JP2018193948A - Control method and device for engine, and method and device for detecting the number of discharge particles in engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンから排出される粒子状物質の個数を抑制する技術に関する。 The present invention relates to a technique for suppressing the number of particulate matter discharged from an engine.
例えば、ガソリン直噴エンジンのように気筒内に燃料を噴射するエンジンでは、ポート噴射を採用した旧来のガソリンエンジンに比べて、スート(煤)等の粒子状物質が多く発生することが知られている。特に、エンジンを冷間始動した直後のように触媒温度が低い条件では、例えば点火時期を遅角させる等により排気ガスの温度を上昇させる制御(触媒暖機運転)が行われるが、このような触媒暖機運転時に多くの粒子状物質が発生することが知られている。 For example, an engine that injects fuel into a cylinder, such as a gasoline direct injection engine, is known to generate more particulate matter such as soot than conventional gasoline engines that employ port injection. Yes. In particular, under conditions where the catalyst temperature is low, such as immediately after the engine is cold started, control (catalyst warm-up operation) is performed to raise the temperature of the exhaust gas by, for example, retarding the ignition timing. It is known that many particulate substances are generated during the catalyst warm-up operation.
粒子状物質を抑制するには、その生成量を正確に把握することが必要であり、下記特許文献1では、そのための燃焼解析技術が提案されている。具体的に、特許文献1では、気筒内の燃焼火炎からの放射光を検出して、いわゆる2色法によりKL値を算出するとともに、このKL値を用いた所定の演算によりスートの生成量を求めている。
In order to suppress the particulate matter, it is necessary to accurately grasp the generation amount, and in
一方、最近の傾向として、エンジンから排出される粒子状物質の質量だけでなく、粒子状物質の個数(以下、適宜PNという)を規制する動きがあり、このPN規制に対応するための技術開発が求められている。 On the other hand, as a recent trend, there is a movement to regulate not only the mass of particulate matter discharged from the engine but also the number of particulate matter (hereinafter referred to as PN as appropriate), and technology development to meet this PN regulation Is required.
しかしながら、上記特許文献1の技術では、気筒内のスート生成量(質量)をある程度正確に予測することはできても、エンジンから排出されるスートを含む粒子状物質の個数、つまりPNを正確に予測することは困難である。すなわち、粒子状物質には大小様々な粒径のものが含まれるため、気筒内で生成されたスート質量が分かっただけでは、エンジンから排出されるPNを正確に予測することは困難である。
However, with the technique of the above-mentioned
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、エンジンから排出されるPNを正確に予測し得る技術、もしくはその予測に基づいた制御によりPNを効果的に抑制し得る技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and a technique capable of accurately predicting PN discharged from an engine, or a technique capable of effectively suppressing PN by control based on the prediction. The purpose is to provide.
前記課題を解決するべく本願発明者が鋭意研究した結果、気筒内に存在する粒子状物質の発光である輝炎を2色法により分析することで得られるKL値は、エンジンから排出される粒子状物質の個数であるPNと高い相関性があり、KL値が大きいほどPNが多いという法則が成り立つことをつきとめた。そして、このような知見を前提に、下記の発明を完成させた。 As a result of intensive research conducted by the inventors of the present invention to solve the above-mentioned problems, the KL value obtained by analyzing the luminous flame, which is the emission of particulate matter existing in the cylinder, by the two-color method is the particle discharged from the engine. It was found that there is a high correlation with PN, which is the number of particulate substances, and that the larger the KL value, the more PN. And based on such knowledge, the following invention was completed.
まず、本願の第1の発明は、気筒内に燃料を噴射するインジェクタを備えたエンジンを制御する方法であって、前記気筒内に存在する粒子状物質の発光である輝炎を光学的に検出する第1のステップと、前記第1のステップで検出された輝炎を2色法により分析してKL値を求める第2のステップと、前記第2のステップで求められたKL値が大きい場合は小さい場合に比べて、前記粒子状物質の個数が抑制される態様で前記インジェクタから燃料を噴射させる第3のステップとを含む、ことを特徴とするものである(請求項1)。 First, a first invention of the present application is a method for controlling an engine having an injector for injecting fuel into a cylinder, and optically detects a luminous flame which is emission of particulate matter existing in the cylinder. The first step, the second step of analyzing the luminous flame detected in the first step by a two-color method to obtain the KL value, and the KL value obtained in the second step being large Includes a third step of injecting fuel from the injector in a mode in which the number of the particulate matter is suppressed as compared with a case where the number is small (Claim 1).
この第1の発明によれば、気筒内の輝炎を2色法により分析して得られるKL値が大きい場合、つまりエンジンから排出される粒子状物質の個数であるPNが多いと予測される場合に、PNが抑制される方向に燃料噴射の態様が切り替えられるので、粒子状物質が過剰に発生しないように燃焼を適正に制御することができ、エンジンから排出されるPNを効果的に抑制することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the KL value obtained by analyzing the luminous flame in the cylinder by the two-color method is large, that is, it is predicted that there is a large PN that is the number of particulate matter discharged from the engine. In this case, since the mode of fuel injection is switched in a direction in which PN is suppressed, combustion can be properly controlled so that excessive particulate matter is not generated, and PN discharged from the engine is effectively suppressed. can do.
前記第1の発明において、好ましくは、前記第3のステップでは、前記第2のステップで求められた前記KL値が大きい場合は小さい場合に比べて、ピストン壁面への燃料の付着量が減少するように前記インジェクタからの燃料噴射を制御する(請求項2)。 In the first aspect of the invention, preferably, in the third step, the amount of fuel adhering to the piston wall surface is reduced when the KL value obtained in the second step is large compared to when the KL value is small. Thus, the fuel injection from the injector is controlled (Claim 2).
このように、KL値が大きい場合(つまりPNが多いと予測される場合)にピストン壁面への燃料の付着量を減少させるようにした場合には、ピストン壁面に付着した液滴状態の燃料に火炎が到達することで生じるプール燃焼を抑制できるので、当該プール燃焼に起因した粒子状物質の発生を抑制することができ、PNを効果的に抑制することができる。 As described above, when the amount of fuel adhering to the piston wall surface is reduced when the KL value is large (that is, when it is predicted that the PN is large), the droplet fuel adhering to the piston wall surface is reduced. Since the pool combustion which arises when a flame reaches | attains can be suppressed, generation | occurrence | production of the particulate matter resulting from the said pool combustion can be suppressed, and PN can be suppressed effectively.
前記構成において、より好ましくは、前記インジェクタは、触媒の温度が低い触媒暖機運転中に、圧縮行程を含む複数のタイミングで燃料を噴射するように制御され、前記第3のステップでは、前記第2のステップで求められた前記KL値が大きい場合は小さい場合に比べて、前記インジェクタからの燃料の噴射圧力を上昇させる(請求項3)。
In the above-described configuration, more preferably, the injector is controlled to inject fuel at a plurality of timings including a compression stroke during a catalyst warm-up operation in which the temperature of the catalyst is low. In the third step, When the KL value obtained in
触媒暖機運転中は、一般に、排気ガスの温度を上昇させるために、例えば混合気への点火時期を遅角化するなどの措置が採られるので、燃焼安定性が低下し易いといえる。これに対し、前記構成では、燃料の少なくとも一部が圧縮行程中に噴射されるので、燃料の成層化を実現することができ、燃焼安定性が低下し易い状況を改善することができる。しかしながら、燃料が圧縮行程中に噴射されるということは、ピストン壁面に液滴のまま付着する燃料の量が増大することを意味する。このため、場合によっては、付着した燃料がいわゆるプール燃焼することで、粒子状物質が過剰に発生することが懸念される。これに対し、前記構成では、KL値が大きい場合(つまりPNが多いと予測される場合)にインジェクタからの燃料の噴射圧力(燃圧)が高められるので、燃料の微粒化を促進することができ、燃料が気化・霧化するまでに要する時間を短縮することができる。これにより、上述した壁面への燃料付着量を低減することができ、PNを効果的に抑制することができる。 During the catalyst warm-up operation, in general, in order to raise the temperature of the exhaust gas, for example, measures such as retarding the ignition timing of the air-fuel mixture are taken, so it can be said that the combustion stability is likely to be lowered. On the other hand, in the said structure, since at least one part of fuel is injected during a compression stroke, stratification of a fuel can be implement | achieved and the situation where combustion stability tends to fall can be improved. However, the fact that the fuel is injected during the compression stroke means that the amount of fuel that adheres as droplets to the piston wall surface increases. For this reason, depending on the case, there is a concern that the adhering fuel is so-called pool burning, and particulate matter is excessively generated. On the other hand, in the above configuration, when the KL value is large (that is, when it is predicted that the PN is large), the fuel injection pressure (fuel pressure) from the injector is increased, so that atomization of the fuel can be promoted. The time required for the fuel to vaporize and atomize can be shortened. Thereby, the fuel adhesion amount to the wall surface mentioned above can be reduced, and PN can be suppressed effectively.
前記のように触媒暖機運転中に圧縮行程を含む複数のタイミングで燃料を噴射するようにした場合、前記第3のステップでは、前記第2のステップで求められた前記KL値が大きい場合は小さい場合に比べて、圧縮行程中の最も遅いタイミングで噴射される燃料の量を減らし、かつ当該燃料よりも前に噴射される燃料の量を増やすようにしてもよい(請求項4)。 When the fuel is injected at a plurality of timings including the compression stroke during the catalyst warm-up operation as described above, in the third step, when the KL value obtained in the second step is large The amount of fuel injected at the latest timing during the compression stroke may be reduced and the amount of fuel injected before the fuel may be increased as compared with the case where the fuel is small.
このように、圧縮行程中の最も遅いタイミングで噴射される燃料の量を減らした場合には、ピストン壁面に液滴のまま付着する燃料の量をさらに低減することができ、PNを効果的に抑制することができる。 Thus, when the amount of fuel injected at the latest timing during the compression stroke is reduced, the amount of fuel that adheres as droplets to the piston wall surface can be further reduced, and PN can be effectively reduced. Can be suppressed.
また、本願の第2の発明は、気筒内に燃料を噴射するインジェクタを備えたエンジンを制御する装置であって、前記気筒内に存在する粒子状物質の発光である輝炎を光学的に検出する光学センサと、前記光学センサにより検出された輝炎を2色法により分析してKL値を求める演算部と、前記演算部により求められたKL値が大きい場合は小さい場合に比べて、前記粒子状物質の個数が抑制される態様で前記インジェクタから燃料を噴射させる噴射制御部とを備えた、ことを特徴とするものである(請求項5)。 The second invention of the present application is an apparatus for controlling an engine having an injector for injecting fuel into a cylinder, and optically detects a luminous flame that is emission of particulate matter present in the cylinder. An optical sensor that performs a two-color analysis of the luminous flame detected by the optical sensor and obtains a KL value, and if the KL value obtained by the computation unit is large, compared to a case where the KL value is small, And an injection control unit that injects fuel from the injector in a mode in which the number of particulate substances is suppressed.
この第2の発明によれば、前記第1の発明と同様の効果を得ることができる。 According to the second invention, the same effect as that of the first invention can be obtained.
また、本願の第3の発明は、エンジンから排出される粒子状物質の個数を検出する方法であって、前記エンジンの気筒内に存在する粒子状物質の発光である輝炎を光学的に検出する第1のステップと、前記第1のステップで検出された輝炎を2色法により分析してKL値を求める第2のステップと、前記第2のステップで求められたKL値に基づいて前記粒子状物質の個数を推定する第3のステップとを含み、前記第3のステップでは、前記KL値が大きいほどエンジンから排出される前記粒子状物質の個数が多いものと推定する、ことを特徴とするものである(請求項6)。 A third invention of the present application is a method for detecting the number of particulate matter discharged from an engine, and optically detects a luminous flame which is emission of particulate matter present in the cylinder of the engine. A first step of analyzing the luminous flame detected in the first step by a two-color method to obtain a KL value, and a KL value obtained in the second step. A third step of estimating the number of particulate matter, wherein in the third step, it is estimated that the larger the KL value, the greater the number of particulate matter discharged from the engine. It is a characteristic (claim 6).
この構成によれば、気筒内の輝炎を2色法により分析して得られるKL値が大きいほど、エンジンから排出される粒子状物質の個数つまりPNが多いと推定されるので、KL値とPNとの間に高い相関性を発見した本願発明者の知見に基づいて、簡易かつ正確にPNを推定することができる。 According to this configuration, it is estimated that the larger the KL value obtained by analyzing the luminous flame in the cylinder by the two-color method, the greater the number of particulate matter discharged from the engine, that is, the PN. Based on the knowledge of the present inventors who have found a high correlation with PN, PN can be estimated easily and accurately.
前記2色法によるKL値の求め方は、具体的には次のとおりである。すなわち、前記第2のステップでは、前記輝炎からの放射光を2分光して得られる2つの異なる波長成分の輝度を測定し、各輝度の値から特定される輝度温度に基づいて前記KL値を求める(請求項7)。 The method for obtaining the KL value by the two-color method is specifically as follows. That is, in the second step, the brightness of two different wavelength components obtained by splitting the radiation light from the luminous flame is measured, and the KL value is determined based on the brightness temperature specified from each brightness value. (Claim 7).
ここで、本願発明者の研究によれば、PNは、特に、クランク角ごとに求められるKL値のピーク値と高い相関を示す。このため、前記第3のステップでは、前記KL値のピーク値に基づいて前記粒子状物質の個数を推定することが好ましい(請求項8)。 Here, according to the research of the present inventor, PN particularly shows a high correlation with the peak value of the KL value obtained for each crank angle. For this reason, in the third step, it is preferable to estimate the number of the particulate matter based on the peak value of the KL value.
また、本願の第4の発明は、エンジンから排出される粒子状物質の個数を検出する装置であって、前記エンジンの気筒内に存在する粒子状物質の発光である輝炎を光学的に検出する光学センサと、前記光学センサにより検出された輝炎を2色法により分析してKL値を求めるとともに、求めたKL値に基づいて前記粒子状物質の個数を推定する演算部とを備え、前記演算部は、前記KL値が大きいほどエンジンから排出される前記粒子状物質の個数が多いものと推定する、ことを特徴とするものである(請求項9)。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for detecting the number of particulate matter discharged from an engine, and optically detecting a luminous flame that is light emission of the particulate matter present in the cylinder of the engine. An optical sensor that analyzes the luminous flame detected by the optical sensor using a two-color method to obtain a KL value, and an arithmetic unit that estimates the number of the particulate matter based on the obtained KL value, The calculation unit estimates that the larger the KL value is, the larger the number of the particulate matter discharged from the engine is (Claim 9).
この第4の発明によれば、前記第3の発明と同様の効果を得ることができる。 According to the fourth aspect of the invention, the same effect as that of the third aspect of the invention can be obtained.
以上説明したように、本発明によれば、エンジンから排出されるPNを正確に予測し得る技術、もしくはその予測に基づいた制御によりPNを効果的に抑制し得る技術を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a technique capable of accurately predicting PN discharged from the engine or a technique capable of effectively suppressing PN by control based on the prediction.
(1)実施形態の説明
(1−1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された4サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路28と、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路29とを備えている。
(1) Description of Embodiment (1-1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a system diagram schematically showing an overall configuration of an engine according to an embodiment of the present invention. The engine shown in the figure is a four-cycle gasoline direct injection engine mounted on a vehicle as a driving power source, and includes an
エンジン本体1は、気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、気筒2を上から閉塞するようにシリンダブロック3の上面に取り付けられたシリンダヘッド4と、気筒2にそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。エンジン本体1は、典型的には複数の(例えば4つの)気筒を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、1つの気筒2のみに着目して説明を進める。
The
ピストン5の上方には燃焼室6が画成されており、この燃焼室6には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ15からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室6で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動する。
A
ピストン5の下方には、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸7が設けられている。クランク軸7は、ピストン5とコネクティングロッド8を介して連結され、ピストン5の往復運動(上下運動)に応じて中心軸回りに回転駆動される。
Below the
シリンダブロック3には、クランク軸7の回転角度(クランク角)およびクランク軸7の回転速度(エンジン回転速度)を検出するクランク角センサSN1が設けられている。
The
シリンダヘッド4には、燃焼室6に開口する吸気ポート9および排気ポート10と、各ポート9,10を開閉する吸気弁11および排気弁12とが設けられている。吸気弁11および排気弁12は、シリンダヘッド4に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構13,13により、クランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。
The
吸気通路28は、吸気ポート9と連通するようにシリンダヘッド4の一側面に接続されている。吸気通路28の上流端から取り込まれた空気(新気)は、吸気通路28および吸気ポート9を通じて燃焼室6に導入される。
The
吸気通路28には、気筒2への吸入空気量を調節するためのスロットル弁30が開閉可能に設けられている。
A
排気通路29は、排気ポート10と連通するようにシリンダヘッド4の他側面に接続されている。燃焼室6で生成された既燃ガス(排気ガス)は、排気ポート10および排気通路29を通じて外部に排出される。
The
排気通路29には触媒コンバータ31が設けられている。触媒コンバータ31には、排気通路29を流通する排気ガス中に含まれる有害成分(CO、HC、NOx等)を浄化するための触媒(例えば三元触媒)が内蔵されている。また、触媒コンバータ31には、その内部の触媒の温度を検出する触媒温度センサSN2が設けられている。
A
ピストン5の冠面には、吸排気方向(図1の左右方向)の中心部が最も高く、かつそこから吸気側および排気側に離れるほど高さが低くなるように形成されたペントルーフ型の隆起部5aが形成されている。この隆起部5aの中央部には、シリンダヘッド4とは反対側(下方)に凹陥したキャビティCが形成されている。
A pent roof type ridge formed on the crown surface of the
シリンダヘッド4には、燃焼室6に燃料(ガソリン)を噴射するインジェクタ15と、燃焼室6に噴射された燃料と空気との混合気を強制着火させる点火プラグ16とが設けられている。
The
インジェクタ15には燃料供給管20が接続されており、この燃料供給管20にはサプライポンプ21から圧送された燃料が随時供給されるようになっている。インジェクタ15は、サプライポンプ21から燃料供給管20を通じて供給された燃料を適宜のタイミングで燃焼室6に噴射する。
A
サプライポンプ21は、燃料の供給圧力を変更可能な油圧式もしくは電動式のポンプである。このサプライポンプ21での設定圧力に基づいて、インジェクタ15からの燃料の噴射圧力(燃圧)が変更可能とされている。
The
インジェクタ15は、先端部に合計6つの噴孔を有した6噴孔タイプのインジェクタとされ、吸気側の側方から燃焼室6に向けて放射状に燃料を噴射するように設けられている。図2(a)〜(c)は、圧縮行程の後半にインジェクタ15から噴射された燃料の噴霧の動きを概略的に示す図であり、それぞれ別の噴孔から噴射された噴霧の動きを示している。具体的に、図2(a)に示される噴霧X1は、インジェクタ15の先端部における最も高い位置に設けられた1つの噴孔から噴射された噴霧であり、図2(c)に示される噴霧X4は、最も低い位置に設けられた1つの噴孔から噴射された噴霧であり、図2(b)に示される噴霧X2,X3は、中間の高さ位置に設けられた2つの噴孔から噴射された噴霧である(図2(c)では噴霧X2,X3が重ねて示されるが、互いの奥行き方向の位置が異なっている)。
The
図2(a)に示すように、噴霧X1は、キャビティCの内部に入った後に、当該キャビティCの排気側の壁面W1に沿って上方に方向転換され、点火プラグ16の近傍へと導かれる。また、図2(b)(c)に示すように、噴霧X2,X3,X4は、キャビティCの内部に入ることなく、ピストン5の冠面における吸気側の壁面に衝突し、その後、隆起部5aにおける吸気側の傾斜壁面W2に沿って上方に方向転換され、点火プラグ16の近傍へと導かれる。なお、これら4つの噴霧X1〜X4以外の残り2つの噴霧については図示していないが、これら残り2つの噴霧は、点火プラグ16から離れた燃焼室6の外周部を指向するように噴射される。
As shown in FIG. 2A, after entering the inside of the cavity C, the spray X1 is turned upward along the wall surface W1 on the exhaust side of the cavity C and guided to the vicinity of the
このように、当実施形態では、インジェクタ15から圧縮行程の後半に燃料を噴射した場合に、合計6つの噴孔から噴射される噴霧のうちの4つ(噴霧X1〜X4)が、いずれも点火プラグ16の近傍に集められるようになっている。これにより、点火プラグ16の近傍に相対的にリッチな混合気が形成され、いわゆる燃料の成層化が実現される。このような燃料の成層化は、燃焼安定性が損なわれ易い運転条件において、燃焼安定性を改善する上で有利である。例えば、後述する触媒暖機運転時(低温の触媒を高温の排気ガスにより加熱する運転時)のように、点火時期の遅角化が必要な運転条件では、燃焼安定性が損なわれ易い。そこで、当実施形態では、少なくとも触媒暖機運転中に、燃焼安定性を改善すべく、インジェクタ15から噴射すべき燃料の一部が圧縮行程の後半に噴射されるようになっている。
Thus, in this embodiment, when fuel is injected from the
図1に示すように、シリンダヘッド4には光学センサSN3が設けられている。光学センサSN3は、燃焼室6で発生した粒子状物質の発光である輝炎を検出するものである。ここで、燃焼室6から排出される粒子状物質には、燃料の燃焼に起因して生じるスート(煤)の他、未燃の炭化水素(SOF)、燃料由来の硫化物(Sulfate)等が含まれるが、後述する項目(2)で説明する研究の結果によれば、ガソリン直噴エンジンで発生する粒子状物質のほとんどはスートである。したがって、以下では粒子状物質のことを単にスートという。
As shown in FIG. 1, the
以上のように構成されたエンジンは、その各部がECU(エンジン制御ユニット)50により統括的に制御される。ECU50は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサであり、請求項にいう「演算部」および「噴射制御部」に相当するものである。
Each part of the engine configured as described above is centrally controlled by an ECU (engine control unit) 50. As is well known, the
ECU50には、エンジンに設けられた各種センサから種々の情報が入力される。すなわち、ECU50は、上述したクランク角センサSN1、触媒温度センサSN2、および光学センサSN3と電気的に接続されており、これら各センサSN1〜SN3からの入力信号に基づいて、クランク角、エンジン回転速度、触媒温度、輝炎(スートの発光)の輝度といった種々の情報を取得する。
Various information is input to the
ECU50は、上記各センサSN1〜SN3等から取得される情報に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。具体的に、ECU50は、インジェクタ15、点火プラグ16、サプライポンプ21、およびスロットル弁30等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
ECU50 controls each part of an engine, performing various calculations etc. based on the information acquired from each said sensors SN1-SN3. Specifically, the
(1−2)触媒暖機運転時の制御
エンジンが冷間始動された直後のように、触媒温度がかなり低くなる条件においては、この低温の触媒を早期に活性化させるために、点火時期を遅角化して排気ガスを高温化させる(つまり高温の排気ガスにより触媒を加熱する)触媒暖機制御が実行される。以下では、この触媒暖機制御の詳細について、図3、図4のフローチャートおよび図5のタイムチャートを参照しつつ説明する。
(1-2) Control during catalyst warm-up operation Immediately after the engine is cold-started, the ignition timing is set to activate the low-temperature catalyst at an early stage under conditions where the catalyst temperature is considerably low. The catalyst warm-up control is executed to retard the temperature and raise the exhaust gas temperature (that is, to heat the catalyst with the high-temperature exhaust gas). The details of the catalyst warm-up control will be described below with reference to the flowcharts of FIGS. 3 and 4 and the time chart of FIG.
図外のイグニッションスイッチがONされて図3のフローチャートに示す処理がスタートすると、ECU50は、停止していたエンジンを始動する制御を実行する(ステップS1)。
When the ignition switch (not shown) is turned on and the processing shown in the flowchart of FIG. 3 is started, the
次いで、ECU50は、触媒温度センサSN2により検出される触媒温度(触媒コンバータ31内の触媒の温度)が、予め定められた閾値Tx未満であるか否かを判定する(ステップS2)。ここで用いられる触媒温度の閾値Txは、触媒の活性状態を判定するための閾値であり、触媒温度がこの閾値Tx未満であるということは、触媒を早期に暖機する必要があるほど触媒が未活性であることを意味する。
Next, the
上記ステップS2でNOと判定されて触媒温度が閾値Tx以上であることが確認された場合、つまり触媒が活性状態にあるかこれに近い状態であることが確認された場合には、触媒暖機制御を実行する必要がないため、点火時期を遅角化しない通常運転に移行する。 If it is determined NO in step S2 and it is confirmed that the catalyst temperature is equal to or higher than the threshold value Tx, that is, if it is confirmed that the catalyst is in an active state or a state close thereto, the catalyst warm-up is performed. Since it is not necessary to execute the control, the routine shifts to a normal operation in which the ignition timing is not retarded.
一方、上記ステップS2でYESと判定されて触媒温度がTx未満であること(触媒が未活性であること)が確認された場合、ECU50は、図5(a)に示す噴射パターン1に従ってインジェクタ15から燃料を噴射させる(ステップS3)。
On the other hand, when it is determined YES in step S2 and it is confirmed that the catalyst temperature is lower than Tx (the catalyst is inactive), the
噴射パターン1は、図5(a)に示すように、吸気行程の終期に1段目の燃料噴射F1aを実行するとともに、圧縮行程の後半に2段目の燃料噴射F2aを実行する2分割噴射のパターンである。なお、図5のグラフでは、圧縮上死点を0°とした場合のクランク角(deg.ATDC)を横軸に採用しているので、圧縮上死点よりも進角側の角度はマイナスの数値で標記される。ただし、以下の本文中の説明では、圧縮上死点よりも進角側であることをBTDCで表し、マイナスの数値を用いない。このため、例えばグラフ上では−180(deg.ATDC)となる吸気下死点を指す場合には、BTDC180°CAと表記することになる。
In the
噴射パターン1では、一例として、圧縮上死点(TDC)よりも190°クランク角を早めたBTDC190°CAに1段目の燃料噴射F1aが開始され、圧縮上死点よりも55°クランク角を早めたBTDC55°CAに2段目の燃料噴射F2aが開始される。なお、ここでの例示は、エンジン回転速度がある特定の範囲(例えば850rpm前後)にあるときの噴射時期を例示したものであって、エンジン回転速度が変化した場合には噴射時期も適宜変更され得る。このことは、後述する噴射パターン2,3(ステップS11,S18)でも同様である。
In the
また、噴射パターン1では、後述する噴射パターン2,3に比べて、インジェクタ15からの燃料の噴射圧力(燃圧)が低くなるようにサプライポンプ21が制御される。具体的に、噴射パターン1における燃圧は、例えば15〜20MPa程度に設定される。
Further, in the
なお、1段目の燃料噴射F1aによる噴射量と2段目の燃料噴射F2aによる噴射量との割合(分割比)は適宜設定可能であるが、例えば2等分(50:50)の分割比に設定することができる。 The ratio (split ratio) between the injection amount by the first-stage fuel injection F1a and the injection amount by the second-stage fuel injection F2a can be set as appropriate. Can be set to
上記のように噴射パターン1による燃料噴射(ステップS3)を実行した後、ECU50は、噴射された燃料が膨張行程の途中で燃焼を開始するように、圧縮上死点よりも所定量遅角側に設定されたタイミングで点火プラグ16を作動させる(ステップS4)。
After executing the fuel injection (step S3) according to the
次いで、ECU50は、スートの発光である輝炎を光学センサSN3により検出するとともに(ステップS5)、検出した輝炎に基づいて、スート量の指標となるKL値(KLθmax)を同定する演算を実行する(ステップS6)。
Next, the
詳しくは後述の項目(2)で説明するが、KL値は、スート濃度と燃焼場の厚さ(放射光を検出する方向に関する火炎の厚み)の積である。ここでは、各クランク角における筒内全体のKL値をKLθとし、そのピーク値をKLθmaxとする。上記ステップS6において、ECU50は、輝炎からの放射光を2分光して得られる2つの異なる波長成分の輝度を特定し、各輝度からスートの温度(輝度温度)を求め、さらにこの輝度温度を用いた所定の演算により、KLθおよびKLθmaxを同定する。この方法は2色法と呼ばれるものであるが、2色法自体は周知であり、また後述する項目(2)でも2色法について述べるので、ここでは2色法についての詳細な説明は省略する。
The KL value is the product of the soot concentration and the thickness of the combustion field (the thickness of the flame with respect to the direction in which the emitted light is detected), which will be described in detail in item (2) described later. Here, the KL value of the entire cylinder at each crank angle is KL θ , and the peak value is KL θmax . In step S6, the
上記のように、KL値(KLθおよびKLθmax)を求めるには、輝炎からの放射光を2つの異なる波長成分に分光することが必要である。このため、当実施形態では、輝炎から光学センサSN3に入力される放射光を分光するためのフィルターが、光学センサSN3に内蔵されている。 As described above, in order to obtain the KL values (KL θ and KL θmax ), it is necessary to split the emitted light from the luminous flame into two different wavelength components. For this reason, in this embodiment, the filter for splitting the radiation light input into the optical sensor SN3 from the luminous flame is built in the optical sensor SN3.
上記のようにしてKLθmaxを求めた後、ECU50は、この求めたKLθmaxに基づいて、エンジンから排出されるスートの個数(以下、これをPNと略すことがある)を推定する演算を実行する(ステップS7)。後述する項目(2)で詳しく説明するように、本願発明者の研究によれば、PNとKLθmaxとは、KLθmaxの値が増大するにつれてPNも略一定の割合で増大するという直線的(1次関数的)な関係にある(図3のグラフV参照)。このため、PNの推定値は、例えば、所定の1次関数にKLθmaxを代入することにより求めることができる。あるいは、当該1次関数に基づき予め用意されたマップを用いて、KLθmaxからPNの推定値を求めてもよい。
After obtaining KL θmax as described above, the
次いで、ECU50は、上記ステップS7で推定されたPNが予め定められた閾値α未満であるか否かを判定する(ステップS8)。ここで用いられるPNの閾値αは、PNを低減するために噴霧条件を改善する必要があるか否かを判定するための閾値であり、PNがこの閾値α以上であるということは、PNが想定外に多いために噴霧条件を改善する(それによってPNを低減する)必要があることを意味する。
Next, the
上記ステップS8でYESと判定されてPNが閾値α未満であることが確認された場合、ECU50は、上記ステップS2に戻ってそれ以降の処理を繰り返す。
When it is determined YES in Step S8 and it is confirmed that PN is less than the threshold value α, the
一方、上記ステップS8でNOと判定されてPNが閾値α以上であることが確認された場合、ECU50は、図4のステップS10に移行して、触媒温度が閾値Tx未満であるか否かを判定するとともに、ここでYESであった場合(つまり触媒が依然未活性であった場合)には、燃料の噴射パターンを上述した噴射パターン1から図5(b)に示す噴射パターン2に切り替えて、この噴射パターン2に従ってインジェクタ15から燃料を噴射させる(ステップS11)。
On the other hand, when it is determined NO in Step S8 and it is confirmed that PN is equal to or higher than the threshold value α, the
噴射パターン2は、図5(b)に示すように、吸気行程の終期に1段目の燃料噴射F1bを実行するとともに、圧縮行程の後半に2段目の燃料噴射F2bを実行する2分割噴射のパターンである。一例として、1段目および2段目の燃料噴射F1b,F2bは、上述した噴射パターン1のときと同様に、それぞれBTDC190/55°CAに開始される。なお、各段の燃料噴射F1b,F2bによる噴射量の割合(分割比)は適宜設定可能であるが、例えば2等分(50:50)の分割比に設定することができる。
In the
また、噴射パターン2では、噴射パターン1に比べて、インジェクタ15からの燃料の噴射圧力(燃圧)が高くなるようにサプライポンプ21が制御される。具体的に、噴射パターン2における燃圧は、例えば20〜30MPa程度に設定される。
Further, in the
上記のようにして噴射パターン2による燃料噴射(ステップS11)を実行した後、ECU50は、噴射された燃料が膨張行程の途中で燃焼を開始するように、圧縮上死点よりも所定量遅角側に設定されたタイミングで点火プラグ16を作動させる(ステップS12)。
After executing the fuel injection by the injection pattern 2 (step S11) as described above, the
次いで、ECU50は、上記ステップS5,S6と同様の方法で、検出した輝炎に基づきKLθmaxを求めるとともに(ステップS13,S14)、上記ステップS7と同様の方法で、KLθmaxからPNを推定する(ステップS15)。
Next, the
次いで、ECU50は、上記ステップS15で求められたPNが閾値α未満であるか否かを判定する(ステップS16)。
Next, the
上記ステップS16でYESと判定されてPNが閾値α未満であることが確認された場合、ECU50は、上記ステップS10に戻ってそれ以降の処理を繰り返す。
When it is determined as YES in Step S16 and it is confirmed that PN is less than the threshold value α, the
一方、上記ステップS16でNOと判定されてPNが閾値α以上であることが確認された場合、ECU50は、触媒温度が閾値Tx未満であるか否かを判定するとともに(ステップS17)、ここでYESであった場合(つまり触媒が依然未活性であった場合)には、燃料の噴射パターンを上述した噴射パターン2から図5(c)に示す噴射パターン3に切り替えて、この噴射パターン3に従ってインジェクタ15から燃料を噴射させる(ステップS18)。
On the other hand, when it is determined NO in Step S16 and it is confirmed that PN is equal to or higher than the threshold value α, the
噴射パターン3は、図5(c)に示すように、吸気行程の終期に1段目の燃料噴射F1cを実行するとともに、圧縮行程の前半に2段目の燃料噴射F2cを実行し、さらに圧縮行程の後半に3段目の燃料噴射F3cを実行する3分割噴射のパターンである。一例として、1段目の燃料噴射F1cはBTDC190°CAに開始され、2段目の燃料噴射F2cはBTDC115°CAに開始され、3段目の燃料噴射F3cはBTDC55°CAに開始される。なお、各段の燃料噴射F1c,F2c,F3cによる噴射量の割合(分割比)は適宜設定可能であるが、例えば3等分(33:33:33)の分割比に設定することができる。
In the
また、噴射パターン3では、噴射パターン2のときと同様に、インジェクタ15からの燃料の噴射圧力(燃圧)が例えば20〜30MPa程度まで高くなるようにサプライポンプ21が制御される。
Further, in the
上記のようにして噴射パターン3による燃料噴射(ステップS18)を実行した後、ECU50は、噴射された燃料が膨張行程の途中で燃焼を開始するように、圧縮上死点よりも所定量遅角側に設定されたタイミングで点火プラグ16を作動させる(ステップS19)。
After executing the fuel injection by the injection pattern 3 (step S18) as described above, the
(2)本発明の基礎となる研究
以上説明したとおり、実施形態では、スートの発光である輝炎を光学的に検出してKL値(より詳しくはKLθmax)を求め、求めたKL値から推定されるPNの大小に基づいてインジェクタ15からの燃料噴射を制御している。この実施形態に代表される本発明は、スートの個数(PN)を簡便に特定するために本願発明者が行った研究に基づいてなされたものである。以下、この研究の内容について詳しく説明する。
(2) Research that is the basis of the present invention As described above, in the embodiment, a luminous flame that is light emission of soot is optically detected to obtain a KL value (more specifically, KL θmax ), and from the obtained KL value. The fuel injection from the
(2−1)実験方法
(a)供試エンジンおよび実験条件
実験では、量産ガソリンエンジンをベースとした単気筒の可視化エンジンを用いた。この可視化エンジンの構造を図6に、諸元を表1に、実験条件を表2にそれぞれ示す。図6に示すように、可視化エンジンでは、石英ガラス製のシリンダブロック(以下、ガラスライナという)が用いられており、このガラスライナを通じてエンジンの内部(燃焼室)が外部から観察できるようになっている。
(2-1) Experimental method (a) Test engine and experimental conditions In the experiment, a single-cylinder visualization engine based on a mass-produced gasoline engine was used. The structure of this visualization engine is shown in FIG. 6, the specifications are shown in Table 1, and the experimental conditions are shown in Table 2. As shown in FIG. 6, the visualization engine uses a cylinder block made of quartz glass (hereinafter referred to as a glass liner), and the inside (combustion chamber) of the engine can be observed from the outside through this glass liner. Yes.
背景技術の欄でも説明したとおり、ガソリン直噴エンジンから排出されるPNの多くは、エンジン始動直後の触媒暖機運転中に発生する。そこで、実験では、この触媒暖機運転に対応させて、エンジン回転速度が850rpmで一定となるようにエンジンを運転し、かつ点火時期を遅角化している。点火時期を遅角化するのは、排気ガス温度を上昇させて触媒を早期に活性化させるためである。一般に、排気ガス温度の上昇を目的とする点火時期の遅角化は燃焼安定性を損なうが、本エンジンでは、上述した項目(1)で説明した実施形態と同様の成層燃焼コンセプトによって、十分な燃焼安定性を確保している。すなわち、6つの噴孔を有したインジェクタから圧縮行程中に燃料を噴射し、このうち4つの噴孔から噴射される4本の噴霧を点火プラグ周りに集めることで、圧縮上死点後の長い期間にわたり、安定した可燃混合気を供給することを可能にしている。 As explained in the Background Art section, most of the PN discharged from the gasoline direct injection engine is generated during the catalyst warm-up operation immediately after the engine is started. Therefore, in the experiment, in correspondence with the catalyst warm-up operation, the engine is operated so that the engine rotation speed becomes constant at 850 rpm, and the ignition timing is retarded. The reason for retarding the ignition timing is to raise the exhaust gas temperature and activate the catalyst at an early stage. In general, retarding the ignition timing for the purpose of raising the exhaust gas temperature impairs combustion stability. However, in this engine, the stratified combustion concept similar to the embodiment described in item (1) above is sufficient. Combustion stability is ensured. That is, fuel is injected during the compression stroke from an injector having six injection holes, and four sprays injected from the four injection holes are collected around the spark plug so that a long time after compression top dead center is obtained. This makes it possible to supply a stable combustible mixture over a period of time.
(b)計測方法
PNの計測にあたっては、粒径分布が分かる高速応答微粒子粒度分布計(Cambustion製、DMS500)を用いて、排気通路を通過する粒径23〜1000nmの粒子状物質の個数を計測した。なお、計測の対象となる粒径が23〜1000nmであるのは、欧州規制(Euro6)に対応したものである。
(B) Measurement method In measuring PN, the number of particulate matter having a particle diameter of 23 to 1000 nm passing through the exhaust passage is measured using a high-speed response fine particle size distribution analyzer (manufactured by Cambustion, DMS500) that can understand the particle size distribution. did. In addition, it is a thing corresponding to European regulation (Euro6) that the particle size used as measurement object is 23-1000 nm.
また、PN生成の現象解明をするために、図6に示すように、排気ポートの直下流の位置でサンプリングを行うとともに、ガラスライナを通じて燃焼室の内部の様子を撮影した。撮影には高速度カラーカメラ(Photron製、FASTCAMSA-X)を用い、エンジンフロント側より燃焼火炎および噴霧散乱光の撮影を行った。噴霧散乱光の撮影には、Nd:YLFレーザ(Litron製、LDY304)を用い、円柱レンズよりシート光とし、エンジン排気側からガラスライナを通じて燃焼室内のボア中心に入光した。 In order to elucidate the phenomenon of PN generation, as shown in FIG. 6, sampling was performed at a position immediately downstream of the exhaust port, and the inside of the combustion chamber was photographed through a glass liner. A high-speed color camera (manufactured by Photon, FASTCAMSA-X) was used for photographing, and a combustion flame and spray scattered light were photographed from the engine front side. An Nd: YLF laser (manufactured by Litron, LDY304) was used to photograph the spray scattered light, and it was converted into sheet light from a cylindrical lens and incident on the bore center in the combustion chamber from the engine exhaust side through a glass liner.
(2−2)実験結果
(a)触媒暖機運転時の微粒子発生原因
実験にあたっては、6噴孔タイプの量産インジェクタ(各噴孔の位置は上述した実施形態のものと同様)を用いて、18MPaの燃圧により2段に分けて燃料を噴射した。具体的には、1段目の燃料噴射の開始時期を吸気行程の終期であるBTDC190°CA(圧縮上死点から190°クランク角を早めた時期)に固定した上で、2段目の燃料噴射の開始時期を圧縮行程内で種々変化させた。また、1段目および2段目の噴射量の割合は50:50とした。そして、各条件下でエンジンを運転し、1ccあたりの粒子状物質の個数(PN)と、図示平均有効圧力(IMEP)の変動率である燃焼変動率とを測定し、その結果を図7のグラフにまとめた。なお、以下では、1段目の燃料噴射の開始時期を1st・SOI、2段目の燃料噴射の開始時期を2nd・SOIと表記する。2nd・SOIの時期は、(i)BTDC70°CA、(ii)BTDC60°CA、(iii)BTDC55°CA、(iv)BTDC50°CA、(v)BTDC45°CAのいずれかに設定される。
(2-2) Experimental results (a) Cause of particulate generation during catalyst warm-up operation In the experiment, a 6-hole type mass production injector (the position of each nozzle hole is the same as that of the above-described embodiment), The fuel was injected in two stages with a fuel pressure of 18 MPa. Specifically, after the start timing of the first stage fuel injection is fixed at
図7に示すように、2nd・SOIが遅角されるほど(つまり(i)→(ii)→(iii)→(iv)→(v)の順に)、燃焼変動率は低下し、かつPNは増加している。このことから、PNおよび燃焼変動率は、2nd・SOIに強く依存していることが分かる。なお、燃焼変動率が低下することは、燃焼安定性が改善されていることを意味する。すなわち、2nd・SOIが遅角されるほど、点火プラグの近傍に着火し易いリッチな混合気が形成され易くなる(つまり燃料の成層化が強まる)ので、図示平均有効圧力の変動率の小さい安定した燃焼が実現されるようになる。一方で、2nd・SOIの遅角化は、酸素不足の状態で燃焼する燃料の割合を増大させるので、そのことがPNの増大を招くことになる。 As shown in FIG. 7, as the 2nd · SOI is retarded (that is, in the order of (i) → (ii) → (iii) → (iv) → (v)), the combustion fluctuation rate decreases and PN Is increasing. From this, it can be seen that the PN and the combustion fluctuation rate strongly depend on 2nd · SOI. Note that a decrease in the combustion fluctuation rate means that the combustion stability is improved. That is, as the 2nd · SOI is retarded, a rich air-fuel mixture that easily ignites is more likely to be formed in the vicinity of the spark plug (that is, fuel stratification becomes stronger). Combustion will be realized. On the other hand, the retardation of 2nd · SOI increases the proportion of fuel combusted in a state of insufficient oxygen, which leads to an increase in PN.
ここで、ガソリンエンジンから排出される粒子状物質は、燃焼起因のスートの他、未燃の炭化水素(SOF)、燃料由来の硫化物(Sulfate)等に分けられ、種々の径の粒子を含んでいる。そこで、図7で計測対象とされた粒子の粒径分布(つまり検出された粒子を粒径ごとに区分して各粒径区分ごとの粒子数を同定したもの)を図8に示す。図8に示すように、2nd・SOIを変化させた各条件のいずれにおいても、概ね70nm付近にピークを有する粒径分布が得られた。また、ピーク位置での粒子数は、2nd・SOIを遅角させるに従い増加しており、図7で示したPNの傾向と概ね一致している。 Here, the particulate matter discharged from the gasoline engine is classified into unburned hydrocarbon (SOF), fuel-derived sulfide (Sulfate), etc. in addition to soot caused by combustion, and includes particles of various diameters. It is out. Therefore, FIG. 8 shows the particle size distribution of the particles to be measured in FIG. 7 (that is, the detected particles are classified for each particle size and the number of particles for each particle size category is identified). As shown in FIG. 8, a particle size distribution having a peak in the vicinity of approximately 70 nm was obtained under any of the conditions in which 2nd · SOI was changed. In addition, the number of particles at the peak position increases as the 2nd · SOI is retarded, and generally agrees with the PN trend shown in FIG.
ガソリン直噴エンジンの燃焼により生じるスート粒子は、粒径が5〜60nmの一次粒子と、複数の一次粒子が凝集した粒径が20〜200nmの粒子とから構成されることが知られている。このことから、図7で計測対象とされた粒子(70nm付近で粒径分布のピークをもつ粒子)は、燃焼起因のスートがその大部分を占めていると考えられる。 It is known that soot particles generated by combustion of a gasoline direct injection engine are composed of primary particles having a particle size of 5 to 60 nm and particles having a particle size of 20 to 200 nm in which a plurality of primary particles are aggregated. From this, it is considered that most of the particles (particles having a particle size distribution peak near 70 nm) that are measured in FIG.
一般に、ガソリン直噴エンジンから排出されるスートは、(i)燃料噴霧のピストン壁面への付着によるものと、(ii)混合気のリッチ化によるものと考えられる。そこで、本エンジンにおけるスート発生原因を考察するために、燃焼火炎および噴霧散乱光を撮影し、図9および図10の結果を得た。図9は、50サイクル平均の筒内圧力および熱発生率を測定して得られたグラフと、複数のクランク角において取得された燃焼火炎画像とを併せて示した図であり、図10は、2段目の燃料噴射による噴霧散乱光画像を示した図である。なお、これら図9および図10では、燃焼安定性を考慮して、いずれも2nd・SOIがBTDC55°CAに設定されている。
In general, soot discharged from a gasoline direct injection engine is considered to be due to (i) adhesion of fuel spray to the piston wall surface and (ii) richness of the air-fuel mixture. Therefore, in order to consider the cause of the soot generation in this engine, the combustion flame and spray scattered light were photographed, and the results of FIGS. 9 and 10 were obtained. FIG. 9 is a graph showing a graph obtained by measuring an in-cylinder pressure and a heat generation rate with an average of 50 cycles, and a combustion flame image acquired at a plurality of crank angles, and FIG. It is the figure which showed the spray scattered light image by the fuel injection of the 2nd step. In these FIGS. 9 and 10, 2nd · SOI is set to
図9に示される火炎画像に着目すると、伝播火炎がピストン壁面に到達した後、吸気側のピストン壁面の近傍からスートの発光である輝炎が発現していることが分かる(領域A)。またピストンの下降に従い、輝炎領域が拡大し、ピストンのキャビティ付近からも輝炎が発現している様子が観察される。また、図10に示される噴霧の画像に着目すると、輝炎が確認された吸気側のピストン壁面およびキャビティの近傍に噴霧が衝突していることが分かる。これらのことから、触媒暖機運転中におけるPNの発生は、ピストン壁面に付着した燃料が蒸発・混合する前に当該壁面に火炎が到達し、いわゆるプール燃焼によりスート粒子が生成されることが主要因であると考えられる。 When attention is paid to the flame image shown in FIG. 9, it can be seen that after the propagation flame reaches the piston wall surface, a luminous flame as soot emission appears from the vicinity of the piston wall surface on the intake side (region A). Further, as the piston descends, the luminous flame area expands, and it is observed that the luminous flame is also generated from the vicinity of the cavity of the piston. Further, when attention is paid to the spray image shown in FIG. 10, it is understood that the spray collides with the piston wall surface on the intake side where the luminous flame is confirmed and the vicinity of the cavity. From these facts, PN generation during the catalyst warm-up operation is mainly caused by the so-called pool combustion that generates soot particles by the flame reaching the wall surface before the fuel adhering to the piston wall evaporates and mixes. It is thought to be a cause.
(b)輝炎とPNとの相関
図9に示したとおり、ピストン壁面への噴霧衝突位置付近から輝炎が確認されたが、輝炎の観察だけでは、PNとの定量的な紐づけをすることは難しい。そこで、輝炎を2色法によりKL値として定量化し、そのKL値とPNとの関係性を調査した。なお、輝炎を定量化するために、HottelとBroughtonによって提唱された手法を用いて、2色法計測を行った。これは、上記(1)の実施形態で説明したのと同様の手法であり、輝炎からの放射光を2分光して得られる2つの異なる波長成分の輝度からスートの温度(輝度温度)を求め、その輝度温度を用いた演算処理の結果として、KL値と火炎温度(スートの加熱減である火炎の温度)とを同時に求める光学的手法である。なお、2色法計測にあたっては、高速度カラーカメラを用いて輝炎を撮影し、その撮影画像を2色温度計測ソフト(三井オプトロニクス製、HS-Thermera ver4.87)に導入して解析を行った。輝炎の波長は燃焼火炎の波長とは異なるため、輝炎の輝度を火炎と区別して特定することが可能である。
(B) Correlation between luminous flame and PN As shown in FIG. 9, a luminous flame was confirmed from the vicinity of the spray collision position on the piston wall surface. Difficult to do. Therefore, the luminous flame was quantified as a KL value by the two-color method, and the relationship between the KL value and PN was investigated. In order to quantify the luminous flame, two-color method measurement was performed using the method proposed by Hottel and Broughton. This is the same method as described in the embodiment of (1) above, and the soot temperature (luminance temperature) is calculated from the luminances of two different wavelength components obtained by splitting the emitted light from the luminous flame twice. This is an optical method for obtaining the KL value and the flame temperature (the temperature of the flame, which is a reduction in heating of the soot) at the same time, as a result of the calculation process using the luminance temperature. In the two-color measurement, a bright flame is photographed using a high-speed color camera, and the photographed image is introduced into a two-color temperature measurement software (manufactured by Mitsui Optronics, HS-Thermera ver 4.87) for analysis. It was. Since the wavelength of the luminous flame is different from the wavelength of the combustion flame, the luminance of the luminous flame can be specified separately from the flame.
KL値は、上述した実施形態の説明でも述べたとおり、スート濃度と燃焼場の厚さ(放射光を検出する方向に関する火炎の厚み)の積である。このKL値は、筒内のスート質量と相関があると考えられ、次式(1)で表される。 The KL value is the product of the soot concentration and the thickness of the combustion field (the thickness of the flame with respect to the direction in which the radiated light is detected), as described in the above-described embodiment. This KL value is considered to have a correlation with the soot mass in the cylinder, and is expressed by the following equation (1).
ここで、m:スートの質量[kg]、Vcyl:容積[m3]、Lls:燃焼場の厚さ[m]である。2色法の理論と演算手法については、過去の様々な文献で記されており、ここではその説明を省略する。 Here, m: mass of soot [kg], V cyl : volume [m 3 ], L ls : thickness of combustion field [m]. The theory and calculation method of the two-color method are described in various past documents, and the description thereof is omitted here.
図9と同一条件下で2色法計測を行った際の火炎温度、KL値、および輝度を図11に示す。具体的に、図11の(a)のグラフは、各クランク角における平均火炎温度を示しており、図11の(b)のグラフは、各クランク角における筒内全体のKL値であるKLθと輝度とを示している。なお、ここでいう輝度は、火炎画像における各ピクセルの総和である。 FIG. 11 shows the flame temperature, KL value, and luminance when the two-color method measurement is performed under the same conditions as in FIG. Specifically, the graph of FIG. 11A shows the average flame temperature at each crank angle, and the graph of FIG. 11B shows KL θ which is the KL value of the entire cylinder at each crank angle. And luminance. The luminance here is the sum of each pixel in the flame image.
図11(b)に示すように、輝度は、圧縮上死点から90°遅れたATDC90°CA付近でピークを示しているが、排気開弁時期(以下、EVOという)での値はピーク値に比べて大幅に減少している。一方、KLθは、EVOのやや手前でピークを示し、そのピークでの値とEVOでの値との間に大きな差は生じていない。このような違いが現れた理由として、ピストンの下降(燃焼室の膨張)に伴う火炎温度変化の影響が考えられる。すなわち、火炎温度が低下するほどスートの発光が弱くなるため、輝度は火炎温度変化の影響を直接的に受け易い。このため、EVOまでクランク角が進行して火炎温度が低下すると、これに伴い輝度も低下し、ピーク値との差が拡大することになる。逆に、KLθは輝度に比べて火炎温度変化の影響を受け難いため、EVOまでクランク角が進行しても、KLθはピーク値に近い値を維持している。以上のことから、KLθは輝度と比較して、筒内のスート質量をより正確に反映しているといえる。
As shown in FIG. 11B, the luminance shows a peak in the vicinity of
図12に、燃圧=18MPa、1st・SOI=BTDC190°CAという条件下で、2nd・SOIを種々変化させながらKLθmaxとPNとを同時計測した結果を示す。なお、KLθmaxは図11で示したKLθのピーク値のことである。KLθはEVO付近でピークを示すことから、そのピーク値(KLθmax)を筒内のスート質量の代表値として採用した。
FIG. 12 shows the result of simultaneous measurement of KL θmax and PN while variously changing 2nd · SOI under the conditions of fuel pressure = 18 MPa, 1st · SOI =
図12より、KLθmaxとPNとは直線的(1次関数的)な関係にあり、両者の相関係数Rは約0.97と非常に高い値を示した。つまり、KLθmaxの値が増大するにつれてPNも略一定の割合で増大するという関係が確認された。以上の結果から、KLθmaxを用いてPNを定量的に予測できることが分かった。 From FIG. 12, KL θmax and PN are in a linear (linear function) relationship, and the correlation coefficient R between them is a very high value of about 0.97. That is, it was confirmed that PN increases at a substantially constant rate as the value of KL θmax increases. From the above results, it was found that PN can be quantitatively predicted using KL θmax .
(c)噴霧の改善および多段噴射化によるPN低減
上記(b)の結果より、筒内のKL値とPNとを定量的に紐づけることができた。また、上記(a)の可視化結果より、噴霧のピストン壁面付着によるプール燃焼が、PN発生の主要因であることが推測された。そこで、2段目の噴射燃料がピストン壁面に付着する量を低減することを狙って、噴霧の改善および多段噴射化を行い、PN低減を図った。それぞれの噴射条件を表3に示す。
(C) PN reduction by improvement of spraying and multi-stage injection From the result of (b) above, the KL value in the cylinder and PN could be linked quantitatively. Moreover, from the visualization result of the above (a), it was presumed that the pool combustion due to the adhesion of the sprayed piston to the wall surface is the main cause of the generation of PN. Therefore, with the aim of reducing the amount of the second-stage injected fuel adhering to the piston wall surface, spraying was improved and multistage injection was performed to reduce PN. Table 3 shows the respective injection conditions.
表3では、量産インジェクタを用いたものを比較例、この比較例に対し噴霧のペネトレーションを低減させる改良を加えたインジェクタを用いたものを実施例1、この実施例1に対し燃圧を高めた仕様(18MPa→25MPa)のものを実施例2、この実施例2に対しさらに多段噴射化(2段→3段)を図ったものを実施例3とした。なお、噴霧のペネトレーション(貫徹力)は、噴孔の径および軸長の少なくとも一方を変化させることで変更することが可能であるが、ここでは噴孔径を変化させた。すなわち、実施例1〜3では、比較例に対して噴孔径を小さくすることにより、ペネトレーションを低減した(1→0.82)。 Table 3 shows a comparative example in which a mass production injector is used, a comparative example in which an improvement is made to reduce spray penetration with respect to this comparative example, and a specification in which the fuel pressure is increased compared to the first example. Example 2 (18 MPa → 25 MPa) and Example 3 in which multistage injection (2 stages → 3 stages) was further performed with respect to Example 2 were designated as Example 3. The penetration (penetration force) of the spray can be changed by changing at least one of the diameter and axial length of the nozzle hole, but here, the nozzle hole diameter was changed. That is, in Examples 1 to 3, the penetration was reduced (1 → 0.82) by reducing the nozzle hole diameter compared to the comparative example.
表3中の最も右側の列において、噴射回数と併記された括弧内の数値は、各段の燃料噴射の開始時期を示している。例えば、比較例、実施例1、および実施例2に対応する数値「2(−190/−55)」は、燃料が2段に分けて噴射されるとともに、1段目の噴射開始時期(1st・SOI)がBTDC190°CAに、2段目の噴射開始時期(2nd・SOI)がBTDC55°CAに、それぞれ設定されることを表している。一方、実施例3に対応する数値「3(−190/−115/−55)」は、燃料が3段に分けて噴射されるとともに、1段目の噴射開始時期(1st・SOI)がBTDC190°CAに、2段目の噴射開始時期(2nd・SOI)がBTDC115°CAに、3段目の噴射開始時期(3rd・SOI)がBTDC55°CAに、それぞれ設定されることを表している。
In the rightmost column in Table 3, the numerical value in parentheses written together with the number of injections indicates the start timing of fuel injection at each stage. For example, the numerical value “2 (−190 / −55)” corresponding to the comparative example, the example 1, and the example 2 indicates that the fuel is injected in two stages and the first stage injection start timing (1st This indicates that (SOI) is set to BTDC 190 ° CA, and the second stage injection start timing (2nd · SOI) is set to
ここで、実施例1、つまり燃圧が相対的に低い18MPaとされ、かつ1段目/2段目の噴射開始時期(1st/2nd・SOI)がBTDC190/55°CAとされるケースは、上述した実施形態における噴射パターン1(図5(a))に対応している。また、実施例2、つまり燃圧が相対的に高い25MPaとされ、かつ1段目/2段目の噴射開始時期(1st/2nd・SOI)がBTDC190/55°CAとされるケースは、上述した実施形態における噴射パターン2(図5(b))に対応している。さらに、実施例3、つまり燃圧が相対的に高い25MPaとされ、かつ1段目/2段目/3段目の噴射開始時期(1st/2nd/3rd・SOI)がBTDC190/115/55°CAとされるケースは、上述した実施形態における噴射パターン3(図5(c))に対応している。
Here, the case where the first embodiment, that is, the fuel pressure is relatively low 18 MPa, and the first stage / second stage injection start timing (1st / 2nd · SOI) is
図13(a)(b)に、各噴射条件におけるKLθおよび熱発生率の波形を示し、図14に、ATDC112°CAにおけるKL値の分布画像を示す。KLθの波形(図13)に着目すると、比較例から実施例1→実施例2→実施例3と条件を変更するのに伴って、KLθmaxが減少する傾向が見られた。特に、実施例3では、比較例に対しKLθmaxが71%も低減していることが分かる。すなわち、実施例3のように高燃圧化と多段化を進めたケースでは、PNを約70%低減することが可能である。また、KL値の分布画像(図14)に示されるように、比較例から実施例1→実施例2→実施例3と条件を変更するのに伴って、ピストンの壁面近傍のKL値の面積が減少していることも確認できる。 FIGS. 13A and 13B show waveforms of KL θ and heat generation rate under each injection condition, and FIG. 14 shows a distribution image of KL values at ATDC 112 ° CA. Focusing on the waveform of KL θ (FIG. 13), KL θmax tended to decrease as the conditions were changed from Comparative Example to Example 1 → Example 2 → Example 3. In particular, in Example 3, it can be seen that KL θmax is reduced by 71% compared to the comparative example. That is, in the case where the fuel pressure is increased and the number of stages is increased as in the third embodiment, the PN can be reduced by about 70%. Further, as shown in the distribution image of the KL value (FIG. 14), the area of the KL value in the vicinity of the wall surface of the piston is changed as the conditions are changed from Comparative Example to Example 1 → Example 2 → Example 3. It can also be confirmed that is decreasing.
(d)モデルの考察
上記のとおり、噴霧の改善および多段噴射化により、KL値が低減することがわかった。次に、さらなる最適化を行うことを目的に、表3で示した噴射条件に従ってCFDによる計算を行った。その結果を図15に示す。なお、図15の縦軸はピストン壁面への燃料の付着量である。
(D) Consideration of the model As described above, it was found that the KL value was reduced by the improvement of the spray and the multistage injection. Next, for the purpose of further optimization, calculation by CFD was performed in accordance with the injection conditions shown in Table 3. The result is shown in FIG. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 15 is the adhesion amount of the fuel to a piston wall surface.
図15に示すように、比較例から実施例1→実施例2→実施例3と噴霧条件を改善するに従って燃料付着量が低減しており、上記(c)で述べた実験結果と同様の傾向が再現されている。したがって、ガソリン直噴エンジンの触媒暖機運転中におけるPNは、ピストン壁面の燃料付着量で整理でき、CFDで詳細に検討できることがわかった。 As shown in FIG. 15, the fuel adhesion amount decreases as the spraying conditions are improved from Comparative Example to Example 1 → Example 2 → Example 3, and the same tendency as the experimental result described in the above (c). Has been reproduced. Therefore, it was found that the PN during the catalyst warm-up operation of the gasoline direct-injection engine can be arranged by the fuel adhesion amount on the piston wall surface and can be examined in detail by CFD.
(e)実車での結果
これまでのモデルエンジンを用いた燃焼実験結果に基づいて、実施例3に概ね対応する噴霧条件を適用したエンジンを実際の車両に搭載して試験を行い、図16(a)(b)に示す結果を得た。これによれば、NEDC試験モード走行時において、改善前と比較して66%のPN低減効果が得られることが確認された。
(E) Result in actual vehicle Based on the results of the combustion experiment using the model engine so far, a test was carried out by mounting an engine to which the spray conditions generally corresponding to Example 3 were applied to an actual vehicle. a) The results shown in (b) were obtained. According to this, it was confirmed that a 66% PN reduction effect can be obtained when traveling in the NEDC test mode compared to before improvement.
(2−3)まとめ
本研究で得られた結論を以下にまとめる。
(2-3) Summary The conclusions obtained in this study are summarized below.
(i)触媒暖機運転中に計測されるPNは、主に燃焼起因のスートであり、ピストン壁面への燃料付着によるプール燃焼で生成されることが示唆された。 (I) The PN measured during the catalyst warm-up operation is a soot mainly caused by combustion, suggesting that it is generated by pool combustion due to fuel adhesion to the piston wall surface.
(ii)触媒暖機運転中のPNはKL値と相関が高く、KLθmaxの値からPNを定量的に予測することが可能であることが確認された。 (Ii) PN during the catalyst warm-up operation has a high correlation with the KL value, and it was confirmed that the PN can be quantitatively predicted from the value of KL θmax .
(iii)低ペネトレーション化、高燃圧化、および多段噴射化を組み合わせた噴霧条件の採用により、触媒暖機運転中のKLθmaxを大幅に低減できることが分かり、実車両でもその効果が確認できた。 (Iii) It was found that KL θmax during catalyst warm-up operation can be greatly reduced by adopting spray conditions that combine low penetration, high fuel pressure, and multistage injection, and the effect was confirmed even in actual vehicles.
(3)実施形態の作用効果等の説明
次に、本願発明者による上述した研究の成果に基づいて、図1〜図5に示した実施形態の作用効果について説明する。
(3) Description of Operational Effects of Embodiments Next, the operational effects of the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 will be described based on the results of the above-described research by the inventors of the present application.
上記実施形態では、触媒温度が低いために点火時期が遅角化される触媒暖機運転中に、スートの発光である輝炎が光学センサSN3により検出されるとともに、検出された輝炎に基づき2色法によりKL値(KLθmax)が求められ、このKL値が大きいほどPNが多いものとして推定される(ステップS5〜S7/S13〜S15)。そして、推定されたPNの大小に基づいて、インジェクタ15からの燃料の噴射パターンがパターン1〜3(図5(a)〜(c))の間で可変的に設定される。詳しくは、噴射パターン1が選択されている状態でPNが閾値α以上であることが確認されると、噴射パターンがパターン1からパターン2へと切り替えられ(ステップS8,S11)、さらに、噴射パターン2が選択されている状態でPNが閾値α以上であることが確認されると、噴射パターンがパターン2からパターン3へと切り替えられる(ステップS16,S18)。
In the above embodiment, during the catalyst warm-up operation in which the ignition timing is retarded because the catalyst temperature is low, the luminous flame, which is the soot emission, is detected by the optical sensor SN3 and based on the detected luminous flame. A KL value (KL θmax ) is obtained by the two-color method, and it is estimated that the larger the KL value is, the more PN is (steps S5 to S7 / S13 to S15). Based on the estimated size of PN, the fuel injection pattern from the
一方で、上記項目(2)で説明した研究の結果によれば、上記の噴射パターン1,2,3に対応する実施例1,2,3は、この順に、ピストン5壁面への燃料の付着量を減少させ得ることが分かっている(図15)。このことから、上記実施形態のように、PNに応じて噴射パターンをパターン1からパターン2へと切り替え、もしくはパターン2からパターン3へと切り替えるようにした場合には、当該切り替えに伴って、ピストン5壁面への燃料の付着量を減少させることができる。
On the other hand, according to the result of the research described in the item (2), in Examples 1, 2, and 3 corresponding to the
このように、上記実施形態では、KL値から推定されるPNが大きい場合は小さい場合に比べて、ピストン5壁面への燃料の付着量が減少するようにインジェクタ15からの燃料噴射が制御されるので、壁面に付着した液滴状態の燃料に火炎が到達することで生じるプール燃焼を抑制することができ、当該プール燃焼に起因したスートの発生を抑制することができる。これにより、スートが過剰に発生しないように燃焼を適正に制御することができ、エンジンから排出されるPN(スートの個数)を効果的に抑制することができる。
Thus, in the above embodiment, the fuel injection from the
より詳しくは、上記実施形態では、噴射パターン1,2のいずれが選択された場合でも、吸気行程の終期と圧縮行程の後半との2回に分けて燃料が噴射されるが、噴射パターン2では噴射パターン1に比べて、インジェクタ15からの燃料の噴射圧力(燃圧)が高く設定される(図5(a)(b))。これにより、点火プラグ16による点火時期が遅角化される触媒暖機運転中に、燃料を成層化して良好な燃焼安定性を確保しながら、必要に応じ噴射パターンをパターン1からパターン2に切り替えることにより、燃料の微粒化を促進してPNを抑制することができる。
More specifically, in the above embodiment, the fuel is injected in two times, the final stage of the intake stroke and the latter half of the compression stroke, regardless of which of the
すなわち、噴射パターン1,2では、2段目の燃料噴射(F2a,F2b)の開始時期が圧縮行程の後半まで遅くされるので、混合気に点火する直前において、着火し易いリッチな混合気が局所的に形成され、燃料の成層化が実現される。このような燃料の成層化は、点火時期が遅角されるために燃焼安定性が低下し易い状況を改善するのに有利である。しかしながら、2段目の燃料噴射(F2a,F2b)が圧縮行程の後半まで遅くされるということは、ピストン5壁面に液滴のまま付着する燃料の量が増大することを意味する。このため、場合によっては、付着した燃料のプール燃焼に伴ってスートが過剰に発生することが懸念される。これに対し、上記実施形態では、噴射パターン1が選択されている状態で多くのPNが確認された場合に、噴射パターンがパターン1からパターン2に切り替えられ、当該切り替えに伴って燃圧が高められるので、燃料の微粒化が促進され、燃料が気化・霧化するまでに要する時間を短縮することができる。これにより、上述した壁面への燃料付着量が低減されるので、噴射パターン1のときに比べてPNを抑制することができる。
That is, in the
一方、噴射パターン3では、噴射パターン2に比べて燃料噴射の分割回数が2回から3回に増やされる。具体的には、吸気行程の終期と、圧縮行程の前半と、圧縮行程の後半との3回に分けて燃料が噴射される(図5(c))。言い換えると、分割回数が増やされたことに伴い、噴射パターン3では、圧縮行程中の最も遅いタイミングで実行される最終段(3段目)の燃料噴射F3cによる噴射量が、噴射パターン2のときの対応する噴射量(2段目の燃料噴射F2bによる噴射量)よりも減らされ、逆に、最終段より前(1段目および2段目)の燃料噴射F1c,F2cによる噴射量が、噴射パターン2のときの対応する噴射量(1段目の燃料噴射F1bによる噴射量)よりも増やされる。このように、上記実施形態では、噴射パターン2から噴射パターン3への切り替えに伴って、圧縮行程中の最も遅いタイミングで噴射される燃料の量が減らされるので、ピストン5壁面に液滴のまま付着する燃料の量をさらに低減することができ、PNを効果的に抑制することができる。
On the other hand, in the
ただし、噴射パターン3のように最終段の燃料噴射量を減らした場合には、燃料の成層化が弱まるため、燃焼安定性はやや低下することになる。しかしながら、PNの抑制は重要な課題であり、燃焼安定性の確保よりも優先して取り組むべきである。これに対し、上記実施形態では、燃圧の上昇によりPNの抑制を図る(燃焼安定性への影響がない)噴射パターン2だけでなく、最終段の燃料噴射量を減らすことでPNの抑制を図る(燃焼安定性への影響がある)噴射パターン3までもが用意されているので、噴射パターン2でもPNが十分に減らないような場合にさらに噴射パターン3へと切り替えることで、燃焼安定性を若干は犠牲にしながらも、確実にPNを抑制することができる。なお、仮に噴射パターン3への切り替えによって燃焼安定性がやや低下したとしても、それは触媒暖機運転中に限ったことであり、しかも1段目と3段目の燃料噴射F1c,F3cの間に2段目の燃料噴射F2cが追加される(それによって燃焼安定性の低下幅が抑えられる)ことから、乗員が感じる違和感は最小限に留まるものと考えられる。
However, when the fuel injection amount at the final stage is reduced as in the
(4)変形例
上記実施形態では、噴射パターン1〜3のいずれかが選択されている状態で、KL値(KLθmax)から推定されるPNが閾値α未満であることが確認された場合には、選択されている現在の噴射パターンを維持するようにしたが、例えば、推定されたPNが閾値αよりも十分に小さいような場合には、最終段の燃料噴射(噴射パターン1,2の場合は2段目の燃料噴射F2a,F2b、噴射パターン3の場合は3段目の燃料噴射F3c)のタイミングを規定よりさらに遅角したとしても、PN<αの関係を維持できる可能性がある。そこで、このような場合の対応として、PN<αの関係をKL値のセンシングにより確認しながら、最終段の燃料噴射のタイミングを徐々に遅角させることが提案される。このようにすれば、PN<αを保証しながら最終段の燃料噴射のタイミングをできる限り遅角側に設定できるので、燃焼安定性をさらに改善することができる。また、燃焼安定性が改善されると、点火時期のさらなる遅角化が可能になるので、その遅角化によって触媒暖機性能をさらに向上させることが可能である。
(4) Modification In the above embodiment, when it is confirmed that the PN estimated from the KL value (KL θmax ) is less than the threshold value α in a state where any one of the
また、上記実施形態では、スートの発光である輝炎を2色法により分析することでKL値(KLθmax)を求め、さらに求めたKL値からPNを推定し、そのPNの大小に応じて燃料の噴射を決定するようにしたが、KL値とPNとが直接関係していることから、KL値からPNを推定する処理を省略して、KL値に基づいて噴射パターンを決定する(つまりKL値と噴射パターンとを直接結び付ける)ようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the KL value (KL θmax ) is obtained by analyzing the luminous flame that is the soot emission by the two-color method, and the PN is estimated from the obtained KL value, and depending on the magnitude of the PN Although the fuel injection is determined, since the KL value and the PN are directly related, the process of estimating the PN from the KL value is omitted, and the injection pattern is determined based on the KL value (that is, The KL value and the injection pattern may be directly linked).
また、上記実施形態では、触媒暖機運転中に2回もしくは3回に分割して燃料を噴射するようにしたが(噴射パターン1〜3)、分割回数はこれに限らず、4回以上に分割して燃料を噴射するパターンを設けてもよい。
In the above embodiment, the fuel is injected in two or three times during the catalyst warm-up operation (
また、上記実施形態では、ガソリン直噴エンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明が適用可能なエンジンはこれに限らず、例えばディーゼルエンジンに本発明を適用することも可能である。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which applied this invention to the gasoline direct injection engine, the engine which can apply this invention is not restricted to this, For example, it is also possible to apply this invention to a diesel engine. .
1 エンジン本体
2 気筒
5 ピストン
15 インジェクタ
31 触媒コンバータ
50 ECU(演算部、噴射制御部)
SN3 光学センサ
1
SN3 optical sensor
Claims (9)
前記気筒内に存在する粒子状物質の発光である輝炎を光学的に検出する第1のステップと、
前記第1のステップで検出された輝炎を2色法により分析してKL値を求める第2のステップと、
前記第2のステップで求められたKL値が大きい場合は小さい場合に比べて、前記粒子状物質の個数が抑制される態様で前記インジェクタから燃料を噴射させる第3のステップとを含む、ことを特徴とするエンジンの制御方法。 A method for controlling an engine having an injector for injecting fuel into a cylinder,
A first step of optically detecting a luminous flame which is emission of particulate matter present in the cylinder;
A second step of analyzing the luminous flame detected in the first step by a two-color method to obtain a KL value;
A third step of injecting fuel from the injector in such a manner that the number of the particulate matter is suppressed when the KL value obtained in the second step is large compared to when the KL value is small. A characteristic engine control method.
前記第3のステップでは、前記第2のステップで求められた前記KL値が大きい場合は小さい場合に比べて、ピストン壁面への燃料の付着量が減少するように前記インジェクタからの燃料噴射を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。 The engine control method according to claim 1,
In the third step, the fuel injection from the injector is controlled so that the amount of fuel adhering to the piston wall surface is reduced when the KL value obtained in the second step is large compared to when the KL value is small. An engine control method characterized by:
前記インジェクタは、触媒の温度が低い触媒暖機運転中に、圧縮行程を含む複数のタイミングで燃料を噴射するように制御され、
前記第3のステップでは、前記第2のステップで求められた前記KL値が大きい場合は小さい場合に比べて、前記インジェクタからの燃料の噴射圧力を上昇させる、ことを特徴とするエンジンの制御方法。 The engine control method according to claim 2,
The injector is controlled to inject fuel at a plurality of timings including a compression stroke during a catalyst warm-up operation where the temperature of the catalyst is low,
In the third step, when the KL value obtained in the second step is large, the fuel injection pressure from the injector is increased compared to when the KL value is small. .
前記インジェクタは、触媒の温度が低い触媒暖機運転中に、圧縮行程を含む複数のタイミングで燃料を噴射するように制御され、
前記第3のステップでは、前記第2のステップで求められた前記KL値が大きい場合は小さい場合に比べて、圧縮行程中の最も遅いタイミングで噴射される燃料の量を減らし、かつ当該燃料よりも前に噴射される燃料の量を増やす、ことを特徴とするエンジンの制御方法。 The engine control method according to claim 2 or 3,
The injector is controlled to inject fuel at a plurality of timings including a compression stroke during a catalyst warm-up operation where the temperature of the catalyst is low,
In the third step, when the KL value obtained in the second step is large, the amount of fuel injected at the latest timing during the compression stroke is reduced, and compared to the case where the KL value is small. An engine control method characterized by increasing the amount of fuel previously injected.
前記気筒内に存在する粒子状物質の発光である輝炎を光学的に検出する光学センサと、
前記光学センサにより検出された輝炎を2色法により分析してKL値を求める演算部と、
前記演算部により求められたKL値が大きい場合は小さい場合に比べて、前記粒子状物質の個数が抑制される態様で前記インジェクタから燃料を噴射させる噴射制御部とを備えた、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 An apparatus for controlling an engine having an injector for injecting fuel into a cylinder,
An optical sensor for optically detecting a luminous flame which is emission of particulate matter present in the cylinder;
An arithmetic unit for analyzing the luminous flame detected by the optical sensor by a two-color method to obtain a KL value;
An injection control unit for injecting fuel from the injector in a manner in which the number of the particulate matter is suppressed when the KL value obtained by the arithmetic unit is large compared to when the KL value is small. The engine control device.
前記エンジンの気筒内に存在する粒子状物質の発光である輝炎を光学的に検出する第1のステップと、
前記第1のステップで検出された輝炎を2色法により分析してKL値を求める第2のステップと、
前記第2のステップで求められたKL値に基づいて前記粒子状物質の個数を推定する第3のステップとを含み、
前記第3のステップでは、前記KL値が大きいほどエンジンから排出される前記粒子状物質の個数が多いものと推定する、ことを特徴とするエンジンの排出粒子数検出方法。 A method for detecting the number of particulate matter discharged from an engine,
A first step of optically detecting a luminous flame which is emission of particulate matter present in the cylinder of the engine;
A second step of analyzing the luminous flame detected in the first step by a two-color method to obtain a KL value;
A third step of estimating the number of the particulate matter based on the KL value obtained in the second step,
In the third step, it is estimated that the larger the KL value, the larger the number of particulate matter discharged from the engine.
前記第2のステップでは、前記輝炎からの放射光を2分光して得られる2つの異なる波長成分の輝度を測定し、各輝度の値から特定される輝度温度に基づいて前記KL値を求める、ことを特徴とするエンジンの排出粒子数検出方法。 The engine exhaust particle number detection method according to claim 6,
In the second step, the luminance of two different wavelength components obtained by splitting the radiation light from the luminous flame into two spectra is measured, and the KL value is obtained based on the luminance temperature specified from each luminance value. A method for detecting the number of exhaust particles in an engine.
前記第3のステップでは、クランク角ごとに求められる前記KL値のピーク値に基づいて前記粒子状物質の個数を推定する、ことを特徴とするエンジンの排出粒子数検出方法。 The engine exhaust particle number detection method according to claim 7,
In the third step, the number of particulate matter is estimated based on a peak value of the KL value obtained for each crank angle.
前記エンジンの気筒内に存在する粒子状物質の発光である輝炎を光学的に検出する光学センサと、
前記光学センサにより検出された輝炎を2色法により分析してKL値を求めるとともに、求めたKL値に基づいて前記粒子状物質の個数を推定する演算部とを備え、
前記演算部は、前記KL値が大きいほどエンジンから排出される前記粒子状物質の個数が多いものと推定する、ことを特徴とするエンジンの排出粒子数検出装置。 A device for detecting the number of particulate matter discharged from an engine,
An optical sensor for optically detecting a luminous flame which is emission of particulate matter present in the cylinder of the engine;
An illuminant flame detected by the optical sensor is analyzed by a two-color method to obtain a KL value, and a calculation unit that estimates the number of the particulate matter based on the obtained KL value;
The said calculating part estimates that the number of the said particulate matter discharged | emitted from an engine is so large that the said KL value is large, The exhaust particle number detection apparatus of the engine characterized by the above-mentioned.
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