JP2022019210A - Control device of internal combustion engine and control method - Google Patents
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Abstract
Description
この開示は、内燃機関の制御装置および制御方法に関し、特に、制御された圧力で燃料を噴射する噴射システムを備える内燃機関の制御装置および制御方法に関する。 This disclosure relates to a control device and a control method for an internal combustion engine, and more particularly to a control device and a control method for an internal combustion engine including an injection system for injecting fuel at a controlled pressure.
従来、ディーゼルエンジンにおいて、1サイクルに複数回、燃料を噴射する場合に、メイン噴射を前段と後段とに分けて噴射する燃焼方式があった(たとえば、特許文献1参照)。以降は、この燃焼方式をメイン2段噴射燃焼と呼ぶ。メイン2段噴射燃焼においては、メイン噴射の前段の噴射時期と後段の噴射時期との間隔を調整することで、前段の燃焼時の圧力波と後段の燃焼時の圧力波とを互いに相殺させて、騒音を低減させることができる。しかし、メイン2段噴射燃焼においては、メイン噴射の後段の着火遅れが短いことによるスモークの悪化が生じることが分かっている。 Conventionally, in a diesel engine, when fuel is injected a plurality of times in one cycle, there has been a combustion method in which the main injection is divided into a front stage and a rear stage (see, for example, Patent Document 1). Hereinafter, this combustion method is referred to as main two-stage injection combustion. In the main two-stage injection combustion, by adjusting the interval between the injection timing of the front stage and the injection timing of the rear stage of the main injection, the pressure wave at the time of combustion at the front stage and the pressure wave at the time of combustion at the rear stage cancel each other out. , Noise can be reduced. However, in the main two-stage injection combustion, it is known that the smoke is deteriorated due to the short ignition delay in the subsequent stage of the main injection.
この対応として、コモンレールのレール圧を高くすることにより、スモーク特性を改善することができる。レール圧を高めることで、燃焼騒音が悪化する。しかし、これについては、レール圧を高くするのを必要最小限に留めることで、燃焼騒音およびスモークを共に目標をクリアすることができる。 As a countermeasure, the smoke characteristics can be improved by increasing the rail pressure of the common rail. Increasing the rail pressure worsens the combustion noise. However, for this, by keeping the rail pressure high to the minimum necessary, both combustion noise and smoke can be cleared.
ここで、内燃機関の制御マップおいて、メイン2段噴射燃焼および他の燃焼方式が向いている領域と向いていない領域とがある。複数の燃焼方式を制御マップ上において切替えるだけでは、切替え時に燃焼騒音およびスモークが悪化することが懸念される。 Here, in the control map of the internal combustion engine, there is a region where the main two-stage injection combustion and other combustion methods are suitable and a region where the main two-stage injection combustion method is not suitable. Simply switching between multiple combustion methods on the control map may worsen combustion noise and smoke during switching.
この開示は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の燃焼方式の切替え時に燃焼騒音およびスモークの悪化を抑制することが可能な内燃機関の制御装置および制御方法を提供することである。 This disclosure is made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is an internal combustion engine control device and control capable of suppressing deterioration of combustion noise and smoke when switching between a plurality of combustion methods. Is to provide a method.
この開示に係る制御装置は、内燃機関を制御する。内燃機関は、制御された圧力で燃料を噴射する噴射システムを備える。制御装置は、内燃機関における複数の燃焼方式のいずれかに切替える場合、切替えた燃焼方式に応じた1サイクル当り複数段の燃料の噴射におけるそれぞれの噴射量を算出し、各サイクルにおいて算出されたそれぞれの噴射量で燃料を複数段、噴射するよう噴射システムを制御し、燃焼方式の切替えの過渡期間には、切替え前後の燃焼方式において対応する段の噴射量を、切替え前の燃焼方式の噴射量から、切替え後の燃焼方式の噴射量に徐変するように算出する。 The control device according to this disclosure controls an internal combustion engine. The internal combustion engine comprises an injection system that injects fuel at a controlled pressure. When switching to one of the multiple combustion methods in the internal combustion engine, the control device calculates the injection amount of each of the multiple stages of fuel injection per cycle according to the switched combustion method, and each calculated in each cycle. The injection system is controlled so that the fuel is injected in multiple stages according to the injection amount of Therefore, it is calculated so as to gradually change to the injection amount of the combustion method after switching.
複数の燃焼方式は、第1の燃焼方式と、第2の燃焼方式とを含むようにしてもよく、制御装置は、内燃機関の制御マップにおける、第1の燃焼方式では、所定指標が所定基準を満たさない領域において、所定指標が所定基準を満たす第2の燃焼方式に切替える。 The plurality of combustion methods may include a first combustion method and a second combustion method, and the control device may satisfy a predetermined index in the first combustion method in the control map of the internal combustion engine. In the region where there is no predetermined index, the combustion method is switched to the second combustion method in which the predetermined index satisfies the predetermined standard.
第1の燃焼方式と第2の燃焼方式とでは、燃料の圧力の制御範囲が異なり、制御装置は、燃焼方式に応じた燃料の圧力とするよう噴射システムを制御し、第1の燃焼方式と第2の燃焼方式との切替えの過渡期間には、切替え後の燃料の圧力への追従遅れの度合いを算出し、切替え前後において対応する段の噴射量を、算出した度合いに応じて徐変するように算出してもよい。 The control range of the fuel pressure differs between the first combustion method and the second combustion method, and the control device controls the injection system so that the fuel pressure is set according to the combustion method. During the transition period of switching to the second combustion method, the degree of delay in following the fuel pressure after switching is calculated, and the injection amount of the corresponding stage before and after switching is gradually changed according to the calculated degree. It may be calculated as follows.
たとえば、第1の燃焼方式では、1サイクルにおけるメイン噴射が1段であり、第2の燃焼方式では、1サイクルにおけるメイン噴射が前段と後段との2段であり、制御装置は、第1の燃焼方式と第2の燃焼方式との切替えの過渡期間には、切替え後の燃料の圧力への追従遅れの度合いを算出し、第1の燃焼方式のメイン噴射の後段が存在しない状態と、第2の燃焼方式のメイン噴射の後段が存在する状態との間で、算出した度合いに応じてメイン噴射の後段の噴射量が徐変するよう算出するようにしてもよい。
For example, in the first combustion method, the main injection in one cycle is one stage, in the second combustion method, the main injection in one cycle is two stages, a front stage and a rear stage, and the control device is the first stage. During the transitional period of switching between the combustion method and the second combustion method, the degree of delay in following the fuel pressure after switching is calculated, and the state where the latter stage of the main injection of the first combustion method does not exist and the second It may be calculated so that the injection amount of the latter stage of the main injection gradually changes according to the calculated degree between the state where the latter stage of the main injection of the
この開示の他の局面によれば、内燃機関の制御方法は、内燃機関の制御装置によって実行される。内燃機関は、制御された圧力で燃料を噴射する噴射システムを備える。制御方法は、制御装置が、内燃機関における複数の燃焼方式のいずれかに切替える場合、切替えた燃焼方式に応じた1サイクル当り複数段の燃料の噴射におけるそれぞれの噴射量を算出するステップと、各サイクルにおいて算出されたそれぞれの噴射量で燃料を複数段、噴射するよう噴射システムを制御するステップと、燃焼方式の切替えの過渡期間には、切替え前後の燃焼方式において対応する段の噴射量を、切替え前の燃焼方式の噴射量から、切替え後の燃焼方式の噴射量に徐変するように算出するステップとを含む。 According to another aspect of this disclosure, the control method of the internal combustion engine is performed by the control device of the internal combustion engine. The internal combustion engine comprises an injection system that injects fuel at a controlled pressure. When the control device switches to one of a plurality of combustion methods in an internal combustion engine, the control method includes a step of calculating each injection amount in the injection of multiple stages of fuel per cycle according to the switched combustion method. In the step of controlling the injection system to inject multiple stages of fuel with each injection amount calculated in the cycle, and in the transition period of switching the combustion method, the injection amount of the corresponding stage in the combustion method before and after the switching is set. It includes a step of calculating so as to gradually change from the injection amount of the combustion method before switching to the injection amount of the combustion method after switching.
この開示によれば、複数の燃焼方式の切替え時に燃焼騒音およびスモークの悪化を抑制することが可能な内燃機関の制御装置および制御方法を提供することができる。 According to this disclosure, it is possible to provide a control device and a control method for an internal combustion engine capable of suppressing deterioration of combustion noise and smoke when switching between a plurality of combustion methods.
以下、図面を参照しつつ、この開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返されない。 Hereinafter, embodiments of this disclosure will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are designated by the same reference numerals. Their names and functions are the same. Therefore, detailed explanations about them are not repeated.
図1は、この開示の実施の形態における車両1のエンジンシステム10の構成の概略を示す図である。図1を参照して、エンジンシステム10は、エンジン11と、燃料タンク12と、燃料噴射装置13と、燃料ポンプ14と、コモンレール15と、吸気通路8と、排気通路7と、EGR通路18と、EGR弁19と、エアフローメータ2と、吸気絞り弁16と、開度センサ17と、エンジン回転速度センサ20と、圧力センサ21と、アクセル開度センサ22と、制御装置100とを含む。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of the
制御装置100は、各種処理を行なうCPU(Central Processing Unit)110と、プログラムおよびデータを記憶するROM(Read Only Memory)およびCPUのワークメモリとして用いられたり処理結果等を記憶したりするRAM(Random Access Memory)を含むメモリ150と、制御装置100の外部の機器と情報のやり取りを行なうための入力ポートおよび出力ポート(いずれも図示せず)とを含む。入力ポートには、エアフローメータ2、開度センサ17、エンジン回転速度センサ20、圧力センサ21、および、アクセル開度センサ22等が接続される。
The
制御装置100は、入力ポートに接続された各機器から信号を受信し、受信した信号に基づいて、所定の処理を実行し、処理の結果に基づいて、出力ポートに接続された、吸気絞り弁16、燃料噴射装置13、燃料ポンプ14、および、EGR弁19等を制御する。
The
吸気通路8の一方端には、エアクリーナ(図示せず)が設けられる。吸気通路8の他方端は、エンジン11(より具体的には、気筒11a)に接続される。吸気通路8の途中には、EGR通路18が接続される。
An air cleaner (not shown) is provided at one end of the
エアフローメータ2は、吸気通路8の一方端と、EGR通路18の合流位置との間に設けられる。エアフローメータ2は、吸気通路8からエンジンシステム10に導入される新気の流量(吸入空気量)を検出し、検出された吸入空気量を示す信号を制御装置100に出力する。
The
吸気絞り弁16は、エアフローメータ2と、EGR通路18の合流位置との位置に設けられる。吸気絞り弁16は、制御装置100からの制御信号によって開閉動作を行なう。開度センサ17は、吸気絞り弁16の位置に設けられる。開度センサ17は、吸気絞り弁16の開度を検出し、検出した吸気絞り弁16の開度を示す信号を制御装置100に出力する。
The
エンジン11は、ディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン11は、複数の気筒11aと複数のピストン11bとを含む。たとえば、エンジン11が4気筒エンジンである場合には、エンジン11には、4つの気筒11aが設けられる。なお、図1においては、複数の気筒11aのうちの1つの構成を例示的に示しており、他の気筒についても同様の構成を有する。そのため、その詳細な説明については繰り返さない。
The
燃料噴射装置13は、気筒11aの頂部に設けられる。燃料噴射装置13は、たとえば、噴孔が形成されたボディと、ボディ内部に設けられ、噴孔を開閉するニードルとを有するインジェクタによって構成される。燃料噴射装置13は、コモンレール15を介して燃料ポンプ14および燃料タンク12に接続される。燃料ポンプ14は、制御装置100からの制御信号に応じて、圧力センサ21で検出されるコモンレール15内の燃料の圧力が所定の圧力になるように燃料タンク12内の燃料をコモンレール15に供給する。燃料噴射装置13は、制御装置100からの制御信号に応じてニードルを動作させて、噴孔を開状態(すなわち、噴孔とコモンレール15とを連通状態)にすることによってコモンレール15内の燃料を気筒11a内の燃焼室に噴射する。
The
制御装置100は、アクセル開度センサ22で検出されるアクセルペダルのユーザによる操作量に応じて、燃料噴射装置13において1サイクル中に噴射される全噴射量Qに対応する制御指令値を決定する。制御装置100は、決定された制御指令値に基づいて燃料噴射装置13を制御する。制御指令値は、たとえば、燃料噴射装置13からの燃料の噴射時間(噴射の開時間)または噴射量を示す値である。
The
制御装置100は、たとえば、1サイクル中に噴射される全噴射量Qを複数回に分けて噴射するよう燃料噴射装置13を制御する。制御装置100は、たとえば、1サイクル中にパイロット噴射と、メイン噴射と、アフタ噴射とが実行されるように燃料噴射装置13を制御する。パイロット噴射は、たとえば、燃焼音や燃焼圧の発生を抑制するために実行される。メイン噴射は、たとえば、エンジン11に要求されたトルクを実現するために実行される。アフタ噴射は、たとえば、スモークなどの発生を抑制するために実行される。
The
ピストン11bは、出力軸であるクランク軸(図示せず)に接続されている。エンジン回転速度センサ20は、クランク軸に設けられ、クランク軸の回転速度(以下、エンジン11の回転速度NEと記載する)を検出する。エンジン回転速度センサ20は、制御装置100に接続され、検出されたエンジン11の回転速度NEを示す信号を制御装置100に送信する。
The
排気通路7の一方端は、エンジン11(より具体的には、気筒11a)に接続される。排気通路7には、排気中のPM(Particulate Matter),HC(炭化水素),CO(一酸化炭素),NOx(窒素酸化物)を浄化する排気処理装置(不図示)が設けられる。
One end of the exhaust passage 7 is connected to the engine 11 (more specifically, the
エンジン11には、さらにEGR(排気再循環)システムが設けられる。EGRシステムは、EGR通路18とEGR弁19とを含む。EGR通路18は、気筒11aを経由しないで排気通路7と吸気通路8とを連通して、排気通路7に排出された排気の一部を吸気通路8に戻す。EGR弁19は、制御装置100からの制御信号に応じて、EGR通路18によって循環するガス流量を調整する。制御装置100は、エンジン11の運転状態に基づいてEGR弁19の開度を制御する。
The
具体的には、制御装置100は、たとえば、全噴射量Qとエンジン11の回転速度NEとに基づいてEGR率の目標値を設定する。制御装置100の後述するメモリ150には、たとえば、全噴射量Qとエンジン11の回転速度NEとEGR率の目標値との関係を示すマップが記憶される。制御装置100は、制御指令値に対応する全噴射量Qとエンジン11の回転速度NEと上述したマップとからEGR率の目標値を設定する。制御装置100は、EGR率が目標値になるようにEGR弁19の開度を制御する。
Specifically, the
さらに、エンジン11には、排気通路7を流通する排気エネルギーを用いて吸気通路8内の空気を過給する過給機(図示せず)が設けられる。過給機は、たとえば、排気通路7に設けられ、タービンブレードを収納するタービンと、吸気通路8に設けられ、コンプレッサブレードを収納するコンプレッサと、タービンブレードとコンプレッサブレードとを連結するシャフトとを含む。排気通路7に流通する排気によってタービン内のタービンブレードが回転すると、タービンブレードに連結されたシャフトおよびコンプレッサブレードが一体的に回転し、コンプレッサから気筒に空気が圧送されることによって過給が行なわれる。また、タービン内のタービンブレードの周囲には、排気のタービンブレードへの流入速度を変化可能に構成される複数のベーンが設けられる。複数のベーンは、アクチュエータによって動作する。制御装置100は、エンジン11の運転状態に基づいてベーン間の開度を制御する。
Further, the
[課題]
従来、エンジン11において、1サイクルに複数回、燃料を噴射する場合に、メイン噴射を前段と後段とに分けて噴射する燃焼方式があった。この燃焼方式をメイン2段噴射燃焼という。メイン2段噴射燃焼においては、メイン噴射の前段の噴射時期と後段の噴射時期との間隔を調整することで、前段の燃焼時の圧力波と後段の燃焼時の圧力波とを互いに相殺させて、騒音を低減させることができる。しかし、メイン2段噴射燃焼においては、メイン噴射の後段の着火遅れが短いことによるスモークの悪化が生じることが分かっている。
[Task]
Conventionally, in the
この対応として、コモンレール15のレール圧を高くすることにより、スモーク特性を改善することができる。レール圧を高めることで、燃焼騒音が悪化する。しかし、これについては、レール圧を高くするのを必要最小限に留めることで、燃焼騒音およびスモークを共に目標をクリアすることができる。
As a countermeasure, the smoke characteristic can be improved by increasing the rail pressure of the
ここで、エンジン11の制御マップおいて、メイン2段噴射燃焼および他の燃焼方式が向いている領域と向いていない領域とがある。複数の燃焼方式を制御マップ上において切替えるだけでは、切替え時に燃焼騒音およびスモークが悪化することが懸念される。
Here, in the control map of the
図2は、この開示の課題におけるエンジン11の回転速度と燃料の全噴射量とに応じた制御マップでのPCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼への切替えを示す図である。PCCI燃焼は、1回のメイン噴射の終了後から予混合化期間を経て一定の燃料濃度分布となった予混合気を圧縮着火する燃焼方式である。この開示の実施の形態においては、メイン2段噴射燃焼とPCCI燃焼とを切替えることを例示して説明する。なお、この2つの燃焼方式と異なる燃焼方式であってもよいし、3つ以上の燃焼方式を切替えるようにしてもよい。
FIG. 2 is a diagram showing switching from PCCI combustion to main two-stage injection combustion in a control map according to the rotation speed of the
図2を参照して、横軸がエンジン11の回転速度NE、縦軸が1サイクル当りの燃料の全噴射量Qを示す。この制御マップ上の回転速度NEと全噴射量Qとの組合せごとに着火性指標τ0が予め定められている。制御マップ上で囲まれた領域であるメイン2段噴射燃焼領域が、PCCI燃焼であると燃焼騒音が大きくなる一方、メイン2段噴射燃焼であると燃焼騒音が比較的小さくなるため、メイン2段噴射燃焼に適した領域である。制御マップ上で囲まれた領域の外の領域が、PCCI領域である。
With reference to FIG. 2, the horizontal axis shows the rotation speed NE of the
ここでは、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せを、PCCI領域の制御点(1)から、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(2)を経て、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(3)に切替える場合について説明する。 Here, the combination of the rotation speed NE and the total injection amount Q is changed from the control point (1) in the PCCI region to the control point (2) in the main two-stage injection combustion region to the control point in the main two-stage injection combustion region. The case of switching to (3) will be described.
図3は、この開示の課題におけるPCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼へ切替えるときのレール圧の変化を示す図である。PCCI燃焼におけるレール圧の制御範囲と比較して、メイン2段噴射燃焼におけるレール圧の制御範囲は高い。このため、回転速度NEおよび全噴射量Qなど、制御に用いられる指標が同じ程度であれば、PCCI領域の制御点(1)からメイン2段噴射燃焼領域の制御点(2)および制御点(3)に切替えるときに、レール圧を上げなければならない。 FIG. 3 is a diagram showing a change in rail pressure when switching from PCCI combustion to main two-stage injection combustion in the subject of this disclosure. The rail pressure control range in the main two-stage injection combustion is higher than the rail pressure control range in PCCI combustion. Therefore, if the indexes used for control such as the rotation speed NE and the total injection amount Q are about the same, the control points (2) and the control points (2) in the main two-stage injection combustion region from the control point (1) in the PCCI region. When switching to 3), the rail pressure must be increased.
図3を参照して、PCCI領域の制御点(1)からメイン2段噴射燃焼領域の制御点(2)に切替えるときに、PCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼に切替えるが、この切替え時点で、レール圧の制御の目標値は、PCCI燃焼でのレール圧からメイン2段噴射燃焼でのレール圧に上げられるが、実レール圧は、遅れて追従するため、制御点(2)においては、メイン2段噴射燃焼において必要とされるレール圧よりも低くなってしまう。 With reference to FIG. 3, when switching from the control point (1) in the PCCI region to the control point (2) in the main two-stage injection combustion region, the PCCI combustion is switched to the main two-stage injection combustion. The target value for controlling the rail pressure is raised from the rail pressure in PCCI combustion to the rail pressure in main two-stage injection combustion, but the actual rail pressure follows with a delay, so at the control point (2), the main value is used. It will be lower than the rail pressure required for two-stage injection combustion.
図4は、この開示の課題におけるPCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼へ切替えるときの噴射パターンおよび熱発生の変化を示す図である。図4を参照して、制御点(1)においては、PCCI燃焼であるので、レール圧は、メイン2段噴射燃焼よりも低い状態で、パイロット1噴射(PL1),パイロット2噴射(PL2),メイン噴射(MAIN)の順で燃料が噴射される。なお、PCCI燃焼においては、実際には、メイン噴射の後にアフタ噴射も行われるが、図では示していない。これらの噴射に対応して、気筒11aの内部で燃焼熱が発生する。
FIG. 4 is a diagram showing changes in the injection pattern and heat generation when switching from PCCI combustion to main two-stage injection combustion in the subject of this disclosure. With reference to FIG. 4, since PCCI combustion is performed at the control point (1), the rail pressure is lower than that of the main two-stage injection combustion, and the
制御点(2)においては、PCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼への過渡状態であるが、メイン噴射が前段のメイン1噴射と後段のメイン2噴射とに分かれているので、燃焼方式としてはメイン2段噴射燃焼となる。メイン2段噴射燃焼では、パイロット1噴射(PL1),パイロット2噴射(PL2),メイン1噴射(MAIN1),メイン2噴射(MAIN2)の順で燃料が噴射される。なお、メイン2段噴射燃焼においては、実際には、メイン2噴射の後にアフタ噴射も行われるが、図では示していない。これらの噴射に対応して、気筒11aの内部で燃焼熱が発生する。
At the control point (2), there is a transition state from PCCI combustion to main two-stage injection combustion, but since the main injection is divided into the main 1 injection in the front stage and the main 2 injection in the rear stage, the main combustion method is It is a two-stage injection combustion. In the main two-stage injection combustion, fuel is injected in the order of
制御点(2)のようなPCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼への過渡状態においては、各噴射の噴射時期および噴射量などの噴射パターンは、即時にメイン2段噴射燃焼の噴射パターンに切替え可能である。しかし、レール圧は追従が遅れるため、メイン2段噴射燃焼で必要なレール圧よりも低い状態となってしまう。このため、スモークの発生量が悪化してしまう。 In the transition state from PCCI combustion to main two-stage injection combustion as in control point (2), the injection pattern such as the injection timing and injection amount of each injection can be immediately switched to the injection pattern of main two-stage injection combustion. Is. However, since the rail pressure is delayed in following, the rail pressure becomes lower than the rail pressure required for the main two-stage injection combustion. Therefore, the amount of smoke generated deteriorates.
制御点(3)においては、完全にメイン2段噴射燃焼のレール圧まで上がる。このため、スモークの発生状態は、メイン2段噴射燃焼の本来の良い状態となる。 At the control point (3), the rail pressure of the main two-stage injection combustion is completely increased. Therefore, the smoke generation state is the original good state of the main two-stage injection combustion.
図5は、この開示の課題におけるエンジン11の回転速度と燃料の全噴射量とに応じた制御マップでのメイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼への切替えを示す図である。図5を参照して、図2と同様、横軸がエンジン11の回転速度NE、縦軸が1サイクル当りの燃料の全噴射量Qを示す。図2とは反対に、ここでは、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せを、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(4)から、PCCI領域の制御点(5)を経て、PCCI領域の制御点(6)に切替える場合について説明する。
FIG. 5 is a diagram showing switching from main two-stage injection combustion to PCCI combustion in a control map according to the rotation speed of the
図6は、この開示の課題におけるメイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼へ切替えるときのレール圧の変化を示す図である。メイン2段噴射燃焼におけるレール圧の制御範囲と比較して、PCCI燃焼におけるレール圧の制御範囲は低い。このため、回転速度NEおよび全噴射量Qなど、制御に用いられる指標が同じ程度であれば、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(4)からPCCI領域の制御点(5)および制御点(6)に切替えるときに、レール圧を下げなければならない。 FIG. 6 is a diagram showing a change in rail pressure when switching from main two-stage injection combustion to PCCI combustion in the subject of this disclosure. The control range of the rail pressure in the PCCI combustion is lower than the control range of the rail pressure in the main two-stage injection combustion. Therefore, if the indexes used for control such as the rotation speed NE and the total injection amount Q are about the same, the control points (5) and the control points (5) in the PCCI region from the control point (4) in the main two-stage injection combustion region ( When switching to 6), the rail pressure must be reduced.
図6を参照して、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(4)からPCCI領域の制御点(5)に切替えるときに、メイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼に切替えるが、この切替え時点で、レール圧の制御の目標値は、メイン2段噴射燃焼でのレール圧からPCCI燃焼でのレール圧に下げられるが、実レール圧は、遅れて追従するため、制御点(5)においては、PCCI燃焼において必要とされるレール圧よりも高くなってしまう。 With reference to FIG. 6, when switching from the control point (4) in the main two-stage injection combustion region to the control point (5) in the PCCI region, the main two-stage injection combustion is switched to PCCI combustion. The target value for controlling the rail pressure is lowered from the rail pressure in the main two-stage injection combustion to the rail pressure in the PCCI combustion, but the actual rail pressure follows with a delay, so at the control point (5), the PCCI It will be higher than the rail pressure required for combustion.
図7は、この開示の課題におけるメイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼へ切替えるときの噴射パターンおよび熱発生の変化を示す図である。図7を参照して、制御点(4)においては、メイン2段噴射燃焼であるので、レール圧は、PCCI燃焼よりも高い状態で、パイロット1噴射(PL1),パイロット2噴射(PL2),メイン1噴射(MAIN1),メイン2噴射(MAIN2)の順で燃料が噴射される。なお、メイン2段噴射燃焼においては、実際には、メイン2噴射の後にアフタ噴射も行われるが、図では示していない。これらの噴射に対応して、気筒11aの内部で燃焼熱が発生する。
FIG. 7 is a diagram showing changes in the injection pattern and heat generation when switching from the main two-stage injection combustion to the PCCI combustion in the subject of this disclosure. With reference to FIG. 7, since the main two-stage injection combustion is performed at the control point (4), the rail pressure is higher than that of the PCCI combustion, and the
制御点(5)においては、メイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼への過渡状態であるが、制御的にはPCCIに切替えられているので、燃焼方式としてはPCCI燃焼となる。PCCI燃焼では、パイロット1噴射(PL1),パイロット2噴射(PL2),メイン噴射(MAIN)の順で燃料が噴射される。なお、PCCI燃焼においては、実際には、メイン噴射の後にアフタ噴射も行われるが、図では示していない。これらの噴射に対応して、気筒11aの内部で燃焼熱が発生する。
At the control point (5), the transition state from the main two-stage injection combustion to the PCCI combustion is performed, but since the control is switched to the PCCI, the combustion method is the PCCI combustion. In PCCI combustion, fuel is injected in the order of
制御点(5)のようなメイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼への過渡状態においては、各噴射の噴射時期および噴射量などの噴射パターンは、即時にPCCI燃焼の噴射パターンに切替え可能である。しかし、レール圧は追従が遅れるため、PCCI燃焼で必要なレール圧よりも高い状態となってしまう。このため、熱発生のピークが大きくなってしまい、燃焼騒音が悪化してしまう。 In the transition state from the main two-stage injection combustion to the PCCI combustion as in the control point (5), the injection pattern such as the injection timing and the injection amount of each injection can be immediately switched to the injection pattern of the PCCI combustion. However, since the rail pressure is delayed in following, the rail pressure becomes higher than the rail pressure required for PCCI combustion. For this reason, the peak of heat generation becomes large, and the combustion noise worsens.
制御点(6)においては、完全にPCCI燃焼のレール圧まで下がる。このため、燃焼騒音は、PCCI燃焼の本来の良い状態となる。 At the control point (6), the rail pressure of PCCI combustion is completely reduced. Therefore, the combustion noise is in the original good state of PCCI combustion.
上述の図2から図7で示したように、複数の燃焼方式を制御マップ上において切替えるだけでは、切替え時に燃焼騒音およびスモークが悪化する。 As shown in FIGS. 2 to 7 described above, simply switching a plurality of combustion methods on the control map worsens combustion noise and smoke at the time of switching.
[この開示での制御]
そこで、制御装置100は、エンジン11における複数の燃焼方式のいずれかに切替える場合、切替えた燃焼方式に応じた1サイクル当り複数段の燃料の噴射におけるそれぞれの噴射量を算出し、各サイクルにおいて算出されたそれぞれの噴射量で燃料を複数段、噴射するよう燃料噴射装置13を制御し、燃焼方式の切替えの過渡期間には、切替え前後の燃焼方式において対応する段の噴射量を、切替え前の燃焼方式の噴射量から、切替え後の燃焼方式の噴射量に徐変するように算出する。
[Control in this disclosure]
Therefore, when switching to any of the plurality of combustion methods in the
これにより、複数の燃焼方式の切替え時に燃焼騒音およびスモークの悪化を抑制することができる。 As a result, it is possible to suppress deterioration of combustion noise and smoke when switching between a plurality of combustion methods.
以下、この実施の形態での制御を説明する。図8は、この実施の形態における燃料噴射処理の流れを示すフローチャートである。この燃料噴射処理は、制御装置100のCPU110によって、上位の処理から所定の制御周期ごとに呼出されて実行される。なお、以下に示すPCCI燃焼およびメイン2段噴射燃焼は、公知の燃焼方式であり、PCCI燃焼およびメイン2段噴射燃焼の1サイクルのパイロット噴射、メイン噴射およびアフタ噴射等の各噴射における噴射量および噴射時期の算出方法については公知であるため、これらの算出方法については詳細には説明しない。
Hereinafter, the control in this embodiment will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of fuel injection processing in this embodiment. This fuel injection process is called and executed by the
図8を参照して、まず、制御装置100のCPU110は、後述の図9で示す燃料噴射前半処理を実行する(ステップS110)。
With reference to FIG. 8, first, the
図9は、この実施の形態における燃料噴射前半処理の流れを示すフローチャートである。図9を参照して、CPU110は、アクセル開度センサ22によって検出されるアクセル開度、および、エンジン回転速度センサ20によって検出されるエンジン11の回転速度NEを取得する(ステップS111)。
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the fuel injection first half process in this embodiment. With reference to FIG. 9, the
CPU110は、アクセル開度および回転速度NEを用いて、アクセル開度および回転速度NEと全噴射量Qとの関係を示す予め設定されたマップから1サイクルにおける燃料の全噴射量Qを決定する(ステップS112)。CPU110は、筒内の着火性指標τ0を算出する(ステップS113)。着火性指標τ0は、図2等で示したように、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せに対応づけて予め定められる。
The
CPU110は、アクセル開度、全噴射量Qおよび回転速度NE等を用いて、排気および燃費の要求を満たすような目標着火時期IGtrgを算出する(ステップS114)。CPU110は、アクセル開度、回転速度NE、外気温、気圧および冷却水温等を用いて、予め設定されたマップに基づいて、目標燃焼波形を得るための、燃料の噴射が開始されてから着火するまでの時間である目標着火遅れτtrgを算出する(ステップS115)。CPU110は、着火遅れ偏差Δτ(=目標着火遅れτtrg-着火性指標τ0)を算出する(ステップS116)。
The
CPU110は、算出した着火遅れ偏差Δτからパイロット噴射の噴射量を決定する(ステップS117)。たとえば、着火遅れ偏差Δτから要求筒内温度を算出し、要求筒内温度から現状の筒内温度を引いた、上げたい筒内温度を算出し、上げたい筒内温度を達成するための要求パイロット熱量を算出し、その要求パイロット熱量を発生させるためのパイロット噴射の噴射量を算出する。算出したパイロット噴射の噴射量は、パイロット1噴射の噴射量とパイロット2噴射の噴射量とを合算したものである。パイロット1噴射の噴射量およびパイロット2噴射の噴射量の比率は、所定の一定比率とする。
The
CPU110は、パイロット噴射の噴射時期を決定する(ステップS118)。燃料噴射装置13のインジェクタからの噴霧が壁面に触れると冷損し、HCが悪化するので、パイロット1噴射の噴射期間の開始タイミングは、噴霧が壁面に触れない程度に、なるべく進角することで着火遅れが大きくなるようにして、なるべく緩慢な燃焼とすることで、燃焼波形の初期の傾きが低減するようにする。パイロット1噴射の噴射期間の長さは、パイロット1噴射の噴射量およびレール圧から算出される。
The
パイロット2噴射に対する燃焼をメイン噴射に対する燃焼と重ねることで燃焼波形の初期傾きを低減するために、パイロット2噴射の噴射期間は、メイン噴射の噴射期間と最近接とする。パイロット2噴射の噴射期間の長さは、パイロット2噴射の噴射量およびレール圧か算出される。
In order to reduce the initial inclination of the combustion waveform by superimposing the combustion for the
CPU110は、メイン噴射(PCCIの場合、メイン噴射、メイン2段噴射燃焼の場合、メイン1噴射)の噴射時期を決定する(ステップS119)。メイン噴射時期は、要求される等容度を確保するために着火時期を調整するように定められる。
The
まず、ステップS114で算出した目標着火時期IGtrgから目標着火遅れτtrgを引いて仮メイン噴射時期を算出する。次に、ステップS117およびステップS118で決定したパイロット1噴射およびパイロット2噴射を実行するとともに、算出した仮メイン噴射時期で仮のメイン噴射量を噴射する場合の熱発生形状を推定する。なお、仮のメイン噴射量は、全噴射量Qから、パイロット1噴射量、パイロット2噴射量および仮のアフタ噴射量を減算することで算出される。仮のアフタ噴射量は、たとえば、前回の制御周期のアフタ噴射量とする。推定されたメイン着火時期と目標着火時期とに推定誤差が発生する場合、推定誤差分、メイン噴射時期を補正する。また、パイロット燃焼がメイン燃焼に重なった分、着火時期は早くなるので、早くなった分を目標着火時期に戻すため、メイン噴射の噴射期間の開始タイミングを補正する。
First, the provisional main injection timing is calculated by subtracting the target ignition delay τtrg from the target ignition timing IGtrg calculated in step S114. Next, the
ステップS119の後、CPU110は、実行する処理をこの燃料噴射前半処理の呼出元の燃料噴射処理に戻す。図8に戻って、ステップS110での燃料噴射前半処理の後、CPU110は、後述の図10で示す燃料噴射後半処理を実行する(ステップS120)。
After step S119, the
図10は、この実施の形態における燃料噴射後半処理の流れを示すフローチャートである。図10を参照して、CPU110は、エンジン11の回転速度NE、全噴射量Qおよび着火性指標τ0に基づいて、現在の制御点が、図2等で示した制御マップ上のPCCI領域にあるか、もしくは、メイン2段噴射燃焼領域にあるか、または、制御点がメイン2段噴射燃焼領域からPCCI領域に切替えられた後の切替期間であるか、もしくは、制御点がPCCI領域からメイン2段噴射燃焼領域に切替えられた後の切替期間であるかを判断する(ステップS121)。
FIG. 10 is a flowchart showing the flow of the fuel injection second half processing in this embodiment. With reference to FIG. 10, the
制御点がPCCI領域にあると判断した場合、CPU110は、エンジン11の回転速度NEおよび全噴射量Qを用いて、PCCI用目標レール圧を求める(ステップS122)。PCCI用目標レール圧は、図2の着火性指標τ0と同様、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せに対応づけて予め定められる。つまり、PCCI燃焼のレール圧は、予め定められた制御範囲で制御される。
When it is determined that the control point is in the PCCI region, the
CPU110は、エンジン11の回転速度NEおよび全噴射量Qを用いて、PCCI用アフタ噴射の噴射量および噴射時期を決定する(ステップS123)。PCCI用アフタ噴射の噴射量および噴射時期は、図2の着火性指標τ0と同様、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せに対応づけて予め定められる。
The
CPU110は、全噴射量Qからパイロット1噴射の噴射量、パイロット2噴射の噴射量およびアフタ噴射の噴射量を減算することで、メイン噴射の噴射量を決定する(ステップS124)。
The
一方、制御点がメイン2段噴射燃焼領域にある、または、PCCI領域とメイン2段噴射燃焼領域との切替期間であると判断した場合、CPU110は、エンジン11の回転速度NEおよび全噴射量Qを用いて、メイン2段噴射用目標レール圧を求める(ステップS131)。メイン2段噴射用目標レール圧は、図2の着火性指標τ0と同様、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せに対応づけて予め定められる。つまり、メイン2段噴射燃焼のレール圧は、予め定められた制御範囲で制御される。
On the other hand, when it is determined that the control point is in the main two-stage injection combustion region or the switching period between the PCCI region and the main two-stage injection combustion region, the
CPU110は、エンジン11の回転速度NE、全噴射量Qおよび着火性指標τ0を用いて、メイン2段噴射燃焼のメイン2噴射の噴射量および噴射時期を決定する(ステップS132)。メイン2段噴射燃焼のメイン2噴射の噴射量および噴射時期は、図2の着火性指標τ0と同様、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せに対応づけて予め定められる。
The
CPU110は、現時点がPCCI領域とメイン2段噴射燃焼領域との切替期間であるか否かを判断する(ステップS133)。切替期間である(ステップS133でYES)と判断した場合、CPU110は、圧力センサ21からコモンレール15のレール圧(=実噴射圧)を取得し、ステップS131で算出した目標レール圧に対する実噴射圧の追従割合を算出する(ステップS134)。追従割合は、メイン2段噴射燃焼の目標噴射圧に実噴射圧が追従している場合が「1」であり、PCCI燃焼の目標噴射圧に実噴射圧が追従している場合が「0」である。追従割合は、以下の数式(1)で算出する。つまり、0≦追従割合≦1となる。
The
追従割合=(実噴射圧-PCCI燃焼の目標噴射圧)/(メイン2段噴射燃焼の目標噴射圧-PCCI燃焼の目標噴射圧)・・・(1)
CPU110は、目標レール圧に対する実噴射圧の追従割合に応じて、切替期間のメイン2噴射の噴射量を補正する(ステップS135)。切替期間のメイン2噴射の噴射量は、以下の数式(2)で算出する。
Follow-up ratio = (actual injection pressure-target injection pressure for PCCI combustion) / (target injection pressure for main two-stage injection combustion-target injection pressure for PCCI combustion) ... (1)
The
切替期間のメイン2噴射の噴射量=PCCI燃焼のメイン2噴射の噴射量+(メイン2段噴射燃焼のメイン2噴射の噴射量-PCCI燃焼のメイン2噴射の噴射量)×追従割合・・・(2)
なお、PCCI燃焼においては、メイン2噴射は存在しないため、PCCI燃焼のメイン2噴射の噴射量は「0」である。つまり、数式(2)は、以下の数式(3)と表現できる。
Injection amount of main 2 injection during switching period = injection amount of main 2 injection of PCCI combustion + (injection amount of main 2 injection of main 2-stage injection combustion-injection amount of main 2 injection of PCCI combustion) × follow-up ratio ... (2)
Since there is no main 2 injection in PCCI combustion, the injection amount of the main 2 injection in PCCI combustion is "0". That is, the mathematical formula (2) can be expressed as the following mathematical formula (3).
切替期間のメイン2噴射の噴射量=メイン2段噴射燃焼のメイン2噴射の噴射量×追従割合・・・(3)
切替期間でない(ステップS133でNO)と判断した場合、つまり、制御点がメイン2段噴射燃焼領域にある場合、または、ステップS135の後、CPU110は、エンジン11の回転速度NEおよび全噴射量Qを用いて、メイン2段噴射用アフタ噴射の噴射量および噴射時期を決定する(ステップS136)。メイン2段噴射用アフタ噴射の噴射量および噴射時期は、図2の着火性指標τ0と同様、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せに対応づけて予め定められる。
Injection amount of main 2 injection during switching period = injection amount of main 2 injection of main 2-stage injection combustion x follow-up ratio ... (3)
When it is determined that it is not the switching period (NO in step S133), that is, when the control point is in the main two-stage injection combustion region, or after step S135, the
CPU110は、全噴射量Qからパイロット1噴射の噴射量、パイロット2噴射の噴射量およびアフタ噴射の噴射量を減算することで、メイン1噴射の噴射量を決定する(ステップS137)。
The
ステップS124またはステップS137の後、CPU110は、算出されたレール圧、噴射時期および噴射量で次のサイクルの噴射制御の実行を開始するよう、燃料噴射装置13を制御する(ステップS141)。ステップS141の後、CPU110は、実行する処理をこの燃料噴射後半処理の呼出元の燃料噴射処理に戻す。
After step S124 or step S137, the
なお、切替期間においても、エンジン11の回転速度NEおよび全噴射量Qなどの各パラメータは一定では無いため、これらのパラメータが動いたなりのレール圧、ならびに、各噴射の噴射量および噴射時期が算出され、算出されたレール圧で追従割合が算出されるようにする。
Since each parameter such as the rotation speed NE and the total injection amount Q of the
図11は、この開示の実施の形態におけるエンジン11の回転速度と燃料の全噴射量とに応じた制御マップでのPCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼への切替えを示す図である。図11を参照して、図11は、図2と同様であるので、重複する説明は繰返さない。
FIG. 11 is a diagram showing switching from PCCI combustion to main two-stage injection combustion in a control map according to the rotation speed of the
ここでは、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せを、PCCI領域の制御点(1)から、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(2)を経て、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(3)に切替える場合について説明する。 Here, the combination of the rotation speed NE and the total injection amount Q is changed from the control point (1) in the PCCI region to the control point (2) in the main two-stage injection combustion region to the control point in the main two-stage injection combustion region. The case of switching to (3) will be described.
図12は、この開示の実施の形態におけるPCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼へ切替えるときのレール圧、追従割合およびメイン2噴射の噴射量の変化を示す図である。PCCI燃焼におけるレール圧の制御範囲と比較して、メイン2段噴射燃焼におけるレール圧の制御範囲は高い。このため、回転速度NEおよび全噴射量Qなど、制御に用いられる指標が同じ程度であれば、PCCI領域の制御点(1)からメイン2段噴射燃焼領域の制御点(2)および制御点(3)に切替えるときに、レール圧を上げなければならない。 FIG. 12 is a diagram showing changes in the rail pressure, the follow-up ratio, and the injection amount of the main 2 injection when switching from the PCCI combustion to the main two-stage injection combustion in the embodiment of this disclosure. The rail pressure control range in the main two-stage injection combustion is higher than the rail pressure control range in PCCI combustion. Therefore, if the indexes used for control such as the rotation speed NE and the total injection amount Q are about the same, the control points (2) and the control points (2) in the main two-stage injection combustion region from the control point (1) in the PCCI region. When switching to 3), the rail pressure must be increased.
図12を参照して、PCCI領域の制御点(1)からメイン2段噴射燃焼領域の制御点(2)に切替えるときに、PCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼に切替えるが、この切替え時点で、レール圧の制御の目標値は、PCCI燃焼でのレール圧からメイン2段噴射燃焼でのレール圧に上げられるが、実レール圧は、遅れて追従するため、制御点(2)においては、メイン2段噴射燃焼において必要とされるレール圧よりも低くなってしまう。 With reference to FIG. 12, when switching from the control point (1) in the PCCI region to the control point (2) in the main two-stage injection combustion region, the PCCI combustion is switched to the main two-stage injection combustion. The target value for controlling the rail pressure is raised from the rail pressure in PCCI combustion to the rail pressure in main two-stage injection combustion, but the actual rail pressure follows with a delay, so at the control point (2), the main value is used. It will be lower than the rail pressure required for two-stage injection combustion.
このため、図10で示したように、レール圧の追従割合を算出して、その追従割合を用いてメイン2噴射の噴射量を算出するようにした。これにより、切替期間において、追従割合は、0から1に徐変し、これに伴い、メイン2噴射の噴射量も、PCCI燃焼のメイン2噴射の噴射量(PCCI燃焼ではメイン2噴射は存在しないため、0)から、メイン2段噴射燃焼のメイン2噴射の噴射量に徐変する。このように徐変させない場合は、レール圧がメイン2段噴射燃焼に必要な圧力まで上がっていない状態で、メイン2噴射の噴射量のみメイン2段噴射燃焼の噴射量とされていた。 Therefore, as shown in FIG. 10, the follow-up ratio of the rail pressure is calculated, and the injection amount of the main 2 injection is calculated using the follow-up ratio. As a result, the follow-up ratio gradually changes from 0 to 1 during the switching period, and accordingly, the injection amount of the main 2 injection is also the injection amount of the main 2 injection of PCCI combustion (there is no main 2 injection in PCCI combustion). Therefore, it gradually changes from 0) to the injection amount of the main 2 injection of the main 2 stage injection combustion. In the case of not gradually changing in this way, only the injection amount of the main two-stage injection was set as the injection amount of the main two-stage injection combustion in a state where the rail pressure did not rise to the pressure required for the main two-stage injection combustion.
図13は、この開示の実施の形態におけるPCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼へ切替えるときの噴射パターンおよび熱発生の変化を示す図である。図13を参照して、制御点(1)においては、PCCI燃焼であるので、レール圧は、メイン2段噴射燃焼よりも低い状態で、パイロット1噴射(PL1),パイロット2噴射(PL2),メイン噴射(MAIN)の順で燃料が噴射される。なお、PCCI燃焼においては、実際には、メイン噴射の後にアフタ噴射も行われるが、図では示していない。これらの噴射に対応して、気筒11aの内部で燃焼熱が発生する。
FIG. 13 is a diagram showing changes in the injection pattern and heat generation when switching from PCCI combustion to main two-stage injection combustion in the embodiment of this disclosure. With reference to FIG. 13, since PCCI combustion is performed at the control point (1), the rail pressure is lower than that of the main two-stage injection combustion, and the
制御点(2)においては、PCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼への切替期間であり、メイン噴射が前段のメイン1噴射と後段のメイン2噴射とに分かれているので、燃焼方式としてはメイン2段噴射燃焼となる。メイン2段噴射燃焼では、パイロット1噴射(PL1),パイロット2噴射(PL2),メイン1噴射(MAIN1),メイン2噴射(MAIN2)の順で燃料が噴射される。なお、メイン2段噴射燃焼においては、実際には、メイン2噴射の後にアフタ噴射も行われるが、図では示していない。これらの噴射に対応して、気筒11aの内部で燃焼熱が発生する。
At the control point (2), it is the switching period from PCCI combustion to main two-stage injection combustion, and since the main injection is divided into the main 1 injection in the front stage and the main 2 injection in the rear stage, the main 2 is used as the combustion method. It becomes stage injection combustion. In the main two-stage injection combustion, fuel is injected in the order of
制御点(2)のようなPCCI燃焼からメイン2段噴射燃焼への切替期間においては、各噴射の噴射時期および噴射量などの噴射パターンは、即時にメイン2段噴射燃焼の噴射パターンに切替え可能である。レール圧は追従が遅れるため、メイン2段噴射燃焼で必要なレール圧よりも低い状態となってしまう。しかし、この実施の形態においては、目標レール圧に対する実レール圧の追従割合に応じて、メイン2噴射の噴射量を徐変させる。このため、スモークの発生量が悪化するのを防止できる。 In the switching period from PCCI combustion to main two-stage injection combustion as in control point (2), the injection pattern such as the injection timing and injection amount of each injection can be immediately switched to the injection pattern of main two-stage injection combustion. Is. Since the rail pressure is delayed in following, it becomes lower than the rail pressure required for the main two-stage injection combustion. However, in this embodiment, the injection amount of the main 2 injection is gradually changed according to the follow-up ratio of the actual rail pressure to the target rail pressure. Therefore, it is possible to prevent the amount of smoke generated from deteriorating.
制御点(3)においては、完全にメイン2段噴射燃焼のレール圧まで上がる。これにより、メイン2噴射の噴射量もメイン2段噴射燃焼の噴射量まで上がる。 At the control point (3), the rail pressure of the main two-stage injection combustion is completely increased. As a result, the injection amount of the main two-stage injection also increases to the injection amount of the main two-stage injection combustion.
図14は、この開示の実施の形態におけるエンジン11の回転速度と燃料の全噴射量とに応じた制御マップでのメイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼への切替えを示す図である。図14を参照して、図14は、図5と同様であるので、重複する説明は繰返さない。
FIG. 14 is a diagram showing switching from main two-stage injection combustion to PCCI combustion in a control map according to the rotation speed of the
図11とは反対に、ここでは、回転速度NEと全噴射量Qとの組合せを、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(4)から、PCCI領域の制御点(5)を経て、PCCI領域の制御点(6)に切替える場合について説明する。 Contrary to FIG. 11, here, the combination of the rotation speed NE and the total injection amount Q is changed from the control point (4) in the main two-stage injection combustion region to the control point (5) in the PCCI region to the PCCI region. The case of switching to the control point (6) of the above will be described.
図15は、この開示の実施の形態におけるメイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼へ切替えるときのレール圧、追従割合およびメイン2噴射の噴射量の変化を示す図である。メイン2段噴射燃焼におけるレール圧の制御範囲と比較して、PCCI燃焼におけるレール圧の制御範囲は低い。このため、回転速度NEおよび全噴射量Qなど、制御に用いられる指標が同じ程度であれば、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(4)からPCCI領域の制御点(5)および制御点(6)に切替えるときに、レール圧を下げなければならない。 FIG. 15 is a diagram showing changes in the rail pressure, the follow-up ratio, and the injection amount of the main two injections when switching from the main two-stage injection combustion to the PCCI combustion in the embodiment of this disclosure. The control range of the rail pressure in the PCCI combustion is lower than the control range of the rail pressure in the main two-stage injection combustion. Therefore, if the indexes used for control such as the rotation speed NE and the total injection amount Q are about the same, the control points (5) and the control points (5) in the PCCI region from the control point (4) in the main two-stage injection combustion region ( When switching to 6), the rail pressure must be reduced.
図15を参照して、メイン2段噴射燃焼領域の制御点(4)からPCCI領域の制御点(5)に切替えるときに、メイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼に切替えるが、この切替え時点で、レール圧の制御の目標値は、メイン2段噴射燃焼でのレール圧からPCCI燃焼でのレール圧に下げられるが、実レール圧は、遅れて追従するため、制御点(5)においては、PCCI燃焼において必要とされるレール圧よりも高くなってしまう。 With reference to FIG. 15, when switching from the control point (4) in the main two-stage injection combustion region to the control point (5) in the PCCI region, the main two-stage injection combustion is switched to PCCI combustion. The target value for controlling the rail pressure is lowered from the rail pressure in the main two-stage injection combustion to the rail pressure in the PCCI combustion, but the actual rail pressure follows with a delay, so at the control point (5), the PCCI It will be higher than the rail pressure required for combustion.
このため、図10で示したように、レール圧の追従割合を算出して、その追従割合を用いてメイン2噴射の噴射量を算出するようにした。これにより、切替期間において、追従割合は、1から0に徐変し、これに伴い、メイン2噴射の噴射量も、メイン2段噴射燃焼のメイン2噴射の噴射量から、PCCI燃焼のメイン2噴射の噴射量(PCCI燃焼ではメイン2噴射は存在しないため、0)に徐変する。このように徐変させない場合は、レール圧がPCCI燃焼に必要な圧力まで下がっていない状態で、メイン2噴射の噴射量のみPCCI燃焼の噴射量(つまり、0)とされていた。 Therefore, as shown in FIG. 10, the follow-up ratio of the rail pressure is calculated, and the injection amount of the main 2 injection is calculated using the follow-up ratio. As a result, the follow-up ratio gradually changes from 1 to 0 during the switching period, and accordingly, the injection amount of the main 2 injection also changes from the injection amount of the main 2 injection of the main two-stage injection combustion to the main 2 of the PCCI combustion. It gradually changes to the injection amount of the injection (0 because there is no main 2 injection in PCCI combustion). In the case of not gradually changing in this way, only the injection amount of the main 2 injection was set as the injection amount of PCCI combustion (that is, 0) in a state where the rail pressure did not drop to the pressure required for PCCI combustion.
図16は、この開示の実施の形態におけるメイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼へ切替えるときの噴射パターンおよび熱発生の変化を示す図である。図16を参照して、制御点(4)においては、メイン2段噴射燃焼であるので、レール圧は、PCCI燃焼よりも高い状態で、パイロット1噴射(PL1),パイロット2噴射(PL2),メイン1噴射(MAIN1),メイン2噴射(MAIN2)の順で燃料が噴射される。なお、メイン2段噴射燃焼においては、実際には、メイン2噴射の後にアフタ噴射も行われるが、図では示していない。これらの噴射に対応して、気筒11aの内部で燃焼熱が発生する。
FIG. 16 is a diagram showing changes in the injection pattern and heat generation when switching from the main two-stage injection combustion to the PCCI combustion in the embodiment of this disclosure. With reference to FIG. 16, at the control point (4), since the main two-stage injection combustion is performed, the rail pressure is higher than that of the PCCI combustion, and the
制御点(5)においては、メイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼への切替期間であり、メイン噴射が前段のメイン1噴射と後段のメイン2噴射とに分かれているので、燃焼方式としてはメイン2段噴射燃焼となる。メイン2段噴射燃焼では、パイロット1噴射(PL1),パイロット2噴射(PL2),メイン1噴射(MAIN1),メイン2噴射(MAIN2)の順で燃料が噴射される。なお、メイン2段噴射燃焼においては、実際には、メイン2噴射の後にアフタ噴射も行われるが、図では示していない。これらの噴射に対応して、気筒11aの内部で燃焼熱が発生する。
At the control point (5), it is the switching period from the main two-stage injection combustion to the PCCI combustion, and since the main injection is divided into the main 1 injection in the front stage and the main 2 injection in the rear stage, the main 2 is used as the combustion method. It becomes stage injection combustion. In the main two-stage injection combustion, fuel is injected in the order of
制御点(5)のようなメイン2段噴射燃焼からPCCI燃焼への切替期間においては、各噴射の噴射時期および噴射量などの噴射パターンは、即時にPCCI燃焼の噴射パターンに切替え可能である。レール圧は追従が遅れるため、PCCI燃焼で必要なレール圧よりも高い状態となってしまう。しかし、この実施の形態においては、目標レール圧に対する実レール圧の追従割合に応じて、メイン2噴射の噴射量を徐変させる。このため、熱発生のピークが大きくなってしまうことを防止でき、燃焼騒音が悪化してしまうのを防止できる。 In the switching period from the main two-stage injection combustion to the PCCI combustion as in the control point (5), the injection pattern such as the injection timing and the injection amount of each injection can be immediately switched to the injection pattern of the PCCI combustion. Since the rail pressure is delayed in following, it becomes higher than the rail pressure required for PCCI combustion. However, in this embodiment, the injection amount of the main 2 injection is gradually changed according to the follow-up ratio of the actual rail pressure to the target rail pressure. Therefore, it is possible to prevent the peak of heat generation from becoming large, and it is possible to prevent the combustion noise from deteriorating.
制御点(6)においては、完全にPCCI燃焼のレール圧まで下がる。これにより、メイン2噴射の噴射量もPCCI燃焼の噴射量(つまり、0)まで下がる。 At the control point (6), the rail pressure of PCCI combustion is completely reduced. As a result, the injection amount of the main 2 injection is also reduced to the injection amount of PCCI combustion (that is, 0).
[変形例]
(1) 前述した実施の形態においては、図1で示したように、エンジン11が、ディーゼルエンジンであることとした。しかし、これに限定されず、エンジン11が、燃料の噴射圧を変化可能に構成されていればよく、ガソリンエンジンであってもよい。
[Modification example]
(1) In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the
(2) 前述した実施の形態においては、図8から図10で示したように、2つの燃焼方式を切替えるようにした。しかし、これに限定されず、3つ以上の燃焼方式を切替えるようにしてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the two combustion methods are switched as shown in FIGS. 8 to 10. However, the present invention is not limited to this, and three or more combustion methods may be switched.
(3) 前述した実施の形態においては、図4等で示したように、パイロット噴射が2段であり、メイン噴射が1段または2段であり、アフタ噴射が1段であることとした。しかし、これに限定されず、他の噴射、たとえば、ポスト噴射を含むようにしてもよい。また、各噴射の段数が他の段数であってもよい。 (3) In the above-described embodiment, as shown in FIG. 4 and the like, the pilot injection has two stages, the main injection has one or two stages, and the after injection has one stage. However, the present invention is not limited to this, and other injections, for example, post injections may be included. Further, the number of stages of each injection may be another number.
(4) 前述した実施の形態においては、図8から図16で示したように、メイン2噴射の噴射量を徐変させるようにした。しかし、これに限定されず、他の噴射(たとえば、メイン1噴射,アフタ噴射)の噴射量を徐変させるようにしてもよい。 (4) In the above-described embodiment, as shown in FIGS. 8 to 16, the injection amount of the main 2 injection is gradually changed. However, the present invention is not limited to this, and the injection amount of other injections (for example, main 1 injection and after injection) may be gradually changed.
(5) 前述した実施の形態においては、図10、図12および図15で示したように、切替期間において、メイン2噴射の噴射量を線形的に増減させるようにした。しかし、これに限定されず、噴射量を徐変させるのであれば、線形的でなく、非線形的に増減させるようにしてもよく、たとえば、図12のメイン2噴射量のグラフで示すように折れ線状に変化させるではなく、曲線状に滑らかに変化させるようにしてもよい。 (5) In the above-described embodiment, as shown in FIGS. 10, 12, and 15, the injection amount of the main 2 injection is linearly increased or decreased during the switching period. However, the present invention is not limited to this, and if the injection amount is gradually changed, the injection amount may be increased or decreased non-linearly instead of linearly. For example, as shown in the graph of the main 2 injection amount in FIG. Instead of changing the shape, the shape may be changed smoothly in a curved shape.
(6) 前述した実施の形態においては、PCCI燃焼のレール圧の制御範囲と比較して、メイン2段噴射燃焼のレール圧の制御範囲は高いことを示した。両者の制御範囲の一部は重なり合っていてもよい。 (6) In the above-described embodiment, it is shown that the control range of the rail pressure of the main two-stage injection combustion is higher than the control range of the rail pressure of the PCCI combustion. Part of the control range of both may overlap.
(7) 前述した開示を、エンジン11の制御装置100の開示と捉えることができる。また、前述した開示を、制御装置100を備えるエンジンシステム10または車両1の開示と捉えることができるし、制御装置100によって実行される制御方法または制御プログラムの開示と捉えることができる。
(7) The above-mentioned disclosure can be regarded as the disclosure of the
[まとめ]
(1) 図1で示したように、制御装置100は、エンジン11を制御する。図1で示したように、エンジン11は、制御された圧力で燃料を噴射する噴射システム(たとえば、燃料噴射装置13,燃料ポンプ14,コモンレール15,燃料タンク12を含んで構成)を備える。図8から図10で示したように、制御装置100は、エンジン11における複数の燃焼方式(たとえば、PCCI燃焼,メイン2段噴射燃焼)のいずれかに切替える場合、切替えた燃焼方式に応じた1サイクル当り複数段の燃料の噴射におけるそれぞれの噴射量を算出し(たとえば、ステップS117,ステップS123,ステップS124,ステップS132,ステップS136,ステップS137)、各サイクルにおいて算出されたそれぞれの噴射量で燃料を複数段、噴射するよう噴射システムを制御し(たとえば、ステップS141)、燃焼方式の切替えの過渡期間には、切替え前後の燃焼方式において対応する段の噴射量を、切替え前の燃焼方式の噴射量から、切替え後の燃焼方式の噴射量に徐変するように算出する(たとえば、ステップS132~ステップS135)。
[summary]
(1) As shown in FIG. 1, the
これにより、複数の燃焼方式の切替え時に燃焼騒音およびスモークの悪化を抑制することができる。また、噴射量を徐変するので、燃焼音の音色の変化も最小限に抑えることができ、燃焼音の音色の繋がりをよくすることができる。 As a result, it is possible to suppress deterioration of combustion noise and smoke when switching between a plurality of combustion methods. Further, since the injection amount is gradually changed, the change in the timbre of the combustion sound can be minimized, and the connection of the timbre of the combustion sound can be improved.
(2) 図8から図16で示したように、複数の燃焼方式は、第1の燃焼方式(たとえば、PCCI燃焼)と、第2の燃焼方式(たとえば、メイン2段噴射燃焼)とを含む。図2および図10で示したように、制御装置100は、エンジン11の制御マップにおける、第1の燃焼方式では、所定指標(たとえば、燃焼騒音,スモーク)が所定基準(たとえば、設計基準,要求基準)を満たさない領域において、所定指標が所定基準を満たす第2の燃焼方式に切替える(たとえば、ステップS121)。
(2) As shown in FIGS. 8 to 16, the plurality of combustion methods include a first combustion method (for example, PCCI combustion) and a second combustion method (for example, main two-stage injection combustion). .. As shown in FIGS. 2 and 10, in the control map of the
これにより、制御マップ上において、第1の燃焼方式および第2の燃焼方式の有利な領域で、その燃焼方式を用いることができる。 Thereby, the combustion method can be used in the advantageous region of the first combustion method and the second combustion method on the control map.
(3) 図3等で示したように、第1の燃焼方式と第2の燃焼方式とでは、燃料の圧力の制御範囲が異なる。図8から図10で示したように、制御装置100は、燃焼方式に応じた燃料の圧力とするよう噴射システムを制御し(たとえば、ステップS141)、第1の燃焼方式と第2の燃焼方式との切替えの過渡期間には、切替え後の燃料の圧力への追従遅れの度合いを算出し(たとえば、ステップS134)、切替え前後において対応する段の噴射量を、算出した度合いに応じて徐変するように算出する(たとえば、ステップS135)。
(3) As shown in FIG. 3 and the like, the control range of the fuel pressure is different between the first combustion method and the second combustion method. As shown in FIGS. 8 to 10, the
これにより、燃料の圧力の追従遅れの度合いに応じて、燃料の噴射量を適切に徐変させることができる。 Thereby, the injection amount of the fuel can be appropriately gradually changed according to the degree of the follow-up delay of the fuel pressure.
(4) 図4等で示したように、第1の燃焼方式では、1サイクルにおけるメイン噴射が1段であり、第2の燃焼方式では、1サイクルにおけるメイン噴射が前段と後段との2段である。図8から図10で示したように、制御装置100は、第1の燃焼方式と第2の燃焼方式との切替えの過渡期間には、切替え後の燃料の圧力への追従遅れの度合いを算出し(ステップS134)、第1の燃焼方式のメイン噴射の後段が存在しない状態と、第2の燃焼方式のメイン噴射の後段が存在する状態との間で、算出した度合いに応じてメイン噴射の後段の噴射量が徐変するよう算出する(ステップS135)。
(4) As shown in FIG. 4 and the like, in the first combustion method, the main injection in one cycle is one stage, and in the second combustion method, the main injection in one cycle is two stages, a front stage and a rear stage. Is. As shown in FIGS. 8 to 10, the
これにより、PCCI燃焼およびメイン2段噴射燃焼においては、メイン噴射が燃焼騒音およびスモークを抑制する上で重要であるが、このメイン噴射の噴射量を適切に制御することができる。 Thereby, in PCCI combustion and main two-stage injection combustion, the main injection is important for suppressing combustion noise and smoke, but the injection amount of the main injection can be appropriately controlled.
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It is also planned that the embodiments disclosed this time will be implemented in combination as appropriate. And it should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is set forth by the claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 車両、2 エアフローメータ、7 排気通路、8 吸気通路、10 エンジンシステム、11 エンジン、11a 気筒、11b ピストン、12 燃料タンク、13 燃料噴射装置、14 燃料ポンプ、15 コモンレール、16 吸気絞り弁、17 開度センサ、18 EGR通路、19 EGR弁、20 エンジン回転速度センサ、21 圧力センサ、22 アクセル開度センサ、100 制御装置、110 CPU、150 メモリ。 1 vehicle, 2 air flow meter, 7 exhaust passage, 8 intake passage, 10 engine system, 11 engine, 11a cylinder, 11b piston, 12 fuel tank, 13 fuel injection device, 14 fuel pump, 15 common rail, 16 intake throttle valve, 17 Opening sensor, 18 EGR passage, 19 EGR valve, 20 engine rotation speed sensor, 21 pressure sensor, 22 accelerator opening sensor, 100 control device, 110 CPU, 150 memory.
Claims (5)
前記内燃機関は、制御された圧力で燃料を噴射する噴射システムを備え、
前記制御装置は、
前記内燃機関における複数の燃焼方式のいずれかに切替える場合、切替えた燃焼方式に応じた1サイクル当り複数段の燃料の噴射におけるそれぞれの噴射量を算出し、
各サイクルにおいて算出されたそれぞれの噴射量で燃料を複数段、噴射するよう前記噴射システムを制御し、
燃焼方式の切替えの過渡期間には、切替え前後の燃焼方式において対応する段の噴射量を、切替え前の燃焼方式の噴射量から、切替え後の燃焼方式の噴射量に徐変するように算出する、内燃機関の制御装置。 It is a control device for an internal combustion engine.
The internal combustion engine comprises an injection system that injects fuel at a controlled pressure.
The control device is
When switching to any of the plurality of combustion methods in the internal combustion engine, the injection amount of each of the multiple stages of fuel injection per cycle according to the switched combustion method is calculated.
The injection system is controlled to inject multiple stages of fuel with each injection amount calculated in each cycle.
During the transition period of the switching of the combustion method, the injection amount of the corresponding stage in the combustion method before and after the switching is calculated so as to gradually change from the injection amount of the combustion method before the switching to the injection amount of the combustion method after the switching. , Internal combustion engine control device.
前記制御装置は、前記内燃機関の制御マップにおける、前記第1の燃焼方式では、所定指標が所定基準を満たさない領域において、前記所定指標が前記所定基準を満たす前記第2の燃焼方式に切替える、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 The plurality of combustion methods include a first combustion method and a second combustion method.
The control device switches to the second combustion method in which the predetermined index satisfies the predetermined standard in the region where the predetermined index does not satisfy the predetermined standard in the first combustion method in the control map of the internal combustion engine. The control device for an internal combustion engine according to claim 1.
前記制御装置は、
燃焼方式に応じた燃料の圧力とするよう前記噴射システムを制御し、
前記第1の燃焼方式と前記第2の燃焼方式との切替えの過渡期間には、切替え後の燃料の圧力への追従遅れの度合いを算出し、切替え前後において対応する段の噴射量を、算出した度合いに応じて徐変するように算出する、請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 The control range of the fuel pressure differs between the first combustion method and the second combustion method.
The control device is
The injection system is controlled so that the fuel pressure is set according to the combustion method.
During the transitional period of switching between the first combustion method and the second combustion method, the degree of delay in following the fuel pressure after switching is calculated, and the injection amount of the corresponding stage before and after switching is calculated. The control device for an internal combustion engine according to claim 2, which is calculated so as to gradually change according to the degree of fuel.
前記第2の燃焼方式では、1サイクルにおけるメイン噴射が前段と後段との2段であり、
前記制御装置は、前記第1の燃焼方式と前記第2の燃焼方式との切替えの過渡期間には、切替え後の燃料の圧力への追従遅れの度合いを算出し、前記第1の燃焼方式のメイン噴射の後段が存在しない状態と、前記第2の燃焼方式のメイン噴射の後段が存在する状態との間で、算出した度合いに応じてメイン噴射の後段の噴射量が徐変するよう算出する、請求項3に記載の内燃機関の制御装置。 In the first combustion method, the main injection in one cycle is one stage.
In the second combustion method, the main injection in one cycle is two stages, a front stage and a rear stage.
The control device calculates the degree of delay in following the pressure of the fuel after the switching during the transitional period of switching between the first combustion method and the second combustion method, and the control device calculates the degree of delay in following the pressure of the fuel after the switching. It is calculated so that the injection amount of the latter stage of the main injection gradually changes according to the calculated degree between the state where the latter stage of the main injection does not exist and the state where the latter stage of the main injection of the second combustion method exists. , The control device for an internal combustion engine according to claim 3.
前記内燃機関は、制御された圧力で燃料を噴射する噴射システムを備え、
前記制御方法は、前記制御装置が、
前記内燃機関における複数の燃焼方式のいずれかに切替える場合、切替えた燃焼方式に応じた1サイクル当り複数段の燃料の噴射におけるそれぞれの噴射量を算出するステップと、
各サイクルにおいて算出されたそれぞれの噴射量で燃料を複数段、噴射するよう前記噴射システムを制御するステップと、
燃焼方式の切替えの過渡期間には、切替え前後の燃焼方式において対応する段の噴射量を、切替え前の燃焼方式の噴射量から、切替え後の燃焼方式の噴射量に徐変するように算出するステップとを含む、内燃機関の制御方法。 A method for controlling an internal combustion engine, which is executed by a control device for the internal combustion engine.
The internal combustion engine comprises an injection system that injects fuel at a controlled pressure.
In the control method, the control device
When switching to any of the plurality of combustion methods in the internal combustion engine, a step of calculating each injection amount in the injection of a plurality of stages of fuel per cycle according to the switched combustion method, and
A step of controlling the injection system to inject multiple stages of fuel with each injection amount calculated in each cycle, and
During the transition period of the switching of the combustion method, the injection amount of the corresponding stage in the combustion method before and after the switching is calculated so as to gradually change from the injection amount of the combustion method before the switching to the injection amount of the combustion method after the switching. How to control an internal combustion engine, including steps.
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