JP2018040264A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
特許文献1には、従来の内燃機関の制御装置として、燃焼室内で濃度差が生じるようにオゾンを供給して予混合の圧縮自着火燃焼を行うことで、予混合気の圧縮自着火時期に時間差を生じさせて熱発生時期を分散させるように構成されたものが開示されている。
In
しかしながら、前述した従来の内燃機関の制御装置では、例えば外気温の変化等によって予混合気の圧縮自着火時期が目標自着火時期よりも進角した場合に、予混合気の圧縮自着火時期を目標自着火時期に制御するには、オゾン供給量を減少させて予混合気の着火遅れ時間を長くする必要がある。そうすると、オゾン濃度差も小さくなってしまうので、予混合気の圧縮自着火時期に時間差を生じさせにくくなり、熱発生時期を十分に分散させることができなくなるという問題点がある。 However, in the above-described conventional control device for an internal combustion engine, when the compression ignition timing of the premixed gas advances from the target ignition timing due to, for example, a change in the outside air temperature, the compression ignition timing of the premixed gas is set. In order to control the target self-ignition timing, it is necessary to reduce the ozone supply amount and increase the ignition delay time of the premixed gas. In this case, the difference in ozone concentration also becomes small, so that it becomes difficult to cause a time difference in the compression auto-ignition timing of the premixed gas, and the heat generation timing cannot be sufficiently dispersed.
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、外気温の変化等によって予混合気の圧縮自着火時期が目標自着火時期に対してずれるような状況となった場合においても、予混合気の圧縮自着火時期に所望の時間差を生じさせて熱発生時期を分散させることができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems, and even when the compression auto-ignition timing of the premixed gas is shifted from the target auto-ignition timing due to changes in the outside air temperature, etc. It is an object of the present invention to provide a desired time difference in the compression ignition timing of the premixed gas so that the heat generation timing can be dispersed.
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、燃焼室内において濃度差が生じるように、当該燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置が、燃料の一部を前記点火プラグによって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が燃焼室内で生じるように、燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と点火プラグの点火時期とを制御する燃焼制御部と、オゾン供給装置による燃焼室へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、を備える。燃焼制御部は、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の予想自着火時期が目標自着火時期となるように、燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と前記点火プラグの点火時期とを制御し、オゾン供給量制御部は、予混合圧縮自着火燃焼させる前記残りの燃料の量に基づいて、オゾン供給量を制御するように構成される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, an engine body, a fuel injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber of the engine body, and an ignition plug disposed so as to face the combustion chamber And an ozone supply device for supplying ozone directly or indirectly to the combustion chamber so that a difference in concentration occurs in the combustion chamber. The fuel injection valve injection amount and the injection amount are set such that ignition assist auto-ignition combustion occurs in the combustion chamber in which the ignition plug causes the remaining fuel to be premixed compression auto-ignition combustion using the heat generated by the spark plug. A combustion control unit that controls the timing and the ignition timing of the spark plug; and an ozone supply amount control unit that controls the amount of ozone supplied to the combustion chamber by the ozone supply device. The combustion control unit controls the injection amount and injection timing of the fuel injection valve and the ignition timing of the spark plug so that the expected self-ignition timing when the ignition assist self-ignition combustion is performed becomes the target self-ignition timing. The ozone supply amount control unit is configured to control the ozone supply amount based on the amount of the remaining fuel to be premixed compression self-ignition combustion.
本発明のこの態様によれば、外気温の変化等によって予混合気の圧縮自着火時期が目標自着火時期に対してずれるような状況となった場合においても、予混合気の圧縮自着火時期に所望の時間差を生じさせて熱発生時期を分散させることができる。 According to this aspect of the present invention, the compression ignition timing of the premixed gas even when the compression ignition timing of the premixed gas deviates from the target ignition timing due to a change in the outside air temperature or the like. It is possible to disperse the heat generation time by producing a desired time difference.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
まず、図1から図3Aを参照して本発明の一実施形態による内燃機関100、及び内燃機関100を制御する電子制御ユニット200の構成について説明する。図1は、本実施形態による内燃機関100、及び内燃機関100を制御する電子制御ユニット200の概略構成図である。図2は、内燃機関100の機関本体1の概略断面図である。図3Aは、気筒10をシリンダヘッド側から見た概略図である。
First, the configuration of an
内燃機関100は、複数の気筒10を備える機関本体1と、燃料供給装置2と、吸気装置3と、排気装置4と、吸気動弁装置5と、排気動弁装置6と、を備える。
The
機関本体1は、各気筒10に形成される燃焼室11内(図2参照)で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体1には、気筒毎に1つの点火プラグ16が、各気筒10の燃焼室11に臨むように設けられると共に、気筒毎に一対の吸気弁50と一対の排気弁60とが設けられる。図2に示すように、各気筒10の内部には、燃焼圧力を受けて各気筒10の内部を往復運動するピストン12が収められる。ピストン12は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン12の往復運動が回転運動に変換される。
The
燃料供給装置2は、電子制御式の燃料噴射弁20と、デリバリパイプ21と、サプライポンプ22と、燃料タンク23と、圧送パイプ24と、を備える。
The
燃料噴射弁20は、燃焼室11の中央頂部に配置され、各気筒10の燃焼室11に臨むように各気筒10に1つ設けられる。図2に示すように本実施形態では、点火プラグ16の電極部16aが、燃料噴射弁20の燃料噴射領域R内又は燃料噴射領域Rの近傍に位置するように、点火プラグ16に隣接して燃料噴射弁20を配置することで、燃料噴射の直後に燃料噴射領域R内又は燃料噴射領域Rの近傍の燃料噴霧に対して点火を行ういわゆるスプレーガイドが実施できるようにしている。。燃料噴射弁20の開弁時間(噴射量)及び開弁時期(噴射時期)は電子制御ユニット200からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁20が開弁されると燃料噴射弁20から燃焼室11内に直接燃料が噴射される。
The
デリバリパイプ21は、圧送パイプ24を介して燃料タンク23に接続される。圧送パイプ24の途中には、燃料タンク23に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ21に供給するためのサプライポンプ22が設けられる。デリバリパイプ21は、サプライポンプ22から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁20が開弁されると、デリバリパイプ21に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁20から燃焼室11内に直接噴射される。デリバリパイプ21には、デリバリパイプ21内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁20から気筒内に噴射される燃料の圧力(噴射圧)を検出するための燃圧センサ211が設けられる。
The
サプライポンプ22は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ22の吐出量は、電子制御ユニット200からの制御信号によって変更される。サプライポンプ22の吐出量を制御することで、デリバリパイプ21内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁20の噴射圧が制御される。
The
吸気装置3は、燃焼室11内に吸気を導くための装置であって、燃焼室11内に吸入される吸気の状態(吸気圧、吸気温、EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガス量)を変更することができるように構成されている。吸気装置3は、吸気通路30と、吸気マニホールド31と、EGR通路32と、を備える。
The
吸気通路30は、一端がエアクリーナ34に接続され、他端が吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aに接続される。吸気通路30には、上流から順にエアフローメータ212、排気ターボチャージャ7のコンプレッサ71、インタークーラ35及びスロットル弁36が設けられる。
One end of the
エアフローメータ212は、吸気通路30内を流れて最終的に気筒10内に吸入される空気の流量を検出する。
The
コンプレッサ71は、コンプレッサハウジング71aと、コンプレッサハウジング71a内に配置されたコンプレッサホイール71bと、を備える。コンプレッサホイール71bは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ7のタービンホイール72bによって回転駆動され、コンプレッサハウジング71a内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ7のタービン72には、タービンホイール72bの回転速度を制御するための可変ノズル72cが設けられており、可変ノズル72cによってタービンホイール72bの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング71a内から吐出される吸気の圧力(過給圧)が制御される。
The
インタークーラ35は、コンプレッサ71によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
The
スロットル弁36は、吸気通路30の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド31に導入する吸気量を調整する。スロットル弁36は、スロットルアクチュエータ36aによって開閉駆動され、スロットルセンサ213によってその開度(スロットル開度)が検出される。
The
吸気マニホールド31は、機関本体1に形成された吸気ポート14に接続されており、吸気通路30から流入してきた吸気を、吸気ポート14を介して各気筒10の燃焼室11内に均等に分配する。吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aには、筒内に吸入される吸気の圧力(吸気圧)を検出するための吸気圧センサ214と、筒内に吸入される吸気の温度(吸気温)を検出するための吸気温センサ215と、が設けられる。
The
EGR通路32は、排気マニホールド41と吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aを連通し、各気筒10から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ31aに戻すための通路である。以下、EGR通路32に流入した排気のことを「EGRガス」という。EGRガスを吸気コレクタ31a、ひいては各気筒10に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物(NOx)の排出を抑えることができる。EGR通路32には、上流から順にEGRクーラ37と、EGR弁38と、が設けられる。
The
EGRクーラ37は、EGRガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
The
EGR弁38は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット200によって制御される。EGR弁38の開度を制御することで、吸気コレクタ31aに還流させるEGRガスの流量が調節される。
The
排気装置4は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド41と、排気通路42と、を備える。
The exhaust device 4 is a device for discharging exhaust gas from the inside of the cylinder, and includes an
排気マニホールド41は、機関本体1に形成された排気ポート15に接続されており、各気筒10から排出された排気を纏めて排気通路42に導入する。
The
排気通路42には、上流から順に排気ターボチャージャ7のタービン72と、排気後処理装置43と、が設けられる。
The
タービン72は、タービンハウジング72aと、タービンハウジング72a内に配置されたタービンホイール72bと、を備える。タービンホイール72bは、タービンハウジング72a内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール71bを駆動する。
The
タービンホイール72bの外側には、前述した可変ノズル72cが設けられている。可変ノズル72cは絞り弁として機能し、可変ノズル72cのノズル開度(弁開度)は電子制御ユニット200によって制御される。可変ノズル72cのノズル開度を変化させることでタービンホイール72bを駆動する排気の流速をタービンハウジング72a内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル72cのノズル開度を変化させることで、タービンホイール72bの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル72cのノズル開度を小さくする(可変ノズル72cを絞る)と、排気の流速が上がってタービンホイール72bの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
The variable nozzle 72c described above is provided outside the
排気後処理装置43は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
The
吸気動弁装置5は、各気筒10の吸気弁50を開閉駆動するための装置であって、機関本体1に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置5は、吸気弁50の開閉時期を任意の時期に制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁50を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁50を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁50の開閉時期を任意の時期に制御できるようにしてもよい。
The intake
排気動弁装置6は、各気筒10の排気弁60を開閉駆動するための装置であって、機関本体1に設けられる。本実施形態による排気動弁装置6は、各気筒10の排気弁60を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。本実施形態ではこのような排気動弁装置6として、電子制御ユニット200によって制御される電磁アクチュエータを採用し、各気筒10の排気弁60を電磁アクチュエータによって開閉駆動することで、排気弁60の開閉時期やリフト量を任意の時期及びリフト量に制御している。なお、排気動弁装置6としては、電磁アクチュエータに限らず、例えば油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁60の開閉時期やリフト量を変更する動弁装置を採用することもできる。
The
図1及び図3Aに示すように、本実施形態による内燃機関100は、オゾン供給装置として放電プラグ81をさらに備える。放電プラグ81は、各気筒10の燃焼室11に臨むように、各気筒10にそれぞれ1つずつ設けられる。放電プラグ81は、電子制御ユニット200によって制御され、放電(無声放電やコロナ放電、ストリーマ放電等)によって燃焼室11内の酸素をオゾンに変換し、燃焼室11内にオゾンを供給する。
As shown in FIGS. 1 and 3A, the
図3Aに示すように本実施形態では、放電プラグ81を気筒10の中心に対して偏りをもって配置すると共に、吸気ポート14の燃焼室開口部14aと排気ポート15の燃焼室開口部15aとの間に配置している。また本実施形態では、吸気ポート14の一方の燃焼室開口部14aから燃焼室11内に吸入される吸気と、他方の燃焼室開口部14bから燃焼室11内に吸入される吸気と、が燃焼室11内で混合されるのを抑制するために、燃焼室開口部14a及び燃焼室開口部14bから燃焼室11内に吸入される吸気が、それぞれ燃焼室11内でタンブル流を起こすように吸気ポート14を形成している。
As shown in FIG. 3A, in the present embodiment, the
これにより、放電プラグ81によって吸気行程中にオゾンを生成することで、燃焼室11内において、吸気ポート14の燃焼室開口部14aから吸入された吸気が主に存在する領域のオゾン濃度を、吸気ポート14の燃焼室開口部14bから吸入された吸気が主に存在する領域のオゾン濃度よりも高くすることができる。このように本実施形態では、燃焼室11内で濃度差が生じるようにオゾンを供給することができるようにしている。
Thus, ozone is generated by the
なお、燃焼室11内で濃度差が生じるようにオゾンを供給する方法は、このような方法以に限られるものではない。
In addition, the method of supplying ozone so that a density | concentration difference may arise in the
例えば図3Bの本実施形態の第1変形例による内燃機関100のように、主に燃焼室開口部14aから燃焼室11内に吸入される吸気にオゾンが含まれるように、吸気ポート14に1つの放電プラグ81を設けても良い。また図3Cの本実施形態の第2変形例による内燃機関100のように、燃焼室開口部14a及び燃焼室開口部14bから燃焼室11内にそれぞれ吸入される吸気にオゾンが含まれるように2つの放電プラグ81を設け、各放電プラグ81によるオゾンの生成量を異ならせるようにしても良い。
For example, as in the
また図示はしないが、予め生成しておいたオゾンを噴射弁等によって燃焼室11内又は吸気ポート14内に噴射することによって、燃焼室11内で濃度差が生じるようにオゾンを供給することができるようにオゾン供給装置を構成しても良い。
Although not shown, ozone can be supplied so that a difference in concentration occurs in the
電子制御ユニット200は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス201によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)202、RAM(ランダムアクセスメモリ)203、CPU(マイクロプロセッサ)204、入力ポート205及び出力ポート206を備える。
The
入力ポート205には、前述した燃圧センサ211などの出力信号の他にも、機関本体1を冷却する冷却水温を検出するための水温センサ219、外気の湿度を検出するための湿度センサ220、及び燃料タンク23に供給された燃料の燃料性状を検出するための燃料性状センサ221などの出力信号が、対応する各AD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル231の踏み込み量(以下「アクセル踏込量」という。)に比例した出力電圧を発生する負荷センサ217の出力電圧が、対応するAD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体1のクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ218の出力信号が入力される。このように入力ポート205には、内燃機関100を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
In addition to the output signal from the
出力ポート206は、対応する駆動回路208を介して、燃料噴射弁20などの各制御部品に接続される。
The
電子制御ユニット200は、入力ポート205に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート206から出力して内燃機関100を制御する。以下、電子制御ユニット200が実施する内燃機関100の制御について説明する。
The
電子制御ユニット200は、機関運転状態(機関回転速度及び機関負荷)に基づいて、機関本体1の運転モードを火花点火運転モード(以下「SI運転モード」という。)、又は圧縮自着火運転モード(以下「CI運転モード」という。)のいずれかに切り替える。
The
具体的には電子制御ユニット200は、機関運転状態が図4に実線で囲まれた自着火領域RR内にあれば、運転モードをCI運転モードに切り替え、自着火領域RR以外の領域内にあれば、運転モードをSI運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット200は、各運転モードに応じた燃焼制御を実施する。
Specifically, the
電子制御ユニット200は、運転モードがSI運転モードのときには、基本的に燃焼室11内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の予混合気を形成して点火プラグ16による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体1の運転を行う。
When the operation mode is the SI operation mode, the
また電子制御ユニット200は、運転モードがCI運転モードのときには、基本的に燃焼室11内に理論空燃比よりもリーンな空燃比(例えば30〜40程度)の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行う。本実施形態では、予混合気として燃焼室11内の中央部に可燃層を有し、気筒内壁面の周りに空気層を有する成層予混合気を形成している。なお後述するように、本実施形態では予混合気を燃焼室11内で圧縮自着火燃焼させるにあたって、スプレーガイドによって燃料の一部を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、残りの燃料を圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼を実施している。このような着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させることで、筒内温度が比較的低い状態であっても予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能になると共に、予混合気の着火時期を任意の時期に制御することが容易となる。
In addition, when the operation mode is the CI operation mode, the
予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、NOxの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃HCの発生も抑制することができる。 Premixed compression auto-ignition combustion can be performed even when the air-fuel ratio is lean as compared with flame propagation combustion, and can be performed even when the compression ratio is increased. Therefore, by performing premixed compression auto-ignition combustion, fuel efficiency can be improved and thermal efficiency can be improved. In addition, since premixed compression self-ignition combustion has a lower combustion temperature than flame propagation combustion, generation of NOx can be suppressed. Furthermore, since there is sufficient oxygen around the fuel, the generation of unburned HC can be suppressed.
なお、予混合圧縮自着火燃焼を実施するには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、SI運転モード中のように予混合気を燃焼室11内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。そのため本実施形態では、例えば図5A及び図5Bに示すように、CI運転モード中は、必要に応じて排気弁60が排気行程の他に吸気行程でも開弁するように排気動弁装置6を制御している。このように、排気弁60を吸気行程中に再度開弁する排気弁2度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。これにより筒内温度を上昇させて、各気筒10の筒内温度を、予混合圧縮自着火燃焼を実施可能な温度に維持している。
In order to perform premixed compression self-ignition combustion, it is necessary to raise the in-cylinder temperature to a temperature at which the premixed gas can be self-ignited, and the premixed gas is burned into the combustion chamber as in the SI operation mode. It is necessary to make the in-cylinder temperature higher than in the case where all the flame propagation combustion is performed in the
図5Aに示すように、吸気弁50のリフト量が小さいときに排気弁60を開弁すれば、
多量の排気を自気筒に吸い戻すことができるので、筒内温度を大きく上昇させることができる。一方で図5Bに示すように、吸気弁50のリフト量がある程度大きくなった後に排気弁60を開弁すれば、筒内にある程度空気(新気)が吸入された後に排気が吸い戻されることになるので、自気筒に吸い戻す排気の量を抑えて筒内温度の上昇幅を抑えることができる。このように、排気弁2度開き動作を実施するタイミングに応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。本実施形態では、筒内ガス量中に占めるEGRガス量及び自気筒に吸い戻された排気の量の割合をEGR率と称する。
As shown in FIG. 5A, if the
Since a large amount of exhaust gas can be sucked back into the cylinder, the in-cylinder temperature can be greatly increased. On the other hand, as shown in FIG. 5B, if the
ところで、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室11内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火することになる。そのため、予混合気を火炎伝播燃焼させた場合よりも燃焼騒音が増大するという問題がある。
By the way, when the premixed gas is compressed and self-ignited and combusted, the fuel diffused in the
図6は、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期(図6の例では−50[deg.ATDC])に、燃料噴射弁20から機関負荷に応じた所定量の燃料を1回だけ噴射して圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。熱発生率(dQ/dθ)[J/deg.CA]とは、予混合気の燃焼によって生じる単位クランク角あたりの熱量、すなわち単位クランク角あたりの熱発生量Qのことである。なお以下の説明では、このクランク角と熱発生率との関係を示した燃焼波形のことを、必要に応じて「熱発生率パターン」という。
FIG. 6 shows that a predetermined amount of fuel corresponding to the engine load is injected only once from the
前述したように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室11内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火するので、火炎伝播燃焼させたときよりも燃焼速度が速くなって燃焼期間が短くなる。そのため図6に示すように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、熱発生率パターンのピーク値、及び熱発生率パターンの燃焼初期(図6にハッチングで示した領域)における傾き(d2Q/(dθ)2)のそれぞれが比較的大きくなる傾向にある。
As described above, when the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion, the fuel diffused in the
燃焼騒音は、この熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれと相関があり、熱発生率パターンのピーク値が大きくなるほど、またその燃焼初期における傾きが大きくなるほど、大きくなる。そのため、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、予混合気を火炎伝播燃焼させたときよりも、燃焼騒音が増大するのである。 The combustion noise has a correlation with each of the peak value of the heat generation rate pattern and the inclination at the initial stage of combustion, and increases as the peak value of the heat generation rate pattern increases and the inclination at the initial stage of combustion increases. Therefore, when the premixed gas is subjected to compression auto-ignition combustion, combustion noise increases compared to when the premixed gas is subjected to flame propagation combustion.
ここで、熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれを小さくして燃焼騒音を小さくする方法としては、燃焼室11内において濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせる方法がある。
Here, as a method of reducing each of the peak value of the heat generation rate pattern and the inclination in the early stage of combustion to reduce the combustion noise, by supplying ozone so that a concentration difference occurs in the
燃焼室11内に供給されたオゾンは、燃焼室11内の温度が所定温度(例えば500[K]から600[K]程度)まで上昇すると分解されて、活性種の一種である酸素ラジカルを発生させる。酸素ラジカルは、燃料分子に作用することで燃料の自着火性を高めることが知られており、燃焼室11内に存在する酸素ラジカル量が多くなるほど、予混合気の自着火時期が早くなる。
The ozone supplied into the
したがって、燃焼室11内において濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期に対して、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期を遅くすることができる。すなわち、燃焼室11内において濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることができる。
Therefore, by supplying ozone so that a concentration difference is generated in the
図7は、燃焼室11内において濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、燃料噴射弁20から噴射する燃料の総量を変化させることなく着火アシスト自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。
FIG. 7 shows a case where ignition assist self-ignition combustion is performed without changing the total amount of fuel injected from the
図7において、熱発生率パターンAは、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンBは、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンCは、熱発生率パターンAと熱発率パターンBとを足し合わせた実際の熱発生率パターンである。熱発生率パターンDは、比較のために示した図6の熱発生率パターンである。
In FIG. 7, the heat generation rate pattern A is a heat generation rate pattern when the premixed gas existing in a region having a relatively high ozone concentration in the
図7に示すように、着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合は、まず燃料噴射弁20からメイン燃料と着火アシスト燃料とを順次噴射する。そしてメイン燃料の噴射を吸気行程から圧縮行程中の任意の時期(図7の例では−50[deg.ATDC])に実施して燃焼室内に予混合気を形成する。また着火アシスト燃料の噴射を、メイン燃料を噴射した後の圧縮行程後半の任意の時期(図7の例では−10[deg.ATDC])に実施して、点火プラグ周りにこの予混合気よりもリッチな空燃比のリッチ混合気を形成する。なお、図7に示した例では、メイン燃料を圧縮行程中に1度だけ噴射する形態を示しているが、複数回に分けて噴射する形態としても良い。
As shown in FIG. 7, when the ignition assist is performed and the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion, first, the main fuel and the ignition assist fuel are sequentially injected from the
次に、着火アシスト燃料を噴射した後の圧縮行程後半の任意の時期(図7に示す着火アシスト時期)に、このリッチ混合気に対して点火プラグ16による点火(着火アシスト)を行って、主にこのリッチ混合気(着火アシスト燃料)を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、予混合気(メイン燃料)を圧縮自着火燃焼させる。このような着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させることで、筒内温度が比較的低い状態であっても予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能になると共に、予混合気の着火時期を任意の時期に制御することが容易となる。また、燃料の一部を火炎伝播燃焼させるので、圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が少なくなる。そのため、全ての燃料を予混合圧縮自着火燃焼によって消費させる場合と比較して燃焼騒音を下げることができる。
Next, ignition (ignition assist) is performed by the
このとき、燃焼室11内において濃度差が生じるようにオゾンが供給されていると、熱発生率パターンAに示すように、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気が先に自着火を起こす。そして、熱発生率パターンBに示すように、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気が遅れて自着火を起こす。
At this time, if ozone is supplied so as to cause a concentration difference in the
熱発生率パターンA及び熱発生率パターンBのそれぞれのピーク値及び燃焼初期における傾きは、熱発生率パターンDのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。これは、図6の場合も図7の場合も燃料噴射量の総量は変わらないので、熱発生率パターンDの形成に寄与する燃料の量と比較して、熱発生率パターンAの形成に寄与する燃料の量、及び熱発生率パターンBの形成に寄与する燃料の量はそれぞれ少なくなり、同時期に着火する燃料の量が分散されるためである。その結果、図7に示すように、実際の燃焼波形である熱発生率パターンCのピーク値及び燃焼初期(図7にハッチングで示した領域)における傾きも、熱発生率パターンDのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。したがって、このように時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることで、燃焼騒音を低減させることができる。 The peak value of each of the heat generation rate pattern A and the heat generation rate pattern B and the slope at the beginning of combustion are smaller than the peak value of the heat generation rate pattern D and the slope at the beginning of combustion. This contributes to the formation of the heat generation rate pattern A as compared with the amount of fuel that contributes to the formation of the heat generation rate pattern D because the total amount of fuel injection does not change in both the case of FIG. 6 and FIG. This is because the amount of fuel to be generated and the amount of fuel contributing to the formation of the heat release rate pattern B are reduced, and the amount of fuel ignited at the same time is dispersed. As a result, as shown in FIG. 7, the peak value of the heat generation rate pattern C, which is an actual combustion waveform, and the slope at the initial stage of combustion (the area indicated by hatching in FIG. 7) are also the peak value of the heat generation rate pattern D and It becomes smaller than the inclination in the early stage of combustion. Therefore, combustion noise can be reduced by providing a time difference in this manner and causing compression auto-ignition combustion in stages.
ここで着火アシスト自着火燃焼を実施する場合は、機関運転状態に応じてメイン燃料の噴射量及び噴射時期と、着火アシスト燃料の噴射量、噴射時期及び着火アシスト時期の目標値がそれぞれ設定され、各目標値に応じて燃料噴射弁20及び点火プラグ16が制御される。また、圧縮自着火燃焼に影響を与える各種のパラメータ(例えば吸気温や吸気圧、吸気弁閉時期、EGR率、冷却水温など)も、それぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御される。
Here, when carrying out the ignition assist self-ignition combustion, the main fuel injection amount and injection timing, the ignition assist fuel injection amount, the injection timing and the target value of the ignition assist timing are respectively set according to the engine operating state, The
しかしながら、機関運転中においては、過渡的にこれらの各パラメータがそれぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御されていない状態になる場合がある。このような場合には、自着火時期が想定していた自着火時期(目標自着火時期)よりも進角又は遅角することがある。また、これらの各パラメータがそれぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御されていたとしても、例えば外気の湿度や燃料性状によっては、自着火時期が目標自着火時期よりも進角又は遅角することがある。 However, during engine operation, these parameters may be transiently not controlled to target values corresponding to the engine operation state. In such a case, the self-ignition time may be advanced or retarded from the expected self-ignition time (target self-ignition time). Even if each of these parameters is controlled to a target value corresponding to the engine operating state, the self-ignition timing is advanced or retarded from the target self-ignition timing depending on, for example, the humidity and fuel properties of the outside air. Sometimes.
このように自着火時期が目標自着火時期よりも進角又は遅角すると、燃焼騒音の増大や出力の低下、排気エミッションの悪化を招くおそれがある。 Thus, if the self-ignition timing is advanced or retarded from the target self-ignition timing, combustion noise may increase, output may decrease, and exhaust emission may deteriorate.
例えば吸気温が目標値よりも高温になっている場合は、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、同じクランク角における筒内温度が高くなる。そのため、着火アシスト時期が同じでも、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、自着火時期が進角する。そうすると、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量が想定よりも減少する一方で、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加することになる。 For example, when the intake air temperature is higher than the target value, the in-cylinder temperature at the same crank angle is higher than when the intake air temperature is controlled to the target value. Therefore, even when the ignition assist timing is the same, the self-ignition timing is advanced compared to when the intake air temperature is controlled to the target value. If it does so, while the amount of fuel consumed by flame propagation combustion will decrease from assumption, the amount of fuel consumed by premixed compression auto-ignition combustion will increase rather than assumption.
その結果、燃焼室11内におけるオゾン濃度差が同じでも、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加する分だけ、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期と、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期と、に時間差がつきにくくなる。すなわち、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期と、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔が短くなってしまい、熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きの抑制効果が少なくなって燃焼騒音を十分に低減させることができなくなってしまうおそれがある。
As a result, even if the ozone concentration difference in the
一方で、例えば吸気温が目標値よりも低温になっている場合は、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、同じクランク角における筒内温度が低くなる。そのため、着火アシスト時期が同じでも、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、自着火時期が遅角する。そうすると、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加する一方で、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも減少することになる。 On the other hand, for example, when the intake air temperature is lower than the target value, the in-cylinder temperature at the same crank angle is lower than when the intake air temperature is controlled to the target value. Therefore, even when the ignition assist timing is the same, the self-ignition timing is retarded compared to when the intake air temperature is controlled to the target value. If it does so, while the amount of fuel consumed by flame propagation combustion will increase rather than assumption, the amount of fuel consumed by premixed compression auto-ignition combustion will decrease rather than assumption.
その結果、燃焼室11内におけるオゾン濃度差が同じでも、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも減少する分だけ、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期と、燃焼室11内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔が長くなってしまう。そのため、熱発生率パターンの燃焼重心位置(燃料の燃焼割合が50%となる位置であり、概ね熱発生率がピーク値になる位置)が遅角し過ぎて出力が低下するおそれがある。また、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加するため、NOxが増加して排気エミッションが悪化するおそれがある。
As a result, even if the ozone concentration difference in the
そこで本実施形態では、自着火時期が目標自着火時期よりも進角又は遅角すると予想される場合には、着火アシスト燃料の噴射量、噴射時期及び着火アシスト時期を制御することで自着火時期を目標自着火時期に制御すると共に、所望の時間差をもって段階的に圧縮自着火燃焼が生じるように、メイン燃料の噴射量に応じてオゾン供給量を制御することとした。 Therefore, in the present embodiment, when the self-ignition timing is expected to advance or retard from the target self-ignition timing, the self-ignition timing is controlled by controlling the injection amount of the ignition assist fuel, the injection timing, and the ignition assist timing. Is controlled to the target self-ignition timing, and the ozone supply amount is controlled in accordance with the injection amount of the main fuel so that the compression self-ignition combustion is generated stepwise with a desired time difference.
以下、この本実施形態によるCI運転モード中における燃焼制御及びオゾン供給制御について説明する。 Hereinafter, combustion control and ozone supply control during the CI operation mode according to this embodiment will be described.
図8A及び図8Bは、本実施形態によるCI運転モード中の燃焼制御及びオゾン供給制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、本ルーチンをCI運転モード中に所定の演算周期(例えば10[ms])で繰り返し実行する。
8A and 8B are flowcharts illustrating combustion control and ozone supply control during the CI operation mode according to the present embodiment. The
ステップS1において、電子制御ユニット200は、クランク角センサ218の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ217によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
In step S1, the
ステップS2において、電子制御ユニット200は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、総燃料噴射量QINJを算出する。総燃料噴射量QINJは、機関負荷が高くなるほど多くなる。
In step S2, the
ステップS3において、電子制御ユニット200は、予め実験等によって作成された図9のマップを参照し、機関運転状態に基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率R[%]を算出する。図9のマップに示すように、着火アシスト燃料の噴射比率Rは、機関負荷が高くなるほど低くなり、機関回転速度が高くなるほど高くなる。
In step S3, the
ステップS4において、電子制御ユニット200は、総燃料噴射量QINJに着火アシスト燃料の噴射比率Rを乗じることで、着火アシスト燃料の目標噴射量QINJ2を算出する。また電子制御ユニット200は、総燃料噴射量QINJから着火アシスト燃料の目標噴射量QINJ2を減じることで、メイン燃料の目標噴射量QINJ1を算出する。
In step S4, the
ステップS5において、電子制御ユニット200は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、メイン燃料の目標噴射時期AINJ1、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2、及び点火プラグ16による目標着火アシスト時期IGをそれぞれ算出する。
In step S5, the
本実施形態では、メイン燃料の目標噴射時期AINJ1は、運転状態に基づいて圧縮行程後半の任意の時期(例えば30[deg.BTDC]から80[deg.BTDC]程度)に設定される。
In the present embodiment, the target
また本実施形態では、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2は、機関運転状態に基づいてメイン燃料の目標噴射時期AINJ1よりも遅角側の圧縮行程後半の任意の時期(例えば10[deg.BTDC]から35[deg.BTDC]程度)に設定される。
Further, in the present embodiment, the target
また本実施形態では、目標着火アシスト時期IGは、機関運転状態に基づいて、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2よりも進角側又は遅角側の時期であって、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2の近傍の任意の時期(例えば着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2が15[deg.BTDC]であれば、18[deg.BTDC]から10[deg.BTDC]程度)に設定される。
Further, in the present embodiment, the target ignition assist timing IG is a timing on the advance side or the retard side with respect to the target
なお電子制御ユニット200は、これらメイン燃料の目標噴射時期AINJ1などの目標値以外にも、本フローチャートとは別途に目標吸気温や目標吸気圧、目標吸気弁閉時期といった吸排気弁の目標バルブタイミングなどを機関運転状態に基づいて算出しており、算出した目標値となるように各種の制御部品を制御している。
In addition to the target values such as the target
ステップS6において、電子制御ユニット200は、目標吸気弁閉時期における筒内圧力P及び筒内温度T、すなわち初期筒内状態を推定する。本実施形態では電子制御ユニット200は、初期筒内状態の推定モデルを用いて初期筒内状態を推定する。初期筒内状態の推定モデルは、吸気量や吸気温、吸気圧、機関冷却水温などの筒内状態に影響を与えるパラメータを入力値として、目標吸気弁閉時期における筒内圧力P及び筒内温度Tを推定する物理演算モデルである。
In step S6, the
ステップS7において、電子制御ユニット200は、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期AINJ1からの筒内圧力P及び筒内温度Tの推移を算出する。
In step S <b> 7, the
本実施形態では電子制御ユニット200は、まず筒内状態の推移モデルを用いて、吸気弁閉時期からの筒内圧力P及び筒内温度Tの推移を推定する。筒内状態の推移モデルは、初期筒内状態から筒内状態がどのように変化していくかを推定するための物理演算モデルであり、目標吸気弁閉時期における筒内圧力P及び筒内温度Tを入力値とし、圧縮行程中の筒内圧力P及び筒内温度Tがポリトロープ変化すると仮定して、目標吸気弁閉時期からの筒内圧力P及び筒内温度Tの推移を推定する。
In the present embodiment, the
ここで着火アシストを実施した場合は、筒内状態の推移モデルを用いて推定した吸気弁閉時期からの筒内圧力P及び筒内温度Tの推移に対し、着火アシストによって生じる熱量分だけ目標着火アシスト時期からの筒内圧力P及び筒内温度Tの推移が変化する。 When the ignition assist is performed here, the target ignition is equivalent to the amount of heat generated by the ignition assist with respect to the transition of the in-cylinder pressure P and the in-cylinder temperature T from the intake valve closing timing estimated using the in-cylinder state transition model. Changes in the in-cylinder pressure P and the in-cylinder temperature T from the assist time change.
そこで電子制御ユニット200は、次に、着火アシスト燃料の目標噴射量QINJ2、目標噴射時期AINJ2、及び点火プラグ16による目標着火アシスト時期IGに基づいて、目標着火アシスト時期AINJ2からの筒内圧力P及び筒内温度Tの推移を補正して、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期AINJ1からの筒内圧力P及び筒内温度Tの推移を算出する。
Therefore, the
ステップS8において、電子制御ユニット200は、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期AINJ1からの筒内圧力P及び筒内温度Tの推移を用い、Livengood-Wuの積分式に基づく下記の(1)式から、予混合気の予想自着火時期[deg.CA]を算出する。
(1)式のτは、燃焼室11内に噴射された燃料が自着火に至るまでの時間(以下「着火遅れ時間」という。)である。Pは筒内圧力、Tは筒内温度、φは当量比、ONはオクタン価、RESは不活性ガス濃度、Eは活性化エネルギ、Rは一般ガス定数である。A、α、β、γ、δ(A、α、β、δ>0、γ<0)は、それぞれ同定定数である。本実施形態では、オクタン価ONの値を燃料性状センサ221の検出値に基づいて設定し、不活性ガス濃度の値をEGR率及び湿度センサ220の検出値に基づいて設定している。
In the equation (1), τ is the time until the fuel injected into the
(1)式において、燃料を噴射してからの着火遅れ時間の逆数(1/τ)を時間積分したときに、積分値が1となる時間teが着火遅れ時間τとなる。したがって、筒内圧力P及び筒内温度Tにおける着火遅れ時間の逆数(1/τ)を、メイン燃料の噴射時期AINJ1から時間積分したときに、積分値が1となる時間teに相当するクランク角度量をメイン燃料の噴射時期に加えた時期が、予混合気の予想自着火時期となる。
In equation (1), when the reciprocal (1 / τ) of the ignition delay time after fuel injection is integrated over time, the time te at which the integrated value is 1 becomes the ignition delay time τ. Therefore, when the reciprocal (1 / τ) of the ignition delay time at the in-cylinder pressure P and the in-cylinder temperature T is integrated over time from the main fuel
ステップS9において、電子制御ユニット200は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、目標自着火時期[deg.CA]を算出する。
In step S9, the
ステップS10において、電子制御ユニット200は、目標自着火時期に対する予想自着火時期の進角側へのズレ量(以下「進角ズレ量」という。)Tiga(=目標自着火時期−予想自着火時期)[deg.CA]が所定の第1閾値よりも大きいか否かを判定する。電子制御ユニット200は、進角ズレ量Tigaが第1閾値よりも大きければ、予想自着火時期を目標自着火時期まで遅角させるべく、ステップS11の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、進角ズレ量Tigaが第1閾値以下であれば、ステップS15の処理に進む。
In step S10, the
ステップS11において、電子制御ユニット200は、予想自着火時期が目標自着火時期となるように、進角ズレ量Tigaに基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率R、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2、及び目標着火アシスト時期IGを補正する。
In step S11, the
具体的には電子制御ユニット200は、図10のテーブルを参照し、進角ズレ量Tigaに基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率Rに乗じる補正係数αと、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2、及び目標着火アシスト時期IGに加算する遅角補正量β[deg.CA]と、を算出する。図10のテーブルに示すように、補正係数は、進角ズレ量Tigaが第1閾値よりも大きくなるほど、1よりも小さくなる。これは、進角ズレ量Tigaが大きくなるほど、着火アシスト燃料を燃焼させた場合に生じる熱量を小さくして、自着火時期を遅角させる必要があるためである。遅角補正量は、補正係数が0になるまでは0となり、補正係数が0になった後は、進角ズレ量Tigaが大きくなるほど大きくなる。
Specifically, the
そして電子制御ユニット200は、着火アシスト燃料の噴射比率Rに補正係数αを乗じたものを、着火アシスト燃料の補正噴射比率R’として算出する。また着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2、及び目標着火アシスト時期IGに遅角補正量βを加算したものを、それぞれ着火アシスト燃料の補正目標噴射時期AINJ2’、及び補正目標着火アシスト時期IG’として算出する。
Then, the
このように予想自着火時期が目標自着火時期よりも進角したときは、基本的に着火アシスト燃料を少なくして予想自着火時期を目標自着火時期に制御するようにしている。これにより、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量を少なくすることができるため、排気エミッションの悪化を抑制することができる。 When the predicted self-ignition timing is advanced from the target self-ignition timing as described above, basically, the predicted self-ignition timing is controlled to the target self-ignition timing by reducing the ignition assist fuel. Thereby, since the amount of fuel consumed by flame propagation combustion can be reduced, deterioration of exhaust emission can be suppressed.
ステップS12において、電子制御ユニット200は、総燃料噴射量QINJに着火アシスト燃料の補正噴射比率R’を乗じることで、着火アシスト燃料の補正目標噴射量QINJ2’を算出すると共に、総燃料噴射量QINJから着火アシスト燃料の補正目標噴射量QINJ2’を減じることで、メイン燃料の補正目標噴射量QINJ1’を算出する。
In step S12, the
ステップS13において、電子制御ユニット200は、図11のマップを参照し、機関回転速度と、メイン燃料の補正目標噴射量QINJ1’と、に基づいて、目標オゾン供給量QOZNを算出する。図11のマップに示すように、目標オゾン供給量QOZNは、メイン燃料の補正目標噴射量QINJ1’が多くなるほど多くなり、機関回転速度が高くなるほど少なくなる。このように、基本的にメイン燃料の補正目標噴射量QINJ1’、すなわち圧縮自着火燃焼に寄与する燃料量に応じて目標オゾン供給量QOZNを設定することで、所望の時間差をもって段階的に圧縮自着火燃焼を起こすことができる。その結果、予想自着火時期が目標自着火時期よりも進角していた場合には、燃焼騒音の悪化を抑制することができる。また予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角していた場合には出力の低下や排気エミッションの悪化を抑制することができる。
In step S13, the
ステップS14において、電子制御ユニット200は、燃焼室11内へのオゾン供給量が目標オゾン供給量QOZNとなるように放電プラグ81を制御する。また電子制御ユニット200は、メイン燃料の目標噴射時期AINJ1に補正目標噴射量QINJ1’を噴射し、着火アシスト燃料の補正目標噴射時期AINJ2’に補正目標噴射量QINJ2’を噴射すると共に補正目標着火アシスト時期IG’に点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
In step S14, the
ステップS15において、電子制御ユニット200は、目標自着火時期に対する予想自着火時期の遅角側へのズレ量(以下「遅角ズレ量」という。)Tigr(=予想自着火時期−目標自着火時期)[deg.CA]が所定の第2閾値よりも大きいか否かを判定する。本実施形態では、第1閾値と第2閾値とを同じ値としているが、異なる値としても良い。電子制御ユニット200は、遅角ズレ量Tigrが第2閾値よりも大きければ、予想自着火時期を目標自着火時期まで進角させるべく、ステップS16の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、遅角ズレ量Tigrが第2閾値以下であれば、ステップS17の処理に進む。
In step S15, the
ステップS16において、電子制御ユニット200は、自着火時期が目標自着火時期になるように、遅角ズレ量Tigrに基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率R、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2、及び目標着火アシスト時期IGを補正する。
In step S16, the
具体的には電子制御ユニット200は、図12のテーブルを参照し、遅角ズレ量Tigrに基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率に乗じる補正係数αと、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2、及び目標着火アシスト時期IGから減算する進角補正量γ[deg.CA]と、を算出する。図12のテーブルに示すように、進角補正量γは、遅角ズレ量Tigrが第2閾値から大きくなるほど大きくなり、遅角ズレ量Tigrがある一定値まで大きくなると一定となる。これは、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2、及び目標着火アシスト時期IGを進角させ過ぎると、着火アシスト燃料が拡散し過ぎて点火プラグ周りに所望の当量比のリッチ混合気を形成できなくなり、着火アシスト自着火燃焼を実施することができなくなるためである。補正係数αは、遅角ズレ量Tigrがある一定値まで大きくなるまでは1に設定され、その後は遅角ズレ量Tigrが大きくなるほど1よりも大きくなる。
Specifically, the
そして電子制御ユニット200は、着火アシスト燃料の噴射比率Rに補正係数αを乗じたものを、着火アシスト燃料の補正噴射比率R’として算出する。また着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2、及び目標着火アシスト時期IGに進角補正量γを加算したものを、それぞれ着火アシスト燃料の補正目標噴射時期AINJ2’、及び補正目標着火アシスト時期IG’として算出する。
Then, the
ステップS17において、電子制御ユニット200は、図11のマップを参照し、機関回転速度と、メイン燃料の目標噴射量QINJ1と、に基づいて、目標オゾン供給量QOZNを算出する。
In step S17, the
ステップS18において、電子制御ユニット200は、燃焼室11内へのオゾン供給量が目標オゾン供給量QOZNとなるように放電プラグ81を制御する。また電子制御ユニット200は、メイン燃料の目標噴射時期AINJ1に目標噴射量QINJ1を噴射し、着火アシスト燃料の目標噴射時期AINJ2に目標噴射量QINJ2を噴射すると共に目標着火アシスト時期IGに点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
In step S18, the
以上説明した本実施形態によれば、機関本体1と、機関本体1の燃焼室11に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁20と、燃焼室11内に臨むように配置された点火プラグ16と、燃焼室内において濃度差が生じるように、燃焼室11に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置よして放電プラグ81と、を備える内燃機関100を制御する電子制御ユニット200(制御装置)が、燃料の一部を点火プラグ16によって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が燃焼室11内で生じるように、燃料噴射弁20の噴射量及び噴射時期と点火プラグ16の点火時期とを制御する燃焼制御部と、オゾン供給装置による燃焼室11へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、を備える。そして燃焼制御部は、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の予想自着火時期が目標自着火時期となるように、燃料噴射弁20の噴射量及び噴射時期と点火プラグ16の点火時期とを制御し、オゾン供給量制御部は、予混合圧縮自着火燃焼させる残りの燃料の量に基づいて、オゾン供給量を制御するように構成されている。
According to this embodiment described above, the
そのため、外気温の変化等によって通常であれば予混合気の圧縮自着火時期が目標自着火時期に対してずれるような状況となった場合においても、予想自着火時期が目標自着火時期となるように、燃料噴射弁20の噴射量及び噴射時期と点火プラグ16の点火時期とが制御されるため、予混合気の圧縮自着火時期を精度良く目標自着火時期に制御することができる。そして、予混合圧縮自着火燃焼させる残りの燃料の量、すなわち予混合圧縮自着火燃焼に寄与するメイン燃料に基づいてオゾン供給量が制御されるため、予混合気の圧縮自着火時期に所望の時間差を生じさせて熱発生時期を分散させることができる。
Therefore, even if the compression auto-ignition timing of the premixed gas is shifted from the target auto-ignition timing due to changes in the outside temperature, the expected auto-ignition timing is the target auto-ignition timing. Thus, since the injection amount and injection timing of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
例えば上記の実施形態では、自着火領域RR内の全領域で、燃焼室11内で濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせて燃焼騒音を抑制していた。しかしながら、機関負荷が所定負荷未満のとき、すなわち総燃料噴射量QINJが所定量未満のときには、総燃料噴射量QINJを1度に圧縮自着火燃焼させたとしても、その総量が少ないために、燃焼騒音が問題とならない場合がある。このような場合には、機関負荷が所定負荷以上のときに燃焼室11内で濃度差が生じるようにオゾンを供給するようにして、所定負荷未満のときにはオゾンの供給を停止するようにしても良い。
For example, in the above-described embodiment, ozone is supplied so that a concentration difference is generated in the
1 機関本体
11 燃焼室
16 点火プラグ
20 燃料噴射弁
81 放電プラグ(オゾン供給装置)
100 内燃機関
200 電子制御ユニット(制御装置)
DESCRIPTION OF
100
Claims (1)
前記機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、
前記燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、
前記燃焼室内において濃度差が生じるように、当該燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、
を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
燃料の一部を前記点火プラグによって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が前記燃焼室内で生じるように、前記燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と前記点火プラグの点火時期とを制御する燃焼制御部と、
前記オゾン供給装置による前記燃焼室へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、
を備え、
前記燃焼制御部は、
前記着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の予想自着火時期が目標自着火時期となるように、前記燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と前記点火プラグの点火時期とを制御し、
前記オゾン供給量制御部は、
予混合圧縮自着火燃焼させる前記残りの燃料の量に基づいて、オゾン供給量を制御する、
内燃機関の制御装置。 The engine body,
A fuel injection valve for directly injecting fuel into the combustion chamber of the engine body;
A spark plug disposed to face the combustion chamber;
An ozone supply device for supplying ozone directly or indirectly to the combustion chamber so that a concentration difference occurs in the combustion chamber;
An internal combustion engine control device for controlling an internal combustion engine comprising:
The fuel injection is performed so that ignition-assisted self-ignition combustion is caused in the combustion chamber in which a part of the fuel is flame-propagated and combusted by the spark plug and the remaining fuel is premixed compression self-ignition combustion using the heat generated at that time. A combustion control unit for controlling the injection amount and injection timing of the valve and the ignition timing of the spark plug;
An ozone supply amount control unit for controlling the ozone supply amount to the combustion chamber by the ozone supply device;
With
The combustion control unit
Controlling the injection amount and the injection timing of the fuel injection valve and the ignition timing of the spark plug so that the expected self-ignition timing when the ignition assist self-ignition combustion is performed becomes the target self-ignition timing;
The ozone supply amount control unit
Controlling the amount of ozone supply based on the amount of the remaining fuel to be premixed compression auto-ignition combustion;
Control device for internal combustion engine.
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