JP4302475B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、窒素あるいは窒素濃度を高めた空気を供給可能に構成された内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine configured to be able to supply nitrogen or air with an increased nitrogen concentration.
内燃機関の排気特性を改善するために、窒素濃度を高めた空気(窒素富化空気)を機関に供給する技術は例えば特許文献1に示されている。この文献に示された装置では、膜型窒素富化装置により窒素富化空気が生成され、機関の燃焼室に供給される。膜型窒素富化装置は、膜によって空気を酸素濃度が高いガスと、窒素濃度が高いガスとに分離する装置である。
A technique for supplying air (nitrogen-enriched air) with an increased nitrogen concentration to an engine in order to improve the exhaust characteristics of an internal combustion engine is disclosed in
また特許文献2には、燃料の噴射タイミングを進角状態に保持しているときに、窒素富化量を増加させるようにしたディーゼルエンジンが示されている。燃料噴射タイミングを進角させるのは、窒素富化により燃費が悪化することを防止するためである。
一般に、オクタン価の低い燃料を使用しているときに、機関の出力を高めるとノッキングが発生し易くなる。そこで、ノッキングの発生を検出したときは、点火時期を遅角させることにより、ノッキングを抑制する技術が用いられる。また低オクタン価燃料が使用されることを予め想定し、圧縮比を低減することなども行われる。しかし、点火時期の遅角や圧縮比の低減は、機関出力を低下させるので、点火時期の遅角や圧縮比の低減よらずに、ノッキングを有効に抑制できることが望ましい。 In general, when using a low octane fuel, knocking is likely to occur if the engine output is increased. Therefore, when the occurrence of knocking is detected, a technique is used in which knocking is suppressed by retarding the ignition timing. Further, it is assumed that a low octane fuel is used in advance, and the compression ratio is reduced. However, since retarding the ignition timing or reducing the compression ratio reduces engine output, it is desirable that knocking can be effectively suppressed without reducing the retarding ignition timing or reducing the compression ratio.
上述した窒素富化空気を機関に供給すると、混合気が着火し難くなることは明らかである。そこで、この窒素富化空気を供給する技術をノッキング抑制に応用することを考慮した場合、以下のような課題がある。すなわち、窒素富化空気の窒素濃度を高めると、混合気の点火が困難になり、また窒素濃度を十分に高められないと、十分なノッキング抑制効果が得られない。 It is clear that when the nitrogen-enriched air described above is supplied to the engine, the air-fuel mixture becomes difficult to ignite. Therefore, when considering applying this technology for supplying nitrogen-enriched air to knocking suppression, there are the following problems. That is, if the nitrogen concentration of the nitrogen-enriched air is increased, ignition of the air-fuel mixture becomes difficult, and if the nitrogen concentration cannot be sufficiently increased, a sufficient knocking suppression effect cannot be obtained.
本発明はこの点に着目してなされたものであり、窒素または窒素富化空気を機関に適切に供給し、機関出力の低下(燃費の悪化)を抑制しつつ、十分なノッキング抑制効果を得ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。なお、本明細書及び特許請求の範囲における「窒素」には、「窒素富化空気」も含め、「酸素」には、「酸素富化空気」を含めるものとする。 The present invention has been made paying attention to this point, and appropriately supplies nitrogen or nitrogen-enriched air to the engine to obtain a sufficient knocking suppression effect while suppressing a decrease in engine output (deterioration in fuel consumption). An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine. In the present specification and claims, “nitrogen” includes “nitrogen-enriched air”, and “oxygen” includes “oxygen-enriched air”.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関に窒素を供給する窒素供給手段と、前記機関の回転位相(クランク軸の回転角度、ステージ等)に応じた燃料供給時期(Fstmg,Festg)に前記機関に燃料を供給する燃料供給手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記機関は、燃焼室内に吸入ガスのスワールを生成するスワール生成機構を備え、前記窒素供給手段は、前記機関の回転位相に応じた窒素供給時期(Nstmg,Nestg)に窒素を供給し、窒素の供給開始時期(Nstmg)を燃料の供給開始時期(Fstmg)より後に設定するとともに、窒素の供給終了時期(Nestg)を燃料の供給終了時期(Festg)より後に設定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃料供給手段は、前記機関の吸気弁の上流側に設けられた燃料噴射弁(11)を介して前記燃料供給を行い、前記機関の負荷(Gcyl’)に応じて前記燃料噴射弁による燃料噴射実行期間(Tfi)を設定する燃料噴射実行期間設定手段と、前記燃料供給時期(Fstmg,Festg)を前記機関の運転状態(NE,PBA)に応じて変更する燃料供給時期変更手段とを有し、前記窒素供給手段は、前記機関の吸気弁の上流側に設けられた窒素噴射弁(12)を介して前記窒素供給を行い、前記機関の負荷(Gcyl’)に応じて前記窒素噴射弁による窒素噴射実行期間(Tni)を設定する窒素噴射実行期間設定手段と、前記窒素供給時期(Nstmg,Nestg)を前記機関の運転状態(NE,PBA)に応じて変更する窒素供給時期変更手段とを有し、前記窒素の供給開始時期(Nestg)または前記燃料の供給終了時期(Festg)は、前記燃料噴射実行期間(Tfi)と窒素噴射実行期間(Tni)とのオーバラップ期間ができるだけ短くなるように、または前記燃料噴射実行期間(Tfi)と窒素噴射実行期間(Tni)とがオーバラップしないように設定されていることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置において、前記窒素供給手段は、窒素タンク(33)と、該窒素タンク内の圧力(Pnt)を検出する窒素タンク内圧検出手段とを有し、前記窒素噴射実行期間設定手段は、前記窒素タンク内圧力(Pnt)が高くなるほど前記窒素噴射実行期間(Tni)を減少するように補正することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to the first aspect, the fuel supply means is provided via a fuel injection valve (11) provided upstream of the intake valve of the engine. A fuel injection execution period setting means for supplying fuel and setting a fuel injection execution period (Tfi) by the fuel injection valve in accordance with a load (Gcyl ′) of the engine; and the fuel supply timing (Fstmg, Festg) Fuel supply timing changing means that changes according to the engine operating state (NE, PBA), the nitrogen supply means via a nitrogen injection valve (12) provided upstream of the intake valve of the engine And a nitrogen injection execution period setting means for setting a nitrogen injection execution period (Tni) by the nitrogen injection valve according to a load (Gcyl ′) of the engine, and the nitrogen supply timing (Nstmg, N has stg) operating state of the engine (NE, and a nitrogen supply timing changing means for changing in accordance with the PBA), the supply start timing of nitrogen (Nestg) or supply end timing of the fuel (Festg), the The overlap period between the fuel injection execution period (Tfi) and the nitrogen injection execution period (Tni) is made as short as possible, or the fuel injection execution period (Tfi) and the nitrogen injection execution period (Tni) are not overlapped. It is characterized by being set to.
According to a third aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to the first or second aspect, the nitrogen supply means includes a nitrogen tank (33) and nitrogen for detecting a pressure (Pnt) in the nitrogen tank. and a tank internal pressure detection means, wherein the nitrogen injection execution period setting means, the correction to said Rukoto to reduce the nitrogen tank pressure (Pnt) higher increases the nitrogen injection execution period (Tni) .
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関のノッキングを検出するノッキング検出手段をさらに備え、前記窒素噴射実行期間設定手段は、ノッキングが検出されたときに、前記窒素噴射実行期間(Tni)を増加方向に補正することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置において、前記窒素噴射実行期間設定手段は、前記機関の始動完了時点から所定時間内は、前記窒素噴射実行期間(Tni)を減少方向に補正することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the control apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects of the present invention, the control device for the internal combustion engine further includes a knocking detection unit for detecting knocking of the engine, , when knocking is detected, characterized that you corrected in the increasing direction of the nitrogen injection execution period (Tni).
According to a fifth aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, the nitrogen injection execution period setting means is within a predetermined time from the start completion time of the engine. It characterized that you corrected in the decreasing direction of the nitrogen injection execution period (Tni).
請求項1に記載の発明によれば、機関の回転位相に応じた燃料供給時期に燃料が供給され、機関の回転位相に応じた窒素供給時期に窒素が供給される。このとき、窒素の供給開始時期が燃料の供給開始時期より後に設定されるとともに、窒素の供給終了時期が燃料の供給終了時期より後に設定される。またスワール生成機構により燃焼室内に吸入ガスのスワールが生成されるので、燃焼室内の点火プラグ近傍に空気と燃料の混合気層を形成し、その周りに窒素層を安定して形成することが可能となる。ノッキングは燃焼室の周縁部(燃焼室内壁の近傍)から発生するので、周縁部を窒素層とすることにより、ノッキングを有効に抑制することができる。したがって、点火時期を遅角させたり、圧縮比を低下させる必要が無く、機関出力の低下(燃費の悪化)を抑制しつつ、十分なノッキング抑制効果を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the fuel is supplied at the fuel supply timing corresponding to the rotational phase of the engine, and the nitrogen is supplied at the nitrogen supply timing corresponding to the rotational phase of the engine. At this time, the nitrogen supply start timing is set after the fuel supply start timing, and the nitrogen supply end timing is set after the fuel supply end timing. In addition, since the swirl of the intake gas is generated in the combustion chamber by the swirl generation mechanism, it is possible to form a mixture layer of air and fuel in the vicinity of the spark plug in the combustion chamber and to stably form a nitrogen layer around it. It becomes. Since knocking occurs from the periphery of the combustion chamber (in the vicinity of the combustion chamber wall), the peripheral portion by the nitrogen layer can be effectively suppressed knocking. Therefore, there is no need to retard the ignition timing or lower the compression ratio, and a sufficient knocking suppression effect can be obtained while suppressing a decrease in engine output (deterioration in fuel consumption) .
請求項2に記載の発明によれば、機関負荷に応じて燃料噴射弁による燃料噴射実行期間が設定され、燃料供給時期が機関の運転状態に応じて変更されるとともに、機関負荷に応じて窒素噴射弁による窒素噴射実行期間が設定され、窒素供給時期が機関の運転状態に応じて変更される。機関負荷に応じてノッキングの発生し難い運転状態で窒素噴射実行期間を減少させることにより、燃焼速度の向上による燃焼効率の改善を図ることができる。さらに窒素の供給開始時期または燃料の供給終了時期は、燃料噴射実行期間と窒素噴射実行期間とのオーバラップ期間ができるだけ短くなるように、または燃料噴射実行期間と窒素噴射実行期間とがオーバラップしないように設定されるので、燃焼室内における混合気層と窒素層とが明確に分離され、ノッキング抑制の効果を高めることができる。
請求項3に記載の発明によれば、窒素タンク内圧力が高くなるほど窒素噴射実行期間が減少するように補正されるので、窒素タンク内圧力が変動しても正確な窒素噴射量制御を行うことができる。
According to the second aspect of the present invention, the fuel injection execution period by the fuel injection valve is set according to the engine load, the fuel supply timing is changed according to the operating state of the engine, and nitrogen according to the engine load. A nitrogen injection execution period by the injection valve is set, and the nitrogen supply timing is changed according to the operating state of the engine. By reducing the nitrogen injection execution period in an operation state in which knocking is unlikely to occur according to the engine load, it is possible to improve the combustion efficiency by improving the combustion speed. Further, at the nitrogen supply start timing or the fuel supply end timing , the overlap period between the fuel injection execution period and the nitrogen injection execution period is as short as possible, or the fuel injection execution period and the nitrogen injection execution period do not overlap. since the set as a mixture layer and the nitrogen layer in the combustion chamber are clearly separated, it is Rukoto enhance the effect of preventing knocking.
According to the third aspect of the invention, since the nitrogen injection execution period is corrected to decrease as the nitrogen tank pressure increases, accurate nitrogen injection amount control is performed even if the nitrogen tank pressure fluctuates. Can do.
請求項4に記載の発明によれば、ノッキングが検出されたときに、窒素噴射実行期間が増加方向に補正されるので、点火時期の遅角補正が不要となり、燃焼効率を改善することができる。
請求項5に記載の発明によれば、機関の始動完了時点から所定時間内は、窒素噴射実行期間が減少方向に補正されるので、燃焼が不安定化し易い始動直後において燃焼の安定化を図ることができ、未燃ガス(HC)の排出量を低減することができる。
According to the fourth aspect of the invention, when the knocking is detected, the nitrogen injection execution period is corrected in the increasing direction, so that it is not necessary to correct the retard of the ignition timing, and the combustion efficiency can be improved. .
According to the fifth aspect of the present invention, since the nitrogen injection execution period is corrected in a decreasing direction within a predetermined time from the completion of the start of the engine , the combustion is stabilized immediately after the start when the combustion is likely to become unstable. The amount of unburned gas (HC) emission can be reduced .
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構成を示す図であり、図2は、図1に示す内燃機関の燃焼室及びその近傍の構成を説明するための図である。る。図1に示す内燃機関(以下「エンジン」という)は、過給機100及び窒素供給装置200を備えている。過給機100は、吸気の圧縮を行う第1コンプレッサ7と、窒素供給装置200の一部を構成し、窒素を分離する空気を圧縮する第2コンプレッサ36と、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン22とを備えている。第1コンプレッサ7及び第2コンプレッサ36は、タービン22により駆動される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of a combustion chamber of the internal combustion engine shown in FIG. The 1 includes a
また窒素供給装置200は、空気通路31、窒素分離装置32、窒素タンク33、窒素供給通路34、窒素噴射弁12、電動コンプレッサ35、第2コンプレッサ36、電動流量制御弁37、リリーフ通路40、及びリリーフ弁41を備えている。また空気通路31の第2コンプレッサ36の下流側には、空気通路31内の圧力(以下「N2過給圧」という)Pniを検出するN2過給圧センサ58が設けられ、窒素タンク33には、該タンク内の圧力(以下「N2タンク内圧」という)Pntを検出するN2タンク内圧センサ59が設けられている。リリーフ通路40は、吸気管6の、第1コンプレッサ7の下流側に接続されている。
The
空気通路31を介して流入する空気は、通常は第2コンプレッサ36により加圧され、窒素分離装置32に供給される。N2過給圧Pniがリリーフ弁41の設定圧を越えると、リリーフ弁41が開弁する。第2コンプレッサ36による加圧が十分でないとき、電動コンプレッサ35による加圧が行われる。
The air flowing in through the
窒素分離装置32は、例えば特許文献2に示されるような酸素選択性透過膜(例えば、その素材としては、ポリイミド、ポリスルホン、ポリジメチルシロキサン、カーボン等が用いられる)を有し、この酸素選択性透過膜を通過する酸素を通路38を介して大気中に放出し、酸素選択性透過膜を通過しない窒素を生成する。また、ここでは、酸素を大気中に放出したが、必要に応じて吸気系に導入することも可能であり、この場合、燃焼室内の酸素濃度が減少することを抑制することができる。通路38には一方向弁39が設けられており、分離された酸素の圧力が、大気圧より所定圧以上高くなると開弁する。電動流量制御弁37は、N2タンク内圧Pntが、N2過給圧Pniに、窒素分離装置32における圧力損失Pnilossを加算した圧力より低くなると開弁される。
The
エンジンの本体1は、4気筒で構成され、各気筒には、燃焼室2、点火プラグ3、吸気弁4、及び排気弁5が設けられている。図2に示すように、吸気弁4及び排気弁5は、燃焼室2内に吸入された混合気のスワールが生成されるように配置されている。燃焼室2には、吸気管6及び排気管21が接続されている。エンジン本体1には、ノッキングを検出するノッキングセンサ55が取り付けられている。
The engine
吸気管6には、上流側から順に過給機100の第1コンプレッサ7、加圧された空気を冷却するインタークーラ8、及びスロットル弁9が設けられており、スロットル弁9を駆動するアクチュエータ10がスロットル弁9に接続されている。また、窒素供給装置200の窒素噴射弁12及び燃料噴射弁11が各気筒に対応して、吸気弁4の少し上流側に設けられいる。図1では、窒素噴射弁12が燃料噴射弁11の上流側に設けられているように示されているが、これは説明のためにこのように示したものであり、実際には図2に示すように、両者は吸気管6の幅方向に並んで配置されている。燃料噴射弁11は図示しない燃料タンクに接続されており、加圧された燃料が燃料噴射弁11に供給される。
The
吸気管6の第1コンプレッサ7とインタークーラ8との間には、吸入空気量(流量)を検出するエアフローセンサ51が設けられ、またインタークーラ8の下流側には、吸気温TAを検出する吸気温センサ52が設けられている。またスロットル弁9の開度THを検出するスロットル弁開度センサ53,スロットル弁下流側の吸気管内圧力(絶対圧)PBAを検出する吸気管内圧センサ54が設けられている。
An
排気管21には、過給機100のタービン22、三元触媒23、及びNOx吸着触媒24が設けられている。またタービン22をバイパスする通路25と、通路25を開閉するウエイストゲート弁26が設けられている。三元触媒23は、排気中のHC,CO,NOxの浄化を行い、NOx吸着触媒は、エンジンに供給する混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定された状態でNOxを吸着し、空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定された状態で、吸着したNOxの還元を行う。
The
排気管21のタービン22と三元触媒23の間には、排気中の酸素濃度(空燃比)を検出する比例型空燃比センサ(以下「LAFセンサ」という)56が設けられ、三元触媒23とNOx吸着触媒24との間には、二値型の酸素濃度センサ(以下「O2センサ」という)57が設けられている。LAFセンサ56は、排気中の酸素濃度に略比例した電気信号を出力し、O2センサ57は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。
Between the
本実施形態では、燃料噴射弁11による燃料噴射の後に、窒素噴射弁12による窒素噴射を行い、燃焼室2内のスワールにより、図3に示すように、点火プラグ3の近傍に、燃料と空気の混合気層を形成し、その混合気層の外側、換言すれば燃焼室2の外縁部(気筒内壁の近傍)に窒素層を形成する。図4は、燃焼室2を上方から見た図であり、実線が混合気層を示し、破線が窒素層を示す。通常ノッキングは、燃焼室2の外縁部において発生するので、このように窒素層を形成することによりノッキングを抑制することができる。また、点火プラグ3の近傍に混合気層が形成されるので、混合気を確実に着火させることができる。
In this embodiment, after the fuel injection by the
図5は、上述したエンジンの制御系の構成を示すブロック図である。上述したセンサ51〜59は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)70に接続されており、センサ51〜59の検出信号がECU70に供給される。ECU70には、さらにクランク角度位置センサ60、アクセルセンサ61、車速センサ62、及びギヤ位置センサ63が接続されている。クランク角度位置センサ60は、当該エンジンのクランク軸(図示せず)の回転角度を検出する。アクセルセンサ61は、当該エンジンにより駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセルペダル操作量」という)APを検出する。車速センサ62は、当該エンジンにより駆動される車両の走行速度(車速)VPを検出し、ギヤ位置センサ63は、当該車両の変速機のギヤ位置GPを検出する。クランク軸の回転角度(エンジンの回転位相)に応じた信号、アクセルペダル操作量APを示す信号、車速VPを示す信号、及びギヤ位置GPを示す信号がECU70に供給される。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the engine control system described above. The above-described
クランク角度位置センサ60は、エンジンの特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス(以下「CYLパルス」という)を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で(4気筒エンジンではクランク角180度毎に)TDCパルスを出力するTDCセンサ及びTDCパルスより短い一定クランク角周期(例えば30度周期)で1パルス(以下「CRKパルス」という)を発生するCRKセンサから成り、CYLパルス、TDCパルス及びCRKパルスがECU70に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数(エンジン回転速度)NEの検出に使用される。
The crank
ECU70は、上記センサの検出信号に応じて、点火プラグ3、燃料噴射弁11、窒素噴射弁12、スロットル弁9のアクチュエータ10、電動コンプレッサ35、及び電動流量制御弁37の駆動制御を行う。
ECU70は、入力回路、中央処理ユニット(CPU)、記憶回路、及び出力回路を備えている。入力回路は、上述したセンサからの入力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する。記憶回路は、CPUで実行される各種演算プログラムや後述する各種マップを記憶するROM及び演算結果等を記憶するRAMからなる。出力回路は、燃料噴射弁、窒素噴射弁等に駆動信号を出力する。
The
The
図6は、ECU70のCPUでTDCパルスの発生に同期して実行されるTDC処理のフローチャートである。ステップS11では、図8に示すTfi算出処理を実行し、燃料噴射弁11による燃料噴射時間Tfiを算出する。ステップS12では、図10に示すTni算出処理を実行し、窒素噴射弁12による窒素噴射時間Tniを算出する。ステップS13では、図12に示す噴射時期決定処理を実行し、燃料噴射時期及び窒素噴射時期を決定する。
FIG. 6 is a flowchart of TDC processing that is executed by the CPU of the
ECU70は、この処理により算出される燃料噴射時期において燃料噴射時間Tfiに亘って燃料噴射弁11を開弁させるとともに、窒素噴射時期において窒素噴射時間Tniに亘って窒素噴射弁12を開弁させる。これにより、燃料噴射時間Tfiに比例する量の燃料が燃焼室2に供給され、窒素噴射時間Tniに比例する量の窒素が燃焼室2に供給される。
The
図7は、ECU70のCPUで一定時間(例えば10ミリ秒)毎に実行されるタイマ処理のフローチャートである。ステップS21では、図15に示すN2タンク内圧制御処理を実行し、N2過給圧Pniが目標過給圧Pnicmdと一致するように電動コンプレッサ35の作動を制御するとともに、電動流量制御弁37を開閉して、N2タンク内圧Pntを所定圧以上に制御する。ステップS22では、図17に示す吸入空気量制御処理を実行し、エンジンの吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcylcmdと一致するようにスロットル弁開度THを制御する。
FIG. 7 is a flowchart of a timer process executed by the CPU of the
図8は、図6のステップS11で実行されるTfi算出処理のフローチャートである。
ステップS31では、図17の吸入空気量制御処理で算出される吸入空気量Gcyl(g/sec)を、下記式(1)により、1TDC期間(TDCパルスの発生時間間隔)に燃焼室2に吸入される空気量(以下「気筒吸入空気量」という)Gcyl’(g/TDC)に変換する。なお、式(1)においてエンジン回転数NEの単位はrpmである。
Gcyl’=Gcyl×60/2NE (1)
FIG. 8 is a flowchart of the Tfi calculation process executed in step S11 of FIG.
In step S31, the intake air amount Gcyl (g / sec) calculated in the intake air amount control process of FIG. 17 is sucked into the
Gcyl ′ = Gcyl × 60 / 2NE (1)
ステップS32では、気筒吸入空気量Gcyl’に応じて図9に示すTfibaseテーブルを検索し、基本燃料噴射時間Tfibaseを算出する。Tfibaseテーブルは、基本燃料噴射時間Tfibaseが気筒吸入空気量Gcyl’にほぼ比例し、空燃比が理論空燃比とほぼ一致するように設定されている。なお、燃料噴射弁11に供給される燃料の圧力により、噴射される燃料量は変化するので、燃料圧力に応じて基本燃料噴射時間Tfibaseを補正するようにしてもよい。その場合には、燃料圧力が高くなるほど、基本燃料噴射時間Tfibaseが小さくなるように補正する。
In step S32, the Tfibase table shown in FIG. 9 is searched according to the cylinder intake air amount Gcyl ', and the basic fuel injection time Tfibase is calculated. The Tfibase table is set so that the basic fuel injection time Tfibase is substantially proportional to the cylinder intake air amount Gcyl 'and the air-fuel ratio substantially coincides with the stoichiometric air-fuel ratio. Since the amount of fuel injected varies depending on the pressure of the fuel supplied to the
ステップS33では、下記式(2)に基本燃料噴射時間Tfibaseを適用して、燃料噴射時間Tfiを算出する。
Tfi=Tfibase×KCMD×KAF (2)
ここでKCMDは、エンジン回転数NE、吸気管内圧力PBA、O2センサ57の出力等のエンジン運転状態に応じて設定される目標空燃比係数である。目標空燃比係数KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すなわち燃空比F/Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0をとるので、目標当量比ともいう。KAFは、LAFセンサ56により検出される空燃比に応じて設定される空燃比補正係数である。具体的には、検出空燃比を当量比に変換することにより得られる検出当量比KACTが、目標当量比KCMDと一致するようにPID(比例積分微分)制御あるいは適応制御により設定される。
In step S33, the basic fuel injection time Tfibase is applied to the following equation (2) to calculate the fuel injection time Tfi.
Tfi = Tfibase × KCMD × KAF (2)
Here, KCMD is a target air-fuel ratio coefficient set according to the engine operating state such as the engine speed NE, the intake pipe pressure PBA, and the output of the
図10は、図6のステップS12で実行されるTni算出処理のフローチャートである。
ステップS41では、エンジン回転数NE及び気筒吸入空気量Gcyl’に応じて図11(a)に示すTnibaseマップを検索し、基本窒素噴射時間Tnibaseを算出する。図11(a)においてラインL1,L2,及びL3は、ぞれぞれ気筒吸入空気量Gcyl’が第1の値G1、第2の値G2、及び第3の値G3に対応する基本窒素噴射時間Tnibaseの設定を示し、G1〜G3はG1>G2>G3なる関係を満たす。すなわち、Tnibaseマップは、気筒吸入空気量Gcyl’(エンジン負荷)が増加するほど、基本窒素噴射時間Tnibaseが増加するように設定されている。また気筒吸入空気量Gcyl’が大きい高負荷運転状態では、エンジン回転数NEの高回転領域及び低回転領域で、基本窒素噴射時間Tnibaseが増加するように設定されている。高負荷運転状態では、高回転領域及び低回転領域でノッキングが発生し易くなるからである。
FIG. 10 is a flowchart of the Tni calculation process executed in step S12 of FIG.
In step S41, a Tnibase map shown in FIG. 11A is searched according to the engine speed NE and the cylinder intake air amount Gcyl ′, and a basic nitrogen injection time Tnibase is calculated. In FIG. 11A, lines L1, L2, and L3 indicate basic nitrogen injection in which the cylinder intake air amount Gcyl ′ corresponds to the first value G1, the second value G2, and the third value G3, respectively. The time Tnibase is set, and G1 to G3 satisfy the relationship of G1>G2> G3. That is, the Tnibase map is set such that the basic nitrogen injection time Tnbase increases as the cylinder intake air amount Gcyl ′ (engine load) increases. Further, in a high load operation state in which the cylinder intake air amount Gcyl ′ is large, the basic nitrogen injection time Tnibase is set to increase in a high rotation region and a low rotation region of the engine speed NE. This is because knocking is likely to occur in a high rotation region and a low rotation region in a high load operation state.
ステップS42では、空燃比(具体的には検出当量比KACT)に応じて図11(b)に示すKniafテーブルを検索し、N2空燃比補正値Kniafを算出する。Kniafテーブルは、空燃比が理論空燃比であるとき、N2空燃比補正値Kniafが「1.0」となり、理論空燃比と空燃比との差が大きくなるほど、N2空燃比補正値Kniafが減少するように設定されている。空燃比が理論空燃比からずれるほど、ノッキングが発生し難くなるからである。 In step S42, the Kniaf table shown in FIG. 11B is searched according to the air-fuel ratio (specifically, the detected equivalent ratio KACT), and the N2 air-fuel ratio correction value Kniaf is calculated. The Kniaf table shows that when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, the N2 air-fuel ratio correction value Kniaf is “1.0”, and the N2 air-fuel ratio correction value Kniaf decreases as the difference between the stoichiometric air-fuel ratio and the air-fuel ratio increases. Is set to This is because knocking becomes difficult as the air-fuel ratio deviates from the stoichiometric air-fuel ratio.
ステップS43では、エンジンの始動完了後の経過時間TMASTに応じて図11(c)に示すKniastテーブルを検索し、N2始動後補正値Kniastを算出する。Kniastテーブルは、N2始動後補正値Kniastが最初の20秒間は「0」となり、その後時間経過とともに徐々に「1.0」まで増加するように設定されている。エンジン始動直後は、燃焼を安定化させるため、窒素噴射量を「0」とし、その後徐々の増加させることにより、ノッキング抑制効果を得るようにしている。 In step S43, the Knias table shown in FIG. 11C is searched according to the elapsed time TMAST after the completion of the engine start, and the N2 post-start correction value Knias is calculated. The Knias table is set such that the N2 post-start correction value Knias is “0” for the first 20 seconds and then gradually increases to “1.0” as time elapses. Immediately after the engine is started, in order to stabilize combustion, the nitrogen injection amount is set to “0” and then gradually increased to obtain a knocking suppression effect.
ステップS44では、N2タンク内圧Pntに応じて図11(d)に示すKnipntテーブルを検索し、N2タンク内圧補正値Knipntを算出する。Knipntテーブルは、N2タンク内圧Pntが高くなるほど、N2タンク内圧補正値Knipntが減少するように設定されており、かつN2タンク内圧Pntが加圧要求下限圧Pntmin(図15,ステップS61参照)に等しいとき、N2タンク内圧補正値Knipntが「1.0」となるように設定されている。N2タンク内圧Pntが低下すると、窒素噴射時間Tniが同一であっても窒素噴射量が減少することを考慮したものである。 In step S44, a Knipnt table shown in FIG. 11 (d) is searched according to the N2 tank internal pressure Pnt, and an N2 tank internal pressure correction value Knipnt is calculated. The Knipnt table is set so that the N2 tank internal pressure correction value Knipnt decreases as the N2 tank internal pressure Pnt increases, and the N2 tank internal pressure Pnt is equal to the pressurization request lower limit pressure Pntmin (see FIG. 15, step S61). At this time, the N2 tank internal pressure correction value Knipnt is set to “1.0”. This is because when the N2 tank internal pressure Pnt decreases, the nitrogen injection amount decreases even if the nitrogen injection time Tni is the same.
ステップS45では、ノッキングフラグFKNOCKが「1」であるか否かを判別する。ノッキングフラグFKNOCKは、図示しない処理において、ノッキングセンサ55の出力に基づいてノッキングの発生が検出されたとき、「1」に設定される。ステップS45の答が否定(NO)、すなわちノッキングが発生していないときは、N2ノッキング補正値Kniigを「1.0」に設定する(ステップS47)。一方、FKNOCK=1であってノッキングが発生したときは、N2ノッキング補正値Kniigを「1.2」に設定する(ステップS46)。
In step S45, it is determined whether or not the knocking flag FKNOCK is “1”. The knocking flag FKNOCK is set to “1” when occurrence of knocking is detected based on the output of the knocking
ステップS48では、下記式(3)に上記基本窒素噴射時間Tnibase及び各補正値を適用し、窒素噴射時間Tniを算出する。
Tni=Tnibase×Kniaf×Kniast
×Knipnt×Kniig (3)
In step S48, the nitrogen injection time Tni is calculated by applying the basic nitrogen injection time Tnibase and each correction value to the following equation (3).
Tni = Tnibase × Kniaf × Kniast
× Knipnt × Kniig (3)
図10の処理によれば、エンジン運転状態(エンジン回転数NE及び気筒吸入空気量Gcyl’)に応じて基本窒素噴射時間Tnibaseが算出されるので、ノッキングの発生し難い運転状態で窒素噴射量を減少させることにより、燃焼速度の向上による燃焼効率の改善を図ることができる。 According to the process of FIG. 10, the basic nitrogen injection time Tnbase is calculated according to the engine operating state (engine speed NE and cylinder intake air amount Gcyl ′), so the nitrogen injection amount is reduced in the operating state where knocking is unlikely to occur. By reducing, the combustion efficiency can be improved by increasing the combustion speed.
また空燃比に応じて設定されるN2空燃比補正値Kniafを用いることにより、ノッキングの発生し難い空燃比リッチ運転またはリーン運転中は、窒素噴射量を減少させ、燃焼効率を改善することができる。またN2始動後補正値Kniastにより、エンジンの始動完了直後においては、窒素噴射が抑制されるので、燃焼が不安定化し易い始動直後において燃焼の安定化を図ることができる。その結果、未燃ガス(HC)の排出量を低減することができる。またN2タンク内圧補正値KnipntによりN2タンク内圧Pntが低下するほど窒素噴射時間Tniを増加させるようにしたので、N2タンク内圧Pntが変動しても正確な窒素噴射量制御を行うことができる。さらにノッキングの発生したときは、N2ノッキング補正値Kniigにより、窒素噴射量を増加させるようにしたので、点火時期の遅角補正が不要となり、燃焼効率を改善することができる。 Further, by using the N2 air-fuel ratio correction value Kniaf set in accordance with the air-fuel ratio, it is possible to reduce the nitrogen injection amount and improve the combustion efficiency during the air-fuel ratio rich operation or lean operation in which knocking hardly occurs. . Further, the N2 post-start correction value Knias suppresses the nitrogen injection immediately after the completion of the engine start, so that it is possible to stabilize the combustion immediately after the start when the combustion tends to become unstable. As a result, the amount of unburned gas (HC) discharged can be reduced. Further, since the nitrogen injection time Tni is increased as the N2 tank internal pressure Pnt is reduced by the N2 tank internal pressure correction value Knipnt, accurate nitrogen injection amount control can be performed even if the N2 tank internal pressure Pnt varies. Further, when knocking occurs, the nitrogen injection amount is increased by the N2 knock correction value Knig, so that it is not necessary to correct the retard of the ignition timing, and the combustion efficiency can be improved.
図12は、図6のステップS13で実行される噴射時期決定処理のフローチャートである。
ステップS51では、エンジン回転数NE及び吸気管内圧力PBAに応じて、図13(a)に示すFestgマップを検索し、燃料噴射終了ステージFestgを決定する。ここで「ステージ」は、クランク角30度(CRKパルスの発生角度間隔)に対応する期間であり、図14に示すように、各気筒の圧縮行程開始時から順にステージ番号が0,1,2,3,…,23まで付されている。そして、燃料噴射終了ステージFestgは燃料噴射を終了するステージであり、図14に示した例では、Festg=14である。図13(a)に示すFestgマップは、エンジン回転数NEが増加するほど、また吸気管内圧力PBAが増加するほど、燃料噴射終了ステージFestgが進角するように設定されている。
FIG. 12 is a flowchart of the injection timing determination process executed in step S13 of FIG.
In step S51, the Festg map shown in FIG. 13A is searched according to the engine speed NE and the intake pipe pressure PBA, and the fuel injection end stage Festg is determined. Here, the “stage” is a period corresponding to a crank angle of 30 degrees (CRK pulse generation angle interval), and as shown in FIG. 14, the stage numbers are 0, 1, 2 in order from the start of the compression stroke of each cylinder. , 3,..., 23. The fuel injection end stage Festg is a stage that ends fuel injection. In the example shown in FIG. 14, Festg = 14. The Festg map shown in FIG. 13A is set such that the fuel injection end stage Festg advances as the engine speed NE increases and the intake pipe pressure PBA increases.
ステップS52では、燃料噴射終了ステージFestg及び燃料噴射時間Tfiから燃料噴射開始時期Fstmgを決定する。なお、燃料噴射終了時期Fetmgは、燃料噴射終了ステージFestgの開始時点である。
ステップS53では、、エンジン回転数NE及び吸気管内圧力PBAに応じて、図13(b)に示すNestgマップを検索し、窒素噴射終了ステージNestgを決定する。Nestgマップは、エンジン回転数NEが増加するほど、また吸気管内圧力PBAが増加するほど、窒素噴射終了ステージNestgが進角するように設定されている。また、窒素噴射終了ステージNestgは、燃料噴射終了ステージFestgより後(遅角側)となるように設定されている。図14に示す例では、Nestg=20である。
In step S52, the fuel injection start timing Fstmg is determined from the fuel injection end stage Festg and the fuel injection time Tfi. Note that the fuel injection end timing Fetmg is the start time of the fuel injection end stage Festg.
In step S53, the Nestg map shown in FIG. 13B is searched according to the engine speed NE and the intake pipe pressure PBA to determine the nitrogen injection end stage Nestg. The Nestg map is set so that the nitrogen injection end stage Nestg advances as the engine speed NE increases and the intake pipe pressure PBA increases. Further, the nitrogen injection end stage Nestg is set to be behind (retarded side) from the fuel injection end stage Festg. In the example shown in FIG. 14, Nestg = 20.
ステップS54では、窒素噴射終了ステージNestg及び窒素噴射時間Tniから窒素噴射開始時期Nstmgを決定する。なお、窒素噴射終了時期Netmgは、窒素噴射終了ステージNestgの開始時点である。 In step S54, the nitrogen injection start timing Nstmg is determined from the nitrogen injection end stage Nestg and the nitrogen injection time Tni. The nitrogen injection end timing Netmg is the start time of the nitrogen injection end stage Nestg.
図12の処理によれば、窒素噴射終了ステージNestgは、燃料噴射終了ステージFestgより後に設定されるので、燃料と空気の混合気の後に窒素が燃焼室に供給される。したがって、燃焼室の周縁部に窒素層を確実に形成することができる。なお、好ましくは図14に示すように窒素噴射開始時期Nstmgを、燃料噴射終了時期Fetmgより後に設定し、燃料噴射の実行期間と、窒素噴射の実行期間がオーバラップしないようにするか、あるいはそのオーバラップ期間をできるだけ短くすることが望ましい。これにより、燃焼室内における混合気層と窒素層とが明確に分離され、ノッキング抑制の効果を高めることができる。 According to the processing of FIG. 12, the nitrogen injection end stage Nestg is set after the fuel injection end stage Festg, so that nitrogen is supplied to the combustion chamber after the fuel / air mixture. Therefore, a nitrogen layer can be reliably formed on the peripheral edge of the combustion chamber. Preferably, as shown in FIG. 14, the nitrogen injection start timing Nstmg is set after the fuel injection end timing Fetmg so that the fuel injection execution period and the nitrogen injection execution period do not overlap, or It is desirable to make the overlap period as short as possible. Thereby, the air-fuel mixture layer and the nitrogen layer in the combustion chamber are clearly separated, and the effect of suppressing knocking can be enhanced.
なお、エンジン回転数NEが急上昇したときは、図12の処理により決定された窒素噴射終了ステージNestgに窒素噴射を終了できない場合や、燃料噴射終了ステージFestgに燃料噴射を終了できない場合がある。そのような場合には、窒素噴射及び燃料噴射は、ステージ番号23のステージにおいて強制終了される。
When the engine speed NE increases rapidly, there are cases where the nitrogen injection cannot be completed at the nitrogen injection end stage Nestg determined by the processing of FIG. 12, or the fuel injection cannot be completed at the fuel injection end stage Festg. In such a case, nitrogen injection and fuel injection are forcibly terminated at the stage of
図15は、図7のステップS21で実行されるN2タンク内圧制御処理のフローチャートである。
ステップS61では、N2タンク内圧Pntが加圧要求下限圧Pntminより低いか否かを判別する。この答が否定(NO)であるときは、電動コンプレッサ35の制御入力(以下「N2過給圧制御量」という)Unc(k)を「0」に設定し(ステップS65)、ステップS66に進む。N2タンク内圧Pntが加圧要求下限圧Pntminより高いときは、加圧の必要がないので、省電力のためにN2過給圧制御量U(k)を「0」として、電動コンプレッサ35を作動させないようにする。なお、(k)は、図7に示すタイマ処理の実行周期(例えば10ミリ秒)で離散化された離散化時刻を示す。
FIG. 15 is a flowchart of the N2 tank internal pressure control process executed in step S21 of FIG.
In step S61, it is determined whether the N2 tank internal pressure Pnt is lower than the pressurization request lower limit pressure Pntmin. When this answer is negative (NO), the control input (hereinafter referred to as “N2 boost pressure control amount”) Unc (k) of the
ステップS61でPnt<Pntminであるときは、吸入空気量Gcyl及びN2タンク内圧Pntに応じて図16に示すPnicmdマップを検索し、目標過給圧Pnicmdを算出する(ステップS62)。図16において、ラインL4,L5,及びL6は、ぞれぞれN2タンク内圧Pntが第1の値P1、第2の値P2、及び第3の値P3に対応する目標過給圧Pnicmdの設定を示し、P1〜P3はP1<P2<P3なる関係を満たす。すななちPnicmdマップは、吸入空気量Gcylが増加するほど、またN2タンク内圧Pntが低下するほど、目標過給圧Pnicmdが高くなるよう設定されている。 If Pnt <Pntmin in step S61, the Pnicmd map shown in FIG. 16 is searched according to the intake air amount Gcyl and the N2 tank internal pressure Pnt to calculate the target supercharging pressure Pnicmd (step S62). In FIG. 16, the lines L4, L5, and L6 are respectively set to the target boost pressure Pnicmd corresponding to the N2 tank internal pressure Pnt corresponding to the first value P1, the second value P2, and the third value P3. P1 to P3 satisfy the relationship of P1 <P2 <P3. That is, the Pnicmd map is set so that the target supercharging pressure Pnicmd increases as the intake air amount Gcyl increases and the N2 tank internal pressure Pnt decreases.
ステップS63では、下記式(4)によりN2過給圧制御量Unc(k)を算出する。
σ(k)=Pni(k)−Pnicmd(k)
+POLE×(Pni(k-1)−Pnicmd(k-1)) (5)
In step S63, the N2 boost pressure control amount Unc (k) is calculated by the following equation (4).
σ (k) = Pni (k) −Pnicmd (k)
+ POLE × (Pni (k−1) −Pnicmd (k−1)) (5)
ここでPOLEは、切換関数設定パラメータであり、「−1」から「0」の間の値に設定される。切換関数設定パラメータPOLEの値は、本実施形態では固定値としているが、必要に応じて変更するようにしてもよい。切換関数設定パラメータPOLEの値を変更することにより、N2過給圧Pniの目標過給圧Pnicmdに対する追従特性を変更することができる。具体的には、切換関数設定パラメータPOLEの絶対値を小さくするほど、追従速度を速めることができる。制御偏差を示すパラメータとして、式(5)で定義される切換関数値σを用いると、制御の応答特性を指定できるので、このような制御を応答指定型制御と呼ぶ。応答指定型制御としては、他にスライディングモード制御やバックステッピング制御が知られている。上記式(4)及び(5)による制御は、スライディングモード制御における等価制御入力を除いた制御に相当する。 Here, POLE is a switching function setting parameter, and is set to a value between “−1” and “0”. The value of the switching function setting parameter POLE is a fixed value in the present embodiment, but may be changed as necessary. By changing the value of the switching function setting parameter POLE, the follow-up characteristic of the N2 boost pressure Pni with respect to the target boost pressure Pnicmd can be changed. Specifically, the tracking speed can be increased as the absolute value of the switching function setting parameter POLE is decreased. If the switching function value σ defined by the equation (5) is used as a parameter indicating the control deviation, the response characteristic of the control can be designated, and such control is called response designation type control. In addition, sliding mode control and backstepping control are known as response designation control. The control by the above equations (4) and (5) corresponds to the control excluding the equivalent control input in the sliding mode control.
式(5)により算出されるN2過給圧制御量Unc(k)により電動コンプレッサ35を駆動することにより、N2過給圧Pniが目標過給圧Pnicmdと一致するように応答指定型制御によるフィードバック制御が行われる。応答指定型制御を採用することにより、N2過給圧Pniの目標過給圧Pnicmdに対するオーバシュートを確実に防止することができる。その結果、オーバシュート分の無駄な過給仕事の発生(電力消費)を抑制することができる。
Feedback by response designation type control so that the N2 boost pressure Pni matches the target boost pressure Pnicmd by driving the
ステップS64では、式(4)により算出されたN2過給圧制御量Unc(k)が負の値であるか否かを判別し、負の値であるときは、前記ステップS65に進む。N2過給圧制御量Unc(k)が「0」以上であるときは、直ちにステップS66に進む。 In step S64, it is determined whether or not the N2 supercharging pressure control amount Unc (k) calculated by the equation (4) is a negative value. If it is a negative value, the process proceeds to step S65. When the N2 supercharging pressure control amount Unc (k) is “0” or more, the process immediately proceeds to step S66.
ステップS66では、N2タンク内圧Pntが、窒素分離装置32における圧力損失PnilossをN2過給圧Pniに加算した値(以下「設定圧」という)より小さいか否かを判別する。その答が否定(NO)であって、N2タンク内圧Pntが設定圧(Pni+Pniloss)以上であるときは、N2タンク内圧Pntの加圧は不要と判断し、電動流量制御弁37を閉弁する(ステップS68)。一方、Pnt<(Pnt+Pniloss)であるときは、N2タンク内圧Pntの加圧が必要であるので、電動流量制御弁37を開弁する(ステップS67)。
In step S66, it is determined whether or not the N2 tank internal pressure Pnt is smaller than a value obtained by adding the pressure loss Pniloss in the
図15の処理によれば、N2タンク内圧Pntが加圧要求下限圧Pntminより低くなったときのみ、電動コンプレッサ35が駆動される。すなわち、過給機100の第2コンプレッサ36による加圧により、十分なN2タンク内圧Pntが得られているときは、電動コンプレッサ35を停止させ、省電力化を図ることができる。
According to the process of FIG. 15, the
またN2タンク内圧Pntが低下したときは、電動コンプレッサ35により直ちに加圧が行われ、N2タンク内圧Pntが所定値(Pntmin)以上に保持されるので、窒素噴射量を正確に制御することができる。その結果、ノッキングを確実に抑制することができる。
Further, when the N2 tank internal pressure Pnt decreases, the
図17は、図7のステップS22で実行される吸入空気量制御処理のフローチャートである。
ステップS71では、アクセルペダル操作量AP、車速VP、ギヤ位置GPなどに応じて、目標吸入空気量Gcylcmdを決定する。基本的には、目標吸入空気量Gcylcmdは、アクセルペダル操作量APが増加するほど、増加するように設定される。
FIG. 17 is a flowchart of the intake air amount control process executed in step S22 of FIG.
In step S71, the target intake air amount Gcylcmd is determined according to the accelerator pedal operation amount AP, the vehicle speed VP, the gear position GP, and the like. Basically, the target intake air amount Gcylcmd is set so as to increase as the accelerator pedal operation amount AP increases.
ステップS72では、下記式(6)にエアフローメータ51により検出される空気量Gth,吸気管内圧力PBA及び吸気温TAを適用し、吸入空気量Gcylを算出する。
Gcyl=Gth(k)−Vb(PBA(k)−PBA(k-1))/(R・TA)
(6)
ここで、Vbは吸気管6の容積(m3)であり、Rは気体定数(g・K/(Pa・m3))である。
In step S72, the intake air amount Gcyl is calculated by applying the air amount Gth, the intake pipe pressure PBA, and the intake air temperature TA detected by the
Gcyl = Gth (k) −Vb (PBA (k) −PBA (k−1)) / (R · TA)
(6)
Here, Vb is the volume (m 3 ) of the
ステップS73では、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcylcmdに一致するように、下記式(7)を用いて目標スロットル弁開度THcmdを算出する。
σ’(k)=Gcyl(k)−Gcylcmd(k)
+POLE’×(Gcyl(k-1)−Gcylcmd(k-1)) (8)
In step S73, the target throttle valve opening THcmd is calculated using the following equation (7) so that the intake air amount Gcyl matches the target intake air amount Gcylcmd.
σ ′ (k) = Gcyl (k) −Gcylcmd (k)
+ POLE '× (Gcyl (k-1) -Gcylcmd (k-1)) (8)
ここでPOLE’は、切換関数設定パラメータであり、「−1」から「0」の間の値に設定される。切換関数設定パラメータPOLEの値は、本実施形態では固定値としているが、必要に応じて変更するようにしてもよい。式(7)及び(8)は、前述した式(4)及び(5)と同一の形式である。すなわち、目標スロットル弁開度THcmdは、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcylcmdに一致するように、応答指定型制御により算出される。 Here, POLE 'is a switching function setting parameter, and is set to a value between "-1" and "0". The value of the switching function setting parameter POLE is a fixed value in the present embodiment, but may be changed as necessary. Expressions (7) and (8) have the same format as Expressions (4) and (5) described above. That is, the target throttle valve opening THcmd is calculated by response assignment control so that the intake air amount Gcyl matches the target intake air amount Gcylcmd.
図17の処理より目標スロットル弁開度THcmdが算出されると、図示しない処理により、スロットル弁開度THを目標スロットル弁開度THcmdに一致されるように、アクチュエータ10の制御量が決定される。これにより、吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcylcmdに一致させることができる。
When the target throttle valve opening THcmd is calculated from the process of FIG. 17, the control amount of the
本実施形態では、クランク角度位置センサ60、ECU70及び窒素供給装置200により窒素供給手段が構成され、クランク角度位置センサ60、ECU70、及び燃料噴射弁11により燃料供給手段が構成される。またN2タンク内圧センサ59が窒素タンク内圧検出手段に相当し、ノッキングセンサ55及びECU70がノッキング検出手段を構成し、ECU70が燃料噴射実行期間設定手段、燃料供給時期変更手段、窒素噴射実行期間設定手段、及び窒素供給時期変更手段を構成する。より具体的には、図8の処理並びに図12のステップS51及びS52が燃料供給手段の一部に相当し、図10の処理並びに図12のステップS53及びS54が窒素供給手段の一部に相当する。また図8の処理が燃料噴射実行期間設定手段に相当し、図12のステップS51及びS52が燃料供給時期変更手段に相当し、図10の処理が窒素噴射実行期間設定手段に相当し、図12のステップS53及びS54が窒素供給時期変更手段に相当する。
In the present embodiment, the crank
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図13に示すFestgマップ及びNestgマップは、エンジン回転数NE及び吸気管内圧力PBAに応じて設定されている。すなわち、機関負荷を示すパラメータとして、吸気管内圧力PBAを用いているが、吸気管内圧力PBAに代えて、吸入空気量Gcylまたは気筒吸入空気量Gcyl’を機関負荷を示すパラメータとして用いてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, the Festg map and the Nestg map shown in FIG. 13 are set according to the engine speed NE and the intake pipe pressure PBA. That is, the intake pipe pressure PBA is used as a parameter indicating the engine load. However, instead of the intake pipe pressure PBA, the intake air amount Gcyl or the cylinder intake air amount Gcyl 'may be used as a parameter indicating the engine load.
また上述した実施形態では、窒素分離装置を用いた窒素供給装置200を示したが、窒素分離装置に代えて、高圧の窒素を充填した窒素タンクを用いるようにしてもよい。
また上述した実施形態では、吸気ポート及び排気ポートの構造、並びに吸気弁4及び排気弁5の配置により、スワール生成機構を構成し、燃焼室内で混合気あるいは窒素のスワールを発生させるようにしたが、吸気ポートにスワール制御弁を設け、燃焼室内にスワールを生成するか否かを制御するようにしてもよい。また、各気筒に吸気弁を2個設け、エンジン運転状態に応じて一方の吸気弁を休止若しくは低リフト量とすることにより、スワールを生成するようにしてもよい。また、エンジンの燃焼室に対して、上方へ立てた角度にて構成した吸気ポートを組合せてターンブル流を生成し、生成したターンブル流をスワール流に代えて利用することも可能である。
In the above-described embodiment, the
In the above-described embodiment, the structure of the intake port and the exhaust port, and the arrangement of the
また上述した実施形態では、燃料を吸気管内に噴射する内燃機関を示したが、本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する直噴内燃機関にも適用可能である。さらに本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどにも適用が可能である。 In the above-described embodiment, the internal combustion engine that injects fuel into the intake pipe is shown. However, the present invention is also applicable to a direct injection internal combustion engine that injects fuel directly into the combustion chamber. Further, the present invention can be applied to a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.
1 エンジン本体
2 燃焼室
3 点火プラグ
4 吸気弁
5 排気弁
6 吸気管
7 第1コンプレッサ
11 燃料噴射弁(燃料供給手段)
12 窒素噴射弁(窒素供給手段)
21 排気管
22 タービン
31 空気通路(窒素供給手段)
32 窒素分離装置(窒素供給手段)
33 窒素タンク(窒素供給手段)
34 窒素供給通路(窒素供給手段)
35 電動コンプレッサ(窒素供給手段)
36 第2コンプレッサ(窒素供給手段)
37 電動流量制御弁(窒素供給手段)
51 エアーフローセンサ
54 吸気管内圧センサ
55 ノッキングセンサ
58 N2過給圧センサ
59 N2タンク内圧センサ
60 クランク角度位置センサ(窒素供給手段、燃料供給手段)
70 電子制御ユニット(窒素供給手段、燃料供給手段)
100 過給機
200 窒素供給装置(窒素供給手段、車載型窒素生成装置)
DESCRIPTION OF
12 Nitrogen injection valve (nitrogen supply means)
21
32 Nitrogen separator (nitrogen supply means)
33 Nitrogen tank (nitrogen supply means)
34 Nitrogen supply passage (nitrogen supply means)
35 Electric compressor (nitrogen supply means)
36 Second compressor (nitrogen supply means)
37 Electric flow control valve (nitrogen supply means)
51
70 Electronic control unit (nitrogen supply means, fuel supply means)
100
Claims (5)
前記機関は、燃焼室内に吸入ガスのスワールを生成するスワール生成機構を備え、
前記窒素供給手段は、前記機関の回転位相に応じた窒素供給時期に窒素を供給し、窒素の供給開始時期を燃料の供給開始時期より後に設定するとともに、窒素の供給終了時期を燃料の供給終了時期より後に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 In a control apparatus for an internal combustion engine, comprising: a nitrogen supply means for supplying nitrogen to the internal combustion engine; and a fuel supply means for supplying fuel to the engine at a fuel supply timing according to a rotation phase of the engine.
The engine includes a swirl generating mechanism that generates a swirl of intake gas in the combustion chamber,
The nitrogen supply means supplies nitrogen at a nitrogen supply timing corresponding to the rotational phase of the engine , sets the nitrogen supply start timing after the fuel supply start timing, and sets the nitrogen supply end timing to the fuel supply end timing. A control device for an internal combustion engine, which is set after the time .
前記窒素供給手段は、前記機関の吸気弁の上流側に設けられた窒素噴射弁を介して前記窒素供給を行い、前記機関の負荷に応じて前記窒素噴射弁による窒素噴射実行期間を設定する窒素噴射実行期間設定手段と、前記窒素供給時期を前記機関の運転状態に応じて変更する窒素供給時期変更手段とを有し、
前記窒素の供給開始時期または前記燃料の供給終了時期は、前記燃料噴射実行期間と窒素噴射実行期間とのオーバラップ期間ができるだけ短くなるように、または前記燃料噴射実行期間と窒素噴射実行期間とがオーバラップしないように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 The fuel supply means supplies the fuel via a fuel injection valve provided upstream of the intake valve of the engine, and sets a fuel injection execution period by the fuel injection valve according to the load of the engine Injection execution period setting means, and fuel supply timing changing means for changing the fuel supply timing according to the operating state of the engine,
The nitrogen supply means supplies the nitrogen through a nitrogen injection valve provided upstream of the intake valve of the engine, and sets a nitrogen injection execution period by the nitrogen injection valve according to the load of the engine Injection execution period setting means, and nitrogen supply timing changing means for changing the nitrogen supply timing according to the operating state of the engine,
The nitrogen supply start timing or the fuel supply end timing is set such that an overlap period between the fuel injection execution period and the nitrogen injection execution period is as short as possible, or the fuel injection execution period and the nitrogen injection execution period are 2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control device is set so as not to overlap .
前記窒素噴射実行期間設定手段は、前記窒素タンク内圧力が高くなるほど前記窒素噴射実行期間を減少するように補正することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。 The nitrogen supply means has a nitrogen tank and a nitrogen tank internal pressure detection means for detecting the pressure in the nitrogen tank,
The nitrogen injection execution period setting means, a control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, corrected to said Rukoto to reduce the nitrogen injection execution period as the nitrogen tank pressure increases.
前記窒素噴射実行期間設定手段は、ノッキングが検出されたときに、前記窒素噴射実行期間を増加方向に補正することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 A knock detection means for detecting knocking of the engine;
The nitrogen injection execution period setting means, when the knocking is detected, the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, characterized that you corrected in the increasing direction of the nitrogen injection execution period Control device.
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