JP4863010B2 - Combustion control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、燃焼温度が低い条件で運転された際に燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分の堆積を低減させるようにしたものである。 The present invention relates to a combustion control device for an internal combustion engine, and is intended to reduce the accumulation of residual solid components that are solid components of soot and oil remaining in a combustion chamber when operated at a low combustion temperature. .
特に、本発明は、排気ガス還流手段及び吸気通路を開閉して前記燃焼室に流入する吸気の流れを制御する吸気流制御手段が備えられた内燃機関において、吸気通路が閉じられた際に排気ガスの還流量を増加する状態、即ち、燃焼温度が低く煤やオイルの固形成分が残留しやすい状態で、燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分の堆積を低減させるようにしたものである。 In particular, the present invention relates to an internal combustion engine provided with intake flow control means for controlling the flow of intake air flowing into the combustion chamber by opening and closing the exhaust gas recirculation means and the intake passage, and the exhaust gas is exhausted when the intake passage is closed. In a state where the amount of gas reflux is increased, that is, in a state where the combustion temperature is low and soot and oil solid components are likely to remain, soot accumulation in the combustion chamber is reduced. It is a thing.
排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を低減する装置として、内燃機関(エンジン)の排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置(EGR装置)が知られている。EGR装置は、吸気通路と排気通路とを連通して排気を吸気通路に導入するEGR通路を備え、EGR弁でEGR通路を開閉することでエンジンの運転状態に応じて排気の還流量を制御している(例えば、下記特許文献1参照)。
As a device for reducing nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas, an exhaust gas recirculation device (EGR device) that recirculates part of exhaust gas from an internal combustion engine (engine) to an intake system is known. The EGR device includes an EGR passage that communicates an intake passage and an exhaust passage to introduce exhaust gas into the intake passage, and controls the recirculation amount of exhaust gas according to the operating state of the engine by opening and closing the EGR passage with an EGR valve. (For example, refer to
一方、エンジンの燃焼室内に流入する吸気の流れを制御して、燃焼室内で吸気に回転流(タンブル流)を発生させ、燃料の燃焼を促進させる吸気制御装置が知られている。吸気制御装置は、吸気通路にフローコントロールバルブ(吸気流制御弁)を設け、例えば、吸気通路の下部を吸気流制御弁で閉じることで吸気通路内の上方に吸気を偏らせて流通させ、縦タンブル流を発生させるようになっている(例えば、下記特許文献2参照)。 On the other hand, an intake control device is known that controls the flow of intake air flowing into a combustion chamber of an engine to generate a rotational flow (tumble flow) in the intake air in the combustion chamber to promote fuel combustion. The intake control device is provided with a flow control valve (intake flow control valve) in the intake passage. For example, by closing the lower portion of the intake passage with the intake flow control valve, the intake air is biased and circulated upward in the intake passage. A tumble flow is generated (see, for example, Patent Document 2 below).
吸気流制御弁で吸気通路を閉じた場合、EGR通路を開いて排気を吸気通路に多量に導入しても燃焼変動が悪化せずに燃費がよくなることが知られている。つまり、吸気流制御弁を閉じた状態でEGR率を高めて排気を多量に導入することにより、燃焼を悪化させずに燃費を向上させることが可能になる。 It is known that when the intake passage is closed by the intake flow control valve, even if the EGR passage is opened and a large amount of exhaust gas is introduced into the intake passage, the combustion fluctuation does not deteriorate and the fuel efficiency is improved. That is, by increasing the EGR rate and introducing a large amount of exhaust gas while the intake flow control valve is closed, it is possible to improve fuel efficiency without deteriorating combustion.
燃焼温度が低い状態でエンジンの運転を繰り返した場合、例えば、暖気運転が終了するまでの走行を繰り返すような運転を行った場合、煤やオイルの固形成分である残留固体成分(燃焼室デポジット)がエンジンの燃焼室に堆積しやすくなる。EGR装置により排気を還流させる割合が高くなると燃焼室デポジットの堆積量が増加する虞がある。特に、吸気制御装置が備えられたエンジンでは、吸気流制御弁を閉じた状態でEGR率を高めて排気を多量に導入するようになっているため、燃焼室の温度が低下し、残留固体成分の堆積量が増加する傾向にある。 When the engine operation is repeated at a low combustion temperature, for example, when the operation is repeated until the warm-up operation is completed, the residual solid component (combustion chamber deposit) which is a solid component of soot and oil Tends to accumulate in the combustion chamber of the engine. If the ratio of the exhaust gas recirculated by the EGR device increases, the amount of combustion chamber deposits may increase. In particular, in an engine equipped with an intake control device, a large amount of exhaust gas is introduced by increasing the EGR rate while the intake flow control valve is closed. The amount of deposits tends to increase.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分(燃焼室デポジット)の堆積を低減させることができる内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and even when operated under conditions of low combustion temperature, residual solid components (combustion chamber deposits) that are solid components of soot and oil remaining in the combustion chamber An object of the present invention is to provide a combustion control device for an internal combustion engine that can reduce deposition.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の燃焼室の単位期間あたりの運転領域が少なくとも燃焼温度が低い低温燃焼領域と燃焼温度が高い高温燃焼領域とを含む複数の燃焼領域のいずれであるかを検出または推定する燃焼温度検出手段と、前記内燃機関の燃焼室の燃焼温度を上げる昇温施策手段と、前記昇温施策手段を作動させる燃焼制御手段とを備え、前記燃焼制御手段は、前記燃焼温度検出手段の出力を積算して前記複数の燃焼領域の比率を求め、求められた比率に基づいて、前記低温燃焼領域の比率が増加すると増加し、前記高温燃焼領域の比率が増加すると低下する係数を算出し、同係数が所定値を超えると前記昇温施策手段を作動させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a combustion control device for an internal combustion engine according to
請求項1に係る本発明では、残留固形成分の堆積に影響のある内燃機関の燃焼室の燃焼温度を検出または推定し、燃焼温度が低い状態が続いたとき、または燃焼温度が高い状態が少ないときに昇温施策手段により燃焼室の燃焼温度が上昇するように内燃機関の運転を行い、燃費を考慮しつつ残留固形成分の堆積量を減少させることができる。
In the present invention according to
好ましくは、低温燃焼領域での運転の割合が所定値を超えたときに昇温施策手段を作動させるとよい。この構成によれば、低温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の増加と高温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の減少を考慮して、過度な昇温施策手段の作動を抑制することができる。 Preferably, the temperature raising measure means is operated when the operation ratio in the low temperature combustion region exceeds a predetermined value. According to this configuration, in consideration of the increase in the amount of residual solid component accumulation due to operation in the low-temperature combustion region and the decrease in the amount of residual solid component accumulation due to operation in the high-temperature combustion region, Can be suppressed.
請求項2に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、前記燃焼制御手段は、前記昇温施策手段の作動後に前記係数が燃焼温度上昇を中止するための別の所定値以下であると判定されると前記昇温施策手段を中止させることを特徴とする。 Combustion control device for an internal combustion engine of the present invention according to claim 2, before Symbol combustion control means, when the coefficient after operation of the heating measures means is less than another predetermined value for stopping the combustion temperature rise If it is determined, the temperature raising measure means is stopped.
請求項2に係る本発明では、燃焼温度が高い状態が続いたとき、または燃焼温度が低い状態が少ないときに昇温施策手段の作動を中止し、過度な昇温施策手段の作動継続を抑制することができる。 In the present invention according to claim 2, when the combustion temperature continues to be high or when the combustion temperature is low, the operation of the temperature raising measure means is stopped, and the continued operation of the excessive temperature raising measure means is suppressed. can do.
好ましくは、高温燃焼領域での運転が所定値となったときに昇温施策手段の作動を中止させるとよい。この構成によれば、昇温施策手段の作動中は基本的に残留固形成分が堆積しにくい状態となっているため、高温燃焼領域のみ考慮することで制御をシンプルにできる。 Preferably, the operation of the temperature raising measure means is stopped when the operation in the high temperature combustion region reaches a predetermined value. According to this configuration, since the residual solid component is basically hardly deposited during the operation of the temperature raising measure means, the control can be simplified by considering only the high temperature combustion region.
請求項3に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、前記燃焼温度検出手段は、単位期間あたりの前記内燃機関のエンジン回転数の平均値と負荷の平均値に基づいて前記複数の領域のいずれであるかを検出または推定することを特徴とする。
Combustion control device for an internal combustion engine of the present invention according to
請求項3に係る本発明では、エンジン回転数と負荷により簡単に燃焼温度を検出することができる。例えば、低回転低負荷領域を低温燃焼領域、高回転高負荷を高温燃焼領域と設定し、単位期間の平均エンジン回転数と平均負荷に基づいて単位期間の燃焼温度を得ることができる。 In the third aspect of the present invention, the combustion temperature can be easily detected based on the engine speed and the load. For example, a low rotation / low load region can be set as a low temperature combustion region, and a high rotation / high load can be set as a high temperature combustion region, and the combustion temperature of the unit period can be obtained based on the average engine speed and the average load of the unit period.
好ましくは、内燃機関の始動から停止までを単位期間とするとよい。この構成によれば、頻繁に平均エンジン回転数や平均負荷、燃焼温度を検出する必要がなく、燃焼室の燃焼温度を検出することができ残留固形成分の堆積量を得ることができる。 Preferably, the unit period is from start to stop of the internal combustion engine. According to this configuration, it is not necessary to frequently detect the average engine speed, the average load, and the combustion temperature, and the combustion temperature in the combustion chamber can be detected, so that the amount of residual solid components deposited can be obtained.
請求項4に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、請求項1〜3の何れかにおいて、前記昇温施策手段は、前記排気ガス還流手段により還流させる排気ガスの量を減少させる手段、点火時期を進角する手段、前記内燃機関の冷却水温度を高くする手段の少なくとも一つの手段であることを特徴とする。 A combustion control apparatus for an internal combustion engine according to a fourth aspect of the present invention is the combustion control device according to any one of the first to third aspects, wherein the temperature raising measure means is means for reducing the amount of exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation means, It is at least one of means for advancing the ignition timing and means for increasing the coolant temperature of the internal combustion engine.
請求項4に係る本発明では、EGR率を低くして還流する排気量を減らすことで燃焼温度の低下を抑制する、点火時期を進角して最高圧力を高くして最高圧力の位置を上死点に近づけることで燃焼温度を上昇させる、冷却水温を高くすることで燃焼温度を上昇させる、ことの少なくとも一つの手段により燃焼温度を上昇させることができる。
In the present invention according to
本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分(燃焼室デポジット)の堆積を低減させることができる。 The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention deposits residual solid components (combustion chamber deposits), which are solid components of soot and oil remaining in the combustion chamber, even when operated at a low combustion temperature. Can be reduced.
特に、排気ガス還流手段及び吸気通路を開閉して前記燃焼室に流入する吸気の流れを制御する吸気流制御手段が備えられた内燃機関において、吸気通路が閉じられた際に排気ガスの還流量を増加する状態、即ち、燃焼温度が低く煤やオイルの固形成分が残留しやすい状態で、燃焼室に残留する燃焼室デポジットの堆積を低減させることができる。 In particular, in an internal combustion engine provided with intake flow control means for controlling the flow of intake air flowing into the combustion chamber by opening and closing the exhaust gas recirculation means and the intake passage, the recirculation amount of the exhaust gas when the intake passage is closed In other words, the accumulation of combustion chamber deposits remaining in the combustion chamber can be reduced in a state where the combustion temperature is low, that is, in a state where the combustion temperature is low and solid components of soot and oil tend to remain.
以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。以下の実施形態例の内燃機関は、吸気管噴射型の多気筒(例えば4気筒)ガソリンエンジンを例示してある。また、排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置(EGR装置)及び吸気通路にフローコントロールバルブ(吸気流制御弁)を有する吸気制御装置が設けられたガソリンエンジンを例示してある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The internal combustion engine of the following embodiment is an intake pipe injection type multi-cylinder (for example, 4-cylinder) gasoline engine. Also, a gasoline engine provided with an exhaust gas recirculation device (EGR device) that recirculates part of the exhaust gas to the intake system and an intake air control device having a flow control valve (intake flow control valve) in the intake passage is illustrated.
尚、内燃機関としては、多気筒ガソリンエンジンだけでなく、筒内噴射型ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を適用することも可能である。また、EGR装置及び吸気制御装置を備えていない内燃機関を適用することも可能である。 As the internal combustion engine, not only a multi-cylinder gasoline engine but also an in-cylinder injection gasoline engine, a diesel engine, or the like can be applied. It is also possible to apply an internal combustion engine that does not include an EGR device and an intake air control device.
図1には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の燃焼制御装置の概略構成、図2には運転領域を設定するための制御フローチャート、図3には燃焼温度の制御フローチャート、図4には運転領域を設定するためのマップ、図5には燃焼温度とEGR率との関係を表すグラフ、図6には燃焼温度と点火時期との関係を表すグラフ、図7には燃焼温度と冷却水温との関係を表すグラフを示してある。 1 is a schematic configuration of a combustion control apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a control flowchart for setting an operating region, FIG. 3 is a combustion temperature control flowchart, and FIG. Is a map for setting the operation region, FIG. 5 is a graph showing the relationship between the combustion temperature and the EGR rate, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the combustion temperature and the ignition timing, and FIG. 7 is a combustion temperature and cooling. A graph showing the relationship with water temperature is shown.
図1に基づいて内燃機関の燃焼制御装置の構成を説明する。 Based on FIG. 1, the structure of the combustion control apparatus of an internal combustion engine is demonstrated.
図に示すように、内燃機関(エンジン)であるエンジン本体(以下、エンジンと称する)1のシリンダヘッド2には気筒毎に点火プラグ3が取り付けられ、点火プラグ3には高電圧を出力する点火コイル4が接続されている。シリンダヘッド2には気筒毎に吸気ポート5が形成され、各吸気ポート5の燃焼室6側には吸気弁7がそれぞれ設けられている。吸気弁7は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト(図示省略)のカムに倣って開閉作動され、各吸気ポート5と燃焼室6との連通・遮断を行なうようになっている。
As shown in the drawing, an
各吸気ポート5には吸気マニホールド9の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート5に吸気マニホールド9が連通している。吸気マニホールド9には電磁式の燃料噴射弁(インジェクション)10が取り付けられ、燃料タンクから燃料パイプを介して燃料噴射弁10に燃料が供給される。
One end of an
また、シリンダヘッド2には気筒毎に排気ポート11が形成され、各排気ポート11の燃焼室6側には排気弁12がそれぞれ設けられている。排気弁12は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト(図示省略)のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート11と燃焼室6との連通・遮断を行なうようになっている。そして、各排気ポート11には排気マニホールド13の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート11に排気マニホールド13が連通している。
Further, an
尚、このようなエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。 In addition, since such an engine is a well-known thing, it abbreviate | omitted about the detail of the structure.
燃料噴射弁10の上流側における吸気マニホールド9には吸気管14(吸気通路)が接続され、吸気管14には電磁式のスロットル弁15が取り付けられ、スロットル弁15の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ16が設けられている。スロットル弁15の上流側には吸入空気量を計測するエアフローセンサ17が設けられている。エアフローセンサ17としては、カルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。また、吸気マニホールド9とスロットル弁15との間における吸気管14にはサージタンク18が設けられている。
An intake pipe 14 (intake passage) is connected to the
排気マニホールド13の他端には排気管20が接続され、排気マニホールド13には排気ガス循環ポート(EGRポート)21が分岐している。EGRポート21にはEGR管22の一端が接続され、EGR管22の他端はサージタンク18の上流部の吸気管14に接続されている。サージタンク18に近接するEGR管22にはEGRバルブ23が設けられ、EGRバルブ23が開かれることにより排気ガスの一部がEGR管22を介してサージタンク18の上流部の吸気管14に導入される。
An
つまり、EGR管22及びEGRバルブ23により排気ガス還流手段(EGR装置)が構成されている。EGR装置は、排気ガスの一部をエンジン1の吸気系(サージタンク18)に還流させ、エンジン1の燃焼室6内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物(NOx)の排出量を低減させるための装置であり、EGRバルブ23が開閉動作されることにより開度に応じて所定のEGR率で排気ガスの一部がEGRガスとして吸気系に還流される。
That is, the
一方、吸気マニホールド9にはフローコントロールバルブ(吸気流制御弁)25が設けられ、吸気流制御弁25は負圧アクチュエータ等のアクチュエータ26によって開閉される。吸気流制御弁25はバタフライバルブやシャッターバルブ等の開閉式のバルブで構成され、図に示したように、吸気通路の下半分を開閉するようになっている。即ち、吸気流制御弁25を閉じることにより、吸気通路の断面の上側に開口部を形成し、吸気通路の断面積を狭くすることで燃焼室6の内部に縦タンブル流を発生させるようになっている。
On the other hand, the
ECU(電子コントロールユニット)31は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えている。このECU31により、エンジン1及びEGRバルブ23、吸気流制御弁25を含めた燃焼制御装置の総合的な制御が行われる。
The ECU (electronic control unit) 31 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. The
ECU31の入力側には、上述したTPS16、エアフローセンサ17、エンジンのクランク角を検出してエンジン回転速度(Ne)を求めるクランク角センサ32、エンジン1の冷却水温を検出する水温センサ33等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
On the input side of the
一方、ECU31の出力側には、上述の燃料噴射弁10、点火コイル4、スロットル弁15、EGRバルブ23、吸気流制御弁25のアクチュエータ26等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきECU31で演算された燃料噴射量、燃料噴射時間、点火時期、EGRバルブ23の操作時期・操作量、吸気流制御弁25の操作時期等がそれぞれ出力される。
On the other hand, various output devices such as the
各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比に設定され、目標空燃比に応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁10から噴射され、また、スロットル弁15が適正な開度に調整され、点火プラグ3により適正なタイミングで火花点火が実施される。
Based on detection information from various sensors, the air-fuel ratio is set to an appropriate target air-fuel ratio, an amount of fuel corresponding to the target air-fuel ratio is injected from the
また、クランク角センサ32等の検出情報に基づきエンジン1の回転速度(Ne)や負荷が求められ、回転速度(Ne)や負荷に応じて吸気流制御弁25が開閉制御されて燃焼室6内での吸気のタンブル流の強さが切り換えられる。例えば、エンジン1の低回転・低負荷時には吸気流制御弁25を閉動作させてタンブル流を強くして燃焼性を向上させ、高回転・高負荷時には吸気流制御弁25を開動作させて吸気の流動抵抗の上昇を抑制して高い出力を確保している。
Further, the rotational speed (Ne) and the load of the
更に、エンジン1の速度(Ne)や負荷に応じてEGR率が設定され、所定のEGR率になるようにEGRバルブ23が開閉動作され、排気ガスの一部をエンジン1の吸気系(サージタンク18)に還流させて、エンジン1の燃焼室6内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物(NOx)の排出量を低減させている。特に、エンジン1の低回転・低負荷時に吸気流制御弁25を閉動作させてタンブル流を強くしている場合、燃焼性が向上して燃焼が安定し燃焼変動が生じ難い状態なので、排気ガスの一部を大量に導入して燃費を向上させている。
Further, the EGR rate is set according to the speed (Ne) of the
燃焼温度が低い状態でエンジンの運転を繰り返した場合、例えば、暖気運転が終了するまでの短時間の走行を繰り返したり、点火時期を遅角(リタード)した運転を行った場合、煤やオイルの固形成分である残留固体成分(燃焼室デポジット)がエンジンの燃焼室に堆積しやすくなる。EGR装置により排気を還流させる割合が高くなると燃焼室デポジットの堆積量が増加する虞がある。特に、吸気制御装置が備えられたエンジンでは、吸気流制御弁を閉じた状態でEGR率を高めて排気を多量に導入するようになっているため、燃焼室の温度が低下し、燃焼室デポジットの堆積量が増加する傾向にある。 If the engine is repeatedly operated at a low combustion temperature, for example, if the engine is repeatedly operated for a short time until the warm-up operation is completed, or if the ignition timing is retarded (retarded), Residual solid components (combustion chamber deposits), which are solid components, tend to accumulate in the combustion chamber of the engine. If the ratio of the exhaust gas recirculated by the EGR device increases, the amount of combustion chamber deposits may increase. In particular, in an engine equipped with an intake air control device, a large amount of exhaust gas is introduced by increasing the EGR rate while the intake air flow control valve is closed. The amount of deposits tends to increase.
本実施形態例のエンジン1では、エンジン1の回転速度(Ne)と負荷とに基づいて燃焼温度を推定し(燃焼温度検出手段)、燃焼温度の低い運転領域の割合が所定割合を超えた時に燃焼室デポジットが増加したとして、燃焼温度を上昇させる施策(昇温施策手段)を実施して燃焼室6の燃焼温度を上昇させるようにしている(昇温施策手段の作動:燃焼制御手段)。
In the
燃焼温度を上昇させる施策は、排気ガスの還流量を減らして(EGR率を低下させる)燃焼温度の低下を抑制したり、点火時期を進角して最高圧力を高くして最高圧力の位置を上死点に近づけることで燃焼温度を上昇させたり、冷却水温を高くすることで燃焼温度を上昇させることが実施される。 The measures to increase the combustion temperature are to reduce the exhaust gas recirculation amount (decrease the EGR rate) and to suppress the decrease in the combustion temperature, or to advance the ignition timing and increase the maximum pressure to increase the position of the maximum pressure. Increasing the combustion temperature by approaching the top dead center, or increasing the combustion temperature by increasing the cooling water temperature is performed.
燃焼温度を上昇させる施策は、この他にも、エンジン1の制御パラメータを調整して燃焼温度を変更する等、燃焼室6の燃焼温度を上昇させるものであれば、種々の手段を講じることが可能である。
In addition to the measures for raising the combustion temperature, various measures can be taken as long as the combustion temperature in the
このため、燃焼温度の低い運転領域の割合が多い運転状態の時に、燃焼温度が上昇するようにエンジン1の運転を行い、吸気流制御弁を閉じた状態でEGR率を高めて排気を多量に導入して燃焼室6に煤等が残留しやすい場合でも、燃焼室6の燃焼室デポジットが堆積し難い状態の運転を的確に行なうことができる。この結果、吸気流制御弁を閉じた状態でEGR率を高めて燃費を向上させることができるエンジン1で、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室6の燃焼室デポジットを低減させることができ、燃焼室デポジットの抑制と燃費の向上とを両立させることが可能になる。
For this reason, in an operating state where the ratio of the operating region where the combustion temperature is low is large, the
図2〜図6に基づいて上述した燃焼制御装置の処理の詳細を説明する。 Details of the processing of the combustion control device described above will be described with reference to FIGS.
図2に示した処理により運転領域の状態が検証され、図3に示した処理により運転領域の状況に応じた燃焼温度の上昇処理が実行される。 The state of the operation region is verified by the process shown in FIG. 2, and the combustion temperature increasing process corresponding to the state of the operation region is executed by the process shown in FIG.
図4に示すように、エンジン1の回転速度(Ne)と負荷(Load)とにより3つの運転領域A、B、Cに設定され、低負荷・低回転側で燃焼温度が低いA領域(低温燃焼領域)、高負荷・高回転側で燃焼温度が高いC領域(高温燃焼領域)、中間のB領域に設定されている。図4に示した領域のマップは、吸気流制御弁の開閉状況に応じて異なるものを用いることも可能である。例えば、吸気流制御弁を閉じた状態の場合はタンブル流が促進されるため、運転領域Aと運転領域Bの境界を低負荷・低回転側にシフトすると共に、運転領域Bと運転領域Cの境界を同様に低負荷・低回転側にシフトすることも可能である。
As shown in FIG. 4, three operating regions A, B, and C are set according to the rotational speed (Ne) and load (Load) of the
図2の処理では、単位期間となるエンジン1の始動から停止までの1サイクル(1トリップ)の間での平均回転速度(平均Ne)と平均負荷(平均Load)がどの領域にあるかを判定し、各領域のカウンタを加算(アップ)する処理が実行される。そして、図3の処理では、図2の処理が繰り返された状態で、所定期間となる所定距離が走行したことを判定して燃焼温度が異なる各領域の割合を求め、各領域の割合に応じ、燃焼温度が低いA領域の割合が多いときに燃焼温度を上昇させる施策を講じる処理が実行される。
In the process of FIG. 2, it is determined in which region the average rotation speed (average Ne) and the average load (average load) in one cycle (one trip) from the start to the stop of the
図2に基づいて運転領域の検証の処理を説明する。 The operation region verification process will be described with reference to FIG.
図に示すように、処理がスタートすると、ステップS1でエンジン1の回転速度(Ne)・負荷(Load)の情報が読み込まれ、ステップS2、ステップS3で今回のNe(n)及び今回のLoad(n)が設定される。
As shown in the figure, when the process is started, information on the rotational speed (Ne) / load (Load) of the
ステップS2では、前回のNe(n-1)に係数kを乗じた値と、瞬時の回転速度であるNesに(1−k)を乗じた値とを加算して、次式により今回の回転速度であるNe(n)を設定する。つまり、ソフトフィルタ処理により平均化されたNe(n)を設定する。
Ne(n)=(1−k)*Nes+k*Ne(n-1)
In step S2, the value obtained by multiplying the previous Ne (n-1) by the coefficient k and the value obtained by multiplying Ne, which is the instantaneous rotational speed, by (1-k) are added, and the current rotation is calculated by the following equation. The speed Ne (n) is set. That is, Ne (n) averaged by the soft filter process is set.
Ne (n) = (1-k) * Nes + k * Ne (n-1)
ステップS3では、前回のLoad(n-1)に係数kを乗じた値と、瞬時の負荷であるLoadsに(1−k)を乗じた値とを加算して、次式により今回の負荷であるLoad(n)を設定する。つまり、ソフトフィルタ処理により平均化されたLoad(n)を設定する。
Load(n)=(1−k)*Loads+k*Load(n-1)
In step S3, the value obtained by multiplying the previous load (n-1) by the coefficient k and the value obtained by multiplying the load, which is the instantaneous load, by (1-k) are added. A certain Load (n) is set. That is, Load (n) averaged by the soft filter process is set.
Load (n) = (1−k) * Loads + k * Load (n−1)
ステップS2で今回のNe(n)を設定し、ステップS3で今回のLoad(n)を設定した後、ステップS4でエンジン1の始動から停止までの1サイクル(1トリップ)が完了したか否かが判断される。ステップS2で1トリップが完了していない(No)と判断された場合、1トリップが完了するまでステップS1からステップS3までの処理を繰り返す。
Whether or not the current Ne (n) is set in step S2 and the current Load (n) is set in step S3 and then one cycle (one trip) from the start to the stop of the
ステップS2で1トリップが完了した(Yes)と判断された場合、1トリップの間で平均化されたNe(n)及びLoad(n)がどの領域であるかがステップS5で判定される。つまり、1トリップの間で平均化されたNe(n)及びLoad(n)が図4に示した運転領域A、B、Cのどこに位置するかが判定される。 If it is determined in step S2 that one trip has been completed (Yes), it is determined in step S5 which region is Ne (n) and Load (n) averaged over one trip. That is, it is determined where Ne (n) and Load (n) averaged during one trip are located in the operation areas A, B, and C shown in FIG.
ステップS5で領域が判定された後、判定された領域がA領域であるか否かがステップS6で判断され、ステップS6でA領域である(Yes)と判断された場合、ステップS7でA領域カウンタ(Ca)をアップする。ステップS6でA領域ではない(No)と判断された場合、判定された領域がB領域であるか否かがステップS8で判断される。ステップS8でB領域である(Yes)と判断された場合、ステップS9でB領域カウンタ(Cb)をアップする。ステップS8でB領域ではない(No)と判断された場合、1トリップの間で平均化されたNe(n)及びLoad(n)に基づく領域はC領域であるので、ステップS10でC領域カウンタ(Cc)をアップする。 After the area is determined in step S5, it is determined in step S6 whether or not the determined area is the A area. If it is determined in step S6 that the area is (Yes), the A area is determined in step S7. The counter (Ca) is increased. If it is determined in step S6 that it is not the A area (No), it is determined in step S8 whether or not the determined area is the B area. If it is determined in step S8 that the area is the B area (Yes), the B area counter (Cb) is incremented in step S9. If it is determined in step S8 that the region is not the B region (No), the region based on Ne (n) and Load (n) averaged during one trip is the C region, so in step S10 the C region counter Increase (Cc).
これにより、1トリップの間の運転が、低負荷・低回転側で燃焼温度が低いA領域になるか、高負荷・高回転側で燃焼温度が高いC領域になるか、中間のB領域になるかを判定していずれかの領域のカウンタがアップされる。図2の処理は、所定距離を走行するまでの間、1トリップでの運転の領域がカウントされていく。 As a result, the operation during one trip becomes the A region where the combustion temperature is low on the low load / low rotation side, the C region where the combustion temperature is high on the high load / high rotation side, or the intermediate B region. It is determined whether or not the counter of any region is increased. In the process of FIG. 2, the area of driving in one trip is counted until the vehicle travels a predetermined distance.
図3に基づいて燃焼温度を上昇させる施策の処理を説明する。 Based on FIG. 3, the process of the measure for raising the combustion temperature will be described.
図に示すように、処理がスタートすると、ステップS11で燃焼温度上昇処理の状態で所定距離2を走行したか否かが判断される。始めは燃焼温度上昇処理が行われていない(No)ためステップS12に進む。ステップS12で所定距離1を走行したか否かが判断され、ステップS12で所定距離1を走行していない(No)と判断された場合、リターンとなる(R)。ステップS12で所定距離1を走行している(Yes)と判断された場合、ステップS13でカウンタCa、Cb、Ccの値を加算してカウント値の積算Tを求める。ステップS13でカウント値の積算Tを求めた後、ステップS14で各領域の比率を求める。なお、所定距離1<所定距離2と設定している。
As shown in the figure, when the process is started, it is determined in step S11 whether or not the vehicle has traveled a predetermined distance 2 in the combustion temperature increasing process state. Since the combustion temperature raising process is not performed at first (No), the process proceeds to step S12. In step S12, it is determined whether or not the vehicle has traveled the
つまり、カウント値の積算Tに対するCaの割合(Ca/T)をA領域の比率Arとし、カウント値の積算Tに対するCbの割合(Cb/T)をB領域の比率Brとし、カウント値の積算Tに対するCcの割合(Cc/T)をC領域の比率Crとする。これにより、所定走行距離における全体の運転領域のなかで(カウント値の積算Tのなかで)、燃焼温度が低いA領域、燃焼温度が高いC領域、中間のB領域がそれぞれどれ位存在するかが求められ、所定走行距離における燃焼温度が低い状況が求められる。即ち、燃焼室デポジットの状況が導出される。 That is, the ratio of Ca to the count value integration T (Ca / T) is set as the ratio A of the A region, the ratio of Cb to the count value integration T (Cb / T) is set as the ratio Br of the B region, and the count value is integrated. The ratio of Cc to T (Cc / T) is defined as the ratio Cr of the C region. As a result, within the entire operation range within the predetermined travel distance (within the count value integration T), how much each of the A region where the combustion temperature is low, the C region where the combustion temperature is high, and the intermediate B region exist. And a situation where the combustion temperature at a predetermined travel distance is low. That is, the status of the combustion chamber deposit is derived.
ステップS14で各領域の比率を求められた後、ステップS15で燃焼温度上昇フラグがONであるか否かが判断され、燃焼温度上昇の条件が整って処置を実行するフラグが立っているか否かが判断される。初めは、燃焼温度上昇フラグがONではない(No)と判断されるので、ステップS16に移行して燃焼温度を上昇させるための係数Kを設定する。 After the ratio of each region is obtained in step S14, it is determined in step S15 whether or not the combustion temperature increase flag is ON, and whether or not a flag for executing the treatment is set with the condition for increasing the combustion temperature set. Is judged. At first, since it is determined that the combustion temperature increase flag is not ON (No), the process proceeds to step S16 to set a coefficient K for increasing the combustion temperature.
係数Kは、燃焼温度が低いA領域の比率Arに重み係数Waを乗じた値と、燃焼温度が高いC領域の比率Crに重み係数Wcを乗じた値と、中間のB領域の比率Brに重み係数Wbを乗じた値とを加算して演算される。重み係数Wa、Wb、Wcは、エンジン1の経年変化、トータルの走行距離、運転状況等に応じて適宜設定される。また、重み係数Wa、Wb、Wcは、Wa>Wb>0、Wc<0の関係に設定されている。つまり、係数Kを求めるに際し、燃焼温度が低いA領域の比率Arが増加すると係数Kが増加すると共に、燃焼温度が高いC領域の比率Crが増加すると係数Kが減少するようにされ、燃焼温度上昇施策を実施させる状態に係数Kが設定されている。
The coefficient K is obtained by multiplying the ratio Ar of the A region where the combustion temperature is low by the weighting factor Wa, the value of multiplying the ratio Cr of the C region where the combustion temperature is high and the weighting factor Wc, and the ratio Br of the intermediate B region. It is calculated by adding the value multiplied by the weighting factor Wb. The weighting factors Wa, Wb, Wc are appropriately set according to the secular change of the
ステップS16で係数Kが設定された後、ステップS17で係数Kが所定値1(燃焼温度上昇を開始するための所定値)を超えているか否かが判断され、ステップS17で係数Kが所定値1を超えていない(No)と判断された場合、燃焼温度が高いC領域の比率Cr及び中間のB領域の比率Brが多いと判断、すなわち、燃焼室デポジットの堆積量が少ないと判断され、ステップS18に移行してカウンタCa、Cb、Ccをクリアし、燃焼温度上昇の施策を実施することなくリターンとなる。 After the coefficient K is set in step S16, it is determined in step S17 whether or not the coefficient K exceeds a predetermined value 1 (predetermined value for starting combustion temperature rise). In step S17, the coefficient K is determined to be a predetermined value. If it is determined that it does not exceed 1 (No), it is determined that the ratio Cr of the C region where the combustion temperature is high and the ratio Br of the intermediate B region are large, that is, it is determined that the accumulation amount of the combustion chamber deposit is small. In step S18, the counters Ca, Cb, and Cc are cleared, and the process returns without implementing measures for increasing the combustion temperature.
ステップS17で係数Kが所定値1を超えている(Yes)と判断された場合、燃焼温度が低いA領域の比率Arが多いと判断、すなわち、燃焼室デポジットの堆積量が多いと判断され、ステップS19で燃焼温度上昇の施策が実施され、燃焼温度を上昇させる。そして、ステップS20で燃焼温度上昇フラグをONにしてステップS18に移行する。燃焼温度が低いA領域の比率Arが多いと判断された時に、即ち、燃焼デポジットが増加する傾向にある運転状態が多いと判断された時に、燃焼温度を上昇させて燃焼室デポジットが減少するようにしている。その後ステップS18に移行してカウンタCa、Cb、Ccをクリアし、燃焼温度上昇の施策を実施状態としてリターンとなる。 If it is determined in step S17 that the coefficient K exceeds the predetermined value 1 (Yes), it is determined that the ratio Ar of the A region where the combustion temperature is low is large, that is, it is determined that the accumulation amount of the combustion chamber deposit is large, In step S19, a measure for increasing the combustion temperature is implemented to increase the combustion temperature. In step S20, the combustion temperature rise flag is turned ON, and the process proceeds to step S18. When it is determined that the ratio Ar of the A region where the combustion temperature is low is large, that is, when it is determined that there are many operating conditions in which the combustion deposit tends to increase, the combustion temperature is increased so that the combustion chamber deposit decreases. I have to. Thereafter, the process proceeds to step S18, where the counters Ca, Cb, Cc are cleared, and a measure for increasing the combustion temperature is implemented and the process returns.
燃焼温度上昇の施策としては、EGRバルブ23(図1参照)を閉側に動作させ排気の還流量を減少させてEGR率を低下させることが挙げられる。図5に示すように、EGR率を低くすると燃焼温度が高くなるので、EGR率を低下させることで、燃焼温度を上昇させることができる。 As a measure for increasing the combustion temperature, it is possible to lower the EGR rate by operating the EGR valve 23 (see FIG. 1) to the closed side to reduce the exhaust gas recirculation amount. As shown in FIG. 5, when the EGR rate is lowered, the combustion temperature increases. Therefore, the combustion temperature can be raised by reducing the EGR rate.
また、燃焼温度上昇の施策としては、点火プラグ3(図1参照)による点火時期を進角し、最高圧力を高くして最高圧力の位置を上死点に近づけることが挙げられる。図6に示すように、点火時期を進角すると燃焼温度が高くなるので、点火時期を進角することで燃焼温度を上昇させることができる。 As a measure for increasing the combustion temperature, the ignition timing by the spark plug 3 (see FIG. 1) is advanced, the maximum pressure is increased, and the position of the maximum pressure is brought close to top dead center. As shown in FIG. 6, since the combustion temperature increases when the ignition timing is advanced, the combustion temperature can be increased by advancing the ignition timing.
また、燃焼温度上昇の施策としては、冷却水の冷却を抑制してエンジン1(図1参照)の冷却水温を上昇させることが考えられる。図7に示すように、冷却水温を上昇させると燃焼温度が高くなるので、冷却水温を上昇させることで燃焼温度を上昇させることができる。 Further, as a measure for increasing the combustion temperature, it is conceivable to suppress the cooling water cooling and raise the cooling water temperature of the engine 1 (see FIG. 1). As shown in FIG. 7, when the cooling water temperature is raised, the combustion temperature becomes higher. Therefore, the combustion temperature can be raised by raising the cooling water temperature.
尚、燃焼温度上昇の施策は、EGR率の低下、点火時期の進角、冷却水温の上昇を適宜組み合わせて行なうことも可能である。 The measures for increasing the combustion temperature can be performed by appropriately combining a decrease in the EGR rate, an advance of the ignition timing, and an increase in the coolant temperature.
図3のフローチャートに戻り、燃焼温度上昇の施策を実施状態でリターンとなった場合、まずステップS11で燃焼温度上昇処理の状態で所定距離2を走行したか否か、ステップS12で所定距離1を走行したか否かが判断される。ここで、所定距離1<所定距離2と設定しているため、所定距離1まではステップS12でリターンされる。その後、所定距離1に到達したらステップS13に移行しカウンタCa、Cb、Ccの値を加算してカウント値の積算Tを求める。ステップS13でカウント値の積算Tを求めた後、ステップS14で各領域の比率を求める。ステップS15では既に燃焼温度を上昇させる施策が実施されているので、燃焼温度上昇フラグがONである(Yes)と判断され、ステップS21で燃焼温度を上昇させるための係数Kを変更する。ステップS21では、燃焼温度が高いC領域の比率Crに重み係数Wc(Wc<0)を乗じて係数Kを求め、C領域の比率のみの係数Kに変更する。
Returning to the flowchart of FIG. 3, when the combustion temperature increase measure is returned in the implementation state, first, at step S11, whether or not the vehicle has traveled the predetermined distance 2 in the combustion temperature increase process state, the
ステップS21で係数Kを変更した後、ステップS22で係数Kが所定値2(燃焼温度上昇を中止するための所定値)以下であるか否かが判断され、ステップS22で係数Kが所定値2以下である(Yes)と判断された場合、ステップS23に移行して燃焼温度上昇施策を中止する。つまり、燃焼温度が高いC領域の運転状態が判断された場合に、燃焼温度上昇施策を中止する。ステップS22で係数Kが所定値2以下ではない(越えている:No)と判断された場合にはリターンとなり(R)、再び所定距離1を走行するまでステップS12でリターンを継続する。
After changing the coefficient K in step S21, it is determined in step S22 whether or not the coefficient K is equal to or less than a predetermined value 2 (predetermined value for stopping the rise in combustion temperature). In step S22, the coefficient K is set to the predetermined value 2. If it is determined as follows (Yes), the process proceeds to step S23 and the combustion temperature increase measure is stopped. That is, when the operation state of the C region where the combustion temperature is high is determined, the combustion temperature increase measure is stopped. If it is determined in step S22 that the coefficient K is not less than or equal to the predetermined value 2 (exceeded: No), a return is made (R), and the return is continued in step S12 until the vehicle travels the
ここで、ステップS11で燃焼温度上昇処理の状態で所定距離2を走行したと判断された場合、ステップS23に移行して燃焼温度上昇施策を中止する。つまり、所定距離1(<所定距離2)を数回繰り返したが、C領域の比率が所定値2に到達しなくとも、燃焼温度上昇処理の状態を所定距離2が継続したなら燃焼温度上昇施策を中止することで適切な制御を実施できる。 If it is determined in step S11 that the vehicle has traveled the predetermined distance 2 in the combustion temperature increase process, the process proceeds to step S23 and the combustion temperature increase measure is stopped. That is, the predetermined distance 1 (<predetermined distance 2) is repeated several times, but if the predetermined distance 2 continues in the state of the combustion temperature increasing process even if the ratio of the C region does not reach the predetermined value 2, the combustion temperature increasing measure Appropriate control can be implemented by canceling.
そして、ステップS24で燃焼温度上昇フラグをOFFにし、ステップS18に移行してカウンタCa、Cb、Ccをクリアしてリターンとなる。 In step S24, the combustion temperature rise flag is turned OFF, and the process proceeds to step S18 to clear the counters Ca, Cb, Cc and return.
上述したように、低負荷・低回転側で燃焼温度が低いA領域、高負荷・高回転側で燃焼温度が高いC領域、中間のB領域の割合を求め、燃焼温度が低いA領域の割合が多いときに燃焼温度を上昇させる施策が実施されるので、低温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の増加と高温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の減少を考慮し、単純に低温燃焼領域での運転が増加しただけで過度に燃焼温度を上昇させる施策が実施されることを抑制できる。 As described above, the ratio of the A region where the combustion temperature is low on the low load / low rotation side, the C region where the combustion temperature is high on the high load / high rotation side, and the intermediate B region are obtained, and the ratio of the A region where the combustion temperature is low Measures to raise the combustion temperature when there are many are taken into consideration, so consider the increase in the amount of residual solid components deposited by operation in the low temperature combustion region and the decrease in the amount of residual solid components deposited by operation in the high temperature combustion region. Thus, it is possible to suppress the measure for excessively raising the combustion temperature simply by increasing the operation in the low temperature combustion region.
このため、吸気流制御弁を閉じた状態でEGR率を高めて燃費を向上させることができるエンジン1で、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室6の燃焼室デポジットを低減させることができ、燃焼室デポジットの抑制と燃費の向上とを両立させることが可能になる。
Therefore, even when the
本発明は、燃焼温度が低い条件で運転された際に燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分の堆積を低減させるようにした内燃機関の燃焼制御装置の産業分野で利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used in the industrial field of a combustion control device for an internal combustion engine that reduces the accumulation of soot remaining in a combustion chamber or a residual solid component that is a solid component of oil when operated at a low combustion temperature. can do.
1 エンジン本体(エンジン)
2 シリンダヘッド
3 点火プラグ
4 点火コイル
5 吸気ポート
6 燃焼室
7 吸気弁
9 吸気マニホールド
10 燃料噴射弁(インジェクション)
11 排気ポート
12 排気弁
13 排気マニホールド
14 吸気管
15 スロットル弁
16 スロットルポジションセンサ
17 エアフローセンサ
18 サージタンク
20 排気管
21 排気ガス循環ポート(EGRポート)
22 EGR管
23 EGRバルブ
25 フローコントロールバルブ(吸気流制御弁)
26 アクチュエータ
31 ECU(電子コントロールユニット)
32 クランク角センサ
33 水温センサ
1 Engine body (Engine)
2
DESCRIPTION OF
22
26
32
Claims (4)
前記内燃機関の燃焼室の燃焼温度を上げる昇温施策手段と、
前記昇温施策手段を作動させる燃焼制御手段とを備え、
前記燃焼制御手段は、前記燃焼温度検出手段の出力を積算して前記複数の燃焼領域の比率を求め、求められた比率に基づいて、前記低温燃焼領域の比率が増加すると増加し、前記高温燃焼領域の比率が増加すると低下する係数を算出し、同係数が所定値を超えると前記昇温施策手段を作動させる
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 Combustion temperature detection means for detecting or estimating which one of a plurality of combustion regions including a low temperature combustion region where the combustion temperature is low and a high temperature combustion region where the combustion temperature is high is an operating region per unit period of the combustion chamber of the internal combustion engine When,
A temperature raising measure means for raising the combustion temperature of the combustion chamber of the internal combustion engine;
Combustion control means for operating the temperature raising measure means,
The combustion control means integrates the outputs of the combustion temperature detection means to obtain a ratio of the plurality of combustion areas, and increases based on the obtained ratio when the ratio of the low temperature combustion area increases, and the high temperature combustion A combustion control apparatus for an internal combustion engine, wherein a coefficient that decreases when the ratio of the region increases is calculated, and the temperature raising measure means is operated when the coefficient exceeds a predetermined value .
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼制御装置。 The combustion control means stops the temperature increase measure means when it is determined that the coefficient is equal to or less than another predetermined value for stopping the increase in combustion temperature after the temperature increase measure means is actuated. The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の燃焼制御装置。 The combustion temperature detecting means may you detecting or estimating which of the internal combustion engine of the engine rotational speed average value and the plurality of regions based on the average value of the load per during unit period The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。 The temperature raising measure means is at least one of means for reducing the amount of exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation means, means for advancing ignition timing, and means for increasing the coolant temperature of the internal combustion engine. The combustion control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
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