
前記要求筒内流動量を得るための前記アフタ噴射の制御量を算出するアフタ噴射制御量算出部と、
前記算出されたアフタ噴射の制御量で前記燃料噴射弁からのアフタ噴射を実行させるアフタ噴射指令部と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
A control device that is applied to a compression self-ignition internal combustion engine that performs combustion by self-ignition of fuel injected into a cylinder from a fuel injection valve, and that performs main injection and after injection as fuel injection from the fuel injection valve In
An actual gas state quantity calculating unit for calculating an actual gas amount and an actual gas composition in the cylinder;
The reference injection control amount corresponding to the current engine operating state is acquired from the reference injection amount of each of the main injection and the after injection and the reference injection control amount of the reference injection timing that are prescribed in advance according to the engine operating state. A reference injection control amount acquisition unit,
An injection pressure detector for detecting an injection pressure of the fuel;
Based on the gas amount, the gas composition, the reference injection control amount, and the injection pressure of the fuel, the air-fuel ratio at the reference injection timing of the after injection in the combustion field of the fuel injected by the main injection is locally determined. A local air-fuel ratio calculating unit that calculates the air-fuel ratio;
A residual oxygen amount calculation unit that calculates a residual oxygen amount in a cylinder at a reference injection timing of the after injection based on the gas amount, the gas composition, the reference injection control amount, and the injection pressure of the fuel;
In order to introduce oxygen remaining in a region other than the combustion field into the combustion field of the fuel injected by the main injection based on the local air-fuel ratio, the gas composition, and the residual oxygen amount in the cylinder A required in-cylinder flow amount calculation unit for calculating a required in-cylinder flow amount as a required in-cylinder flow amount;
An after injection control amount calculating unit for calculating a control amount of the after injection for obtaining the required in-cylinder flow amount;
An after-injection command section for executing after-injection from the fuel injection valve with the calculated control amount of after-injection;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
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