JP3684968B2 - Fuel injection device for internal combustion engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の気筒にそれぞれ燃料噴射弁を設け、これら燃料噴射弁を共通の燃料用蓄圧室又はコモンレールに接続してコモンレールから各燃料噴射弁に燃料を供給するようにしたディーゼル機関の燃料噴射装置が公知である(特開平6−129296号公報参照)。このようにすると各気筒の1燃焼サイクル内に各燃料噴射弁から燃料を複数回噴射することが可能である。
【0003】
そこで、従来より、各気筒の1燃焼サイクル内において主噴射に続けて後噴射を行うようにしたディーゼル機関の燃料噴射装置が知られている。後噴射による燃料が燃焼室内で燃焼することにより、燃焼ガス又は既燃ガスに含まれるすすが燃焼せしめられ、斯くして機関から排出されるすす量を低減することが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ただ単に後噴射を行っても機関から排出されるすす量を十分に低減できない恐れがある。即ち、概略的に言うと、後噴射の燃料噴射量が少なすぎるとすすを十分に燃焼させることができず、多すぎるとかえって機関から排出されるすす量が増大する恐れがある。
【0005】
そこで、本発明の目的は機関から排出されるすす量を低減することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために1番目の発明によれば、1燃焼サイクル内において主噴射に続けて、機関から排出されるすす量が低減されるようにするために後噴射を行うようにした内燃機関の燃料噴射装置において、後噴射の燃料噴射量が主噴射の燃料噴射量よりも少なくなっており、主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比を求めて該空燃比に基づき後噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を求めるようにしている。即ち、本願発明者によれば、機関から排出されるすす量を低減するのに最適な後噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期は主噴射が完了した時点での空燃比に依存することが確認されている。そこで1番目の発明では、この空燃比又はこれを表す空燃比に基づき後噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を求めるようにしている。
【0007】
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比が大きいときには小さいときに比べて後噴射の燃料噴射量を多くするようにしている。即ち、本願発明者によれば、後噴射が完了した時点での空燃比が大きすぎると即ち過度にリーンであると燃焼ガス内のすすを十分に燃焼させることができず、小さすぎると即ち過度にリッチであると機関から排出されるすす量が増大することが確認されている。そこで2番目の発明では、主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比が小さいときには後噴射の燃料噴射量を少なくし、大きいときには多くし、それにより後噴射が完了した時点での空燃比が最適に維持されるようにしている。
【0008】
また、3番目の発明によれば2番目の発明において、主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比が大きいときには小さいときに比べて、主噴射が完了してから後噴射が開始されるまでの時期的間隔を長くするようにしている。即ち、すすを十分に燃焼させるためには主噴射が完了した後できるだけ速やかに後噴射を開始するのが好ましい。ところが後噴射で多量の燃料が噴射されると機関から排出されるすすが増大する恐れがある。そこで3番目の発明では、主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比が大きく後噴射の燃料噴射量が多いときには主噴射が完了してから長い時期的間隔を隔てた後に後噴射を開始するようにしている。
【0009】
また、上記課題を解決するために4番目の発明によれば、1燃焼サイクル内において主噴射に続けて、機関から排出されるすす量が低減されるようにするために後噴射を行うようにした内燃機関の燃料噴射装置において、主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比を求めて該空燃比が予め定められたしきい値よりも大きいときには後噴射を禁止するようにしている。即ち、主噴射が完了した時点での空燃比が過度に大きいときには後噴射が完了した時点での空燃比を最適にするのに必要な燃料噴射量が過度に多くなり、その結果機関から排出されるすす量がかえって増大する恐れがある。そこで4番目の発明では、主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比がしきい値よりも大きいときには後噴射を禁止するようにしている。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図1を参照すると、機関本体1は例えば4つの気筒#1,#2,#3,#4を具備する。各気筒はそれぞれ対応する吸気枝管2を介して共通のサージタンク3に接続され、サージタンク3は吸気ダクト4及びインタークーラ5を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ6のコンプレッサ6cの出口部に接続される。コンプレッサ6cの入口部は空気吸い込み管7を介してエアクリーナ8に接続される。サージタンク3とインタークーラ5間の吸気ダクト4内にはアクチュエータ9により駆動されるスロットル弁10が配置される。なお、排気タービン6tの排気流入口にはその開口面積を変更可能な可変ノズル機構6vが取り付けられている。可変ノズル機構6vにより排気タービン6tの排気流入口面積を小さくすれば排気圧力が低い機関低回転運転時にも過給圧を高めることができる。
【0011】
一方、各気筒は排気マニホルド11及び排気管12を介して排気ターボチャージャ6の排気タービン6tの入口部に接続され、排気タービン6tの出口部は排気管13を介してNOX 還元触媒14を収容したケーシング15に接続され、ケーシング15は排気管16に接続される排気管13内にはアクチュエータ17により駆動される排気絞り弁18が配置される。NOX 還元触媒14は例えば銅を担持したゼオライトを具備する。このNOX 還元触媒14は流入する排気中にHC,COのような還元剤が含まれていると酸化雰囲気でもNOX を還元することができる。なお、機関1の燃焼順序は#1−#3−#4−#2である。
【0012】
各気筒は筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁20を具備する。各燃料噴射弁20は共通の燃料用蓄圧室又はコモンレール21を介し吐出量を制御可能な燃料ポンプ22に接続される。燃料ポンプ22は低圧ポンプ(図示しない)を介して燃料タンク(図示しない)に接続されており、燃料ポンプ22から吐出された燃料はコモンレール21に供給され、次いで各燃料噴射弁20に供給される。燃料ポンプ22はコモンレール21内の燃料圧が予め定められた目標燃料圧になるように吐出量が制御される。なお、この目標燃料圧は例えば機関運転状態に応じて定めることができる。
【0013】
さらに図1を参照すると、排気マニホルド11とスロットル弁10下流の吸気ダクト4とが排気再循環(以下EGRと称す)通路23を介して互いに接続され、EGR通路23内にはアクチュエータ24により駆動されるEGR制御弁25が配置される。
電子制御ユニット(ECU)30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31を介して相互に接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、常時電源に接続されているB−RAM(バックアップRAM)35、入力ポート36、及び出力ポート37を具備する。機関本体1には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ38が取り付けられる。スロットル弁10下流の吸気ダクト4内には吸気ダクト4内の圧力に比例した出力電圧を発生する吸気圧力センサ39と、吸気ダクト4内の吸入空気温度に比例した出力電圧を発生する吸気温センサ40とが配置される。排気管16には空燃比を表す出力電圧を発生する空燃比センサ41が配置される。コモンレール21にはコモンレール21内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ42が取り付けられる。また、踏み込み量センサ43はアクセルペダル(図示しない)の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する。これらセンサ38,39,40,41,42,43の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器44を介して入力ポート36に入力される。また、入力ポート36にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ45が接続される。CPU34ではクランク角センサ45の出力パルスに基づいて機関回転数Nが算出され、吸気圧力センサ39の出力電圧に基づいて吸入空気量Gaが算出される。
【0014】
一方、出力ポート37はそれぞれ対応する駆動回路46を介して可変ノズル機構6v、各アクチュエータ9,17,24、各燃料噴射弁20、及び燃料ポンプ22にそれぞれ接続される。
ところで、コモンレール21を設けると各気筒の1燃焼サイクル内に燃料を複数回噴射することが可能になる。そこで本実施態様では、いわゆるパイロット噴射を行うようにしている。即ち、機関出力トルクを発生させるべく概ね圧縮上死点周りで行われる主噴射に先立って少量の燃料を噴射する前噴射又はパイロット噴射が行われる。このパイロット噴射は例えば主噴射よりも前の圧縮行程、即ち例えば圧縮上死点前(以下BTDCと称する)70から0°クランク角(以下CAと称する)程度で行われ、主噴射に対する時期的間隔が大きいときには予混合気を形成し、小さいときは主噴射による燃料を着火燃焼させるための着火源を形成する。また、複数回のパイロット噴射を行うことも可能であり、従って予混合気形成用のパイロット噴射と着火源形成用のパイロット噴射との両方を行うこともできるし、予混合気形成用のパイロット噴射を複数回行うこともできる。本実施態様では2回のパイロット噴射を行うことが可能であり、先に行われるパイロット噴射を第1のパイロット噴射、後に行われるパイロット噴射を第2のパイロット噴射と称する。
【0015】
さらに、燃焼ガス又は排気ガス中のHCを完全燃焼させるために主噴射が完了した後に後噴射が行われる。この後噴射は例えば主噴射完了後のBTDC0から−30°CA(圧縮上死点後0から30°CA)程度に行われる。さらに、NOX 還元触媒14に還元剤としてHC(炭化水素)を供給するためのHC供給用噴射も行われる。このHC供給用噴射は例えば主噴射又は後噴射完了後のBTDC−150から−210°CA程度に行われる。HC供給用噴射による燃料は完全燃焼することなくNOX 還元触媒14に到り、流入するNOX を還元する。
【0016】
図2(A)には各燃料噴射作用の燃料噴射時期が矢印でもって概略的に示されている。ここでjは各気筒の1燃焼サイクルで行われうる燃料噴射の順番又は種類を表しており、即ちj=1は第1のパイロット噴射を、j=2は第2のパイロット噴射を、j=3は主噴射を、j=4は後噴射を、j=5はHC供給用噴射をそれぞれ表している。
【0017】
各気筒の1燃焼サイクルにおいて主噴射が必ず行われるのに対し、パイロット噴射、後噴射、及びHC供給用噴射が行われるか否かはそれぞれ機関運転状態により定められる。従って、各気筒の1燃焼サイクルに行われる燃料噴射回数は1回から5回の間で変更されうることになる。例えば図2(B)に示す例では各気筒の1燃焼サイクルに燃料噴射が4回だけ行われ、図2(C)に示す例では3回だけ行われる。
【0018】
ところで、後噴射は上述したように、燃焼ガス又は排気ガス中のHCを完全燃焼させるためのものである。具体的に説明すると、後噴射による燃料が燃焼室内の燃焼火炎によって燃焼せしめられ、それにより燃焼ガス又は既燃ガスに含まれるすすが燃焼せしめられる。その結果、機関から排出されるすす量が低減される。従って、燃焼室内に燃焼火炎が残存している間に後噴射を行うことが必要となる。これに対し、HC供給用噴射による燃料は完全燃焼することなくNOX 還元触媒14に到達する必要があるので、燃焼室内の燃焼火炎が消失してからHC供給用噴射を行うべきであり、この点で後噴射と性質を異にしている。
【0019】
次に、図3を参照して後噴射の燃料噴射時間TAUPO及び燃料噴射開始時期ISTPOの算出方法について説明する。本実施態様において、後噴射の燃料噴射開始時期ISTPOは主噴射の燃料噴射終了時期IETMに時期的間隔又は時間間隔INTPOを加算することにより求められる。従って、主噴射が終了してから時期的間隔INTPOが経過すると後噴射が開始されることになる。
【0020】
さて、本実施態様では図3に示されるように、機関回転数Nと、後噴射を行うべきとき即ち主噴射が終了した後で後噴射が行われる前の空燃比AFとにより定められる機関運転状態が3つの領域に分割されており、各領域毎に後噴射の燃料噴射時間TAUPO及び時期的間隔INTPOが定められている。即ち、領域Iでは燃料噴射時間TAUPOが許容最小時間TAUMINとされ、時期的間隔INTPOが許容最小間隔INTMINとされる。領域IIでは燃料噴射時間TAUPOが許容最小時間TAUMINに一定値a(>0)が加算されたTAUMIN+aとされ、時期的間隔INTPOが許容最小間隔INTMINに一定値b(>0)が加算されたINTMIN+bとされる。領域IIIでは燃料噴射時間TAUPO及び時期的間隔INTPOが共に零とされ、即ち後噴射が行われない。
【0021】
領域Iと領域IIとを比べると、主噴射が完了した時点での空燃比が大きいときには小さいときに比べて後噴射の燃料噴射量を多くしているということになる。これは次の理由による。即ち、後噴射が完了した時点での空燃比が大きすぎると後噴射による燃料が拡散してしまうために燃焼ガス内のすすを十分に燃焼させることができない。一方、後噴射が完了した時点での空燃比が小さすぎると燃焼室内に過濃な燃料噴霧が形成されるので機関から排出されるすす量が増大する恐れがある。とすれば、主噴射が完了した時点での空燃比が小さいときに後噴射の燃料噴射量を少なくし、大きいときに多くすれば、後噴射が完了した時点での空燃比をすす燃焼のために最適に維持できることになる。
【0022】
また、領域Iと領域IIとを比べると、機関回転数Nが高いときには低いときに比べて後噴射の燃料噴射量を多くしているということになる。機関回転数Nが高いときには低いときに比べて吸入空気量Gaが多くなり、それに見合うだけの燃料を増量する必要があるからである。
さらに、領域Iと領域IIとを比べると、後噴射の燃料噴射時間TAUPOが長いときには短いときに比べて時期的間隔INTPOを長くしているということになる。すすを十分に燃焼させるためには主噴射が完了した後できるだけ速やかに後噴射を開始するのが好ましい。ところが、主噴射が完了した直後には燃焼室内の燃焼火炎が大きく、この大きな燃焼火炎に対し多量の燃料が噴射されると、燃焼室内に過濃な燃料噴霧が形成されるために燃焼室から排出されるすすが増大する恐れがある。そこで、後噴射の燃料噴射量が多いときには時期的間隔INTPOを長くし、後噴射の燃料噴射量が少ないときには時期的間隔INTPOを短くするようにしている。
【0023】
この点について、主噴射が完了した時点での空燃比が大きいときには小さいときに比べて、又は機関回転数Nが高いときには低いときに比べて時期的間隔INTPOを長くしているという見方もできる。
一方、領域I及び領域IIと領域IIIとを比較すると、主噴射が完了した時点での空燃比が予め定められたしきい値よりも大きいときには後噴射を禁止するようにしているということになる。即ち、主噴射が完了した時点での空燃比が過度に大きいときには後噴射が完了した時点での空燃比を最適にするのに極めて多量の燃料が必要になり、その結果機関から排出されるすす量がかえって増大する恐れがある。そこで、主噴射が完了した時点での空燃比がしきい値よりも大きいときには後噴射を禁止するようにしている。なお、この場合のしきい値は領域I及び領域IIと領域IIIとの間の境界線でもって表される(図3参照)。
【0024】
この点について、機関回転数Nが予め定められたしきい値よりも高いときには後噴射を禁止するようにしているという見方もできる。
ところで、主噴射が完了した時点での空燃比AFを直接求めるのは困難である。そこで本実施態様では、空燃比センサ41により検出された空燃比を主噴射が完了した時点での空燃比としている。厳密に言えば、空燃比センサ41により検出された空燃比は主噴射が完了した時点での空燃比と一致していない場合もある。しかしながら、これら間の差異は後噴射及びHC供給用噴射の燃料噴射量に基づくものであり、後噴射及びHC供給用噴射の燃料噴射量は主噴射の燃料噴射量に比べてかなり小さい。即ち、空燃比センサ41により検出された空燃比は主噴射が完了した時点での空燃比を表していると言える。そこで空燃比センサ41により検出された空燃比を用いるようにしている。
【0025】
一方で、吸気圧力センサ39により検出された吸入空気量Gaと、算出された第1及び第2パイロット噴射並びに主噴射の燃料噴射時間とから主噴射が完了した時点での空燃比を計算することも可能である。しかしながら、特に燃料噴射弁20に経年変化のある場合には、実際の燃料噴射時間が算出された燃料噴射時間と一致しない恐れがあり、このとき計算された空燃比は実際の空燃比と一致しない。これに対し、空燃比センサ41は実際の空燃比を検出しており、この点で計算により空燃比を求める方法よりも有利である。
【0026】
図4は後噴射の燃料噴射時間TAUPO及び燃料噴射開始時期ISTPOの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図4を参照すると、まずステップ100では図3のマップから現在の領域が決定される。続くステップ101では現在の領域に従って後噴射の燃料噴射時間TAUPO及び時期的間隔INTPOが算出される。続くステップ102では図示しないルーチンで算出された主噴射の燃料噴射完了時期IETMが読み込まれる。続くステップ103では後噴射の燃料噴射開始時期ISTPOが算出される(ISTPO=IETM+INTPO)。従って、燃料噴射開始時期ISTPOになるとTAUPOだけ各燃料噴射弁20から後噴射として燃料が噴射される。
【0027】
図3の領域Iと領域IIとを再び比較すると、後噴射の燃料噴射時間TAUPO及び時期的間隔INTPOがステップ状に変化されていることになる。しかしながら、運転領域を細分化してこれらTAUPO及びINTPOが連続的に変化するようにすることもできる。このようにすればTAUPO及びINTPOを正確に最適化することができる。しかしながら、TAUPO及びINTPOの精密な制御は困難であり、実用的でない面もある。そこで本実施態様では、運転領域を三つに分割している。
【0028】
【発明の効果】
機関から排出されるすす量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】燃料噴射時期及び気筒の1燃焼サイクルで行われる燃料噴射の数を説明するための図である。
【図3】領域を表す線図である。
【図4】後噴射の燃料噴射時間TAUPO及び燃料噴射開始時期ISTPOの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…機関本体
20…燃料噴射弁
41…空燃比センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A fuel injection device for a diesel engine in which a fuel injection valve is provided in each of a plurality of cylinders, and these fuel injection valves are connected to a common fuel pressure accumulating chamber or a common rail so that fuel is supplied from the common rail to each fuel injection valve. (See JP-A-6-129296). In this way, it is possible to inject fuel multiple times from each fuel injection valve within one combustion cycle of each cylinder.
[0003]
Thus, conventionally, a fuel injection device for a diesel engine is known in which post-injection is performed after main injection within one combustion cycle of each cylinder. By burning the fuel by the post-injection in the combustion chamber, the soot contained in the combustion gas or the burned gas is burned, and thus the amount of soot discharged from the engine can be reduced.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is a possibility that the amount of soot discharged from the engine cannot be sufficiently reduced even if the post injection is simply performed. That is, generally speaking, if the fuel injection amount of the post-injection is too small, the soot cannot be sufficiently combusted, and if it is too large, the amount of soot discharged from the engine may increase.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel injection device for an internal combustion engine that can reduce the amount of soot discharged from the engine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the first invention, an internal combustion engine that performs post-injection in order to reduce the amount of soot discharged from the engine following main injection in one combustion cycle. In the fuel injection device of the engine, the fuel injection amount of the post-injection is smaller than the fuel injection amount of the main injection. and to determine a fuel injection amount and fuel injection timing of the post injection based. That is, according to the present inventor, it is confirmed that the optimal fuel injection amount and fuel injection timing of the post-injection for reducing the amount of soot discharged from the engine depend on the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed. Has been. Therefore, in the first invention, the fuel injection amount and the fuel injection timing of the post-injection are obtained based on this air-fuel ratio or the air-fuel ratio representing this.
[0007]
Further, according to the second invention, in the first invention, the fuel injection amount of the post-injection is increased when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed or when the air-fuel ratio representing the main injection is large compared to when the air-fuel ratio is small. ing. That is, according to the present inventor, if the air-fuel ratio at the time when the post-injection is completed is too large, that is, if it is excessively lean, the soot in the combustion gas cannot be burned sufficiently, and if it is too small, that is, excessively It has been confirmed that the amount of soot discharged from the engine increases when it is rich. Therefore, in the second aspect of the invention, when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed or the air-fuel ratio indicating this is small, the fuel injection amount of the post-injection is decreased, and when it is large, the fuel injection amount is increased, and when the post-injection is completed. The air-fuel ratio is maintained optimally.
[0008]
Further, according to the third invention, in the second invention, after the main injection is completed, the post-injection is performed after the main injection is completed, as compared with the case where the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed or the air-fuel ratio representing this is small. The time interval until the start is extended. That is, in order to sufficiently burn soot, it is preferable to start the post-injection as soon as possible after the main injection is completed. However, if a large amount of fuel is injected in the post-injection, soot discharged from the engine may increase. Therefore, in the third aspect of the invention, when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed or the air-fuel ratio representing it is large and the amount of fuel injection of the post-injection is large, the main injection is completed and then a long time interval is passed. The injection is started.
[0009]
In order to solve the above-mentioned problem, according to the fourth aspect of the invention, after the main injection in one combustion cycle , the post-injection is performed in order to reduce the amount of soot discharged from the engine. In the fuel injection device for an internal combustion engine, the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed or the air-fuel ratio representing the air-fuel ratio is obtained, and the post-injection is prohibited when the air-fuel ratio is larger than a predetermined threshold value. ing. That is, when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed is excessively large, the amount of fuel injection necessary to optimize the air-fuel ratio at the time when the post-injection is completed becomes excessive, and as a result, the fuel is discharged from the engine. The amount of soot may increase. Therefore, in the fourth aspect of the invention, the post-injection is prohibited when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed or the air-fuel ratio indicating this is larger than the threshold value.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a diesel engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition engine.
Referring to FIG. 1, the engine body 1 includes, for example, four cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4. Each cylinder is connected to a common surge tank 3 via a corresponding intake branch pipe 2, and the surge tank 3 is connected to an outlet of a compressor 6 c of a supercharger, for example, an exhaust turbocharger 6, via an intake duct 4 and an intercooler 5. Connected to the part. An inlet portion of the compressor 6 c is connected to an air cleaner 8 through an air suction pipe 7. A throttle valve 10 driven by an actuator 9 is disposed in the intake duct 4 between the surge tank 3 and the intercooler 5. A variable nozzle mechanism 6v whose opening area can be changed is attached to the exhaust inlet of the exhaust turbine 6t. If the exhaust nozzle area of the exhaust turbine 6t is reduced by the variable nozzle mechanism 6v, the supercharging pressure can be increased even during low engine speed operation where the exhaust pressure is low.
[0011]
Each cylinder is connected to an inlet of the exhaust turbine 6t of the exhaust turbocharger 6 through an exhaust manifold 11 and an exhaust pipe 12, the outlet portion of the exhaust turbine 6t is an NO X reduction catalyst 14 via the exhaust pipe 13 houses An exhaust throttle valve 18 driven by an actuator 17 is disposed in the exhaust pipe 13 connected to the exhaust pipe 16. The NO x reduction catalyst 14 comprises, for example, a zeolite supporting copper. The NO x reduction catalyst 14 can reduce NO x even in an oxidizing atmosphere if the reducing exhaust gas such as HC and CO is contained in the inflowing exhaust gas. The combustion order of the engine 1 is # 1- # 3- # 4- # 2.
[0012]
Each cylinder includes a fuel injection valve 20 that directly injects fuel into the cylinder. Each fuel injection valve 20 is connected to a fuel pump 22 through which a discharge amount can be controlled via a common fuel accumulator chamber or common rail 21. The fuel pump 22 is connected to a fuel tank (not shown) via a low pressure pump (not shown), and the fuel discharged from the fuel pump 22 is supplied to the common rail 21 and then supplied to each fuel injection valve 20. . The discharge amount of the fuel pump 22 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 21 becomes a predetermined target fuel pressure. The target fuel pressure can be determined according to, for example, the engine operating state.
[0013]
Further, referring to FIG. 1, the exhaust manifold 11 and the intake duct 4 downstream of the throttle valve 10 are connected to each other via an exhaust recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 23, and are driven by an actuator 24 in the EGR passage 23. An EGR control valve 25 is disposed.
The electronic control unit (ECU) 30 is a digital computer, and is connected to each other via a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, and a constant time. A B-RAM (backup RAM) 35 connected to a power source, an input port 36, and an output port 37 are provided. A water temperature sensor 38 that generates an output voltage proportional to the engine cooling water temperature is attached to the engine body 1. An intake pressure sensor 39 for generating an output voltage proportional to the pressure in the intake duct 4 in the intake duct 4 downstream of the throttle valve 10 and an intake temperature sensor for generating an output voltage proportional to the intake air temperature in the intake duct 4 40 is arranged. An air-fuel ratio sensor 41 that generates an output voltage representing the air-fuel ratio is disposed in the exhaust pipe 16. A fuel pressure sensor 42 that generates an output voltage proportional to the fuel pressure in the common rail 21 is attached to the common rail 21. Further, the depression amount sensor 43 generates an output voltage proportional to the depression amount of an accelerator pedal (not shown). The output voltages of these sensors 38, 39, 40, 41, 42 and 43 are input to the input port 36 via the corresponding AD converters 44. The input port 36 is connected to a crank angle sensor 45 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. The CPU 34 calculates the engine speed N based on the output pulse of the crank angle sensor 45, and calculates the intake air amount Ga based on the output voltage of the intake pressure sensor 39.
[0014]
On the other hand, the output port 37 is connected to the variable nozzle mechanism 6v, the actuators 9, 17, 24, the fuel injection valves 20, and the fuel pump 22 via the corresponding drive circuits 46, respectively.
By the way, when the common rail 21 is provided, it becomes possible to inject fuel a plurality of times within one combustion cycle of each cylinder. Therefore, in this embodiment, so-called pilot injection is performed. That is, pre-injection or pilot injection for injecting a small amount of fuel is performed prior to main injection, which is generally performed around the compression top dead center in order to generate engine output torque. The pilot injection is performed, for example, at a compression stroke before the main injection, that is, for example, at a compression top dead center (hereinafter referred to as BTDC) 70 to 0 ° crank angle (hereinafter referred to as CA), and a time interval with respect to the main injection. When the value is large, a premixed gas is formed, and when the value is small, an ignition source for igniting and burning fuel by main injection is formed. It is also possible to perform a plurality of pilot injections. Therefore, it is possible to perform both pilot injection for premixed gas formation and pilot injection for forming an ignition source, and pilot for premixed gas formation. It is also possible to perform the injection multiple times. In this embodiment, two pilot injections can be performed. The pilot injection performed first is referred to as a first pilot injection, and the pilot injection performed later is referred to as a second pilot injection.
[0015]
Further, post-injection is performed after main injection is completed in order to completely burn HC in the combustion gas or exhaust gas. This post-injection is performed, for example, from about BTDC0 after completion of main injection to about -30 ° CA (0 to 30 ° CA after compression top dead center). Further, HC supply injection for supplying HC (hydrocarbon) as a reducing agent to the NO x reduction catalyst 14 is also performed. This HC supply injection is performed, for example, from about BTDC-150 after completion of main injection or post-injection to about -210 ° CA. The fuel from the HC supply injection reaches the NO x reduction catalyst 14 without complete combustion, and reduces the inflow NO x .
[0016]
FIG. 2A schematically shows the fuel injection timing of each fuel injection action with arrows. Here, j represents the order or type of fuel injection that can be performed in one combustion cycle of each cylinder, that is, j = 1 is the first pilot injection, j = 2 is the second pilot injection, and j = 3 represents main injection, j = 4 represents post-injection, and j = 5 represents HC supply injection.
[0017]
While main injection is always performed in one combustion cycle of each cylinder, whether or not pilot injection, post-injection, and HC supply injection are performed is determined by the engine operating state. Therefore, the number of fuel injections performed in one combustion cycle of each cylinder can be changed between 1 and 5. For example, in the example shown in FIG. 2B, fuel injection is performed only four times in one combustion cycle of each cylinder, and in the example shown in FIG. 2C, it is performed only three times.
[0018]
By the way, the post-injection is for completely burning the HC in the combustion gas or the exhaust gas as described above. More specifically, the fuel from the post-injection is burned by the combustion flame in the combustion chamber, so that the soot contained in the combustion gas or burned gas is burned. As a result, the amount of soot discharged from the engine is reduced. Therefore, it is necessary to perform post-injection while the combustion flame remains in the combustion chamber. On the other hand, since the fuel by the HC supply injection needs to reach the NO x reduction catalyst 14 without complete combustion, the HC supply injection should be performed after the combustion flame in the combustion chamber disappears. It differs from post-injection in nature.
[0019]
Next, a method of calculating the post-injection fuel injection time TAUPO and the fuel injection start timing ISTPO will be described with reference to FIG. In this embodiment, the post-injection fuel injection start timing ISTPO is obtained by adding a timing interval or time interval INTPO to the main injection fuel injection end timing IETM. Accordingly, the post-injection is started when the time interval INTPO has elapsed after the main injection has ended.
[0020]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the engine operation determined by the engine speed N and the air-fuel ratio AF before the post-injection is performed after the main injection is completed, that is, after the main injection is completed. The state is divided into three regions, and a fuel injection time TAUPO and a time interval INTPO for post-injection are determined for each region. That is, in the region I, the fuel injection time TAUPO is set to the allowable minimum time TAUMIN, and the timing interval INTPO is set to the allowable minimum interval INTMIN. In region II, the fuel injection time TAUPO is set to TAUMIN + a obtained by adding a constant value a (> 0) to the allowable minimum time TAUMIN, and the timing interval INTPO is set to INTMIN + b where a fixed value b (> 0) is added to the allowable minimum interval INTMIN. It is said. In region III, the fuel injection time TAUPO and the time interval INTPO are both zero, that is, no post-injection is performed.
[0021]
Comparing the region I and the region II, it means that the fuel injection amount of the post-injection is increased when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed is large compared with when it is small. This is due to the following reason. That is, if the air-fuel ratio at the time when the post-injection is completed is too large, the fuel in the post-injection diffuses, and soot in the combustion gas cannot be burned sufficiently. On the other hand, if the air-fuel ratio at the time when the post-injection is completed is too small, an excessive fuel spray is formed in the combustion chamber, which may increase the amount of soot discharged from the engine. If the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed is small, the fuel injection amount of the post-injection is decreased, and if it is increased when the air-fuel ratio is large, the air-fuel ratio at the time when the post-injection is completed is for soot combustion. Can be optimally maintained.
[0022]
Further, when comparing the region I and the region II, the fuel injection amount of the post-injection is increased when the engine speed N is high compared to when the engine speed N is low. This is because when the engine speed N is high, the intake air amount Ga is larger than when the engine speed N is low, and it is necessary to increase the amount of fuel commensurate with it.
Further, when comparing the region I and the region II, the time interval INTPO is made longer when the fuel injection time TAUPO of the post-injection is longer than when it is shorter. In order to sufficiently burn soot, it is preferable to start the post-injection as soon as possible after the main injection is completed. However, immediately after the main injection is completed, the combustion flame in the combustion chamber is large, and when a large amount of fuel is injected into this large combustion flame, a rich fuel spray is formed in the combustion chamber, so There is a risk that soot discharged will increase. Therefore, the timing interval INTPO is lengthened when the fuel injection amount of the post injection is large, and the timing interval INTPO is shortened when the fuel injection amount of the post injection is small.
[0023]
In view of this point, it can be said that the timing interval INTPO is made longer when the air-fuel ratio at the time of completion of the main injection is larger than when it is small or when it is low when the engine speed N is high.
On the other hand, when comparing the region I and the region II with the region III, it means that the post-injection is prohibited when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed is larger than a predetermined threshold value. . That is, when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed is excessively large, a very large amount of fuel is required to optimize the air-fuel ratio at the time when the post-injection is completed, and as a result, the soot discharged from the engine. The amount may increase. Therefore, the post-injection is prohibited when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed is larger than the threshold value. Note that the threshold value in this case is represented by a boundary line between the region I and the region II and the region III (see FIG. 3).
[0024]
In this regard, it can be considered that the post-injection is prohibited when the engine speed N is higher than a predetermined threshold value.
By the way, it is difficult to directly obtain the air-fuel ratio AF when the main injection is completed. Therefore, in this embodiment, the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 41 is the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed. Strictly speaking, the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 41 may not match the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed. However, the difference between them is based on the fuel injection amount of the post-injection and the HC supply injection, and the fuel injection amount of the post-injection and the HC supply injection is considerably smaller than the fuel injection amount of the main injection. That is, it can be said that the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 41 represents the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed. Therefore, the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 41 is used.
[0025]
On the other hand, the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed is calculated from the intake air amount Ga detected by the intake pressure sensor 39 and the calculated fuel injection times of the first and second pilot injections and the main injection. Is also possible. However, particularly when the fuel injection valve 20 has changed over time, the actual fuel injection time may not match the calculated fuel injection time, and the calculated air-fuel ratio does not match the actual air-fuel ratio. . On the other hand, the air-fuel ratio sensor 41 detects the actual air-fuel ratio, and this is more advantageous than a method for obtaining the air-fuel ratio by calculation.
[0026]
FIG. 4 shows a routine for calculating the post-injection fuel injection time TAUPO and the fuel injection start timing ISTPO. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 4, first, at step 100, the current region is determined from the map of FIG. In the subsequent step 101, the fuel injection time TAUPO and the timing interval INTPO of the post-injection are calculated according to the current region. In the subsequent step 102, the fuel injection completion timing IETM of the main injection calculated by a routine not shown is read. In the subsequent step 103, the fuel injection start timing ISTPO for post-injection is calculated (ISTPO = IETM + INTPO). Accordingly, at the fuel injection start timing ISTPO, fuel is injected as post-injection from each fuel injection valve 20 by TAUPO.
[0027]
Comparing region I and region II in FIG. 3 again, the post-injection fuel injection time TAUPO and the time interval INTPO are changed in steps. However, the operating region can be subdivided so that these TAUPO and INTPO change continuously. In this way, TAUPO and INTPO can be accurately optimized. However, precise control of TAUPO and INTPO is difficult and not practical. Therefore, in this embodiment, the operation region is divided into three.
[0028]
【The invention's effect】
The amount of soot discharged from the engine can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram for explaining a fuel injection timing and the number of fuel injections performed in one combustion cycle of a cylinder.
FIG. 3 is a diagram representing a region.
FIG. 4 is a flowchart showing a calculation routine for a post-injection fuel injection time TAUPO and a fuel injection start timing ISTPO.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine main body 20 ... Fuel injection valve 41 ... Air-fuel ratio sensor

Claims (4)

1燃焼サイクル内において主噴射に続けて、機関から排出されるすす量が低減されるようにするために後噴射を行うようにした内燃機関の燃料噴射装置において、後噴射の燃料噴射量が主噴射の燃料噴射量よりも少なくなっており、主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比を求めて該空燃比に基づき後噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を求めるようにした内燃機関の燃料噴射装置。In a fuel injection device for an internal combustion engine in which post-injection is performed so that the amount of soot discharged from the engine is reduced following main injection in one combustion cycle, the fuel injection amount of post-injection is the main injection amount. fuel injection quantity of the injection has become less than, so as to obtain a fuel injection amount and fuel injection timing after based on the air-fuel ratio injection seeking air-fuel ratio or an air-fuel ratio which represents this at the time of main injection is completed A fuel injection device for an internal combustion engine. 主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比が大きいときには小さいときに比べて後噴射の燃料噴射量を多くするようにした請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。  2. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein when the air-fuel ratio at the time when the main injection is completed or the air-fuel ratio representing the air-fuel ratio is large, the fuel injection amount of post-injection is increased compared to when it is small. 主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比が大きいときには小さいときに比べて、主噴射が完了してから後噴射が開始されるまでの時期的間隔を長くするようにした請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。  Claims in which the time interval from the completion of main injection to the start of post-injection is longer than when the air-fuel ratio at the time of completion of main injection or the air-fuel ratio that represents it is small Item 6. A fuel injection device for an internal combustion engine according to Item 1. 1燃焼サイクル内において主噴射に続けて、機関から排出されるすす量が低減されるようにするために後噴射を行うようにした内燃機関の燃料噴射装置において、主噴射が完了した時点での空燃比又はこれを表す空燃比を求めて該空燃比が予め定められたしきい値よりも大きいときには後噴射を禁止するようにした内燃機関の燃料噴射装置。In a fuel injection device for an internal combustion engine in which post-injection is performed in order to reduce the amount of soot discharged from the engine following main injection in one combustion cycle, at the time when main injection is completed A fuel injection apparatus for an internal combustion engine, which obtains an air-fuel ratio or an air-fuel ratio representing the air-fuel ratio and prohibits post-injection when the air-fuel ratio is larger than a predetermined threshold value.
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