JP4265297B2 - Compression ignition internal combustion engine and fuel injection system for compression ignition internal combustion engine - Google Patents
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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で、特に排気浄化装置における再生処理に伴う制御等のために、吸気行程、膨張行程、排気行程の少なくとも一つの行程において燃料噴射を行う圧縮着火式内燃機関に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車などに搭載される圧縮着火式内燃機関に対し、煤などに代表される微粒子(PM:Particulate Matter)、及び窒素酸化物(NOx)の大気中への放出を抑制することが望まれている。
【0003】
このような要求に対し、従来では、圧縮着火式内燃機関の排気系に、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、NOx吸蔵剤などを配置する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−53442号公報
【特許文献2】
特開2002−213229号公報
【特許文献3】
特開2000−18020号公報
【特許文献4】
特開平11−166435号公報
【特許文献5】
特開2001−90539号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレートフィルタのPM捕集能力やNOx吸蔵剤のNOx吸蔵能力を再生させる場合等には、圧縮行程上死点の近傍で行われる燃料噴射(主噴射)に加えてポスト噴射やビゴム噴射などの副噴射が行われることが想定される。
【0006】
しかしながら、上述のビゴム噴射やポスト噴射によって噴射された燃料は部分酸化してカーボンとなり易いため、燃焼室の壁面にカーボンが堆積する可能性がある。
【0007】
本発明の目的は、圧縮着火式の内燃機関においてビゴム噴射やポスト噴射等の副噴射に起因した燃焼室内のカーボンの堆積を防止することができる技術を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明にかかる圧縮着火式内燃機関は、燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、この燃料噴射手段が吸気行程、膨張行程、又は排気行程において燃料噴射を行った後に前記燃焼室の壁面の温度を上昇させる壁面温度上昇手段と、を備えるようにした。
【0009】
この発明の要旨は、燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた圧縮着火式の内燃機関において、燃料噴射手段が吸気行程、膨張行程、又は排気行程において燃料を噴射した後に燃焼室の壁面の温度を上昇させることにより、燃焼室の壁面に付着したカーボンおよびまたは燃焼室の壁面に付着しようとするカーボンを燃焼させる点にある。
【0010】
吸気行程、膨張行程、又は排気行程において燃焼室内へ燃料が噴射された場合、換言すれば圧縮行程で行われる通常の燃料噴射(以下、主噴射と称する)とは異なる時期に副次的な燃料噴射(以下、副噴射と称する)が行われた場合には、燃焼室の壁面にカーボンが付着し易い。
【0011】
これに対し、上記したような副噴射が行われた後に、壁面温度上昇手段が燃焼室の壁面の温度を上昇させると、燃焼室の壁面に付着したカーボン又は燃焼室の壁面へ付着しようとするカーボンが燃焼されるようになる。
【0012】
この結果、燃焼室壁面へのカーボンの付着が防止され、更には燃焼室壁面に付着したカーボンが除去され、以て副噴射に起因した燃焼室壁面へのカーボンの堆積が防止される。
【0013】
従って、燃焼室の壁面へのカーボンの付着による不具合、具体的には、燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積し燃料噴霧特性が変化する、発進時などに、堆積した多量のカーボンが一気に脱離して排出される、等の不具合が生じるのを防止することができる。また、壁面温度上昇手段が燃焼室の壁面の温度を上昇させることによって、気筒内壁面に付着した燃料の蒸発が促進される。従って、上記の効果の他に、燃料によって気筒内壁面のオイルが希釈され、機関の摺動性が悪化することを抑制できるという副次的な効果もある。
【0014】
尚、壁面温度上昇手段が燃焼室の壁面の温度を上昇させ続けると、燃焼室内温度の過剰な上昇や内燃機関自体の過熱を招くことが想定されるため、壁面温度上昇手段は、燃料噴射手段が副噴射を行った時点から所定期間のみ燃焼室の壁面の温度を上昇させるようにしてもよい。
【0015】
前記した所定期間は、予め求められた一定期間であってもよく、或いは、燃焼室の壁面に付着したカーボンの量に応じて変更される期間であってもよい。燃焼室の壁面に付着したカーボンの量は、燃料噴射手段から燃焼室内へ副噴射される燃料量と相関があるため、例えば、副噴射の燃料量が多くなるほど前記所定期間を長く設定し、副噴射の燃料量が少なくなるほど前記所定期間を短く設定するようにしてもよい。
【0016】
また、本発明において、燃焼室の壁面の温度を上昇させる方法としては、燃焼室内の燃焼時圧力上昇率を上昇させる方法を例示することができる。ここで燃焼時圧力上昇率とは、燃焼室内において燃焼が起こったときの燃焼室内における圧力の、燃焼が起きる前の燃焼室内における圧力に対する比または、燃焼室内において燃焼が起こったときの圧力の変化の傾きのことをいう。
【0017】
この方法は、通常運転時は燃焼室の壁面の温度が燃焼室内のガス温度に比して低くなり易いため燃焼室の壁面の近傍に温度境界層が形成されることになるが、燃焼室内の燃焼時圧力上昇率が高められると、燃料の燃焼時に発生する圧力波により温度境界層が消失し、以て燃焼室の壁面の温度が上昇するという知見に基づくものである。
【0018】
燃焼室内の燃焼時圧力上昇率を高める方法としては、ノッキングを発生させる方法を例示することができる。
【0019】
即ち、圧縮着火式内燃機関においてノッキング(ディーゼルノック)が発生した場合には、通常の燃焼時に比して急激に燃焼圧力が上昇するため、その際に発生する圧力波によって上記したような温度境界層を消失させることが可能となる。
【0020】
圧縮着火式内燃機関において、上記のノッキングを発生させる具体的な方法としては、主噴射の燃料噴射時期を進角させる方法、主噴射の燃料噴射時期を遅角させる方法、主噴射の前若しくは後の所定時期に燃料噴射手段から燃焼室内へ燃料を副噴射させる方法、等を例示することができる。
【0021】
主噴射の燃料噴射時期を進角させる場合には、例えば、進角後の燃料噴射時期が圧縮上死点前40°から圧縮上死点前10゜の範囲内となることが好ましい。これは、主噴射の燃料噴射時期が過剰に進角すると、気筒の壁面に燃料が付着し、ボアフラッシングが発生する可能性があるからである。
【0022】
主噴射の燃料噴射時期を遅角させる場合には、例えば、遅角後の燃料噴射時期が圧縮上死点後20゜より遅角しないようにすることが好ましい。これは、主噴射の燃料噴射時期が過剰に遅角すると、主噴射された燃料の失火を誘発する可能性があるからである。
【0023】
主噴射の前に副噴射を行う場合には、副噴射の噴射時期が圧縮上死点前30゜以前になることが好ましい。これは、圧縮上死点前30°より遅い時期に副噴射が実行されると、副噴射から主噴射までの期間が短くなり、ディーゼルノックが発生し難くなるからである。ここで、副噴射の噴射時期を圧縮上死点前約360゜とし、いわゆるビゴム噴射を実施することとしてもよい。
【0024】
尚、副噴射における燃料噴射量は吸入空気量に対し、当量比0.5以下とすることが好ましい。これは、副噴射における燃料噴射量が過剰に多くなると、燃焼時圧力上昇率が過剰に高くなることが想定されるからである。
【0025】
また、本発明において、燃焼室の壁面の温度を上昇させる別の方法としては、燃焼室内の空気流動を強化する方法を例示することができる。
【0026】
この方法は、燃焼室内の空気流動が強化されると、その空気流によって、燃焼室壁面の近傍に形成された温度境界層が薄くなるか若しくは消失するので、燃焼室内のガスと燃焼室壁面との間の熱伝達率が増加し、結果として燃焼室の壁面の温度が上昇するという知見に基づくものである。
【0027】
燃焼室内の空気流動を強化する具体的な方法としては、燃焼室内にスワールを生成する方法及び、燃焼室内に生成されたスワールを強める方法を例示することができる。
【0028】
これによれば、燃焼室内で生成されたスワール、または強められたスワールによって、燃焼室の壁面付近の空気が攪拌され、燃焼室壁面の近傍に形成された温度境界層が薄くなるか若しくは消失する。このことにより、燃焼室壁面の温度を上昇させることができる。
【0029】
また、本発明において、壁面温度上昇手段は、内燃機関が高負荷運転状態にあるとき、例えば、ディーゼルエンジン11の負荷が全負荷の80%以上であるときは、燃焼室の壁面の温度を上昇させないようにしてもよい。これは、ディーゼルエンジン11が高負荷運転されているときは、燃焼室の壁面の温度が高くなり易く、燃焼室の壁面にカーボンが付着し難いためである。また、こうすれば、燃焼室の壁面が過昇温して焼き付きを起こすことをより確実に防止できる。また、燃焼室の壁面の温度が高くなることにより燃焼室の外部へ逃げる熱が増加して熱損失が増加し、結果として燃費を悪化させてしまうことを抑制することができる。
【0030】
なお、上記した、課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0032】
(第1の実施の形態)
先ず、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の第1の実施の形態について図1〜図4に基いて説明する。
【0033】
図1は、本発明に係る圧縮着火式内燃機関全体の概略構成を示す断面図である。
図1に示す圧縮着火式内燃機関(以下、ディーゼルエンジンという)11は、4つの気筒を有する4ストローク・サイクルの水冷式ディーゼルエンジンの例であり、シリンダヘッド12と、4つの気筒(シリンダ)13を有するシリンダブロック14とを備えている。各シリンダ13内にはピストン15が往復動可能に収容されている。
【0034】
各ピストン15はコネクティングロッド20を介し、ディーゼルエンジン11の出力軸である図示しないクランク軸に連結されている。各ピストン15の往復運動は、コネクティングロッド20によって回転運動に変換され、クランク軸に伝達される。
【0035】
シリンダ13毎の燃焼室54には吸気通路16が接続されており、ディーゼルエンジン11の外部の空気が吸気通路16を通って燃焼室54に取込まれる。また、燃焼室54には排気通路17が接続されている。シリンダヘッド12には、シリンダ13毎に吸気弁18及び排気弁19が設けられている。
【0036】
これらの吸・排気弁18,19は、前記クランク軸の回転に連動して往復動することにより、吸・排気通路16,17と燃焼室54との接続部分を開閉する。尚、燃焼室54には、低温時におけるエンジンの始動性を改善するためのグロープラグ55が設けられている。
【0037】
シリンダヘッド12には、シリンダ13毎の燃焼室54に直接燃料を噴射する燃料噴射手段であるインジェクタ21が取付けられている。各インジェクタ21から各燃焼室54への燃料噴射は電磁弁22により制御される。インジェクタ21は、各シリンダ13に共通の蓄圧配管であるコモンレール23に接続されており、電磁弁22が開いている間、コモンレール23内の燃料がインジェクタ21から対応する燃焼室54に噴射される。
【0038】
コモンレール23には、燃料噴射圧に相当する比較的高い圧力が蓄積されている。この蓄圧を実現するために、コモンレール23は、供給配管24を介してサプライポンプ25の吐出ポート26に接続されている。また、供給配管24の途中には、サプライポンプ25からコモンレール23への燃料の供給を許容し、かつコモンレール23からサプライポンプ25への燃料の逆流を規制するための逆止弁27が設けられている。
【0039】
サプライポンプ25の吸入ポート28は、フィルタ29を介して燃料タンク31に接続されており、サプライポンプ25は、燃料タンク31からフィルタ29を介して燃料を吸入する。また、これとともに、サプライポンプ25は、ディーゼルエンジン11の回転に同期する図示しないカムによってプランジャを往復動させ、燃料を所定圧に高めてコモンレール23に供給する。
【0040】
サプライポンプ25の吐出ポート26の近傍には、その吐出ポート26からコモンレール23へ向けて吐出される燃料圧力、ひいては吐出量を制御するための圧力制御弁32が設けられている。この圧力制御弁32が開かれることにより、吐出ポート26から吐出されない余剰燃料が、サプライポンプ25のリターンポート33からリターン配管34を経て燃料タンク31に戻されるようになっている。
【0041】
そして、吸気通路16を通ってシリンダ13内に導入され、かつピストン15により圧縮された高温かつ高圧の吸入空気に、前記インジェクタ21から燃料が噴射される。この噴射燃料は自己着火して燃焼する。このときに生じた燃焼ガスによりピストン15が往復動され、クランク軸が回転されて、ディーゼルエンジン11の駆動力(出力トルク)が得られる。燃焼ガスは、排気通路17を通ってディーゼルエンジン11の外部へ排出される。
【0042】
本実施の形態における4気筒エンジンの場合は4つのシリンダ13に4本の上記排気通路17が各々接続されている。そして4本の排気通路17がディーゼルエンジン11の直下流において1本の集合管に合流するよう形成された排気枝管47に接続されている。
【0043】
前記排気枝管47の最下流には、排気浄化触媒48が設けられている。この排気浄化触媒48としては、例えば、該排気浄化触媒48に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を浄化する三元触媒、該排気浄化触媒48に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵するとともに該排気浄化触媒48に流入する排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ還元・浄化する吸蔵還元型NOx触媒、該排気浄化触媒48に流入する排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物(NOx)を還元・浄化する選択還元型NOx触媒、もしくは上記した各種の触媒を適宜組み合わせてなる触媒などが使用される。
【0044】
排気浄化触媒48の下流側は、排気管49に接続されている。排気管49の途中には、排気中に含まれる煤やSOF(Soluble Organic Fraction)等の粒子状物質(PM:Particulate Matter)と呼ばれる排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ50が設置されている。また、排気管49は、パティキュレートフィルタ50の下流において図示しないマフラーに接続されている。
【0045】
図1に示すように、本発明に係るディーゼルエンジン11には、その運転状態を検出するために各種センサが用いられている。吸気通路16には、吸入空気の温度である吸気温を検出する吸気温センサ41が取付けられている。また、吸気通路16には、吸入空気の圧力である吸気圧を検出する吸気圧センサ42が、フィルタ35及びバキュームスイッチングバルブ(VSV)36を介して取付けられている。
【0046】
シリンダブロック14には、冷却水の温度である冷却水温を検出する水温センサ43が取付けられている。クランク軸の近傍には、その回転速度であるエンジン回転速度を検出する回転速度センサ44が配置されている。さらに、アクセル操作部材であるアクセルペダル37の近傍には、運転者による同ペダル37の踏込み量(踏込み開度)であるアクセル開度を検出するアクセルセンサ45が配置されている。
【0047】
また、排気浄化触媒48より上流側であり、4本の枝管が1本の集合管に合流した部分には、排気枝管47内を流れる排気、換言すると、排気浄化触媒48に流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ51が取り付けられている。
【0048】
前記各種センサ41〜45、51の検出値、すなわち機関運転状態に基づきディーゼルエンジン11の各部を制御する手段として、車両にはエンジンのコントロールユニット(以下「ECU」という)46が設けられている。
【0049】
図2は、ECUの内部構成を示すブロック図である。
【0050】
前記ECU46には、前述した、吸気温センサ41、吸気圧センサ42、水温センサ43、回転速度センサ44、アクセルセンサ45、空燃比センサ51を始めとする各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がECU46に入力されるようになっている。
【0051】
前記ECU46には、電磁弁駆動回路52及びスロットルアクチュエータ駆動回路53その他の各駆動回路が電気配線を介して接続され、ECU46は、上記した各種センサの出力信号値をパラメータとして、電磁弁駆動回路52、スロットルアクチュエータ駆動回路53その他の各駆動回路を制御することが可能になっている。
【0052】
本発明における燃料噴射装置とは、前述した燃料噴射手段であるインジェクタ21の他、電磁弁22、コモンレール23、サプライポンプ25の他、後述する電磁弁駆動回路52を含んで構成されるものである。
【0053】
ここで、ECU46は、図2に示すように、双方向性バス400によって相互に接続されたCPU401とROM402とRAM403とバックアップRAM404と入力ポート405と出力ポート406とを備えるとともに、前記入力ポート405に接続されたA/Dコンバータ(以下、A/Dという)407を備えている。
【0054】
前記A/D407には、吸気温センサ41、吸気圧センサ42、水温センサ43、アクセルセンサ45、空燃比センサ51等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されている。このA/D407は、上記した各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に前記入力ポート405へ送信する。
【0055】
前記入力ポート405は、前述したアナログ信号形式の信号を出力するセンサと前記A/D407を介して接続されるとともに、回転速度センサ44を始めとするデジタル信号形式の信号を出力するセンサとは直接接続されている。
【0056】
前記入力ポート405は、各種センサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス400を介してCPU401やRAM403へ送信する。
【0057】
前記出力ポート406は、前記した各駆動回路と電気配線を介して接続されている。そして、CPU401から出力された制御信号を双方向性バス400を介して入力し、その制御信号を各駆動回路へ送信する。
【0058】
前記ROM402は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、図示しないスロットル弁の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン、パティキュレートフィルタの捕集能力を再生するためのパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンを始めとするアプリケーションプログラムに加え、本発明に係るプログラムである、燃焼室54の壁面に付着したカーボンを除去するためのカーボン除去ルーチンを記憶している。
【0059】
前記ROM402は、前記したアプリケーションプログラムの他、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、ディーゼルエンジン11の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、ディーゼルエンジン11の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、ディーゼルエンジン11の運転状態と図示しないスロットル弁の開度との関係を示すスロットル開度制御マップの他、パティキュレートフィルタ再生制御ルーチンで用いるマップ等である。
【0060】
本発明においては、前記ROM402は、上記カーボン除去ルーチンにおいて、上記燃料噴射時期制御マップ及び燃料噴射量制御マップから切り換えるための、噴射時期進角制御マップ、噴射時期遅角制御マップ、副噴射時期制御マップ及び、副噴射量制御マップ、主噴射量制御マップなどをも記憶している。
【0061】
前記RAM403は、各センサの出力信号やCPU401の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、回転速度センサ44の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記RAM403に記憶される各種のデータは、回転速度センサ44が信号を出力する度に最新のデータに更新される。
【0062】
前記バックアップRAM404は、ディーゼルエンジン11の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を特定する情報等を記憶する。
【0063】
前記CPU401は、前記ROM402に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御、スロットル制御、パティキュレートフィルタ再生制御を始めとする周知の制御の他、本発明の要旨であるカーボン除去制御などを実行する。
【0064】
以下、パティキュレートフィルタ再生制御について説明する。
【0065】
パティキュレートフィルタ50は、排気中に含まれる煤やSOF等の粒子状物質(PM)を捕集するが、その捕集能力には限りがあるため、捕集能力以上のPMがパティキュレートフィルタ50に堆積すると、パティキュレートフィルタ50内の排気流路が目詰まりを起こし、ディーゼルエンジン11に作用する背圧が過剰に上昇する等の不具合が発生する虞がある。
【0066】
ここで、煤やSOF等のPMは、およそ500℃〜700℃の高温下で燃焼(酸化)されるため、ディーゼルエンジン11の排気温度が高くなる高負荷運転領域ではPMが高温の排気中で酸化されてパティキュレートフィルタ50に堆積し難くなるが、ディーゼルエンジン11の排気温度が低くなる低負荷運転領域ではPMが酸化されずにパティキュレートフィルタ50に堆積され易くなる。
【0067】
このため、ディーゼルエンジン11が連続して低負荷運転されると、パティキュレートフィルタ50のPM捕集能力が飽和し、前述したような不具合を発生する虞がある。従って、ディーゼルエンジン11が連続して低中負荷運転される場合は、適当な時期にパティキュレートフィルタ50の温度を500℃〜700℃の高温域まで昇温させるとともに、パティキュレートフィルタ50内を酸化雰囲気にする必要がある。
【0068】
ところで、ディーゼルエンジン11においては、大部分の運転領域においてリーン空燃比で運転され、それに伴ってディーゼルエンジン11から排出される排気の空燃比も大部分の運転領域においてリーン空燃比となるため、パティキュレートフィルタ50のPM捕集能力を再生させるに当たり、排気の空燃比をリーン空燃比とするための特別な制御は必要ないと言える。
【0069】
但し、理論空燃比運転(又はリッチ空燃比運転)される内燃機関については、パティキュレートフィルタ50のPM捕集能力を再生する場合に、パティキュレートフィルタ50より上流の排気中に二次空気を添加する等の手段を用いることにより、パティキュレートフィルタ50に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とする必要がある。
【0070】
ディーゼルエンジン11が低中負荷運転状態にあるときに、パティキュレートフィルタ50の温度を500℃〜700℃の温度域まで昇温させる方法としては、パティキュレートフィルタ50に電気式のヒータを取り付け、PM捕集能力を再生させるときに前記ヒータによってパティキュレートフィルタ50を加熱すること等が考えられるが、この方法では、パティキュレートフィルタ50の昇温のために、ヒータ等のハードの追加が必要となり、また、パティキュレートフィルタ50にヒータを取り付けるスペースが必要になるといった不具合があった。
【0071】
そこで、実際にPM捕集能力を再生する時には、排気温度を上昇させるため、燃料の主噴射の後の膨張行程もしくは排気工程で追加の燃料噴射を行う制御(ポスト噴射)または、主噴射の前の吸気工程上死点付近で、少量の燃料を副噴射し、次いで圧縮上死点付近で主噴射を行う(ビゴム噴射)制御が行われる。上記のうちポスト噴射を行う場合について詳細に説明する。
【0072】
図3は、ECU46によって実行されるパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンのフローチャートを示している。このパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンは、予めROM402に記憶されているルーチンであり、CPU401によって所定時間毎(例えば、回転速度センサ44がパルス信号を出力する度)に繰り返し実行されるルーチンである。
【0073】
パティキュレートフィルタ再生制御ルーチンでは、CPU401は、先ずS501において、パティキュレートフィルタ50のPM捕集能力再生条件が成立しているか否かを判別する。
【0074】
ここで、PM捕集能力再生条件が成立する場合としては、(1)ディーゼルエンジン11が低負荷運転状態にある、(2)ディーゼルエンジン11が所定時間以上連続して低負荷運転されている、(3)低負荷運転時間の積算値から高負荷運転時間の積算値を減算して得られた値が所定値以上である、(4)パティキュレートフィルタ50の流入排気に含まれるPM量の積算値が所定量以上である、あるいは、(5)パティキュレートフィルタ50より上流の排気通路(排気管49)における排気圧力が所定圧以上である、等の条件を例示することができる。
【0075】
前記S501において上記したようなPM捕集能力再生条件が不成立であると判定された場合は、CPU401は、S504へ進み、通常の燃料噴射時期制御を実行する。
【0076】
一方、前記S501においてPM捕集能力再生条件が成立していると判定された場合は、CPU401は、S502へ進み、ディーゼルエンジン11の運転状態が高負荷運転状態にあるか否かを判別する。
【0077】
前記S502においてディーゼルエンジン11の運転状態が高負荷運転状態にあると判定された場合は、CPU401は、PM捕集能力再生制御を実行する必要がないとみなし、S504へ進む。S504では、CPU401は、通常の燃料噴射時期制御を実行する。
【0078】
これは、ディーゼルエンジン11が高負荷運転状態にあるときは、前述したように、ディーゼルエンジン11から比較的高温の排気が排出されるため、そのような高温の排気がパティキュレートフィルタ50に流入すればパティキュレートフィルタ50に捕集されていたPMが酸化されることになるからである。
【0079】
一方、前記S502においてディーゼルエンジン11の運転状態が高負荷運転状態にないと判定された場合は、CPU401は、ディーゼルエンジン11から比較的低温の排気が排出されるため、パティキュレートフィルタ50のPM捕集能力を再生すべく排気温度を昇温させる必要があるとみなしてS503へ進む。
【0080】
S503では、排気温度を上昇させるため、燃料の主噴射の後の、膨張行程もしくは排気行程での追加の燃料噴射であるポスト噴射を実施する。ポスト噴射を行う場合には、パティキュレートフィルタを再生可能な目標排気温まで昇温するための目標ポスト噴射量及び目標ポスト噴射時期を定めたPM再生用副噴射時期制御マップ、PM再生用副噴射量制御マップ及び、PM再生用主噴射量制御マップから、ポスト噴射の時期および噴射量を求めて、インジェクタ21から噴射させる。
【0081】
ここで、ポスト噴射によって、気筒内に噴射された燃料は、その一部は気筒内で燃焼するものの機関の出力には影響を及ぼさない。また、燃焼しなかった大部分の燃料は気筒内で気化して排気とともに排気通路に排出され、排気浄化触媒48の触媒作用によって燃焼し、その際に発生する熱によって排気温度は上昇する。この結果、パティキュレートフィルタ50の温度が上昇し、パティキュレートフィルタ50に捕集されていたPMが酸化することになる。
【0082】
そして、所定の期間、ポスト噴射を継続した後、燃料噴射を通常の状態に戻したうえで、CPU401は本ルーチンを終了する。
【0083】
ここにおいて、ポスト噴射を継続する期間は、上述のように予め定められた一定の期間であってもよいが、S501で成立したPM捕集能力再生条件の程度に応じて変更される期間にしてもよい。
【0084】
また、例えば、図示しない圧力センサにより、パティキュレートフィルタ50より上流の排気通路(排気管49)における排気圧力を検出し、検出した排気圧力が所定値以下になるまでポスト噴射を継続するようなフローにしてもよい。
【0085】
以上、ポスト噴射について詳細に説明したが、ビゴム噴射によるパティキュレートフィルタ再生制御についても、副噴射の時期が異なるのみであり、S503で読み込むPM再生用副噴射時期制御マップ、PM再生用副噴射量制御マップ及び、PM再生用主噴射量制御マップの内容が異なるのみと考えられる。
【0086】
上記のポスト噴射、またはビゴム噴射をする場合とは、換言すると、前記した燃料噴射手段が、吸気行程、膨張行程、排気行程の少なくとも一つの行程において燃料噴射するということである。
【0087】
次に、上記のポスト噴射またはビゴム噴射などを実施することにより生じる不具合について説明する。
【0088】
前述のように、ビゴム噴射やポスト噴射のような副噴射がなされると、吸入空気量と燃料噴射量との比である空燃比が理論空燃比より燃料噴射量の割合が多いリッチ状態またはそれに近い状態になるので、燃焼室54の壁面への付着燃料量が増加する。
【0089】
このことにより、上記燃焼室54の壁面に付着、残留するカーボンの量も増加する。
【0090】
このカーボンは燃焼室54内の壁面に付着することで燃焼室54の壁面の断熱効率を高めて燃焼効率を向上する効果を有する一方、車両の発進時や加速時に、堆積したカーボンが一気に脱離してテールパイプからスモークとして排出されるなど、車両の商品価値を著しく低下させる虞がある。
【0091】
また、燃料噴射弁の先端部にカーボンが付着することで、燃料噴射弁の先端部に設けられた燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積して、燃料噴霧特性や燃料噴射方向が変化してエンジンの燃焼安定性に悪影響を与えるばかりでなく、燃料噴射弁の噴口をカーボンが塞いで燃料噴射量が減じるか、あるいは燃料噴射が不能となりエンジンの運転が妨げられるといった問題を生じる虞もある。
【0092】
本発明の目的とするところは、前述のように、圧縮着火式の内燃機関において、ビゴム噴射やポスト噴射等をすることによって燃焼室54内にカーボンが付着または堆積し、それが原因で様々な問題が生じることを防止することである。
【0093】
本発明の目的を達成するために、本実施の形態においては、ポスト噴射やビゴム噴射のような副噴射がされた後に、燃焼室54の壁面に付着したカーボンを除去すべく、燃料噴射時期を進角させる制御を行っている。
【0094】
以下、図4を用いて、本実施の形態におけるカーボン除去制御のフローについて説明する。
【0095】
図4に示すのは、燃焼室54に付着したカーボンを除去するためのカーボン除去ルーチンである。このカーボン除去ルーチンは、予めROM402に記憶されているルーチンであり、CPU401によって、上述したパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンを抜けた後、即座にもしくは所定時間経過後に実行される。
【0096】
カーボン除去ルーチンでは、CPU401は、先ずS601で、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、燃料噴射時期制御マップから、噴射時期進角制御マップに切り替える。
【0097】
そして、CPU401は、噴射時期進角制御マップ内のデータに基づいた制御信号を電磁弁駆動回路52に送信する。従って、この時点から、インジェクタ21は通常より所定時間進角されたタイミングで、燃料を噴射するようになる。
【0098】
その後、CPU401は、S602において、タイマスタートし、予め定められた時間t0が経過するまでこの動作を続ける。従って、インジェクタ21は、時間t0が経過するまで、進角されたタイミングでの燃料噴射を継続する。
【0099】
そして、t0が経過後、CPU401はS604で、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、噴射時期進角制御マップから、燃料噴射時期制御マップに戻したうえで、本ルーチンを終了する。
【0100】
このルーチンの実行中は、前述したように、インジェクタ21は、通常より所定時間早いタイミングで、燃料を噴射する。その結果、燃料噴射があってから、着火までの時間が相対的に長くなり、その間に噴射された燃料は蒸発、混合し、可燃混合気を形成する。これらが着火点に達した時、一時に爆発燃焼を生じるため、燃焼時の圧力上昇率は高くなる。換言すると、燃焼に伴う燃焼圧力波は、通常運転の場合よりも大きくなることになる。
【0101】
このように、圧縮着火式内燃機関において、圧縮行程で燃焼室54内の燃料が着火点に達した時、一時に爆発燃焼を生じることによって燃焼時圧力上昇率が高くなり、結果として圧力波が増大する現象をノッキング(ディーゼル・ノック)という。
【0102】
一方、圧縮着火式内燃機関11を含む内燃機関において、シリンダ13の内面の温度は、通常、燃焼室54中央部の温度より低くなっている。それは、燃焼室54内の燃焼ガスに比較して、シリンダ13の熱容量が大きく、さらに、シリンダブロック14が冷却されているからである。
【0103】
そして、高温の燃焼室54中央部と、低温のシリンダ13の内面との間には、温度境界層と呼ばれる燃焼室54内のガスの層ができている。この温度境界層の内側は燃焼室54中央部と同等の高温になっており、外側はシリンダの内面と同等の低温になっており、温度境界層の厚み方向に温度勾配が発生しているのである。
【0104】
本実施の形態においては、前述したようにノッキング(ディーゼル・ノック)を発生させ、その時に生じた大きな圧力波によって、燃焼室54の壁面付近に形成された上記の温度境界層を消失させることができる。
【0105】
燃焼室54の壁面に接触している温度境界層が消失すると、燃焼室中央部の高温ガスが燃焼室54の壁面に接触する。その結果、燃焼室54の壁面の温度は上昇し、燃焼室54の壁面に付着したカーボン層を燃焼させ、除去することができるのである。また同様の理由により、カーボンの付着を防止することもできる。
【0106】
ここにおいて、本発明における壁面温度上昇手段は、上記の噴射時期進角制御マップ、カーボン除去ルーチンプログラムをROM402に記憶したECU46を含んで構成される。
【0107】
本実施の形態によれば、ヒータなどの加熱部材を付加することもなく、燃料の噴射時期を進角させるだけで、燃焼室54の壁面の温度を上昇することができる。すなわち、簡易な構造で、機関全体のコスト及びスペースを増大させることなく、燃焼室54の壁面に付着または堆積したカーボンを除去することができる。また、カーボンが燃焼室54の壁面に付着するのを防止することができる。
【0108】
結果として、燃焼室の壁面へのカーボンの付着による不具合、具体的には、燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積し燃料噴霧特性が変化する、発進時などに、堆積した多量のカーボンが一気に脱離して排出される、等の不具合が生じるのを防止することができる。
【0109】
上記において、噴射時期の進角を継続する時間であるt0は、予め求められた一定期間であってもよいが、燃焼室54の壁面に付着したカーボンの量は、ポスト噴射などの副噴射時に、インジェクタ21から燃焼室54内へ副噴射される燃料量と相関があるため、例えば、パティキュレートフィルタ再生制御ルーチンにおいて実施したポスト噴射の燃料量が多くなるほど長く設定し、ポスト噴射の燃料量が少なくなるほどを短く設定するようにした期間でもよい。
【0110】
しかし、ノッキング(ディーゼル・ノック)の発生時間が長期化することは機関の耐久性に影響を及ぼす可能性があるので、t0は30分以下であることが望ましい。
【0111】
尚、上記燃料噴射時期の進角量は、機関の特性によって個々に定められるべきであるが、圧縮上死点前10゜以上40゜以下の範囲であることが望ましい。
【0112】
圧縮上死点10゜以下であると、噴射時期進角の効果が顕著でなくなり、また、圧縮上死点40゜以上であると、燃焼前燃料の燃焼室54内の滞留時間が長過ぎて、シリンダブロック14に装着されたシリンダライナ(図示せず)や気筒の壁面に燃料が付着し、ボアフラッシングが発生するなどの不具合が生じる虞があるからである。
【0113】
(第2の実施の形態)
図5、図6及び図7を用いて、本発明における第2の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第1の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【0114】
前述した第1の実施の形態では、カーボン除去ルーチンにおいて、燃料噴射時期を進角させる例について説明したが、本実施の形態では、カーボン除去ルーチンにおいて、燃料噴射時期を遅角させる例であって、更に、実際に燃焼室54の壁面へのカーボンの付着量を検出し、その検出した量によって、燃焼室54の壁面の温度を上昇させる期間を決定する例について説明する。
【0115】
図5は、第2の実施例に係るディーゼルエンジン11の排気弁19の近傍を示した断面図である。
【0116】
ここにおいて、排気弁19を駆動させるための機構については、公知であるので説明を省略する。
【0117】
図1の同部分との相違点は、シリンダヘッド12に、カーボン付着量検出手段である水晶振動子70が備えられている点である。
【0118】
水晶振動子70には、入出力ケーブル71が接続されており、入出力ケーブル71の他端は、振動周波数検出回路56及び水晶振動子駆動回路57に接続されている。
【0119】
図6は、第2の実施の形態におけるECUの内部構成を示すブロック図である。
【0120】
図6において、振動周波数検出回路56は、ECUのA/D407に接続されている。水晶振動子70からは、その固有振動数で発振する電気信号が発生し、振動周波数検出回路56に送信される。
【0121】
その後、振動周波数検出回路56では、上記電気信号を、その振動周波数に対応する検出信号に変換し、A/D407に入力している。そして、振動周波数に対応する検出信号は、デジタル信号に変換され、ROM402に格納される。
【0122】
一方、水晶振動子駆動回路57は、ECU46の出力ポート406に接続されており、CPU401の命令をうけて、水晶振動子70に、その固有振動数の信号を送信することによって、水晶振動子70を発振駆動させる。
【0123】
水晶振動子70は、その表面にカーボンが付着することにより、固有振動数が変化する。また、一般には、カーボンの付着量が多ければ振動周波数は低周波側に変化する。
【0124】
従って、パティキュレートフィルタ再生ルーチンにおいてポスト噴射又はビゴム噴射を実施したときに、前述の水晶振動子70にカーボンが付着した場合には、振動周波数検出回路56からECU46に入力される検出信号が変化する。
【0125】
その変化の量からカーボン付着量を検知することができるのである。
【0126】
図7には第2の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示している。第1の実施の形態と同様、本ルーチンは、パティキュレートフィルタ再生制御ルーチン終了後、即座にもしくは所定時間経過後に実行される。
【0127】
図7において、CPU401は、先ずS801で、カーボン付着量検出手段である水晶振動子70が検出したカーボン付着量を示す信号を取り込み、カーボン除去が必要か否かを判断する閾値として予め定められたカーボン付着量m1と比較する。
【0128】
カーボン付着量がm1より少ない場合には、カーボン除去を行わずそのまま本ルーチンを抜ける。カーボン付着量がm1以上である場合にはS802に進み、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、燃料噴射時期制御マップから、噴射時期遅角制御マップに切り換える。
【0129】
そして、CPU401は、噴射時期遅角制御マップ内のデータに基づいた制御信号を電磁弁駆動回路52に送信する。従って、この時点から、インジェクタ21は通常より所定時間遅角されたタイミングで、燃料を噴射するようになる。
【0130】
その後、CPU401は、S803で、タイマスタートし、予め定められた時間t1が経過するまでこの動作を続ける。従って、インジェクタ21は、時間t1が経過するまで、遅角されたタイミングでの燃料噴射を継続する。
【0131】
そして、t1が経過後、CPU401はS805で、再度カーボン付着量検出手段である水晶振動子70がその時点で検出したカーボン付着量を示す信号を取り込み、上記m1と比較する。
【0132】
カーボン付着量がm1より少ない場合には、S806で燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、噴射時期遅角制御マップから、燃料噴射時期制御マップに戻したうえで、本ルーチンを終了する。
【0133】
カーボン付着量がm1以上である場合にはS803に戻り、再度タイマスタートし、時間t1が経過するまで、遅角されたタイミングでの燃料噴射を繰り返す。
【0134】
そして、S805で、水晶振動子70が検出したカーボン付着量がm1より少ない値を示すまで、遅角タイミングでの燃料噴射を継続することになる。
【0135】
その後、S805で、水晶振動子70が検出したカーボン付着量がm1より少ない値を示したときには、806で燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、噴射時期遅角制御マップから、燃料噴射時期制御マップに戻し、本ルーチンを終了する。
【0136】
このルーチンの実行中は、前述したように、インジェクタ21は、通常より所定時間遅いタイミングで燃料を噴射する。
【0137】
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様、壁面温度上昇手段は、上記の噴射時期遅角制御マップ、カーボン除去ルーチンプログラムをROM402に記憶したECU46を含んで構成される。
【0138】
本実施の形態によれば、燃料噴射時期が通常の噴射時期に対して遅れているため、燃焼室54内の燃料は通常の状態よりも着火しづらい状態となる。結果として着火時期が遅れることにより、その間に噴射された燃料は蒸発、混合し、可燃混合気を形成する。これらが着火点に達した時一時に爆発燃焼を生じるため、燃焼時圧力上昇率が高くなり、結果としてノッキング(ディーゼル・ノック)が発生する。
【0139】
そして燃焼時圧力上昇率が高まった結果、増大した圧力波によって燃焼室54の壁面付近に形成された温度境界層を消失させることができる。
【0140】
この結果、第1の実施の形態と同様、燃焼室54の壁面温度は上昇し、燃焼室54の壁面に付着したカーボン層を燃焼させ、除去することができる。またカーボンの付着を防止することもできる。
【0141】
そして、燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積し燃料噴霧特性が変化する、発進時などに、堆積した多量のカーボンが一気に脱離して排出される、等の不具合が生じるのを防止することができる。
【0142】
また、本実施の形態によれば、燃焼室54の壁面へのカーボン付着量をカーボン付着量検出手段である水晶振動子70で検出し、検出したカーボン付着量が所定量m1より小さくなるまで遅角されたタイミングでの燃料噴射を継続するので、確実に燃焼室54に付着したカーボンを除去することができる。
【0143】
また、本実施の形態によれば、燃焼室54の壁面へのカーボン付着量がm1より少なくなった時点で、遅角されたタイミングでの燃料噴射を終了する。従って、噴射角遅角タイミング運転時間を必要最低限に抑えることができるので、燃焼室54内の圧力波が大きい状態を不必要に長引かせることもなく、エネルギーの無駄を防止することができると同時に、ディーゼルエンジン11の耐久性に与える影響を最小限に留めることができる。
【0144】
上記ルーチンでは、S805で、水晶振動子70によって再度カーボン付着量を検出しているが、S805の工程を省略し、S801で検出したカーボン付着量の値に応じて、遅角タイミングでの燃料噴射継続時間であるt1の値を、予めROM403のマップの中に格納しておき、カーボン付着量の検出値に応じた期間のみ、遅角タイミングでの燃料噴射を継続させるような構成にしてもよい。
【0145】
このような構成をとることによっても、確実に燃焼室54に付着したカーボンを除去することができる。
【0146】
また、上記ルーチンでは、S805で、水晶振動子70によって検出されたカーボン付着量が所定量m1以上である場合に、再度t1の期間、遅角タイミングでの燃料噴射を継続することとしているが、t1より短い時間であるt2だけ時間延長し、再度カーボン付着量を検出する構成にしてもよい。
【0147】
このような構成をとることで、付着したカーボンを除去するのに真に必要な時間だけ、遅角タイミングでの燃料噴射を継続することができる。
【0148】
尚、上記燃料噴射時期の遅角量は、機関の特性によって個々に定められるべきであるが、圧縮上死点後20゜以下の範囲であることが望ましい。圧縮上死点後20゜以上であると、燃焼室54内圧力が低下し、着火条件に達することができなくなることにより失火してしまう虞があるからである。
【0149】
尚、本実施の形態では、カーボン付着量検出手段として、図5に示す水晶発信子70の振動周波数変化を利用したものを用いたが、その他、カーボンが電極表面に付着したときにその電極間の静電容量あるいは電気抵抗などの電気的特性が変化することを利用したものや、ピストン15に対向する金属面に発生する渦電流が、ピストン15上に堆積したカーボンの量によって変化することを利用したもの、低温時におけるエンジンの始動性を改善するためのグロープラグ55の電極とボディとの間に一定の電圧を印加することによって燃焼時に発生するイオン電流の強さが、グロープラグ55上に堆積されたカーボンの厚さによって変化することを利用したもの、金属表面に付着したカーボンの量による反射率の変化を測定するものなどでもよい。
【0150】
また、カーボン除去が必要か否かを判断する閾値として定められたカーボン付着量m1については、前述したような、インジェクタ21の噴口にカーボンが堆積し燃料噴霧特性が変化する、発進時などに、堆積した多量のカーボンが一気に脱離して排出される、等の不具合が発生するカーボン付着量を実験的に求めておき、これに安全率をかけた一定値としてもよいし、ディーゼルエンジン11の総運転時間などの条件によって変化させてもよい。
【0151】
また、本実施の形態では、S801とS805で使用する、検出されたカーボン付着量と比較する所定量は同一の値m1を用いたが、これを例えば、S805におけるm1を、m1より小さなm2にすることにより、より確実なカーボン除去を実現することができる。
【0152】
(第3の実施の形態)
図8を用いて、第3の実施の形態について説明する。
【0153】
ここでも、第1及び第2の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【0154】
本実施の形態では、カーボン除去ルーチンにおいて、燃焼室54の壁面の温度を上昇させるために、圧縮上死点の前に少量の燃料が副次的に噴射され、次いで圧縮上死点付近で主噴射が行われる。
【0155】
また、本実施の形態では、カーボン除去ルーチンに進んだ際に、ディーゼルエンジン11が高負荷運転中かどうかの判定をし、機関が高負荷運転中であれば、カーボン除去動作に入らず、そのまま本ルーチンを終了することとしている。
【0156】
これは、高負荷運転時は、筒内温度が高いため、カーボンの付着は生じにくくなっており、カーボン除去の必要がないこと、また、高温状態で更に燃焼圧力波を高めることを行うと(いわゆるノッキングを生じさせると)機関に悪影響を及ぼす虞があることによる。
【0157】
図8は、本実施の形態に係るカーボン除去ルーチンである。
【0158】
CPU401は、パティキュレートフィルタ再生制御ルーチンの終了後、即座にまたは所定時間経過後、本ルーチンに入る。
【0159】
先ず、CPU401は、S901で現在の機関運転が、高負荷運転か否かを判断する。ここで、高負荷運転かどうかについては、アクセルセンサ45によって検出されるアクセル開度等から判断する。
【0160】
S901において高負荷運転と判断された場合には、そのまま本ルーチンを抜ける。一方、高負荷運転でないと判断された場合にはS902に進み、燃料噴射量制御ルーチンにおいて燃料噴射量データを読み込むマップを、燃料噴射量制御マップから、副噴射量制御マップ及び主噴射量制御マップに切り換える。
【0161】
また、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、燃料噴射時期制御マップから、副噴射時期制御マップ及び主噴射時期制御マップに切り換える。
【0162】
そして、CPU401は、副噴射量制御マップ、副噴射時期制御マップ、主噴射量制御マップ、主噴射時期制御マップ内のデータに基づいた制御信号を電磁弁駆動回路52に送信する。従って、この時点から、インジェクタ21は圧縮上死点前において少量の燃料の副噴射を、次いで圧縮上死点において主噴射を行うようになる。
【0163】
その後、CPU401は、S903で、タイマスタートし、予め定められた時間t3が経過するまでこの動作を続ける。従って、インジェクタ21は、時間t3が経過するまで、上記の副噴射と主噴射を継続する。
【0164】
そして、S903においてタイマスタートしてからt3が経過後、CPU401はS905で、燃料噴射量制御ルーチンにおいて燃料噴射量データを読み込むマップを、燃料噴射量制御マップに戻し、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、燃料噴射時期制御マップに戻したうえで、本ルーチンを終了する。
【0165】
本実施の形態によれば、副噴射による燃料は蒸発、混合し、可燃混合気を形成すること及び、主噴射による燃料と合わさり、相対的な燃料量が増大することにより、これらが着火点に達したとき、一時に爆発燃焼を生じ、燃焼時圧力上昇率が高くなる。その結果ノッキング(ディーゼル・ノック)が発生する。
【0166】
また、副噴射量によっては、主噴射が開始される前に着火、燃焼することもあるが、この場合も副噴射された燃料が燃焼時圧力上昇率を高めるのに十分な可燃混合気を形成しているため同様の効果が得られる。
【0167】
そして、ノッキング(ディーゼル・ノック)によって生じた大きな燃焼圧力波が燃焼室54の壁面近傍の温度境界層を消失させ、燃焼室54の壁面温度を上昇させることにより、付着したカーボンを除去することができ、さらにカーボンの付着を防止することができる。
【0168】
この場合、一回の噴射における合計の燃料量は、通常の燃料噴射に比較して多くなるが、主噴射の燃料量を増加させた場合に比較し、機関の出力に及ぼす影響が少ない。
【0169】
また、本実施の形態によれば、上記したように、高負荷運転時にはすでに燃焼室54の温度が高温になっていることから、高負荷運転時には副噴射をせず、通常の燃料噴射を行うこととしている。
【0170】
従って、不要な副噴射を行うことにより燃費を悪化させることや、燃焼室54内が過度に高温になり、機関に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【0171】
本実施の形態においては、壁面温度上昇手段は、上記の主噴射量制御マップ、副噴射量制御マップ、主噴射時期制御マップ、副噴射時期制御マップ、カーボン除去ルーチンプログラムをROM402に記憶したECU46を含んで構成される。
【0172】
尚、本実施の形態において、高負荷運転か否かを判断する閾値は、機関の物理的性質や運転状態によって個々に決定してもよいが、全負荷トルクの80%以上での運転時を高負荷運転と判断してもよい。
【0173】
全負荷トルクの80%以上のトルクで運転している場合は、燃焼室内温度は十分高温であり、特に副噴射などを行わなくても燃焼室54の壁面に付着したカーボンを燃焼させることが可能であると考えられるからである。
【0174】
また、本実施の形態における副噴射時の噴射量については、機関の物理的性質や運転状態によって個々に決定してもよいが、当量比0.5以下とすることが望ましい。これは、燃料噴射量が過大になると、上記した燃焼時の圧力波が大きくなりすぎて機関に悪影響を及ぼす可能性があるからである。
【0175】
また、副噴射の時期の下限についても個々に決定されるべきであるが、圧縮上死点前30゜以上とすることが望ましい。副噴射時期が圧縮上死点前30゜以下になると、副噴射を行ったことによる効果が顕著でなくなるからである。
【0176】
尚、副噴射の時期の上限については、圧縮上死点前360゜付近までの範囲から、機関の物理的性質等により個々に決定すればよく、圧縮上死点前360゜の吸気上死点付近で行われるビゴム噴射を実施してもよい。
【0177】
(第4の実施の形態)
次に、図9及び図10を用いて、本発明における第4の実施の形態について説明する。ここでは、第1の実施の形態と異なる構成について説明する。その他の構成および作用については第1の実施の形態と同一なので、同一の構成部分についての説明は省略する。
【0178】
本実施の形態においては、燃焼室54内にスワールを生成し、さらにそのスワールの強さを変化させるスワール制御装置65を有しており、カーボン除去ルーチンを実施する際には、スワール制御装置65によって燃焼室54内のスワールを強めることによって燃焼室54の壁面の温度を上昇させる例について説明する。なお、本実施の形態におけるシリンダヘッド12には、第2の実施の形態と同様、図5に示したカーボン付着量検出手段である水晶振動子70が備えられているものとする。
【0179】
図9は、本実施の形態におけるシリンダヘッド12の底面図である。本実施の形態において、ディーゼルエンジン11は吸排気二弁式であるので、二つの吸気弁18を介して二つの吸気通路16a,16bが燃焼室54内へ接続され、また、二つの排気弁19を介して二つの排気通路17が燃焼室54内へ接続されている。
【0180】
ここで、二つの吸気通路16の一方16aは、シリンダ13内への吸入空気の導入に際してシリンダ13内を横方向に旋回する気流、すなわち、スワールが生成されるように、吸入空気に横方向旋回速度成分を付与するヘリカルポートになっている。また、二つの吸気通路16の他方16bは、吸入空気に特に旋回速度成分を付与しないストレートポートである。また、ストレートポート16bには、ストレートポート16bを開放及び閉鎖可能とするスワール制御弁60が設けられている。
【0181】
この、スワール制御弁60は、ステップモータ等の駆動装置によって駆動され、スワール制御弁60によってストレートポート16bが閉鎖されることにより、吸入空気はヘリカルポート16aのみによってシリンダ13内へ導入され、シリンダ13内において横方向に旋回するので、シリンダ13内には強いスワールが生成される。
【0182】
一方、スワール制御弁60によってストレートポート16bが開放されると、吸入空気はヘリカルポート16a及びストレートポート16bの両方からシリンダ13内へ導入される。この場合、ヘリカルポート16aから導入される吸入空気は、前述の旋回速度成分が付与されるが、シリンダ13内で旋回するためには、ストレートポート16bから導入される吸入空気を共に旋回させなければならず、これが抵抗となって強いスワールを生成することができない。
【0183】
従って、上記のようにスワール制御弁60の開度を変化させることによってシリンダ13内に形成されるスワールの強さを制御することができる。換言すると、スワール制御弁60の開度によって燃焼室54内に生成されるスワールの強さを推定することができる。なお、スワールの強さは、スワール比で表すこともできる。このスワール比とは、燃焼室内に生成されたスワールの回転数をその時の機関回転数で除した値である。また、本実施の形態においては、スワール制御装置65は、上記のヘリカルポート16a及びスワール制御弁60を含んで構成されている。
【0184】
図10には、本実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す。第1の実施の形態と同様、本ルーチンは、フィルタ再生制御ルーチン終了後、即座にもしくは所定時間経過後に実行される。
【0185】
本ルーチンが実行されると、まずS1001において、カーボン付着量検出手段である水晶振動子70が検出したカーボン付着量が所定量m1より少ないかどうかが判断され、カーボン付着量が所定量m1より少ないと判断される場合は、そのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、カーボン付着量が所定量m1以上であると判断された場合は、S1002に進む。S1001の処理の内容は、図7に示すS801の処理と同様であるので詳細な説明は省略する。
【0186】
次に、S1002においては、その時点で、ディーゼルエンジン11が高負荷運転中かどうかが判断される。ここで高負荷運転中と判断された場合は、本ルーチンを一旦終了する。一方、高負荷運転中でないと判断された場合は、S1003に進む。S1002の処理の内容についても、図8に示すS901の処理の内容と同様であるので詳細な説明は省略する。
【0187】
次にS1003に進み、本ルーチンにおいて目標となるスワール制御弁60の開度θ1と、燃焼室54のスワールの強化を継続する時間であるスワール強化継続時間t4の値を決定する。ここで、スワール強化継続時間t4の値は、スワール制御弁60を開度θ1まで絞り、燃焼室54内のスワールを強めることにより、S1001で検出された付着量のカーボンを、m1以下になるまで除去するのに必要充分な時間として決定される。
【0188】
すなわち、S1001で検出されるべきカーボン付着量と、スワール制御弁60の開度と、スワール強化によって付着カーボンが少なくともm1以下の付着量になるまで除去されるのに必要充分な時間との関係を予め実験的に求めてマップ化しておき、S1003においては、スワール制御弁の開度θ1及び、スワール強化継続時間t4を、そのマップから読み出すことによって決定する。
【0189】
そして、S1004においては、実際に燃焼室54内のスワールを強める処理が行われる。具体的には、スワール制御弁60の開度をS1003で決定された開度θ1まで絞る。このことにより、ストレートポート16bから燃焼室54内に流入する吸入空気の量が減少し、吸入空気全体に占めるヘリカルポート16aから燃焼室54内に流入する吸入空気の割合が増加し、結果として、燃焼室54におけるスワールが強められる。
【0190】
この処理によって、燃焼室54における空気流動が強化され、燃焼室54の壁面近傍に形成された温度境界層が薄くなり若しくは消失する。これにより、燃焼室54の壁面温度を上昇させ、燃焼室54の中央のガス温度に近づけることができる。結果として、燃焼室54の壁面に付着したカーボンを除去することができる。
【0191】
次に、S1005に進む。ここにおいてはタイマがスタートされる。そしてS1006に進み、タイマスタートしてからの時間がt4より小さいかどうかが判断される。ここで所定時間t4の値は、S1003で決定されたスワール強化継続時間である。
【0192】
S1006において、タイマスタートしてからの時間がt4より小さければ、まだスワール強化継続時間が経過していないのでS1006の処理の前に戻り、再度S1006で、タイマスタートしてからの時間がt4より小さいかどうかが判断される。そして、S1006で、タイマスタートしてからの時間がt4より以上であると判断されるまで、この処理が繰り返される。
【0193】
このように、本実施の形態におけるカーボン除去ルーチンでは、S1003において、S1001で検出されたカーボン付着量に対して最適のスワール制御弁60の開度θ1及び、スワール強化継続時間t4が決定され、S1004においてスワール制御弁60の開度はθ1に制御され、さらにS1006では、スワール強化継続時間t4の間、燃焼室54内のスワール強化状態が継続される。このことより、S1006の処理が終わった後は、カーボン付着量はm1以下まで除去されていると推定されるので、本ルーチンにおいては、図7に示すS805の処理のように、再度カーボン付着量を検出する処理は行わない。
【0194】
従って、S1006においてタイマスタートからの経過時間がt4以上と判断された場合には、S1007に進み、スワール制御弁60の開度を元に戻して、燃焼室54内のスワールを弱めたうえで本ルーチンを終了する。
【0195】
以上、説明したように、本実施の形態においては、スワール制御弁60の弁開度を制御し、燃焼室54内のスワールを強めて高スワール状態としている。そして、そのことにより燃焼室54内の温度境界層を薄くするか若しくは消失させ、そのことによって燃焼室54の壁面温度を上昇させて、燃焼室54に付着したカーボンを除去している。
【0196】
従って、燃焼室54内のスワールを強めるという単純な制御によって燃焼室54内の温度境界層を薄くするか若しくは消失させることができ、ディーゼルエンジン11の燃費や振動、騒音に影響を与えることもなく、燃焼室54に付着したカーボンを除去することができる。
【0197】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば排気浄化装置の再生処理に伴う制御等において、ビゴム噴射、ポスト噴射などの副噴射が行われた後に、壁面温度上昇手段により燃焼室の壁面の温度を上昇させるので、上記副噴射の実施によって、燃焼室の壁面にカーボンが付着するのを防止し、または付着したカーボンを除去することができる。
【0198】
すなわち、燃焼室の壁面にカーボンが付着、堆積することにより、車両の発進時や加速時に、堆積したカーボンが一気に脱離してテールパイプからスモークとして排出され、車両の商品価値を低下させる問題や、燃料噴射弁の先端部にカーボンが付着することで、燃料噴射弁の先端部に設けられた燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積して、燃料噴霧特性や燃料噴射方向が変化してエンジンの燃焼安定性に悪影響を与えるばかりでなく、燃料噴射弁の噴口をカーボンが塞いで燃料噴射量が減じるか、あるいは燃料噴射が不能となりエンジンの運転が妨げられるといった問題が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す断面図である。
【図2】図2はECUの内部構成を示すブロック図である。
【図3】図3はパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンを示す図である。
【図4】図4は第1の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す図である。
【図5】図5は第2の実施の形態におけるカーボン付着量検出手段である水晶振動子付近の概略構成を示す断面図である。
【図6】図6は第2の実施の形態におけるECUの内部構成を示すブロック図である。
【図7】図7は第2の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す図である。
【図8】図8は第3の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す図である。
【図9】図9は本発明の第4の実施の形態におけるシリンダヘッド12の底面図である。
【図10】図10は本発明の第4の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す図である。
【符号の説明】
11・・・・圧縮着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)
16・・・・吸気通路
16a・・・ヘリカルポート
16b・・・ストレートポート
17・・・・排気通路
18・・・・吸気弁
19・・・・排気弁
21・・・・インジェクタ
22・・・・電磁弁
46・・・・ECU
50・・・・パティキュレートフィルタ
52・・・・電磁弁駆動回路
60・・・・スワール制御弁
65・・・・スワール制御装置
70・・・・水晶振動子
401・・・CPU
402・・・ROM[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compression ignition type internal combustion engine, and more particularly to a compression ignition type internal combustion engine that injects fuel in at least one of an intake stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke for control and the like accompanying regeneration processing in an exhaust purification device. Is.
[0002]
[Prior art]
In recent years, for compression ignition internal combustion engines mounted on automobiles and the like, it is desired to suppress the release of particulates (PM) represented by soot and nitrogen oxides (NOx) into the atmosphere. ing.
[0003]
In response to such a requirement, conventionally, a technique is known in which an oxidation catalyst, a particulate filter, a NOx storage agent, and the like are arranged in an exhaust system of a compression ignition internal combustion engine (see, for example, Patent Document 1). .
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-53442
[Patent Document 2]
JP 2002-213229 A
[Patent Document 3]
JP 2000-18020 A
[Patent Document 4]
JP-A-11-166435
[Patent Document 5]
JP 2001-90539 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of regenerating the PM collection capacity of the particulate filter or the NOx storage capacity of the NOx storage agent, in addition to the fuel injection (main injection) performed near the top dead center of the compression stroke, post injection and big rubber injection It is assumed that the sub-injection is performed.
[0006]
However, since the fuel injected by the above-mentioned big rubber injection or post injection is likely to be partially oxidized to carbon, carbon may deposit on the wall surface of the combustion chamber.
[0007]
An object of the present invention is to provide a technique capable of preventing carbon accumulation in a combustion chamber due to sub-injection such as big rubber injection and post injection in a compression ignition type internal combustion engine.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, the compression ignition internal combustion engine according to the present invention includes a fuel injection unit that directly injects fuel into a combustion chamber, and the combustion chamber after the fuel injection unit performs fuel injection in an intake stroke, an expansion stroke, or an exhaust stroke. Wall surface temperature increasing means for increasing the temperature of the wall surface.
[0009]
The gist of the present invention is that in a compression ignition type internal combustion engine having a fuel injection means for directly injecting fuel into a combustion chamber, the fuel injection means injects fuel in an intake stroke, an expansion stroke or an exhaust stroke. By increasing the temperature of the wall surface, the carbon adhering to the wall surface of the combustion chamber and / or the carbon adhering to the wall surface of the combustion chamber is burned.
[0010]
When fuel is injected into the combustion chamber in the intake stroke, the expansion stroke, or the exhaust stroke, in other words, a secondary fuel at a time different from the normal fuel injection (hereinafter referred to as main injection) performed in the compression stroke. When injection (hereinafter referred to as sub-injection) is performed, carbon tends to adhere to the wall surface of the combustion chamber.
[0011]
On the other hand, when the wall surface temperature raising means raises the temperature of the wall surface of the combustion chamber after the sub-injection as described above is performed, it tends to adhere to the carbon attached to the wall surface of the combustion chamber or the wall surface of the combustion chamber. Carbon will be burned.
[0012]
As a result, the carbon is prevented from adhering to the combustion chamber wall surface, and further, the carbon adhering to the combustion chamber wall surface is removed, thereby preventing the carbon from accumulating on the combustion chamber wall surface due to the sub-injection.
[0013]
Therefore, a problem caused by the adhesion of carbon to the wall of the combustion chamber, specifically, carbon deposits on the fuel injection nozzle and changes the fuel spray characteristics. It is possible to prevent problems such as being discharged. Further, the wall surface temperature raising means raises the temperature of the wall surface of the combustion chamber, thereby promoting the evaporation of the fuel adhering to the inner wall surface of the cylinder. Therefore, in addition to the above effects, there is also a secondary effect that the oil on the cylinder inner wall surface is diluted by the fuel and the deterioration of the slidability of the engine can be suppressed.
[0014]
Note that if the wall surface temperature increasing means continues to increase the temperature of the wall surface of the combustion chamber, it is assumed that the temperature in the combustion chamber excessively increases and the internal combustion engine itself is overheated. However, the temperature of the wall surface of the combustion chamber may be raised only for a predetermined period from the time when the sub-injection is performed.
[0015]
The predetermined period described above may be a predetermined period obtained in advance, or may be a period changed according to the amount of carbon attached to the wall surface of the combustion chamber. The amount of carbon adhering to the wall surface of the combustion chamber has a correlation with the amount of fuel sub-injected into the combustion chamber from the fuel injection means. For example, the predetermined period is set longer as the amount of sub-injection fuel increases. The predetermined period may be set shorter as the amount of fuel injected becomes smaller.
[0016]
In the present invention, as a method for increasing the temperature of the wall surface of the combustion chamber, a method for increasing the pressure increase rate during combustion in the combustion chamber can be exemplified. Here, the rate of pressure increase during combustion is the ratio of the pressure in the combustion chamber when combustion occurs in the combustion chamber to the pressure in the combustion chamber before combustion occurs, or the change in pressure when combustion occurs in the combustion chamber Refers to the inclination of
[0017]
In this method, during normal operation, the temperature of the wall surface of the combustion chamber tends to be lower than the gas temperature in the combustion chamber, so a temperature boundary layer is formed in the vicinity of the wall surface of the combustion chamber. This is based on the knowledge that when the rate of pressure increase during combustion is increased, the temperature boundary layer disappears due to pressure waves generated during combustion of the fuel, and the temperature of the wall surface of the combustion chamber increases.
[0018]
As a method for increasing the rate of pressure increase during combustion in the combustion chamber, a method for generating knocking can be exemplified.
[0019]
That is, when knocking (diesel knock) occurs in a compression ignition type internal combustion engine, the combustion pressure rises more rapidly than during normal combustion. The layer can be lost.
[0020]
In a compression ignition type internal combustion engine, specific methods for generating the knocking include a method of advancing the fuel injection timing of the main injection, a method of retarding the fuel injection timing of the main injection, and before or after the main injection. A method of sub-injecting fuel from the fuel injection means into the combustion chamber at a predetermined time can be exemplified.
[0021]
When the fuel injection timing of the main injection is advanced, for example, the fuel injection timing after the advance is preferably in the range of 40 ° before compression top dead center to 10 ° before compression top dead center. This is because if the fuel injection timing of the main injection is advanced excessively, fuel may adhere to the cylinder wall surface and bore flushing may occur.
[0022]
When retarding the fuel injection timing of the main injection, for example, it is preferable that the fuel injection timing after the retard is not retarded by more than 20 ° after the compression top dead center. This is because if the fuel injection timing of the main injection is delayed too much, misfire of the main injected fuel may be induced.
[0023]
When sub-injection is performed before main injection, it is preferable that the injection timing of sub-injection is 30 ° before compression top dead center. This is because if the sub-injection is executed at a time later than 30 ° before the compression top dead center, the period from the sub-injection to the main injection is shortened and it is difficult to generate diesel knock. Here, the injection timing of the sub-injection may be about 360 ° before the compression top dead center, and so-called big rubber injection may be performed.
[0024]
The fuel injection amount in the sub-injection is preferably 0.5 or less with respect to the intake air amount. This is because if the fuel injection amount in the sub-injection is excessively increased, it is assumed that the rate of pressure increase during combustion is excessively increased.
[0025]
In the present invention, another method for increasing the temperature of the wall surface of the combustion chamber can be exemplified by a method for enhancing the air flow in the combustion chamber.
[0026]
In this method, when the air flow in the combustion chamber is strengthened, the temperature boundary layer formed in the vicinity of the combustion chamber wall surface becomes thin or disappears by the air flow. This is based on the knowledge that the heat transfer coefficient between the two increases, and as a result, the temperature of the wall surface of the combustion chamber increases.
[0027]
As a specific method for enhancing the air flow in the combustion chamber, a method for generating a swirl in the combustion chamber and a method for strengthening the swirl generated in the combustion chamber can be exemplified.
[0028]
According to this, the air near the wall surface of the combustion chamber is agitated by the swirl generated in the combustion chamber or the swirl strengthened, and the temperature boundary layer formed near the wall surface of the combustion chamber becomes thin or disappears. . Thereby, the temperature of the combustion chamber wall surface can be raised.
[0029]
In the present invention, the wall surface temperature increasing means increases the temperature of the wall surface of the combustion chamber when the internal combustion engine is in a high load operation state, for example, when the load of the diesel engine 11 is 80% or more of the full load. It may not be allowed to. This is because when the diesel engine 11 is operated at a high load, the temperature of the wall surface of the combustion chamber tends to be high, and carbon is difficult to adhere to the wall surface of the combustion chamber. In this way, it is possible to more surely prevent the wall surface of the combustion chamber from overheating and causing seizure. In addition, it is possible to suppress the heat from escaping to the outside of the combustion chamber due to the temperature of the wall surface of the combustion chamber being increased, resulting in an increase in heat loss and consequently a deterioration in fuel consumption.
[0030]
In addition, the above-mentioned means for solving the problems can be used in combination as much as possible.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. Absent.
[0032]
(First embodiment)
First, a first embodiment of a compression ignition type internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0033]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an entire compression ignition type internal combustion engine according to the present invention.
A compression ignition type internal combustion engine (hereinafter referred to as a diesel engine) 11 shown in FIG. 1 is an example of a four-stroke cycle water-cooled diesel engine having four cylinders, and includes a
[0034]
Each
[0035]
An intake passage 16 is connected to the
[0036]
These intake /
[0037]
The
[0038]
A relatively high pressure corresponding to the fuel injection pressure is accumulated in the
[0039]
The
[0040]
In the vicinity of the
[0041]
Then, the fuel is injected from the
[0042]
In the case of the four-cylinder engine in the present embodiment, the four exhaust passages 17 are connected to the four
[0043]
An
[0044]
A downstream side of the
[0045]
As shown in FIG. 1, in the diesel engine 11 according to the present invention, various sensors are used to detect the operating state. An intake
[0046]
A
[0047]
Further, on the upstream side of the
[0048]
An engine control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 46 is provided in the vehicle as means for controlling each part of the diesel engine 11 based on the detection values of the
[0049]
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the ECU.
[0050]
The
[0051]
The
[0052]
The fuel injection device according to the present invention includes an electromagnetic valve drive circuit 52 (to be described later) in addition to the
[0053]
Here, as shown in FIG. 2, the
[0054]
The A /
[0055]
The
[0056]
The
[0057]
The
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
In the present invention, the
[0061]
The
[0062]
The
[0063]
The
[0064]
Hereinafter, the particulate filter regeneration control will be described.
[0065]
The
[0066]
Here, since PM such as soot and SOF is burned (oxidized) at a high temperature of about 500 ° C. to 700 ° C., in a high load operation region where the exhaust temperature of the diesel engine 11 becomes high, the PM is in the high temperature exhaust. Although oxidized and hardly deposited on the
[0067]
For this reason, when the diesel engine 11 is continuously operated at a low load, the PM collecting ability of the
[0068]
By the way, the diesel engine 11 is operated at a lean air-fuel ratio in most of the operation region, and the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the diesel engine 11 becomes a lean air-fuel ratio in most of the operation region. It can be said that no special control for making the air-fuel ratio of the exhaust gas a lean air-fuel ratio is necessary for regenerating the PM trapping ability of the
[0069]
However, for an internal combustion engine that is operated in stoichiometric air-fuel ratio (or rich air-fuel ratio operation), secondary air is added to the exhaust gas upstream of the
[0070]
As a method of raising the temperature of the
[0071]
Therefore, when actually regenerating PM collection capacity, control to perform additional fuel injection in the expansion stroke or exhaust process after the main injection of fuel (post-injection) or before the main injection to raise the exhaust temperature. Control is performed in which a small amount of fuel is sub-injected in the vicinity of the top dead center of the intake stroke, and then main injection is performed in the vicinity of the compression top dead center (bi-rubber injection). The case where post injection is performed among the above will be described in detail.
[0072]
FIG. 3 shows a flowchart of a particulate filter regeneration control routine executed by the
[0073]
In the particulate filter regeneration control routine, first, in step S501, the
[0074]
Here, when the PM trapping capacity regeneration condition is satisfied, (1) the diesel engine 11 is in a low load operation state, (2) the diesel engine 11 is continuously operated at a low load for a predetermined time or more, (3) The value obtained by subtracting the integrated value of the high load operation time from the integrated value of the low load operation time is equal to or greater than a predetermined value. (4) Integration of the amount of PM contained in the inflow exhaust gas of the
[0075]
If it is determined in S501 that the PM collection capability regeneration condition as described above is not satisfied, the
[0076]
On the other hand, if it is determined in S501 that the PM trapping capacity regeneration condition is satisfied, the
[0077]
When it is determined in S502 that the operation state of the diesel engine 11 is in the high load operation state, the
[0078]
This is because, when the diesel engine 11 is in a high-load operation state, as described above, relatively high-temperature exhaust is discharged from the diesel engine 11, and thus such high-temperature exhaust flows into the
[0079]
On the other hand, if it is determined in S502 that the operation state of the diesel engine 11 is not in the high load operation state, the
[0080]
In step S503, in order to raise the exhaust gas temperature, post injection, which is additional fuel injection in the expansion stroke or the exhaust stroke, is performed after the main fuel injection. When performing post injection, a PM regeneration sub-injection timing control map that defines a target post-injection amount and a target post-injection time for raising the temperature of the particulate filter to a recyclable target exhaust temperature, and PM regeneration sub-injection The post-injection timing and injection amount are obtained from the amount control map and the PM regeneration main injection amount control map, and injected from the
[0081]
Here, part of the fuel injected into the cylinder by the post-injection is burned in the cylinder, but does not affect the output of the engine. Further, most of the fuel that has not been combusted is vaporized in the cylinder and discharged together with the exhaust gas into the exhaust passage, combusted by the catalytic action of the
[0082]
Then, after continuing the post-injection for a predetermined period, the fuel injection is returned to the normal state, and then the
[0083]
Here, the period during which the post-injection is continued may be a predetermined period as described above, but is a period that is changed according to the degree of the PM collection capability regeneration condition established in S501. Also good.
[0084]
Further, for example, a flow in which the exhaust pressure in the exhaust passage (exhaust pipe 49) upstream of the
[0085]
As described above, the post injection has been described in detail. However, the particulate filter regeneration control by the big rubber injection also differs only in the sub injection timing, and the PM regeneration sub injection timing control map and PM regeneration sub injection amount read in S503. It is considered that only the contents of the control map and the PM regeneration main injection amount control map are different.
[0086]
In other words, the post injection or the big rubber injection means that the fuel injection means injects fuel in at least one of the intake stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke.
[0087]
Next, problems caused by performing the above-described post injection or big rubber injection will be described.
[0088]
As described above, when sub-injection such as big rubber injection or post injection is performed, the air-fuel ratio that is the ratio of the intake air amount and the fuel injection amount is in a rich state where the ratio of the fuel injection amount is higher than the stoichiometric air-fuel ratio, or Since the state is close, the amount of fuel adhering to the wall surface of the
[0089]
As a result, the amount of carbon adhering to and remaining on the wall surface of the
[0090]
While this carbon adheres to the wall surface in the
[0091]
In addition, carbon adheres to the tip of the fuel injection valve, so that carbon accumulates in the fuel injection nozzle provided at the tip of the fuel injection valve, and the fuel spray characteristics and the fuel injection direction change to change the engine. In addition to adversely affecting the combustion stability of the fuel, there is a possibility that the fuel injection amount is reduced by blocking the injection port of the fuel injection valve or that the fuel injection becomes impossible and the engine operation is hindered.
[0092]
As described above, the object of the present invention is that, in a compression ignition type internal combustion engine, carbon adheres or accumulates in the
[0093]
In order to achieve the object of the present invention, in the present embodiment, the fuel injection timing is set in order to remove carbon adhering to the wall surface of the
[0094]
Hereinafter, the flow of the carbon removal control in the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0095]
FIG. 4 shows a carbon removal routine for removing carbon adhering to the
[0096]
In the carbon removal routine, first, in S601, the
[0097]
Then, the
[0098]
Thereafter, in step S602, the
[0099]
And t 0 In step S604, the
[0100]
During execution of this routine, as described above, the
[0101]
In this way, in the compression ignition type internal combustion engine, when the fuel in the
[0102]
On the other hand, in the internal combustion engine including the compression ignition type internal combustion engine 11, the temperature of the inner surface of the
[0103]
A gas layer in the
[0104]
In the present embodiment, knocking (diesel knock) is generated as described above, and the temperature boundary layer formed in the vicinity of the wall surface of the
[0105]
When the temperature boundary layer in contact with the wall surface of the
[0106]
Here, the wall surface temperature increasing means in the present invention includes the
[0107]
According to the present embodiment, the temperature of the wall surface of the
[0108]
As a result, defects due to carbon adhering to the wall surface of the combustion chamber, specifically, carbon deposits on the fuel injection nozzle and changes the fuel spray characteristics. It is possible to prevent problems such as being discharged separately.
[0109]
In the above, t is the time for continuing the advance of the injection timing 0 May be a predetermined period determined in advance, but the amount of carbon adhering to the wall surface of the
[0110]
However, the longer knocking (diesel knock) generation time may affect the durability of the engine. 0 Is desirably 30 minutes or less.
[0111]
The advance amount of the fuel injection timing should be determined individually according to engine characteristics, but is preferably in the range of 10 ° to 40 ° before compression top dead center.
[0112]
If the compression top dead center is 10 ° or less, the effect of the injection timing advance is not significant. If the compression top dead center is 40 ° or more, the residence time of the fuel before combustion in the
[0113]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
[0114]
In the first embodiment described above, the example in which the fuel injection timing is advanced in the carbon removal routine has been described. However, in the present embodiment, the fuel injection timing is retarded in the carbon removal routine. Further, an example will be described in which the amount of carbon attached to the wall surface of the
[0115]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the vicinity of the
[0116]
Here, since the mechanism for driving the
[0117]
The difference from the same part in FIG. 1 is that the
[0118]
An input /
[0119]
FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of the ECU according to the second embodiment.
[0120]
In FIG. 6, the vibration
[0121]
Thereafter, the vibration
[0122]
On the other hand, the crystal
[0123]
The natural frequency of the
[0124]
Therefore, when post injection or big rubber injection is performed in the particulate filter regeneration routine, if carbon adheres to the above-described
[0125]
The amount of carbon adhesion can be detected from the amount of change.
[0126]
FIG. 7 shows a carbon removal routine in the second embodiment. As in the first embodiment, this routine is executed immediately after the particulate filter regeneration control routine ends or after a predetermined time has elapsed.
[0127]
In FIG. 7, first, in step S <b> 801, the
[0128]
Carbon adhesion amount is m 1 If it is less, the routine is exited without removing the carbon. Carbon adhesion amount is m 1 If YES in step S802, the flow advances to step S802, and the map for reading the fuel injection timing data in the fuel injection timing control routine is switched from the fuel injection timing control map to the injection timing retardation control map.
[0129]
Then, the
[0130]
Thereafter, in step S803, the
[0131]
And t 1 After the elapse of time, in step S805, the
[0132]
Carbon adhesion amount is m 1 If it is smaller, the map for reading the fuel injection timing data in the fuel injection timing control routine in S806 is returned from the injection timing retardation control map to the fuel injection timing control map, and then this routine is terminated.
[0133]
Carbon adhesion amount is m 1 If it is above, the process returns to S803, the timer starts again, and the time t 1 Until the time elapses, fuel injection is repeated at the retarded timing.
[0134]
In step S805, the carbon adhesion amount detected by the
[0135]
After that, in S805, the carbon adhesion amount detected by the
[0136]
During execution of this routine, as described above, the
[0137]
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the wall surface temperature raising means includes the
[0138]
According to the present embodiment, since the fuel injection timing is delayed with respect to the normal injection timing, the fuel in the
[0139]
As a result of the increase in the pressure increase rate during combustion, the temperature boundary layer formed in the vicinity of the wall surface of the
[0140]
As a result, as in the first embodiment, the wall surface temperature of the
[0141]
Further, it is possible to prevent problems such as carbon depositing on the fuel injection nozzle and changing the fuel spray characteristics, and a large amount of accumulated carbon being desorbed and discharged at the time of starting. .
[0142]
Further, according to the present embodiment, the amount of carbon adhering to the wall surface of the
[0143]
Further, according to the present embodiment, the amount of carbon attached to the wall surface of the
[0144]
In the above routine, the carbon adhesion amount is detected again by the
[0145]
By adopting such a configuration, carbon adhering to the
[0146]
Further, in the above routine, the carbon adhesion amount detected by the
[0147]
By adopting such a configuration, it is possible to continue the fuel injection at the retarded angle only for the time really necessary to remove the attached carbon.
[0148]
The retard amount of the fuel injection timing should be determined individually according to engine characteristics, but is desirably in the range of 20 ° or less after the compression top dead center. This is because if it is 20 ° or more after the compression top dead center, the pressure in the
[0149]
In the present embodiment, the carbon adhering amount detecting means using the change in the vibration frequency of the
[0150]
Also, the carbon adhesion amount m determined as a threshold value for determining whether or not carbon removal is necessary. 1 As described above, carbon that causes defects such as carbon depositing at the injection nozzle of the
[0151]
In the present embodiment, the predetermined amount used in S801 and S805 to be compared with the detected carbon adhesion amount is the same value m. 1 For example, m in S805 1 , M 1 Smaller m 2 By doing so, more reliable carbon removal can be realized.
[0152]
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIG.
[0153]
Also here, the configuration different from the first and second embodiments will be described, and the description of the same configuration will be omitted.
[0154]
In the present embodiment, in the carbon removal routine, in order to increase the temperature of the wall surface of the
[0155]
Further, in the present embodiment, when proceeding to the carbon removal routine, it is determined whether or not the diesel engine 11 is in a high load operation. If the engine is in a high load operation, the carbon removal operation is not performed and is continued. This routine is to be terminated.
[0156]
This is because during high-load operation, the in-cylinder temperature is high, so that carbon adhesion is less likely to occur, and there is no need to remove carbon, and when the combustion pressure wave is further increased at high temperatures ( This is because when the engine is knocked, the engine may be adversely affected.
[0157]
FIG. 8 is a carbon removal routine according to the present embodiment.
[0158]
The
[0159]
First, in step S901, the
[0160]
If it is determined in S901 that the operation is a high load operation, this routine is directly exited. On the other hand, if it is determined that the operation is not a high load operation, the process proceeds to S902, and a map for reading the fuel injection amount data in the fuel injection amount control routine is changed from the fuel injection amount control map to the sub injection amount control map and the main injection amount control map. Switch to.
[0161]
Further, the map for reading the fuel injection timing data in the fuel injection timing control routine is switched from the fuel injection timing control map to the sub injection timing control map and the main injection timing control map.
[0162]
Then, the
[0163]
Thereafter, in step S903, the
[0164]
Then, after the timer is started in S903, t 3 In step S905, the
[0165]
According to the present embodiment, the fuel by the sub-injection evaporates and mixes to form a combustible air-fuel mixture and combines with the fuel by the main injection to increase the relative fuel amount, so that these reach the ignition point. When this occurs, explosion combustion occurs at a time, and the rate of pressure increase during combustion increases. As a result, knocking (diesel knock) occurs.
[0166]
Depending on the amount of sub-injection, ignition and combustion may occur before the main injection is started. In this case as well, the sub-injected fuel forms a combustible mixture sufficient to increase the rate of pressure increase during combustion. Therefore, the same effect can be obtained.
[0167]
A large combustion pressure wave generated by knocking (diesel knock) causes the temperature boundary layer in the vicinity of the wall surface of the
[0168]
In this case, the total amount of fuel in one injection is larger than that in normal fuel injection, but has less influence on the engine output than in the case where the amount of fuel in main injection is increased.
[0169]
Further, according to the present embodiment, as described above, since the temperature of the
[0170]
Therefore, it is possible to prevent the fuel efficiency from being deteriorated by performing unnecessary sub-injection, and the
[0171]
In the present embodiment, the wall surface temperature increasing means includes an
[0172]
In this embodiment, the threshold value for determining whether or not the engine is operating at a high load may be determined individually depending on the physical properties of the engine and the operating state. It may be determined that the operation is high load.
[0173]
When operating at a torque of 80% or more of the full load torque, the temperature in the combustion chamber is sufficiently high, and it is possible to burn carbon adhering to the wall surface of the
[0174]
In addition, the injection amount at the time of sub-injection in the present embodiment may be determined individually depending on the physical properties of the engine and the operating state, but it is desirable that the equivalent ratio is 0.5 or less. This is because if the fuel injection amount is excessive, the pressure wave at the time of combustion described above becomes too large and may adversely affect the engine.
[0175]
Further, the lower limit of the sub-injection timing should be determined individually, but it is desirable to set it to 30 ° or more before the compression top dead center. This is because if the sub-injection timing is 30 ° or less before the compression top dead center, the effect of performing the sub-injection is not significant.
[0176]
The upper limit of the sub-injection timing may be determined individually from the range up to around 360 ° before compression top dead center according to the physical properties of the engine, and the intake top dead center at 360 ° before compression top dead center. You may implement big rubber injection performed near.
[0177]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a configuration different from the first embodiment will be described. Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, description of the same components will be omitted.
[0178]
In the present embodiment, a
[0179]
FIG. 9 is a bottom view of the
[0180]
Here, one of the two
[0181]
The
[0182]
On the other hand, when the
[0183]
Therefore, the strength of the swirl formed in the
[0184]
FIG. 10 shows a carbon removal routine in the present embodiment. As in the first embodiment, this routine is executed immediately after the end of the filter regeneration control routine or after a predetermined time has elapsed.
[0185]
When this routine is executed, first, in S1001, the carbon adhesion amount detected by the
[0186]
Next, in S1002, it is determined at that time whether the diesel engine 11 is operating at a high load. If it is determined that the high load operation is being performed, the routine is temporarily terminated. On the other hand, if it is determined that the high load operation is not being performed, the process proceeds to S1003. The contents of the process of S1002 are also the same as the contents of the process of S901 shown in FIG.
[0187]
Next, the routine proceeds to S1003, where the opening degree θ of the
[0188]
That is, the amount of carbon adhering to be detected in S1001, the opening degree of the
[0189]
And in S1004, the process which actually strengthens the swirl in the
[0190]
By this treatment, the air flow in the
[0191]
Next, it progresses to S1005. Here, a timer is started. Then, the process proceeds to S1006, and the time from the start of the timer is t 4 Whether it is smaller is determined. Where t 4 The value of is the swirl strengthening duration determined in S1003.
[0192]
In S1006, the time from the start of the timer is t 4 If it is smaller, the swirl strengthening duration has not yet elapsed, so the process returns to S1006 and the time from the start of the timer is again t12 in S1006. 4 Whether it is smaller is determined. In S1006, the time from the start of the timer is t. 4 This process is repeated until it is determined that the number is greater than or equal to.
[0193]
As described above, in the carbon removal routine in the present embodiment, in S1003, the optimum opening degree θ of the
[0194]
Therefore, in S1006, the elapsed time from the timer start is t. 4 If it is determined as above, the process proceeds to S1007, the opening degree of the
[0195]
As described above, in the present embodiment, the valve opening degree of the
[0196]
Therefore, the temperature boundary layer in the
[0197]
【The invention's effect】
According to the present invention, the temperature of the wall surface of the combustion chamber is increased by the wall surface temperature increasing means after the sub-injection such as the big rubber injection and the post injection is performed in the control associated with the regeneration process of the exhaust purification device, for example. By performing the sub-injection, it is possible to prevent the carbon from adhering to the wall surface of the combustion chamber or to remove the adhering carbon.
[0198]
That is, carbon adheres to and accumulates on the wall surface of the combustion chamber, so that when the vehicle starts or accelerates, the deposited carbon is released at a stretch and discharged as smoke from the tail pipe, reducing the commercial value of the vehicle, By adhering carbon to the tip of the fuel injection valve, carbon accumulates at the fuel injection nozzle provided at the tip of the fuel injection valve, and the fuel spray characteristics and fuel injection direction change, causing engine combustion. Not only does it adversely affect the stability, but it can also prevent problems such as the fuel injection amount being reduced by blocking the injection port of the fuel injection valve, or the operation of the engine being hindered because the fuel injection is disabled. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a compression ignition type internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the ECU.
FIG. 3 is a diagram showing a particulate filter regeneration control routine.
FIG. 4 is a diagram showing a carbon removal routine in the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration in the vicinity of a crystal resonator that is carbon adhesion amount detection means in the second embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of an ECU according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a carbon removal routine in the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a carbon removal routine in the third embodiment.
FIG. 9 is a bottom view of a
FIG. 10 is a diagram showing a carbon removal routine in a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 .... Compression ignition type internal combustion engine (diesel engine)
16 .... Intake passage
16a Helical port
16b ... Straight port
17 ... Exhaust passage
18 .... Intake valve
19 ... Exhaust valve
21 ... Injector
22 ... Solenoid valve
46 .... ECU
50 ... Particulate filter
52... Solenoid valve drive circuit
60... Swirl control valve
65... Swirl control device
70 ・ ・ ・ ・ Quartz crystal unit
401 ... CPU
402 ... ROM
Claims (8)
排気浄化装置における再生処理のために該燃料噴射手段が主噴射とは別にポスト噴射を行う制御が実行された後即座に、前記燃焼室の壁面の温度を上昇させる壁面温度上昇手段と、
を備えることを特徴とする圧縮着火式内燃機関。Fuel injection means for directly injecting fuel into the combustion chamber;
Wall temperature raising means for raising the temperature of the wall surface of the combustion chamber immediately after execution of control in which the fuel injection means performs post injection separately from main injection for regeneration processing in the exhaust purification device ;
A compression ignition type internal combustion engine comprising:
前記壁面温度上昇手段は、前記スワール制御装置によって前記スワールを生成しまたは強めることにより、前記燃焼室内の空気流動を強化することを特徴とする請求項5に記載の圧縮着火式内燃機関。A swirl control device capable of generating a swirl in the combustion chamber and controlling the strength of the swirl;
The compression ignition type internal combustion engine according to claim 5, wherein the wall surface temperature increasing means enhances air flow in the combustion chamber by generating or strengthening the swirl by the swirl control device.
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