JP3713908B2

JP3713908B2 - Compression ignition internal combustion engine

Info

Publication number: JP3713908B2
Application number: JP18125397A
Authority: JP
Inventors: 和男高橋; 弘道柳原; 康夫佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2017-07-07
Also published as: JPH1122535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮着火式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火式内燃機関においては、燃焼室内に噴射された燃料の分散度合が燃焼に大きな影響を与える。即ち、燃焼室全体に燃料が分散せしめられると単位容積当りの発熱量が低くなるために燃焼温度が低くなり、斯くしてＮＯ_xの発生しないおだやかな燃焼が行われる。また、燃料粒子の周りには十分な空気が存在するために煤も発生しなくなる。そこで燃焼室内全体に噴射燃料を分散させるために圧縮上死点前６０度よりも前の圧縮工程中に燃料を噴射するようにした圧縮着火式内燃機関が公知である（特開平７−３１７５８８号公報参照）。
【０００３】
即ち、燃焼室内の圧力が高くなると空気抵抗が大きくなるために噴射燃料が燃焼室内全体に広がりずらくなり、従ってこの圧縮着火式内燃機関では燃焼室内の圧力が低い、圧縮上死点前６０度以前に燃料を噴射するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのように燃焼室内全体に噴射燃料を分散させるようにした場合、燃料噴射量が少ないときにはＮＯ_xおよびＨＣが発生しないおだやかな燃焼が行われる。しかしながら燃料噴射量が多くなると燃料が早期に着火し出し、一旦燃料が早期に着火すると燃焼室内の温度が上昇するために燃料は更に早期に着火するようになる。その結果、燃焼が次第に激しくなり、ノッキングが発生するばかりでなく多量のＮＯ_xおよび煤が発生することになる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために１番目の発明では、燃焼室内に燃料を噴射するようにした圧縮着火式内燃機関において、機関の運転領域を予め定められた境界を境にして低負荷側の運転領域と高負荷側の運転領域に分割すると共にこの運転領域の境界を機関の運転状態に応じて移動させるようにし、機関の運転状態がこの運転領域の境界よりも低負荷側であるときには圧縮上死点前のほぼ６０度以前に燃料を早期噴射し、機関の運転状態が運転領域の境界よりも高負荷側となったときには圧縮上死点付近において燃料を噴射する圧縮上死点噴射に切換えるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１６および排気管１７を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン１８に連結される。
【００１１】
排気マニホルド１６とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１９内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２０が配置される。各燃料噴射弁６は燃料供給管２１を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２２に連結される。このコモンレール２２内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３から燃料が供給され、コモンレール２２内に供給された燃料は各燃料供給管２１を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２２にはコモンレール２２内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２４が取付けられ、燃料圧センサ２４の出力信号に基づいてコモンレール２２内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２３の吐出量が制御される。
【００１２】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２，ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、常時電源に接続されたバックアップＲＡＭ３３ａ，ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２２の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。サージタンク１２には吸入空気温に比例した出力電圧を発生する吸気温センサ２５が取付けられ、この吸気温センサ２５の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、シリンダヘッド３にはノッキングセンサ２６が取付けられ、ノッキングセンサ２６はローパスフィルタ２７を介してピークホールド回路２８の入力端子に接続される。ピークホールド回路２８の出力端子は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に接続される。
【００１３】
また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５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４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、ＥＧＲ制御弁２０、燃料ポンプ２３およびピークホールド回路２８のリセット入力端子に接続される。
【００１４】
図２はノッキングセンサ２６の出力電圧Ｖ_Sの変化とピークホールド回路２８の出力電圧Ｖ_Pの変化を示している。ノッキングが発生すると機関本体１が振動し、このときノッキングセンサ２６は機関本体１の振動強度に比した出力電圧Ｖ_Sを発生する。ピークホールド回路２８の出力電圧Ｖ_Pはこれまで発生したノッキングセンサ２６の出力電圧Ｖ_Sのピーク値に保持される。このピークホールド回路２８の出力電圧Ｖ_Pは例えば一定クランク角度毎に発生するリセット信号によってリセットされる。
【００１５】
冒頭で述べたように燃料噴射量が少ないときには噴射燃料を燃焼室５内全体に分散させればＮＯ_xおよび煤が発生しないおだやかな燃焼が行われる。
即ち、燃料が噴射され、ピストン４が上昇して燃焼室５内の温度が一定温度以上になると燃料粒子周りの蒸発燃料が酸素と結合する。このとき燃料粒子が集まっていると、即ち、燃料粒子の密度が高いと燃料粒子は周囲の燃料粒子の蒸発燃料の酸化反応熱を受けて高温となる。その結果、燃料粒子内の炭化水素が水素分子Ｈ₂や炭素Ｃに熱分解される。この熱分解により発生した水素分子Ｈ₂は爆発的に燃焼して高温を発生し、斯くしてＮＯ_xが発生することになる。一方、熱分解により炭素Ｃが発生するとこれら炭素同志が結合し、その一部がすすとして排出されることになる。このように燃料粒子の密度が高いと燃料粒子内の炭化水素の熱分解作用に起因してＮＯ_xやすすが発生する。このようなＮＯ_xやすすの発生を阻止するためには燃料粒子間の間隔を大きくしてやればよく、そのためには燃料粒子を広範囲に分散させてやればよいことになる。
【００１６】
図３の曲線はピストン４の圧縮作用のみによる燃焼室５内の圧力Ｐの変化を示している。図３からわかるように燃焼室５内の圧力Ｐはほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度を越えると急速に上昇する。これは吸気弁７の開弁時期とは無関係であっていかなる往復動式内燃機関であっても燃焼室５内の圧力Ｐは図３に示されるように変化する。燃焼室５の圧力Ｐが高くなると空気抵抗が大きくなるために噴射燃料は広範囲に分散せず、噴射燃料を広範囲に分散させるためには燃焼室５内の圧力Ｐが低いときに燃料噴射を行うことが必要となる。そこで本発明による実施例では燃焼室５内の圧力Ｐが低い圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度前に燃料噴射Ｉ₁、即ち早期噴射を行うようにしている。事実、圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度以前に早期噴射Ｉ₁を行うとＮＯ_xおよび煤はほとんど発生しなくなる。
【００１７】
このように圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度以前に早期噴射Ｉ₁を行うとＮＯ_xおよび煤がほとんど発生しない運転領域が図４の運転領域Ｘで示されている。なお、図４において縦軸Ｑは燃料噴射量を示しており、横軸Ｎは機関回転数を示している。図４からわかるようにこの運転領域Ｘは燃料噴射量Ｑの少ない運転領域、即ち低負荷側の運転領域である。
【００１８】
一方、燃料噴射量Ｑが多くなると燃料粒子の密度が高くなる。従って燃料噴射量Ｑが増大したときにも、即ち機関の運転状態が図４の運転領域Ｙになったときにも圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度以前に早期噴射を行うようにしておくと燃料の熱分解によって燃料が早期に着火し、その結果ノッキングが発生するばかりでなくＮＯ_xおよび煤が発生することになる。そこで本発明による実施例では機関の運転状態が運転領域Ｘから境界Ｚを越えて高負荷側の運転領域Ｙに移行したときには通常の圧縮着火式内燃機関と同様にほぼ圧縮上死点付近で燃料噴射が行われる圧縮上死点噴射に切換えるようにしている。
【００１９】
図５に燃料噴射時期を示す。なお、図５において縦軸はクランク角を示し、横軸は燃料噴射量Ｑを示している。図５に示されるように運転領域Ｘにおいては圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０度以前に燃料噴射Ｉ₁が行われる。運転領域ＸにおけるθＳ１およびθＥ１は夫々燃料噴射Ｉ₁の噴射開始時期および噴射完了時期を示しており、図５に示される実施例では噴射完了時期θＥ１がほぼ圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）８０度に固定されている。
【００２０】
一方、図５に示されるように運転領域Ｙにおいては圧縮上死点（ＴＤＣ）付近において燃料噴射Ｉ₂が行われる。運転領域ＹにおけるθＳ２およびθＥ２は夫々燃料噴射Ｉ₂の噴射開始時期および噴射完了時期を示しており、図５に示される実施例では噴射開始時期θＳ２がほぼ圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）５度に固定されている。
【００２１】
図５において燃料噴射量Ｑはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数であり、この燃料噴射量Ｑは図６（Ａ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、図５において運転領域Ｘにおける燃料噴射Ｉ₁の噴射開始時期θＳ１もアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数であり、この噴射開始時期θＳ１も図６（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、図５において運転領域Ｙにおける燃料噴射Ｉ₂の噴射完了時期θＥ２もアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数であり、この噴射完了時期θＥ２も図６（Ｃ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２２】
前述したように早期噴射Ｉ₁を行うとＮＯ_xおよび煤がほとんど発生せず、従ってできる限り早期噴射Ｉ₁を行うことが好ましい。従って図４に示される運転領域Ｘと運転領域Ｙの境界ＺはＮＯ_xおよび煤が発生しはじめる限界値に設定される。この限界値は実験により求めることができるがこの限界値は機関の運転状態や経年変化によって変化するので運転領域の境界Ｚは学習制御することが好ましいことになる。また、早期噴射Ｉ₁と圧縮上死点噴射Ｉ₂とが頻繁に繰返されるのを阻止することが好ましく、そのためには早期噴射Ｉ₁と圧縮上死点噴射Ｉ₂の切換え作用についてヒステリシスを設けることが好ましい。
【００２３】
そこで本発明による実施例では図７に示されるように図４に示される各運転領域Ｘ，Ｙを複数個の機関回転数範囲ｎ₁，ｎ₂，…ｎ₁₀に分割し、各機関回転数範囲ｎ₁，ｎ₂，…ｎ₁₀に対して夫々第１の境界Ｍ₁，Ｍ₂，…Ｍ₁₀と、第１の境界よりも低負荷側の第２の境界Ｌ₁，Ｌ₂，…Ｌ₁₀を設定し、第１の境界Ｍ₁，Ｍ₂，…Ｍ₁₀が早期噴射Ｉ₁を行った際にＮＯ_xおよび煤がほとんど発生しない正規の燃焼が行われる限界値に維持されるように第１の境界Ｍ₁，Ｍ₂，…Ｍ₁₀を学習制御するようにしている。なお、図７において早期噴射Ｉ₁から圧縮上死点噴射Ｉ₂へは第１の境界Ｍ₁，Ｍ₂，…Ｍ₁₀において切換えられ、圧縮上死点噴射Ｉ₂から早期噴射Ｉ₁へは第２の境界Ｌ₁，Ｌ₂，…Ｌ₁₀において切換えられる。
【００２４】
もう少し具体的に説明すると第１の境界Ｍ₁，Ｍ₂，…Ｍ₁₀および第２の境界Ｌ₁，Ｌ₂，…Ｌ₁₀の値は機関負荷で表わされており、図７に示される実施例では第１の境界Ｍ₁，Ｍ₂，…Ｍ₁₀の値は燃料噴射量Ｑでもって表わされている。従って図７に示される実施例では燃料噴射量Ｑが第１の境界Ｍ₁，Ｍ₂，…Ｍ₁₀を越えると早期噴射Ｉ₁から圧縮上死点噴射Ｉ₂に切換えられ、燃料噴射量Ｑが第２の境界Ｌ₁，Ｌ₂，…Ｌ₁₀よりも少なくなれば圧縮上死点噴射Ｉ₂から早期噴射Ｉ₁に切換えられることになる。
【００２５】
前述したようにＮＯ_xおよび煤が発生しはじめる運転領域Ｘの限界値、即ち第１の境界は実験により求めることができる。本発明による実施例では実験により求めた第１の境界の値が図８に示されるように基準境界値ｍ₁，ｍ₂，…ｍ₁₀として各機関回転数範囲ｎ₁，ｎ₂，…ｎ₁₀に対し夫々記憶されている。また、図８に示されるように各機関回転数範囲ｎ₁，ｎ₂，…ｎ₁₀に対して夫々第１の境界の学習値Ｇ₁，Ｇ₂，…Ｇ₁₀が設けられている。
【００２６】
次に第１の境界Ｍｉ（ｉ＝１，２，…１０）および第２の境界Ｌｉ（ｉ＝１，２，…１０）の学習制御について説明する。
前述したように早期噴射Ｉ₁を行っている場合において燃料噴射量が多くなると燃料が早期に着火し出し、一旦燃料が早期に着火すると燃焼室内の温度が上昇するために燃料は更に早期に着火するようになる。その結果、燃焼が次第に激しくなるためにノッキングが発生し、機関回転数が上昇しだす。このときが運転領域Ｘの限界であり、従ってノッキングが発生したことから運転領域Ｘの限界であることが判別できる。従って本発明による実施例では図２においてピークホールド回路２８の出力電圧Ｖ_Pが設定値Ｖ_oを越えたときには運転領域Ｘの限界であると判断し、このときには第１の境界を低負荷側に移動させるようにしている。
【００２７】
即ち、本発明による実施例では第１の境界の学習値Ｇｉが次第に基づいて算出される。
Ｇｉ＝ｍｉ＋Δｍｉ
ここでｍｉは図８に示される基準境界値であり、Δｍｉは補正値である。燃料噴射量Ｑが第１の境界値Ｍｉと第２の境界値Ｌｉとの間にあるとき、即ちＭｉ＞Ｑ＞Ｌｉのときにピークホールド回路２８の出力電圧Ｖ_Pが設定値Ｖ_Oを越えると補正値Δｍｉは徐々に減少せしめられ、その結果学習値Ｇｉが徐々に減少せしめられる。学習値Ｇｉが減少すると第１の境界値Ｍｉも減少せしめられる。
【００２８】
一方、Ｍｉ＞Ｑ＞ＬｉのときにＶ_p≦Ｖ_Oであれば補正値Δｍｉが徐々に増大せしめられ、その結果学習値Ｇｉも徐々に増大せしめられる。このとき第１の境界値Ｍｉも徐々に増大せしめられる。その後、再びＭｉ＞Ｑ＞ＬｉのときにＶ_P＞Ｖ_Oになると学習値Ｇｉが減少せしめられ、第１の境界値Ｍｉも減少せしめられる。斯くして第１の境界値Ｍｉはノッキングが発生する限界に維持されることになる。
【００２９】
また、早期噴射Ｉ₁が行われているときに燃焼室５内に供給された吸入空気の温度が高くなると早期着火を生じやすくなる。そこで本発明による実施例では燃焼室５内に供給される吸入空気の温度が高くなるにつれて第１の境界値Ｍｉを低負荷側に移動させるようにしている。
即ち、具体的に言うと第１の境界値Ｍｉを次第に基づいて求めるようにしている。
【００３０】
Ｍｉ＝Ｋ・Ｇｉ
ここでＫは補正係数であり、Ｇｉは前述の学習値である。図９はこの補正係数Ｋと吸入空気の温度Ｔとの関係を示している。吸入空気の温度Ｔが或る温度を越えると吸入空気温度Ｔが上昇するにつれて補正係数Ｋの値が減少せしめられ、斯くして第１の境界値Ｍｉが減少せしめられる。
【００３１】
また、第２の境界値Ｌｉは次式に基づいて算出される。
Ｌｉ＝Ｍｉ−ΔＱ
ここでΔＱは一定値である。即ち、第２の境界値Ｌｉは第１の境界値Ｍｉから一定値ΔＱを減算することによって得られる。
次に図１０に示す割込みルーチンについて説明する。このルーチンは一定のクランク角度毎の割込みによって実行され、この割込みルーチンが実行されると図２に示されるリセット信号が発生せしめられる。
【００３２】
図１０を参照するとまず初めに機関回転数Ｎに基づいて現在の機関回転数範囲ｎｉが決定される。次いでステップ５１では燃料噴射量Ｑが第１の境界値Ｍｉと第２の境界値Ｌｉとの間にあるか否かが判別される。Ｑ≦Ｌｉ又はＱ≧Ｍｉのときにはステップ５８にジャンプする。これに対してＬｉ＜Ｑ＜Ｍｉのときにはステップ５２に進む。
【００３３】
ステップ５２ではピークホールド回路２８の出力電圧Ｖ_Pが設定値Ｖ_Oよりも大きいか否かが判別される。Ｖ_P＞Ｖ_Oのときには、即ちノッキング強度が一定値以上のときにはステップ５３に進んで補正値Δｍｉから一定値αが減算される。次いでステップ５５では基準境界値ｍｉに補正値Δｍｉを加算した加算結果が学習値Ｇｉとされる。従ってＶ_P＞Ｖ_Oである限り、学習値Ｇｉは徐々に減少せしめられる。一方、ステップ５２においてＶ_P≦Ｖ_Oであると判別されたときにはステップ５４に進んで補正値Δｍｉに一定値β（β＜α）が加算され、次いでステップ５５に進む。従ってＶ_P≦Ｖ_Oのときには学習値Ｇｉが徐々に増大せしめられる。なお、この学習値ＧｉはバックアップＲＡＭ３３ａに記憶される。
【００３４】
次いでステップ５６では学習値Ｇｉが基準境界値ｍｉよりも大きくなったか否かが判別される。Ｇｉ≦ｍｉのときにはステップ５８に進む。これに対してＧｉ＞ｍｉのときにはステップ５７に進んでＧｉがｍｉとされ、次いでステップ５８に進む。従って学習値Ｇｉは基準境界値ｍｉを越えないように制御される。
ステップ５８では吸気温センサ２５により検出された吸入空気の温度Ｔに基づいて図９に示す関係から補正係数Ｋが算出される。次いでステップ５９では学習値Ｇｉに補正係数Ｋを乗算することによって第１の境界値Ｍｉ（＝Ｋ・Ｇｉ）が算出される。次いでステップ６０では第１の境界値Ｍｉから一定値ΔＱを減算することによって第２の境界値Ｌｉ（＝Ｍｉ−ΔＱ）が算出される。次いでステップ６１ではピークホールド回路２８のリセット入力端子にリセット信号が送り込まれ、それによってピークホールド回路２８の出力電圧Ｖ_Pが零とされる。
【００３５】
図１１は噴射制御ルーチンを示している。図１１を参照するとまず初めにステップ７０において図６（Ａ）に示すマップから燃料噴射量Ｑが算出される。次いでステップ７１では現在の機関回転数領域ｎｉが決定される。次いでステップ７２では機関の運転状態が運転領域Ｘ（図４）にあることを示すフラグＸがセットされているか否かが判別される。フラグＸがセットされているとき、即ち機関の運転状態が運転領域Ｘにあるときにはステップ７３に進む。
【００３６】
ステップ７３では燃料噴射量Ｑが第１の境界値Ｍｉよりも大きくなったか否かが判別される。Ｑ≦Ｍｉのときにはステップ７４に進んで図６（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳ１が算出される。次いでステップ７５では早期噴射Ｉ₁が行われる。一方、ステップ７３においてＱ＞Ｍｉになったと判断されたときにはステップ７６に進んでフラグＸがリセットされ、次いでステップ７８において図６（Ｃ）に示すマップから噴射完了時期θＥ２が算出される。次いでステップ７９では圧縮上死点噴射Ｉ₂が行われる。即ち、Ｑ＞Ｍｉになると早期噴射Ｉ₁から圧縮上死点噴射Ｉ₂に切換えられる。
【００３７】
これに対し、ステップ７２においてフラグＸがセットされていないと判別されたときにはステップ７７に進んで燃料噴射量Ｑが第２の境界値Ｌｉよりも小さくなったか否かが判別される。Ｑ≧Ｌｉのときにはステップ７８に進んで図６（Ｃ）に示すマップから噴射完了時期θＥ２が算出される。次いでステップ７９では圧縮上死点噴射Ｉ₂が行われる。一方、ステップ７７においてＱ＜Ｌｉになったと判断されたときにはステップ８０に進んでフラグＸがセットされ、次いでステップ７４において図６（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＥ１が算出される。次いでステップ７５では早期噴射Ｉ₁が行われる。即ち、Ｑ＜Ｌｉになると圧縮上死点噴射Ｉ₂から早期噴射Ｉ₁に切換えられる。
【００３８】
【発明の効果】
機関低負荷運転時にＮＯ_xおよび煤が発生するのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ノッキングセンサの出力電圧Ｖ_sとピークホールド回路の出力電圧Ｖ_pを示す図である。
【図３】燃焼室内の圧力Ｐの変化を示す図である。
【図４】運転領域Ｘ，Ｙを示す図である。
【図５】噴射時期を示す図である。
【図６】燃料噴射量Ｑ等のマップを示す図である。
【図７】第１の境界値Ｍｉおよび第２の境界値Ｌｉを示す図である。
【図８】基準境界値ｍｉおよび学習値Ｇｉを示す図である。
【図９】補正係数Ｋを示す図である。
【図１０】割込みルーチンのフローチャートである。
【図１１】噴射制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２６…ノッキングセンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compression ignition type internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In a compression ignition type internal combustion engine, the degree of dispersion of the fuel injected into the combustion chamber greatly affects the combustion. That is, when the fuel is dispersed throughout the combustion chamber, the calorific value per unit volume is lowered, so that the combustion temperature is lowered, and therefore, gentle combustion without generating NO _x is performed. Moreover, since sufficient air exists around the fuel particles, no soot is generated. Therefore, a compression ignition type internal combustion engine in which fuel is injected during a compression process before 60 degrees before compression top dead center in order to disperse the injected fuel throughout the combustion chamber is known (Japanese Patent Laid-Open No. 7-317588). See the official gazette).
[0003]
That is, when the pressure in the combustion chamber increases, the air resistance increases, so that the injected fuel does not spread easily throughout the combustion chamber. Therefore, in this compression ignition type internal combustion engine, the pressure in the combustion chamber is low, 60 degrees before compression top dead center. The fuel is injected before.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the injected fuel is dispersed throughout the combustion chamber in this way, when the fuel injection amount is small, a gentle combustion without generating NO _x and HC is performed. However, when the fuel injection amount increases, the fuel starts to ignite early, and once the fuel ignites early, the temperature in the combustion chamber rises, so that the fuel ignites even earlier. As a result, combustion becomes increasingly intense and not only knocking occurs, but a large amount of NO _x and soot are generated.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in a first invention, in a compression ignition type internal combustion engine in which fuel is injected into a combustion chamber, the operation region of the engine is operated on a low load side with a predetermined boundary as a boundary. It is divided into an operating region on the high load side and the boundary of this operating region is moved according to the operating state of the engine , and when the operating state of the engine is on the low load side than the boundary of this operating region, Fuel is injected at an early stage approximately 60 degrees before the dead center, and when the engine operating state is on a higher load side than the boundary of the operating region, switching is made to compression top dead center injection in which fuel is injected near the compression top dead center. I am doing so.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 18 of the exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 16 and an exhaust pipe 17.
[0011]
The exhaust manifold 16 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 19, and an electrically controlled EGR control valve 20 is disposed in the EGR passage 19. Each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 22, via a fuel supply pipe 21. Fuel is supplied into the common rail 22 from an electrically controlled fuel pump 23 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 22 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 21. A fuel pressure sensor 24 for detecting the fuel pressure in the common rail 22 is attached to the common rail 22, and a fuel pump 23 is set so that the fuel pressure in the common rail 22 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 24. The discharge amount is controlled.
[0012]
The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and includes a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a backup RAM 33a connected to a constant power source, and a CPU (microprocessor). 34, an input port 35 and an output port 36. The output signal of the fuel pressure sensor 22 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. An intake air temperature sensor 25 that generates an output voltage proportional to the intake air temperature is attached to the surge tank 12, and the output voltage of the intake air temperature sensor 25 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. A knocking sensor 26 is attached to the cylinder head 3, and the knocking sensor 26 is connected to the input terminal of the peak hold circuit 28 through a low-pass filter 27. The output terminal of the peak hold circuit 28 is connected to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
[0013]
A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done. Further, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 35. On the other hand, the output port 36 is connected to the reset input terminals of the fuel injection valve 6, the EGR control valve 20, the fuel pump 23, and the peak hold circuit 28 via a corresponding drive circuit 38.
[0014]
FIG. 2 shows changes in the output voltage V _S of the knocking sensor 26 and changes in the output voltage V _P of the peak hold circuit 28. When knocking occurs, the engine body 1 vibrates. At this time, the knocking sensor 26 generates an output voltage V _S compared to the vibration intensity of the engine body 1. The output voltage V _P of the peak hold circuit 28 is held at the peak value of the output voltage V _S of the knocking sensor 26 generated so far. Output voltage V _P of the peak hold circuit 28 is reset by a reset signal generated for example, every predetermined crank angle.
[0015]
As described at the beginning, when the fuel injection amount is small, if the injected fuel is dispersed throughout the combustion chamber 5, gentle combustion without generating NO _x and soot is performed.
That is, when the fuel is injected and the piston 4 rises and the temperature in the combustion chamber 5 becomes equal to or higher than a certain temperature, the evaporated fuel around the fuel particles is combined with oxygen. At this time, if the fuel particles are gathered, that is, if the density of the fuel particles is high, the fuel particles receive a heat of oxidation reaction of the evaporated fuel of the surrounding fuel particles and become high temperature. As a result, hydrocarbons in the fuel particles are thermally decomposed into hydrogen molecules H ₂ and carbon C. The hydrogen molecules H ₂ generated by the thermal decomposition burn explosively to generate a high temperature, and thus NO _x is generated. On the other hand, when carbon C is generated by pyrolysis, these carbons are combined and a part of the carbon is discharged as soot. Thus, when the density of the fuel particles is high, NO _x soot is generated due to the thermal decomposition action of hydrocarbons in the fuel particles. Such NO _x in order to prevent the occurrence of Yasusu may be Shiteyare increase the spacing between the fuel particles will be do it by widely dispersing the fuel particles for that.
[0016]
The curve in FIG. 3 shows the change in the pressure P in the combustion chamber 5 due to only the compression action of the piston 4. As can be seen from FIG. 3, the pressure P in the combustion chamber 5 rapidly increases when the pressure exceeds approximately BTDC 60 degrees before compression top dead center. This is independent of the opening timing of the intake valve 7, and the pressure P in the combustion chamber 5 changes as shown in FIG. 3 in any reciprocating internal combustion engine. When the pressure P in the combustion chamber 5 increases, the air resistance increases, so that the injected fuel does not disperse over a wide range. In order to disperse the injected fuel over a wide range, fuel injection is performed when the pressure P in the combustion chamber 5 is low. It will be necessary. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the fuel injection I ₁ , that is, the early injection is performed 60 degrees before BTDC before compression top dead center where the pressure P in the combustion chamber 5 is low. In fact, if the early injection I ₁ is performed before BTDC 60 degrees before compression top dead center, NO _x and soot hardly occur.
[0017]
In this way, an operation region in which NO _x and soot hardly occur when the early injection I ₁ is performed before BTDC 60 degrees before compression top dead center is shown by an operation region X in FIG. In FIG. 4, the vertical axis Q represents the fuel injection amount, and the horizontal axis N represents the engine speed. As can be seen from FIG. 4, this operation region X is an operation region where the fuel injection amount Q is small, that is, an operation region on the low load side.
[0018]
On the other hand, as the fuel injection amount Q increases, the density of the fuel particles increases. Therefore, even when the fuel injection amount Q increases, that is, when the engine operating state becomes the operating region Y in FIG. 4, if the early injection is performed before BTDC 60 degrees before the compression top dead center, fuel ignited prematurely by pyrolysis, resulting NO _x and soot as well knocking will occur. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the operating state of the engine shifts from the operating region X to the operating region Y on the high load side beyond the boundary Z, the fuel is approximately near the compression top dead center as in the case of a normal compression ignition type internal combustion engine. Switching to compression top dead center injection in which injection is performed is performed.
[0019]
FIG. 5 shows the fuel injection timing. In FIG. 5, the vertical axis represents the crank angle, and the horizontal axis represents the fuel injection amount Q. As shown in FIG. 5, in the operation region X, the fuel injection I ₁ is performed 60 degrees before compression top dead center (BTDC). ΘS1 and θE1 in the operation region X indicate the injection start timing and the injection completion timing of the fuel injection I ₁ , respectively. In the embodiment shown in FIG. 5, the injection completion timing θE1 is approximately 80 degrees before compression top dead center (BTDC). It is fixed to.
[0020]
On the other hand, as shown in FIG. 5, in the operation region Y, the fuel injection I ₂ is performed near the compression top dead center (TDC). The θS2 and θE2 in operating region Y shows the injection start timing of each fuel injection I ₂ and the injection completion time, substantially before the compression top dead center (BTDC) 5 degrees injection start timing θS2 in the embodiment shown in FIG. 5 It is fixed to.
[0021]
In FIG. 5, the fuel injection amount Q is a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N, and this fuel injection amount Q is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as shown in FIG. ing. On the other hand, in FIG. 5, the injection start timing θS1 of the fuel injection I ₁ in the operation region X is also a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N, and this injection start timing θS1 is also shown in FIG. It is stored in advance in the ROM 32 in the form of a simple map. Further, a function of the depression amount L and the engine rotational speed N of the injection completion time θE2 also the accelerator pedal 40 of the fuel injection I ₂ in the operating region Y in FIG. 5, also the injection completion time θE2 as shown in FIG. 6 (C) It is stored in advance in the ROM 32 in the form of a simple map.
[0022]
As described above, when the early injection I ₁ is performed, NO _x and soot are hardly generated, and therefore it is preferable to perform the early injection I ₁ as much as possible. Therefore, the boundary Z between the operation region X and the operation region Y shown in FIG. 4 is set to a limit value at which NO _x and soot start to be generated. Although this limit value can be obtained by experiment, since this limit value changes depending on the operating state of the engine and changes over time, it is preferable to perform learning control on the boundary Z of the operating region. Further, it is preferable to prevent frequent repetition of the early injection I ₁ and the compression top dead center injection I _2, and for this purpose, a hysteresis is provided for the switching action between the early injection I ₁ and the compression top dead center injection I _2. It is preferable.
[0023]
Therefore the operating region X in the embodiment according to the present invention shown in FIG. 4, as shown in FIG. 7, a plurality of engine speed ranges Y n _1, n _2, is divided into ... n _10, the engine speed For the ranges n ₁ , n ₂ ,..., N ₁₀ , the first boundaries M ₁ , M ₂ ,... M ₁₀ and the second boundaries L ₁ , L ₂ ,. L ₁₀ is set so that the first boundary M ₁ , M ₂ ,... M ₁₀ is maintained at a limit value at which normal combustion with little NO _x and soot is performed when the early injection I ₁ is performed. The first boundaries M ₁ , M ₂ ,... M ₁₀ are controlled for learning. Incidentally, the early injection I ₁ first boundary M ₁ is the compression top dead center injection I ₂ from, M ₂ in FIG. 7, ... is switched in M _10, from the compression top dead center injection I ₂ to early injection I ₁ is Switching is performed at the second boundaries L ₁ , L ₂ ,... L ₁₀ .
[0024]
More specifically, the values of the first boundaries M ₁ , M ₂ ,... M ₁₀ and the second boundaries L ₁ , L ₂ ,... L ₁₀ are expressed by the engine load and are shown in FIG. In the embodiment, the values of the first boundaries M ₁ , M ₂ ,... M ₁₀ are represented by the fuel injection amount Q. Accordingly, in the embodiment shown in FIG. 7, when the fuel injection amount Q exceeds the first boundaries M ₁ , M ₂ ,... M ₁₀ , the early injection I ₁ is switched to the compression top dead center injection I _2. Is less than the second boundaries L ₁ , L ₂ ,... L _{10, the} compression top dead center injection I ₂ is switched to the early injection I ₁ .
[0025]
As described above, the limit value of the operation region X where NO _x and soot start to be generated, that is, the first boundary can be obtained by experiment. In the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 8, the first boundary values obtained by experiments are set as reference boundary values m ₁ , m ₂ ,..., M ₁₀ , and the engine speed ranges n ₁ , n ₂ ,. Each of ₁₀ is remembered. Also the engine speed range n _1, n _2, ... each learning value of the first boundary G ₁ with respect to n _10, G _2, is ... G ₁₀ is provided as shown in FIG.
[0026]
Next, learning control of the first boundary Mi (i = 1, 2,... 10) and the second boundary Li (i = 1, 2,... 10) will be described.
As described above, when the early injection I ₁ is performed, when the fuel injection amount increases, the fuel starts to ignite early, and once the fuel ignites early, the temperature in the combustion chamber rises, so the fuel ignites even earlier. To come. As a result, the combustion becomes increasingly intense, knocking occurs, and the engine speed starts to increase. This time is the limit of the operation region X. Therefore, it can be determined that the operation region X is the limit because knocking has occurred. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the output voltage V _P of the peak hold circuit 28 exceeds the set value V _o in FIG. 2, it is determined that it is the limit of the operation region X, and at this time, the first boundary is set to the low load side. I try to move it.
[0027]
That is, in the embodiment according to the present invention, the learning value Gi of the first boundary is gradually calculated.
Gi = mi + Δmi
Here, mi is a reference boundary value shown in FIG. 8, and Δmi is a correction value. When the fuel injection amount Q is between the first boundary value Mi and the second boundary value Li, that is, when Mi>Q> Li, the output voltage V _P of the peak hold circuit 28 exceeds the set value V _O. The correction value Δmi is gradually decreased, and as a result, the learning value Gi is gradually decreased. When the learning value Gi decreases, the first boundary value Mi is also decreased.
[0028]
On the other hand, if Mi>Q> Li and V _p ≦ V _O , the correction value Δmi is gradually increased, and as a result, the learning value Gi is also gradually increased. At this time, the first boundary value Mi is also gradually increased. Thereafter, when Mi>Q> Li and V _P > V _O , the learning value Gi is decreased, and the first boundary value Mi is also decreased. Thus, the first boundary value Mi is maintained at the limit where knocking occurs.
[0029]
Further, when the temperature of the intake air supplied into the combustion chamber 5 becomes high when the early injection I ₁ is being performed, early ignition is likely to occur. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the first boundary value Mi is moved to the low load side as the temperature of the intake air supplied into the combustion chamber 5 increases.
That is, specifically, the first boundary value Mi is gradually obtained.
[0030]
Mi = K · Gi
Here, K is a correction coefficient, and Gi is the learning value described above. FIG. 9 shows the relationship between the correction coefficient K and the temperature T of the intake air. When the intake air temperature T exceeds a certain temperature, the value of the correction coefficient K is decreased as the intake air temperature T rises, and thus the first boundary value Mi is decreased.
[0031]
The second boundary value Li is calculated based on the following equation.
Li = Mi−ΔQ
Here, ΔQ is a constant value. That is, the second boundary value Li is obtained by subtracting the constant value ΔQ from the first boundary value Mi.
Next, the interrupt routine shown in FIG. 10 will be described. This routine is executed by interruption every certain crank angle, and when this interruption routine is executed, a reset signal shown in FIG. 2 is generated.
[0032]
Referring to FIG. 10, first, the current engine speed range ni is determined based on the engine speed N. Next, at step 51, it is judged if the fuel injection amount Q is between the first boundary value Mi and the second boundary value Li. When Q ≦ Li or Q ≧ Mi, the routine jumps to step 58. On the other hand, when Li <Q <Mi, the routine proceeds to step 52.
[0033]
In step 52, it is determined whether or not the output voltage V _P of the peak hold circuit 28 is larger than the set value V _O. When V _P > V _O , that is, when the knocking strength is greater than or equal to a certain value, the routine proceeds to step 53 where the certain value α is subtracted from the correction value Δmi. Next, at step 55, the addition result obtained by adding the correction value Δmi to the reference boundary value mi is set as the learning value Gi. Therefore, as long as V _P > V _O , the learning value Gi is gradually decreased. On the other hand, when it is determined in step 52 that V _P ≦ V _O , the routine proceeds to step 54 where a constant value β (β <α) is added to the correction value Δmi, and then the routine proceeds to step 55. Therefore, the learning value Gi is gradually increased when V _P ≦ V _O. The learning value Gi is stored in the backup RAM 33a.
[0034]
Next, at step 56, it is judged if the learning value Gi has become larger than the reference boundary value mi. When Gi ≦ mi, the routine proceeds to step 58. On the other hand, when Gi> mi, the routine proceeds to step 57 where Gi is set to mi, and then proceeds to step 58. Therefore, the learning value Gi is controlled so as not to exceed the reference boundary value mi.
In step 58, a correction coefficient K is calculated from the relationship shown in FIG. 9 based on the intake air temperature T detected by the intake air temperature sensor 25. Next, at step 59, the first boundary value Mi (= K · Gi) is calculated by multiplying the learning value Gi by the correction coefficient K. Next, at step 60, the second boundary value Li (= Mi−ΔQ) is calculated by subtracting the constant value ΔQ from the first boundary value Mi. Then a reset signal is fed to the reset input terminal of the step 61 in the peak hold circuit 28, whereby the output voltage V _P of the peak hold circuit 28 is made zero.
[0035]
FIG. 11 shows an injection control routine. Referring to FIG. 11, first, at step 70, the fuel injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 71, the current engine speed region ni is determined. Next, at step 72, it is judged if a flag X indicating that the operating state of the engine is in the operating region X (FIG. 4) is set. When the flag X is set, that is, when the operating state of the engine is in the operating region X, the routine proceeds to step 73.
[0036]
In step 73, it is determined whether or not the fuel injection amount Q has become larger than the first boundary value Mi. When Q ≦ Mi, the routine proceeds to step 74, where the injection start timing θS1 is calculated from the map shown in FIG. 6 (B). Next, at step 75, the early injection I ₁ is performed. On the other hand, when it is determined at step 73 that Q> Mi, the routine proceeds to step 76 where the flag X is reset, then at step 78, the injection completion timing θE2 is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 79, compression top dead center injection I ₂ is performed. That is, when Q> Mi, the early injection I ₁ is switched to the compression top dead center injection I ₂ .
[0037]
On the other hand, when it is determined at step 72 that the flag X is not set, the routine proceeds to step 77 where it is determined whether or not the fuel injection amount Q has become smaller than the second boundary value Li. When Q ≧ Li, the routine proceeds to step 78, where the injection completion timing θE2 is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 79, compression top dead center injection I ₂ is performed. On the other hand, when it is determined at step 77 that Q <Li, the routine proceeds to step 80 where the flag X is set, then at step 74, the injection start timing θE1 is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 75, the early injection I ₁ is performed. That is, when Q <Li, the compression top dead center injection I ₂ is switched to the early injection I ₁ .
[0038]
【The invention's effect】
It is possible to prevent NO _x and soot from being generated during engine low load operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram illustrating an output voltage V _{s of a} knocking sensor and an output voltage V _p of a peak hold circuit.
FIG. 3 is a diagram showing a change in pressure P in the combustion chamber.
FIG. 4 is a diagram showing operation regions X and Y.
FIG. 5 is a diagram showing injection timing.
FIG. 6 is a diagram showing a map of a fuel injection amount Q and the like.
FIG. 7 is a diagram showing a first boundary value Mi and a second boundary value Li.
FIG. 8 is a diagram illustrating a reference boundary value mi and a learning value Gi.
9 is a diagram showing a correction coefficient K. FIG.
FIG. 10 is a flowchart of an interrupt routine.
FIG. 11 is a flowchart for performing injection control.
[Explanation of symbols]
5 ... Combustion chamber 6 ... Fuel injection valve 26 ... Knocking sensor

Claims

In a compression ignition internal combustion engine in which fuel is injected into a combustion chamber, the engine operating region is divided into a low load side operating region and a high load side operating region with a predetermined boundary as a boundary, and the operation is performed. The boundary of the region is moved according to the operating state of the engine, and when the operating state of the engine is at a lower load side than the boundary of the operating region, the fuel is injected early before approximately 60 degrees before the compression top dead center. A compression ignition type internal combustion engine that switches to compression top dead center injection that injects fuel in the vicinity of compression top dead center when the operating state of the engine becomes higher than the boundary of the operation region.

The compression ignition type internal combustion engine according to claim 1 , wherein the boundary of the operation region is moved to a low load side as the temperature of the intake air supplied into the combustion chamber increases .

The compression ignition internal combustion engine according to claim 1 , wherein the boundary of the operation region is moved according to the state of combustion when the early injection is performed .

A determination means for determining whether or not predetermined normal combustion is performed when the early injection is performed is performed, and predetermined normal combustion is performed when the early injection is performed. 4. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 3 , wherein when it is determined that the operation is not performed, the boundary of the operation region is moved to the low load side .

5. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 4 , wherein the determination means determines that predetermined normal combustion is not performed when the knocking intensity generated by the engine exceeds a predetermined value .

The compression ignition type internal combustion engine according to claim 3 , wherein the boundary of the operation region is determined for each predetermined engine speed range .

The boundary of the operation region is composed of a first boundary and a second boundary on a lower load side than the first boundary, and at the first boundary, the early injection is switched to the compression top dead center injection, and the second boundary 2. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 1 , wherein the compression top dead center injection is switched to the early injection at the boundary .

The first boundary is moved according to the state of combustion when the early injection is performed, and the second boundary is moved to the low load side when the first boundary is moved to the low load side. A compression ignition type internal combustion engine according to claim 7 .