JP5126421B2 - Combustion control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置に関し、さらに詳しくは、燃焼室内における予混合燃焼の燃焼形態を制御する内燃機関の燃焼制御装置に関する。 The present invention relates to a combustion control device for a compression ignition type internal combustion engine typified by a diesel engine, and more particularly to a combustion control device for an internal combustion engine that controls the combustion mode of premixed combustion in a combustion chamber.
自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等に応じて、燃料噴射弁(以下、インジェクタと呼ぶ場合もある)からの燃料噴射タイミングや燃料噴射量を調整することにより燃焼室内での燃焼形態を制御することが行われている。 In a diesel engine used as an automobile engine or the like, the timing of fuel injection from a fuel injection valve (hereinafter also referred to as an injector), depending on the engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, intake air temperature, etc. Control of the combustion mode in the combustion chamber is performed by adjusting the fuel injection amount.
上記ディーゼルエンジンの燃焼は、下記の特許文献1にも開示されているように、主として予混合燃焼と拡散燃焼とにより成り立っている。インジェクタから燃焼室内への燃料噴射が開始されると、まず、燃料の気化拡散により可燃混合気が生成される(着火遅れ期間)。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所でほぼ同時に自己着火し、急速に燃焼が進む(予混合燃焼)。さらに、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる(拡散燃焼)。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる(後燃え期間)。
The combustion of the diesel engine is mainly composed of premixed combustion and diffusion combustion as disclosed in
ところで、ディーゼルエンジンでは、NOxの発生量及びスモークの発生量を共に抑制することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。NOxの発生量を抑制するものとして、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気還流(EGR:Exhaust Gas Recirculation)装置が知られている(例えば下記の特許文献2を参照)。また、スモークの発生量を抑制するための対策として、エンジンの圧縮行程で副噴射を実行し、この副噴射での燃焼を予混合燃焼とすることで燃焼場での酸素不足の解消を図ることが知られている(例えば下記の特許文献3を参照)。
By the way, in a diesel engine, it is important to meet various requirements such as improving exhaust emissions by reducing both NOx generation and smoke generation, reducing combustion noise during the combustion stroke, and ensuring sufficient engine torque. It is. An exhaust gas recirculation (EGR) device that recirculates part of exhaust gas to an intake passage is known as a means for suppressing the amount of NOx generated (see, for example,
これまで、NOxの発生量及びスモークの発生量を共に抑制することを目的として、燃焼室内での燃焼形態を制御することが提案されている(上記特許文献1等)。
Until now, it has been proposed to control the combustion mode in the combustion chamber for the purpose of suppressing both the generation amount of NOx and the generation amount of smoke (
従来制御において、排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立するべく、燃焼室内での適正な燃焼を実現するための手法としては、エンジン回転数やエンジンの要求トルク等といった運転状態毎(エンジン回転数と要求トルクとをパラメータとする運転状態マップの格子点毎)に適正な燃料噴射形態(燃料噴射パターン)の適合を行っている。 In the conventional control, in order to achieve various requirements such as improving exhaust emissions, reducing combustion noise during the combustion stroke, and ensuring sufficient engine torque, a technique for realizing proper combustion in the combustion chamber is engine rotation. The appropriate fuel injection mode (fuel injection pattern) is adapted for each operating state (number of engine speeds and required torque of the engine, etc.) (for each grid point of the operating state map using the engine speed and the required torque as parameters).
例えば、エンジン運転状態毎に、実験的に燃料噴射パターンの適合値を試行錯誤で個別に求めていき、これら多数のエンジン運転状態毎に対応した適合値をマップ化することで燃料噴射マップを作成していた。そして、この燃料噴射マップに従って、現在のエンジン運転状態に適した燃料噴射パターンを設定してインジェクタの制御を行っていた。 For example, experimentally determine the appropriate value of the fuel injection pattern for each engine operating state by trial and error, and create a fuel injection map by mapping the appropriate values corresponding to each of these many engine operating states Was. Then, according to this fuel injection map, a fuel injection pattern suitable for the current engine operating state is set and the injector is controlled.
ところが、このようにしてエンジンの多数の運転状態に対する燃料噴射パターンを試行錯誤で作成する手法では、パラメータが多くて依存関係が複雑化するため、例えば多変数入力・多出力の連立方程式を解く必要があって、その解(適合値)が複数存在したり、解不定となる場合があるので、条件を固定して固有解を求めていた。このため、エンジン運転領域の全域に亘って最適な燃料噴射パターンが設定されている保証がない。つまり、ある運転状態(上記適合値が求められていない運転状態)では、燃焼室内での燃焼のうち拡散燃焼の割合が高くなり過ぎることでNOxの発生量が著しく多くなったり、また、ある運転状態では、燃焼室内での燃焼のうち予混合燃焼の割合が高くなり過ぎることで燃焼が不安定になってしまう可能性がある。また、運転過渡時(例えばエンジン負荷の急速な変化時)において燃焼形態の連続性に欠ける場合がある。 However, the method of creating fuel injection patterns for many operating states in this way by trial and error has many parameters and complicates dependencies, so it is necessary to solve simultaneous equations with multiple variables and multiple outputs, for example. Because there are multiple solutions (conformity values) and the solution may be indeterminate, eigensolutions were obtained with fixed conditions. For this reason, there is no guarantee that the optimal fuel injection pattern is set over the entire engine operating region. In other words, in a certain operating state (an operating state for which the above-mentioned conformity value is not required), the amount of NOx generation is significantly increased due to the excessive diffusion combustion ratio in the combustion in the combustion chamber. In the state, there is a possibility that the combustion becomes unstable because the ratio of the premixed combustion in the combustion in the combustion chamber becomes too high. Further, there are cases where the continuity of the combustion mode is lacking during an operation transition (for example, when the engine load changes rapidly).
本発明は、このような実情を考慮してなされたもので、内燃機関の運転状態に応じて適正な燃焼形態を連続的に制御することが可能な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 such circumstances, and provides a combustion control device for an internal combustion engine capable of continuously controlling an appropriate combustion mode in accordance with the operating state of the internal combustion engine. Objective.
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃焼室内での燃焼形態を予混合燃焼領域と主燃焼領域(拡散燃焼領域)とに分離して考え、その予混合燃焼領域を要求熱量で管理し、当該予混合燃焼領域の燃料噴射形態(燃料噴射パターン)の調整により予混合燃焼量(予混合燃焼度合い)を連続的に変化させることで、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図れるようにしている。-Principle of solving the problem-
The solution principle of the present invention taken in order to achieve the above object is that the combustion mode in the combustion chamber is divided into a premixed combustion region and a main combustion region (diffusion combustion region), and the premixed combustion region is considered. By controlling the required heat quantity and continuously changing the premixed combustion amount (premixed combustion degree) by adjusting the fuel injection mode (fuel injection pattern) in the premixed combustion region, improving exhaust emissions and engine torque We are trying to secure it.
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料が、「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の後に開始される「主燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置を前提としており、このような内燃機関の燃焼制御装置において、予混合燃焼領域における燃料噴射として第1噴射と第2噴射とが実行可能であり、前記第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を変化させることにより、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を増減することが可能な噴射形態調整手段を備えている。そして、前記予混合燃焼領域の要求熱量は同一として、当該内燃機関の運転状態に応じて、前記第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を求めて当該第1噴射の燃料噴射量と第2噴射の燃料噴射量とを調整することによって前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を連続的に増減するように構成されていることを技術的特徴としている。
-Solution-
Specifically, the present invention relates to a compression self-ignition type in which fuel injected from a fuel injection valve is combusted in a combustion chamber by “premixed combustion” and “main combustion” started after this “premixed combustion”. An internal combustion engine combustion control device is premised, and in such a combustion control device for an internal combustion engine, the first injection and the second injection can be performed as fuel injection in the premixed combustion region. An injection mode adjusting means is provided that can increase or decrease the premixed combustion amount in the premixed combustion region by changing the ratio of the fuel injection amount with the two injections . Then, assuming that the required heat amount in the premixed combustion region is the same, the fuel injection amount ratio between the first injection and the second injection is determined according to the operating state of the internal combustion engine, and the fuel injection amount of the first injection A technical feature is that the premixed combustion amount in the premixed combustion region is continuously increased or decreased by adjusting the fuel injection amount of the second injection .
この特定事項により、予混合燃焼領域の燃料噴射形態(燃料噴射パターン)のみをパラメータとして、その燃料噴射パターンを調整すること、つまり第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を、内燃機関の運転状態(エンジン運転状態)に応じて変化させることで、予混合燃焼領域の予混合燃焼量(予混合燃焼度合い)を増減することが可能となり、燃焼室内の燃焼状態を連続的に調整することができる。 By this specific matter, the fuel injection pattern is adjusted using only the fuel injection mode (fuel injection pattern) in the premixed combustion region as a parameter, that is, the ratio of the fuel injection amount between the first injection and the second injection is determined as the internal combustion engine. It is possible to increase or decrease the premixed combustion amount (premixed combustion degree) in the premixed combustion region by continuously changing the combustion state in the combustion chamber by changing the engine according to the operating state (engine operating state). it is Ru can.
こうした構成において、例えば機関回転数(エンジン回転数)が比較的低回転であってエミッション低減を重視する燃焼状態にする場合は、予混合燃焼領域の第1噴射の燃料噴射量を大きくするとともに、第2噴射の燃料噴射量を小さくして予混合燃焼領域の予混合燃焼量(予混合燃焼度合い)を増大させることで、NOx発生量及びスモーク発生量を抑制する。 In such a configuration, for example, when the engine speed (engine speed) is relatively low and the combustion state is focused on emission reduction, the fuel injection amount of the first injection in the premixed combustion region is increased, By reducing the fuel injection amount of the second injection and increasing the premixed combustion amount (premixed combustion degree) in the premixed combustion region, the NOx generation amount and the smoke generation amount are suppressed.
一方、例えばエンジン回転数が比較的高回転であってエンジントルク重視の燃焼状態にする場合は、予混合燃焼領域の第1噴射の燃料噴射量を小さくするとともに、第2噴射の燃料噴射量を大きくして予混合燃焼領域の予混合燃焼量を減少(予混合燃焼領域の拡散燃焼度合いを増大)させる。これによって、予混合燃焼領域において予熱機能とトルクアップを実現することができ、エンジントルクを確保することが可能になる。 On the other hand, for example, when the engine speed is relatively high and the engine torque is put into a combustion state, the fuel injection amount of the first injection in the premixed combustion region is reduced and the fuel injection amount of the second injection is reduced. Increase to decrease the amount of premixed combustion in the premixed combustion region (increase the degree of diffusion combustion in the premixed combustion region). As a result, the preheating function and the torque increase can be realized in the premixed combustion region, and the engine torque can be secured.
以上のように、本発明では、予混合燃焼領域を要求熱量で管理し、予混合燃焼領域の燃料噴射パターンのみを調整することで、予混合燃焼領域の燃焼形態(予混合燃焼量)を連続的に変化させることが可能であるので、エンジン運転状態に応じた適正な燃焼形態を実現することができ、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図ることができる。 As described above, in the present invention, the premixed combustion region is managed by the required heat amount, and only the fuel injection pattern in the premixed combustion region is adjusted, so that the combustion mode (premixed combustion amount) in the premixed combustion region is continuous. Therefore, it is possible to realize an appropriate combustion mode according to the engine operating state, and to improve exhaust emission and secure engine torque.
本発明において、第1噴射の噴射終了時期及び第2噴射の噴射終了時期をそれぞれ固定し、第1噴射の噴射開始時期及び第2噴射の噴射開始時期をそれぞれ調整することによって、当該第1噴射及び第2噴射のそれぞれの燃料噴射量を設定するように構成する。 In the present invention, by fixing the injection end timing of the first injection and the injection end timing of the second injection, respectively, and adjusting the injection start timing of the first injection and the injection start timing of the second injection, respectively. And each fuel injection amount of the second injection is set.
具体的には、第2噴射の噴射終了時期は、TDC(ピストンの圧縮上死点)に近接したタイミング(クランク角度)に固定する。ここで、第2噴射による燃焼が拡散燃焼であることを前提とすれば、第2噴射による燃焼の「着火遅れ最小」と定義することが可能であり、着火遅れが最小であれば、第2噴射の噴射終了時期で燃焼終了時期は一義的に決まるため、第2噴射の噴射終了時期を固定して当該第2噴射の噴射開始時期を進角すれば、予混合燃焼領域の終了時期までに要求熱量(≒予混合燃焼領域の燃料噴射量)を供給することが可能であり、このような点を考慮して第2噴射の噴射終了時期を固定する。この第2噴射の燃料噴射量を増加する場合は噴射開始時期を進角し、逆に、第2噴射の燃料噴射量を減少する場合は噴射開始時期を遅角する。 Specifically, the injection end timing of the second injection is fixed at a timing (crank angle) close to TDC (piston compression top dead center). Here, assuming that the combustion by the second injection is diffusion combustion, it can be defined as “minimum ignition delay” of the combustion by the second injection, and if the ignition delay is minimum, the second Since the combustion end timing is uniquely determined by the injection end timing of the injection, if the injection end timing of the second injection is fixed and the injection start timing of the second injection is advanced, the end timing of the premixed combustion region is reached. It is possible to supply the required heat amount (≈the fuel injection amount in the premixed combustion region), and the injection end timing of the second injection is fixed in consideration of such points. When the fuel injection amount of the second injection is increased, the injection start timing is advanced. Conversely, when the fuel injection amount of the second injection is decreased, the injection start timing is retarded.
また、第1噴射については、第2噴射による燃焼の着火時期を固定化させるための最小予混合燃焼を実現できるタイミング(クランク角度)に噴射終了時期を固定し、この第1噴射の燃料噴射量を増加する場合は噴射開始時期を進角し、逆に、第1噴射の燃料噴射量を減少する場合は噴射開始時期を遅角する。 For the first injection, the injection end timing is fixed at a timing (crank angle) at which the minimum premixed combustion for fixing the ignition timing of the combustion by the second injection can be realized, and the fuel injection amount of the first injection Is increased, the injection start timing is advanced. Conversely, when the fuel injection amount of the first injection is decreased, the injection start timing is delayed.
本発明において、燃料噴射前の筒内ガス状態を調整することにより、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合い(予混合燃焼量)を増大させるようにしてもよい。 In the present invention, the degree of premixed combustion (premixed combustion amount) in the premixed combustion region may be increased by adjusting the in-cylinder gas state before fuel injection.
具体的には、内燃機関の排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置によって排気ガスの吸気系への還流量(EGR量)を増大させることにより、筒内酸素濃度を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させようにしてもよい。 Specifically, the exhaust gas recirculation device that recirculates a part of the exhaust gas discharged to the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system increases the recirculation amount (EGR amount) of the exhaust gas to the intake system. The oxygen concentration may be reduced to increase the degree of premix combustion in the premix combustion region.
このようにして筒内酸素濃度を低減した際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、予混合燃焼領域の燃焼重心(第1噴射による燃焼の燃焼重心)がTDC(ピストンの圧縮上死点)に接近する場合は、主燃焼領域の着火時期をTDCにする必要性は低くなるため、主燃焼を遅角(主噴射を遅角)する。このような主噴射の遅角を行うと、NOx量を低減することができる。 When the in-cylinder oxygen concentration is reduced in this way, the degree of premixed combustion in the premixed combustion region increases due to the reduction in the in-cylinder oxygen concentration, and the combustion center of gravity (combustion by the first injection) If the combustion center of gravity) approaches TDC (compression top dead center of the piston), it is less necessary to set the ignition timing of the main combustion region to TDC, so the main combustion is retarded (the main injection is retarded). . When the retardation of the main injection is performed, the amount of NOx can be reduced.
また、過給装置によって吸入空気量を減少させることにより、筒内の着火前圧力を低下させて予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させようにしてもよい。 Further, by reducing the intake air amount by the supercharging device, the pre-ignition pressure in the cylinder may be reduced to increase the degree of premix combustion in the premix combustion region.
このようにして、筒内の着火前圧力を低下させた際に、その筒内の着火前圧力の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、予混合燃焼領域の燃焼重心(第1噴射による燃焼の燃焼重心)がTDC(ピストンの圧縮上死点)に接近する場合は、主燃焼領域の着火時期をTDCにする必要性は低くなるため、主燃焼を遅角(主噴射を遅角)する。このような主噴射の遅角を行うと、NOx量を低減することができる。 Thus, when the pre-ignition pressure in the cylinder is lowered, the premixed combustion degree in the premixed combustion region is increased due to the reduction in the pre-ignition pressure in the cylinder, and the combustion center of gravity in the premixed combustion region is increased. When (the combustion center of gravity of the combustion by the first injection) approaches TDC (compression top dead center of the piston), it is less necessary to set the ignition timing of the main combustion region to TDC. Retard the injection). When the retardation of the main injection is performed, the amount of NOx can be reduced.
なお、この場合、吸気絞り弁(スロットルバルブ)によって吸入空気量を減少させて筒内の着火前圧力を低下させるようにしてもよいし、過給装置による吸入空気量の減少と、吸気絞り弁による吸入空気量の減少とを組み合わせて、筒内の着火前圧力を低下させるようにしてもよい。 In this case, the intake air amount may be decreased by an intake throttle valve (throttle valve) to reduce the pre-ignition pressure in the cylinder, the intake air amount may be reduced by the supercharging device, and the intake throttle valve The pressure before ignition in the cylinder may be lowered in combination with the reduction of the intake air amount due to the above.
また、本発明において、EGR量を多くすることで筒内酸素濃度を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、予混合燃焼領域の燃焼重心(第2噴射による燃焼の燃焼重心)がTDC(ピストンの圧縮上死点)に接近してしまい、予混合燃焼がTDCまでに完結しない状況となる場合は、主燃焼の着火時期を固定する(TDC着火に固定する)ために、予混合燃焼用噴射の第1噴射及び第2噴射を共に進角(予混合燃焼領域の全体を進角)することで、TDCまでに予混合燃焼領域の燃焼が完了できるようにする。 Further, in the present invention, when the in-cylinder oxygen concentration is reduced by increasing the EGR amount to increase the premixed combustion degree in the premixed combustion region, the reduction in the in-cylinder oxygen concentration results in the premixed combustion region. The degree of premixed combustion increases, the center of combustion of the premixed combustion region (the center of combustion of the combustion by the second injection) approaches TDC (piston compression top dead center), and premixed combustion is completed by TDC. In order to fix the ignition timing of the main combustion (fixed to TDC ignition), both the first injection and the second injection of the premixed combustion injection are advanced (the entire premixed combustion region is Advance) so that combustion in the premixed combustion region can be completed by TDC.
また、本発明において、吸入空気量を減少させることにより筒内の着火前圧力を低下させて予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、予混合燃焼領域の燃焼重心(第2噴射による燃焼の燃焼重心)がTDC(ピストンの圧縮上死点)に接近してしまい、予混合燃焼がTDCまでに完結しない状況となる場合は、主燃焼の着火時期を固定する(TDC着火に固定する)ために、予混合燃焼用噴射の第1噴射及び第2噴射を共に進角(予混合燃焼領域の全体を進角)することで、TDCまでに予混合燃焼領域の燃焼が完了できるようにする。 Further, in the present invention, when the pre-ignition pressure in the cylinder is reduced by decreasing the intake air amount to increase the degree of premix combustion in the premix combustion region, the premixing is performed by reducing the in-cylinder oxygen concentration. The degree of premixed combustion in the combustion region becomes high, the combustion center of gravity in the premixed combustion region (combustion center of gravity in the combustion by the second injection) approaches TDC (piston compression top dead center), and premixed combustion becomes TDC. In order to fix the ignition timing of the main combustion (fixed to TDC ignition), both the first injection and the second injection of the premix combustion injection are advanced (premix combustion region). The combustion of the premixed combustion region can be completed by TDC.
なお、上記燃焼重心とは、燃焼室内に噴射された燃料(例えば、予混合燃焼用の燃料噴射で噴射された燃料、拡散燃焼用の燃料噴射で噴射された燃料)が燃焼室内で燃焼する際に、その全ての燃料の燃焼が完了する完全燃焼状態を燃焼度合い「100%」とした場合において、燃焼度合いが「50%」に達したときをいう。言い換えると、燃焼室内での熱発生量の累積が、噴射された燃料の全量が燃焼した場合の熱発生量に対して「50%」に達したときをいう。 The combustion center of gravity means that fuel injected into the combustion chamber (for example, fuel injected by fuel injection for premixed combustion, fuel injected by fuel injection for diffusion combustion) burns in the combustion chamber. In addition, when the complete combustion state in which the combustion of all the fuels is completed is set to the combustion degree “100%”, the combustion degree reaches “50%”. In other words, the cumulative heat generation amount in the combustion chamber reaches “50%” with respect to the heat generation amount when the entire injected fuel burns.
本発明によれば、燃焼室内での燃焼形態を予混合燃焼領域と主燃焼領域とに分離して考え、その予混合燃焼領域を要求熱量で管理し、当該予混合燃焼領域の燃料噴射形態の調整により予混合燃焼領域の予混合度合い(予混合燃焼量)を連続的に変化させることが可能であるので、エンジン運転状態に応じた適正な燃焼形態を実現することができ、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図ることができる。 According to the present invention, the combustion mode in the combustion chamber is considered to be separated into the premixed combustion region and the main combustion region, the premixed combustion region is managed by the required heat amount, and the fuel injection mode of the premixed combustion region is By adjusting, it is possible to continuously change the degree of premixing (premixed combustion amount) in the premixed combustion region, so it is possible to realize an appropriate combustion mode according to the engine operating state, and to improve exhaust emission The engine torque can be secured.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.
−エンジンの構成−
まず、本発明を適用するディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の一例について説明する。図1はエンジン1及びその制御系統の概略構成図である。また図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室3及びその周辺部を示す断面図である。-Engine configuration-
First, an example of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) to which the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the
図1に示すように、この例のエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
As shown in FIG. 1, the
燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、遮断弁24、燃料添加弁26、機関燃料通路27、添加燃料通路28等を備えて構成されている。
The
上記サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路27を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、サプライポンプ21から供給された高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23は、その内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して燃焼室3内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ23からの燃料噴射制御の詳細については後述する。
The
また、上記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路28を介して燃料添加弁26に供給する。添加燃料通路28には、緊急時において添加燃料通路28を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁24が備えられている。
The
また、上記燃料添加弁26は、後述するECU100による添加制御動作によって排気系7への燃料添加量が目標添加量(排気A/Fが目標A/Fとなるような添加量)となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁26から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系7(排気ポート71から排気マニホールド72)に噴射供給される構成となっている。
The
吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド63を備え、この吸気マニホールド63に、吸気通路を構成する吸気管64が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順に、エアクリーナ65、エアフローメータ43、スロットルバルブ(吸気絞り弁)62が配設されている。エアフローメータ43は、エアクリーナ65を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
The intake system 6 includes an
排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート71に接続される排気マニホールド72を備えており、この排気マニホールド72に対して、排気通路を構成する排気管73,74が接続されている。また、この排気通路には、NOx吸蔵触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction触媒)75、及び、DPNR触媒(Diesel Paticulate−NOx Reduction触媒)76を備えたマニバータ(排気浄化装置)77が配設されている。以下、これらNSR触媒75及びDPNR触媒76について説明する。
The exhaust system 7 includes an
NSR触媒75は、吸蔵還元型NOx触媒であって、例えば、アルミナ(Al2O3)を担体とし、この担体上に例えばカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類、ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類と、白金(Pt)のような貴金属とが担持された構成となっている。The
このNSR触媒75は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはNOxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分(例えば燃料の未燃成分(HC))が多量に存在している状態においてはNOxをNO2もしくはNOに還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気中のHCやCOと速やかに反応することによってさらに還元されてN2となる。また、HCやCOは、NO2やNOを還元することで、自身は酸化されてH2OやCO2となる。すなわち、NSR触媒75に導入される排気中の酸素濃度やHC成分を適宜調整することにより、排気中のHC、CO、NOxを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やHC成分の調整を、燃料添加弁26からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。The
一方、DPNR触媒76は、例えば、多孔質セラミック構造体にNOx吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のPMは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したNOxは還元・放出される。さらに、DPNR触媒76には、捕集したPMを酸化・燃焼する触媒(例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒)が担持されている。
On the other hand, the
ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室3及びその周辺部の構成について、図2を用いて説明する。この図2に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎に円筒状のシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。
Here, the structure of the
ピストン13の頂面13aの上側には上記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部にガスケット14を介して取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ(凹陥部)13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。
The
なお、このキャビティ13bの形状としては、その中央部分(シリンダ中心線P上)では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図2に示すように、ピストン13が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ13bによって形成される燃焼室3としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される(拡大空間とされる)構成となっている。
As for the shape of the cavity 13b, the concave dimension is small in the central portion (on the cylinder center line P), and the concave dimension is increased toward the outer peripheral side. That is, as shown in FIG. 2, when the
上記ピストン13は、コネクティングロッド18の小端部18aがピストンピン13cにより連結されており、このコネクティングロッド18の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア12内でのピストン13の往復移動がコネクティングロッド18を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。このグロープラグ19は、エンジン1の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
The
上記シリンダヘッド15には、燃焼室3へ空気を導入する吸気ポート15aと、燃焼室3から排気ガスを排出する上記排気ポート71とがそれぞれ形成されているとともに、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16及び排気ポート71を開閉する排気バルブ17が配設されている。これら吸気バルブ16及び排気バルブ17はシリンダ中心線Pを挟んで対向配置されている。つまり、この例のエンジン1はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド15には、燃焼室3の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ23が取り付けられている。このインジェクタ23は、シリンダ中心線Pに沿う起立姿勢で燃焼室3の略中央上部に配設されており、上記コモンレール22から導入される燃料を燃焼室3に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。
The
さらに、図1に示すように、このエンジン1には、過給機(ターボチャージャ)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52及びコンプレッサインペラ53を備えている。コンプレッサインペラ53は吸気管64の内部に臨んで配置され、タービンホイール52は排気管73の内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ5は、タービンホイール52が受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサインペラ53を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。この例のターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャ(VNT)であって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構54が設けられており、この可変ノズルベーン機構54の開度(VN開度)を調整することによってエンジン1の過給圧を調整することができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
吸気系6の吸気管64には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。このインタークーラ61よりも更に下流側に上記スロットルバルブ62が設けられている。スロットルバルブ62は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有している。
An
また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続する排気還流通路(EGR通路)8が設けられている。このEGR通路8は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、このEGR通路8には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるEGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられている。これらEGR通路8、EGRバルブ81、EGRクーラ82等によってEGR装置(排気還流装置)が構成されている。
Further, the
−センサ類−
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the
例えば、上記エアフローメータ43は、吸気系6内のスロットルバルブ62の上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ49は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ48は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。A/F(空燃比)センサ44は、排気系7のマニバータ77の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ45は、同じく排気系7のマニバータ77の下流において排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ41はコモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力(以下、燃圧ともいう)に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ42はスロットルバルブ62の開度を検出する。
For example, the
−ECU−
ECU100は、図3に示すように、CPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。-ECU-
As shown in FIG. 3, the
以上のCPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104は、バス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105及び出力インターフェース106と接続されている。
The
入力インターフェース105には、上記レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、A/Fセンサ44、排気温センサ45、吸気圧センサ48、吸気温センサ49が接続されている。さらに、この入力インターフェース105には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ46、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ47、及び、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力するクランクポジションセンサ40などが接続されている。
The
一方、出力インターフェース106には、上記インジェクタ23、燃料添加弁26、スロットルバルブ62、可変ノズルベーン機構54、及び、EGRバルブ81などが接続されている。
On the other hand, the
そして、ECU100は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。例えば、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御を実行する。このインジェクタ23の燃料噴射制御として、本実施形態では、後述する予混合燃焼領域の燃料噴射(予混合噴射)及び主燃焼領域の燃料噴射(主噴射)が実行されるようになっている。
The
このような予混合燃焼領域の燃料噴射及び主燃焼領域の燃料噴射の総燃料噴射量は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて決定される要求トルクを得るために必要な燃料噴射量として設定される。例えば、エンジン回転数(クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数)が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度センサ47により検出されるアクセルペダルの踏み込み量)が大きいほど(アクセル開度が大きいほど)エンジン1のトルク要求値としては高く得られる。
The total fuel injection amount of the fuel injection in the premixed combustion region and the fuel injection in the main combustion region is determined according to operating conditions such as engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, intake air temperature, and environmental conditions. It is set as the fuel injection amount necessary to obtain the required torque. For example, the higher the engine speed (the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 40), the larger the accelerator operation amount (the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 47). The higher the required accelerator torque of the
そして、ECU100により実行されるプログラムによって本発明の内燃機関の燃焼制御装置(例えば噴射形態調整手段及び燃焼制御手段)が実現される。 And the combustion control apparatus (for example, injection form adjustment means and combustion control means) of the internal combustion engine of this invention is implement | achieved by the program run by ECU100.
−燃料噴射圧−
上記燃料噴射制御を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値つまり目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、及び、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室3内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ23から燃焼室3内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。-Fuel injection pressure-
The fuel injection pressure when executing the fuel injection control is determined by the internal pressure of the
なお、この目標レール圧は例えば上記ROM102に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ23の開弁期間(噴射率波形)が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。
The target rail pressure is set according to a fuel pressure setting map stored in the
上記燃料噴射制御における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン1や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
Regarding the fuel injection parameter in the fuel injection control, the optimum value varies depending on the temperature conditions of the
例えば、上記ECU100は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、つまり燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ21の燃料吐出量を調量する。また、ECU100はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量を決定する。具体的には、ECU100は、クランクポジションセンサ40の検出値に基づいてエンジン回転数(エンジン回転速度)を算出するとともに、アクセル開度センサ47の検出値に基づいてアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を求め、このエンジン回転数及びアクセル開度等に基づいて総噴射量(後述する予混合噴射及び主噴射における総噴射量)を決定する。
For example, the
−燃料噴射制御−
ディーゼルエンジン1においては、NOx発生量及びスモーク発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。これらの要求を連立するための手法として以下に述べるような燃料噴射制御(燃料噴射パターン調整)を見出した。その燃料噴射制御について具体的に説明する。-Fuel injection control-
In the
まず、本実施形態では、図4に示すように、燃焼室3内での燃焼を時系列で予混合燃焼領域及び主燃焼領域(拡散燃焼領域)に分類している。
First, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the combustion in the
予混合燃焼領域は自工程で燃焼が全て完了する燃焼領域と定義することとする。なお、予混合燃焼領域は、純粋な自着火燃焼であるために着火遅れが発生し、初期燃焼は必ず予混合燃焼となる領域である。また、主燃焼は、基本的に着火時期がTDCである拡散燃焼と定義することとする。なお、後述するように主燃焼の着火時期はTDCに対して遅角する場合もある。 The premixed combustion region is defined as a combustion region in which all combustion is completed in the own process. Note that the premixed combustion region is pure self-ignition combustion, so that an ignition delay occurs and the initial combustion is always premixed combustion. The main combustion is basically defined as diffusion combustion whose ignition timing is TDC. As will be described later, the ignition timing of main combustion may be retarded with respect to TDC.
上記予混合燃焼領域における燃料噴射を「予混合噴射」と呼び、上記主燃焼領域における燃料噴射を「主噴射」と呼ぶこととする。また、予混合噴射は2回に分割噴射可能となっており、その第1回目の予混合噴射(先の噴射)を「第1噴射」と呼び、第2回目の予混合噴射(前記第1噴射の後の噴射)を「第2噴射」と呼ぶこととする。この第1噴射は予混合成分噴射であり、また第2噴射は予熱成分噴射であってTDCに近接した燃料噴射である。 The fuel injection in the premixed combustion region is referred to as “premixed injection”, and the fuel injection in the main combustion region is referred to as “main injection”. In addition, the premix injection can be divided into two, and the first premix injection (previous injection) is referred to as “first injection”, and the second premix injection (the first injection). The injection after injection) will be referred to as “second injection”. The first injection is premixed component injection, and the second injection is preheated component injection and fuel injection close to TDC.
そして、本実施形態の特徴は、予混合燃焼領域を要求熱量で管理し、その予混合燃焼領域の燃料噴射パターン(図4参照)を調整し、予混合燃焼領域の予混合燃焼量を連続的に変化させることで、エンジン運転状態に応じた適正な燃焼形態を実現して、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図る点にある。以下、この技術的思想について説明する。 The feature of this embodiment is that the premixed combustion region is managed by the required heat amount, the fuel injection pattern in the premixed combustion region (see FIG. 4) is adjusted, and the premixed combustion amount in the premixed combustion region is continuously increased. By changing to, an appropriate combustion mode corresponding to the engine operating state is realized, and exhaust emission is improved and engine torque is secured. Hereinafter, this technical idea will be described.
まず、図4に示すように、予混合燃焼領域の要求熱量(≒燃料噴射量)を同じ(同一)として、予混合噴射の第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を連続的に変化(第2噴射=0%も含む)させることで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合い(予混合燃焼量)を増加または減少させることができる。なお、「予混合燃焼度合い」とは、予混合燃焼領域中における全熱発生量に対する予混合燃焼の熱発生量の比率のことである。 First, as shown in FIG. 4, the required heat amount (≈fuel injection amount) in the premixed combustion region is the same (same), and the fuel injection amount ratio between the first injection and the second injection of the premixed injection is continuously set. By changing (including the second injection = 0%), the premixed combustion degree (premixed combustion amount) in the premixed combustion region can be increased or decreased. The “degree of premix combustion” is the ratio of the heat generation amount of premix combustion to the total heat generation amount in the premix combustion region.
具体的には、図4に示すように、予混合燃焼領域の第2噴射の燃料噴射量を小さくしていく(第2噴射の噴射開始時期の進角量を小さくしていく)とともに、第1噴射の噴射終了時期を同じとして、この第1噴射の噴射開始時期を進角して燃料噴射量を増加していくと、干渉冷却効果の増大により燃焼室内温度が低く抑えられるので、着火遅れが促進されて予混合燃焼領域の予混合度合いが増大していく。このようにして予混合燃焼領域の予混合度合いを増大させると、NOx発生量及びスモーク発生量を抑制することができる。なお、噴霧干渉冷却とは、先行して噴射された燃料の噴霧が、後続して噴射された燃料の吸熱反応によって冷却される現象であって、後述するように燃料噴射量が多いほど噴霧干渉冷却効果が大きくなる。 Specifically, as shown in FIG. 4, the fuel injection amount of the second injection in the premixed combustion region is decreased (the advance amount of the injection start timing of the second injection is decreased), and the first If the injection end timing of one injection is the same and the fuel injection amount is increased by advancing the injection start timing of the first injection, the temperature in the combustion chamber can be kept low due to an increase in the interference cooling effect. Is promoted, and the degree of premixing in the premixed combustion region increases. When the premixing degree in the premixed combustion region is increased in this way, the NOx generation amount and the smoke generation amount can be suppressed. Note that the spray interference cooling is a phenomenon in which the spray of the fuel injected earlier is cooled by the endothermic reaction of the fuel injected subsequently, and as the fuel injection amount increases, the spray interference is increased as described later. The cooling effect is increased.
逆に、図4に示すように、予混合噴射の第1噴射の燃料噴射量を小さくしていく(第1噴射の噴射開始時期の進角量を小さくしていく)とともに、第2噴射の噴射終了時期を同じとして、この第2噴射の噴射開始時期を進角して噴射量を増加していくと、第2噴射による燃焼形態が拡散燃焼に移行していくので、予混合燃焼領域において予熱機能とトルクアップとを実現することができる。 On the contrary, as shown in FIG. 4, the fuel injection amount of the first injection of the premixed injection is reduced (the advance amount of the injection start timing of the first injection is reduced), and the second injection If the injection end timing is the same and the injection start timing of the second injection is advanced to increase the injection amount, the combustion mode by the second injection shifts to diffusion combustion, so in the premixed combustion region A preheating function and a torque increase can be realized.
以上のように、予混合噴射の第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を連続的に変化(第2噴射=0%も含む)させることで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合い(予混合燃焼量)を連続的に変化させることができる。これによって、エンジン運転状態(例えばエンジン回転数・負荷)に応じた適正な燃焼形態を実現することができ、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図ることができる。 As described above, by continuously changing the fuel injection amount ratio between the first injection and the second injection of the premixed injection (including the second injection = 0%), the premixed combustion degree in the premixed combustion region The (premixed combustion amount) can be continuously changed. As a result, an appropriate combustion mode corresponding to the engine operating state (for example, engine speed / load) can be realized, and exhaust emission can be improved and engine torque can be secured.
以上の燃料噴射制御はECU100によって実行される。
The fuel injection control described above is executed by the
−貫徹力について−
ここで、燃料噴射量と貫徹力との関係について説明する。上記インジェクタ23では、噴射指令信号を受けて燃料噴射が開始されると、噴射孔を閉塞しているニードルが噴射孔から後退していくことで噴射孔の開口面積を次第に増大させていく。-About penetration-
Here, the relationship between the fuel injection amount and the penetration force will be described. In the
そして、上記インジェクタ23の噴射孔の開口面積は、その噴射孔から噴射される燃料(噴霧)の飛行距離に相関がある。すなわち、噴射孔の開口面積が小さい状態で燃料が噴射された場合には、この噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も小さいため運動エネルギも小さく(貫徹力(ペネトレーション)が小さく)なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離も短い。一方、噴射孔の開口面積が大きい状態で燃料が噴射された場合には、噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も大きいため運動エネルギも大きく(貫徹力(ペネトレーション)が大きく)なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離は長くなる。
The opening area of the injection hole of the
このように、インジェクタ23の噴射孔の開口面積と、その噴射孔から噴射される燃料(噴霧)の飛行距離とには相関があり、インジェクタ23の開弁過程において噴射孔の開口面積が大きくなっていくにしたがって、噴射孔から噴射される燃料(液滴)の運動エネルギが大きくなっていき、先行して噴射された燃料よりも後続して噴射された燃料の飛行距離が長くなっていく。つまり、インジェクタ23の開弁期間が長く設定されるほど(言い換えると、噴射1回当たりの噴射量が多く設定されるほど)、先行した噴射された噴霧中を、後続して噴射された燃料が通過する量が多くなる。よって、上記した予混合燃焼用噴射の第1噴射での噴射量が多く設定されるほど、先行して噴射された燃料の噴霧が、後続して噴射された燃料の吸熱反応によって冷却される度合いが高くなって上記した噴霧干渉冷却効果が大きくなる。
Thus, there is a correlation between the opening area of the injection hole of the
−予混合燃焼領域の燃料噴射パターンについて−
本実施形態では、上述の如く予混合噴射の第1噴射と第2噴射の燃料噴射量比率を連続的に変化(第2噴射=0%も含む)させることで、予混合燃焼度合い(予混合燃焼量)を連続的に変化させる点に特徴がある。このような制御を実現するための燃料噴射パターンについて以下に具体的に説明する。-Fuel injection pattern in premixed combustion region-
In the present embodiment, as described above, the fuel injection amount ratio of the first injection and the second injection of the premixed injection is continuously changed (including the second injection = 0%), thereby the premixed combustion degree (premixed combustion). It is characterized in that the amount of combustion) is continuously changed. The fuel injection pattern for realizing such control will be specifically described below.
<第1噴射と第2噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期>
まず、予混合噴射の第1噴射と第2噴射のそれぞれの噴射開始時期及び噴射終了時期について説明する。<Injection start timing and injection end timing of the first injection and the second injection>
First, the injection start timing and the injection end timing of the first injection and the second injection of the premixed injection will be described.
図4に示すように、第2噴射の噴射終了時期は、TDC(ピストン13の圧縮上死点)に近接したタイミング(クランク角度)に固定する。ここで、第2噴射による燃焼が拡散燃焼であることを前提とすれば、第2噴射による燃焼の「着火遅れ最小」と定義することが可能であり、着火遅れが最小であれば、第2噴射の噴射終了時期で燃焼終了時期は一義的に決まるため、第2噴射の噴射終了時期を固定して噴射開始時期を進角すれば、予混合燃焼領域の終了時期までに要求熱量(≒予混合燃焼領域の燃料噴射量)を供給することが可能であり、このような点を考慮して第2噴射の噴射終了時期を固定する。この第2噴射の燃料噴射量を増加する場合は噴射開始時期を進角し、逆に、第2噴射の燃料噴射量を減少する場合は噴射開始時期を遅角する。 As shown in FIG. 4, the injection end timing of the second injection is fixed at a timing (crank angle) close to TDC (compression top dead center of the piston 13). Here, assuming that the combustion by the second injection is diffusion combustion, it can be defined as “minimum ignition delay” of the combustion by the second injection, and if the ignition delay is minimum, the second Since the combustion end timing is uniquely determined by the injection end timing of injection, if the injection end timing of the second injection is fixed and the injection start timing is advanced, the required heat amount (≈ In consideration of such points, the injection end timing of the second injection is fixed. When the fuel injection amount of the second injection is increased, the injection start timing is advanced. Conversely, when the fuel injection amount of the second injection is decreased, the injection start timing is retarded.
第1噴射については、第2噴射による燃焼の着火時期を固定化させるための最小予混合燃焼を実現できるタイミング(クランク角度)に噴射終了時期を固定し、この第1噴射の燃料噴射量を増加する場合は噴射開始時期を進角し、逆に、第1噴射の燃料噴射量を減少する場合は噴射開始時期を遅角する。 For the first injection, the injection end timing is fixed at a timing (crank angle) at which the minimum premixed combustion for fixing the ignition timing of the combustion by the second injection can be realized, and the fuel injection amount of the first injection is increased. If so, the injection start timing is advanced. Conversely, if the fuel injection amount of the first injection is decreased, the injection start timing is retarded.
<第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率>
本実施形態では、予混合燃焼領域を要求熱量(要求熱エネルギ)で管理するので、その要求熱量つまり予混合燃焼領域の燃料噴射量を同じとして(燃料噴射量を変更せずに)、予混合噴射の第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率のみを調整することで、予混合燃焼領域の燃料噴射パターンを設定して燃料噴射を行う。<Fuel injection amount ratio between first injection and second injection>
In this embodiment, since the premixed combustion region is managed by the required heat amount (required heat energy), the required heat amount, that is, the fuel injection amount in the premixed combustion region is made the same (without changing the fuel injection amount), and the premixing is performed. By adjusting only the fuel injection amount ratio between the first injection and the second injection, the fuel injection pattern in the premixed combustion region is set and fuel injection is performed.
具体的には、例えば、図5に示すように、第1噴射と第2噴射との総燃料噴射量を6mm3とし、予混合燃焼領域の目標燃焼形態を最小予混合燃焼とする場合は、燃料噴射量比率[第1噴射:第2噴射]を[2mm3:4mm3]とする。また、目標燃焼形態を小中予混合燃焼とする場合は燃料噴射量比率[第1噴射:第2噴射]を[3mm3:3mm3]とし、目標燃焼形態を中小予混合燃焼とする場合は燃料噴射量比率[第1噴射:第2噴射]を[4mm3:2mm3]とする。そして、目標燃焼形態を最大予混合燃焼とする場合は燃料噴射量比率[第1噴射:第2噴射]を[6mm3:0mm3]とする。Specifically, for example, as shown in FIG. 5, when the total fuel injection amount of the first injection and the second injection is 6 mm 3 and the target combustion mode in the premixed combustion region is the minimum premixed combustion, The fuel injection amount ratio [first injection: second injection] is set to [2 mm 3 : 4 mm 3 ]. Also, when the target combustion mode is small / medium premixed combustion, the fuel injection amount ratio [first injection: second injection] is [3 mm 3 : 3 mm 3 ], and when the target combustion mode is small / medium premixed combustion The fuel injection amount ratio [first injection: second injection] is set to [4 mm 3 : 2 mm 3 ]. When the target combustion mode is the maximum premixed combustion, the fuel injection amount ratio [first injection: second injection] is set to [6 mm 3 : 0 mm 3 ].
<燃料噴射パターン>
(1)図6(a)に、予混合燃焼領域の燃焼形態を上記最小予混合燃焼とする燃料噴射パターン及び主噴射の燃料噴射パターンを示す。図6(a)にはそれら燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形及び発生熱量(要求熱量)を併記している。<Fuel injection pattern>
(1) FIG. 6A shows a fuel injection pattern in which the combustion mode in the premixed combustion region is the minimum premixed combustion and the fuel injection pattern of the main injection. FIG. 6A shows the heat generation rate waveform and the amount of generated heat (required heat amount) obtained by these fuel injection patterns.
この図6(a)に示す燃焼形態では、第2噴射の燃料噴射による燃焼の大部分が拡散燃焼となっており、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを低く設定することができる。例えば、予混合燃焼度合い(比率)を20〜60%に設定することができる。なお、この図6(a)において、第1噴射の噴射開始時期に対する燃焼重心の遅れを「基準着火遅れ」としている。 In the combustion mode shown in FIG. 6A, most of the combustion by the fuel injection of the second injection is diffusion combustion, and the premixed combustion degree in the premixed combustion region can be set low. For example, the premixed combustion degree (ratio) can be set to 20 to 60%. In FIG. 6A, the delay of the combustion center of gravity with respect to the injection start timing of the first injection is referred to as “reference ignition delay”.
(2)図6(b)に、予混合燃焼領域の燃焼形態を上記小中予混合燃焼とする燃料噴射パターン及び主噴射の燃料噴射パターンを示す。図6(b)にはそれら燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形及び発生熱量(要求熱量)を併記している。 (2) FIG. 6B shows a fuel injection pattern in which the combustion mode in the premixed combustion region is the above-described small / medium premixed combustion and a fuel injection pattern of the main injection. FIG. 6B shows the heat generation rate waveform and the amount of generated heat (required heat amount) obtained by these fuel injection patterns.
この図6(b)に示す予混合噴射の燃料噴射パターンでは、上記図6(a)の予混合噴射の燃料噴射パターンに対して第1噴射の燃焼噴射量を増量し、第2噴射の燃焼噴射量を減量している。これにより、図6(b)のものは、図6(a)の燃焼形態と比べて、第1噴射の着火遅れが増加して予混合燃焼領域における予混合燃焼度合いが高くなっている。この図6(b)の燃料噴射パターンでは、予混合燃焼度合い(比率)を例えば30〜70%に設定することができる。 In the fuel injection pattern of the premixed injection shown in FIG. 6B, the combustion injection amount of the first injection is increased with respect to the fuel injection pattern of the premixed injection shown in FIG. The injection amount is reduced. Thereby, in FIG. 6B, the ignition delay of the first injection is increased and the degree of premixed combustion in the premixed combustion region is higher than in the combustion mode of FIG. 6A. In the fuel injection pattern of FIG. 6B, the premixed combustion degree (ratio) can be set to 30 to 70%, for example.
(3)図7(a)に、予混合燃焼領域の燃焼形態を上記中小予混合燃焼とする燃料噴射パターン及び主噴射の燃料噴射パターンを示す。図7(a)にはそれら燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形及び発生熱量(要求熱量)を併記している。 (3) FIG. 7A shows a fuel injection pattern in which the combustion mode in the premixed combustion region is the above-described medium and small premixed combustion and a fuel injection pattern of the main injection. FIG. 7A shows the heat generation rate waveform and the amount of generated heat (required heat amount) obtained by these fuel injection patterns.
この図7(a)に示す予混合噴射の燃料噴射パターンでは、上記した図6(b)の予混合噴射の燃料噴射パターンに対して第1噴射の燃焼噴射量を増量し、第2噴射の燃焼噴射量を減量している。これにより、図7(a)のものは、図6(b)の燃焼形態と比べて、第1噴射の着火遅れが増加して予混合燃焼領域における予混合燃焼度合いが高くなっている。この図7(a)の燃料噴射パターンでは、予混合燃焼度合い(比率)を例えば40〜80%に設定することができる。 In the fuel injection pattern of the premixed injection shown in FIG. 7A, the combustion injection amount of the first injection is increased with respect to the fuel injection pattern of the premixed injection shown in FIG. The combustion injection amount is reduced. Accordingly, in FIG. 7A, the ignition delay of the first injection is increased and the degree of premixed combustion in the premixed combustion region is higher than that in the combustion mode of FIG. 6B. In the fuel injection pattern of FIG. 7A, the premixed combustion degree (ratio) can be set to 40 to 80%, for example.
(4)図7(b)に、予混合燃焼領域の燃焼形態を上記最大予混合燃焼とする燃料噴射パターン及び主噴射の燃料噴射パターンを示す。図7(b)にはそれら燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形及び発生熱量(要求熱量)を併記している。 (4) FIG. 7B shows a fuel injection pattern in which the combustion mode in the premixed combustion region is the maximum premixed combustion and the fuel injection pattern of the main injection. FIG. 7B shows the heat generation rate waveform and the amount of generated heat (required heat amount) obtained by these fuel injection patterns.
この図7(b)に示す燃料噴射パターンでは、第1噴射の燃料噴射量を予混合燃焼領域の総噴射量(6mm3)とし、第2噴射を「0」としているので、第1噴射の着火遅れが最大となり予混合燃焼度合いが最大となる。この図7(b)の燃料噴射パターンでは、予混合燃焼度合い(比率)を例えば50〜100%に設定することができる。In the fuel injection pattern shown in FIG. 7B, the fuel injection amount of the first injection is the total injection amount (6 mm 3 ) in the premixed combustion region, and the second injection is “0”. The ignition delay is maximized and the premixed combustion degree is maximized. In the fuel injection pattern of FIG. 7B, the premixed combustion degree (ratio) can be set to 50 to 100%, for example.
以上のように、第1噴射及び第2噴射の総噴射量は同一とし、第1噴射の燃料噴射量を大きくしていくとともに、第2噴射の燃料噴射量を小さくしていくことによって予混合燃焼領域の予混合燃焼度合い(予混合燃焼量)を連続的に増大させることができる。逆に、第1噴射の燃料噴射量を小さくしていくとともに、第2噴射の燃料噴射量を大きくしていくことによって予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを連続的に減少(予混合燃焼領域の拡散燃焼度合いを連続的に増大)させることができる。 As described above, the total injection amount of the first injection and the second injection is the same, the fuel injection amount of the first injection is increased, and the fuel injection amount of the second injection is decreased, so that the premixing is performed. The premixed combustion degree (premixed combustion amount) in the combustion region can be continuously increased. Conversely, by decreasing the fuel injection amount of the first injection and increasing the fuel injection amount of the second injection, the degree of premix combustion in the premix combustion region is continuously reduced (premix combustion region). The degree of diffusive combustion can be continuously increased).
−具体的な制御手順−
次に、上述の如く予混合燃焼領域の燃料噴射パターン(予混合燃焼領域の第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率)を調整してインジェクタ23からの燃料噴射を実行する場合の具体的な制御手順について説明する。なお、以下に説明する処理はECU100において実行される。-Specific control procedure-
Next, a specific example in which the fuel injection from the
まず、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温、吸入空気温度等の運転状態や環境条件に応じて総要求熱量(総燃料噴射量)を公知のマップ等を参照して決定する。その総要求熱量のうち、上記予混合燃焼領域の要求熱量を決定する。この予混合燃焼領域の要求熱量は、エンジン運転状態を予熱重視とするか、エンジントルク重視とするかによって可変に設定する。ただし、予混合燃焼領域の要求熱量を大きくし過ぎると予混合燃焼をTDC(ピストン13の圧縮上死点)までに完了できなくなる点、及び、予混合燃焼領域における第1噴射の進角量には制限がある点などを考慮すると、予混合燃焼領域の要求熱量については上限ガードで制限しておく必要がある。 First, the total required heat amount (total fuel injection amount) is determined with reference to a known map or the like according to the operating state such as engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, intake air temperature, and environmental conditions. Of the total required heat amount, the required heat amount in the premixed combustion region is determined. The required amount of heat in this premixed combustion region is variably set depending on whether the engine operating state is focused on preheating or engine torque. However, if the required heat quantity in the premixed combustion region is too large, the premixed combustion cannot be completed by TDC (compression top dead center of the piston 13), and the advance amount of the first injection in the premixed combustion region In view of the limitation, it is necessary to limit the required heat amount in the premixed combustion region with an upper limit guard.
(S1)上記予混合燃焼領域の要求熱量に基づいて、図8に示すマップを参照して予混合燃焼領域の総噴射量(第1噴射+第2噴射)を求める。 (S1) Based on the required amount of heat in the premixed combustion region, the total injection amount (first injection + second injection) in the premixed combustion region is obtained with reference to the map shown in FIG.
図8のマップは要求熱量をパラメータとして実験・シミュレーション等によって予混合燃焼領域の総噴射量を適合した値をマップ化したものであって、例えばECU100のROM102に格納されている。図8のマップにおいては、要求熱量が高いほど、予混合燃焼領域の総燃料噴射量が多くなるように設定されている。
The map in FIG. 8 is a map obtained by mapping the total injection amount in the premixed combustion region by experiment / simulation using the required heat amount as a parameter, and is stored in the
(S2)エンジン回転数及び要求トルクに基づいて図9に示すマップを参照して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを求める。 (S2) The premixed combustion degree in the premixed combustion region is obtained based on the engine speed and the required torque with reference to the map shown in FIG.
図9のマップは、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとして、予め実験・シミュレーション等によって予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを経験的に適合した値をマップ化したものであって、例えばECU100のROM102に格納されている。図9のマップにおいては、エンジン回転数が低いほど、また、要求トルクが低いほど、予混合燃焼領域の予混合度合いが大きくなるように設定されている。
The map in FIG. 9 is a map of values obtained by empirically matching the degree of premixed combustion in the premixed combustion region in advance through experiments and simulations using the engine speed and engine torque as parameters. Stored in the
(S3)上記した(S2)の処理で求めた予混合燃焼領域の予混合度合いを用いて、図10のマップを参照して、第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を求める。この燃料噴射量比率と上記(S1)の処理で求めた予混合燃焼領域の総燃料噴射量とを用い、その総燃料噴射量に燃料噴射量比率を乗算して、第1噴射の燃料噴射量及び第2噴射の燃料噴射量をそれぞれ求める。 (S3) The fuel injection amount ratio between the first injection and the second injection is obtained with reference to the map of FIG. 10 using the premixing degree of the premixed combustion region obtained in the processing of (S2) described above. The fuel injection amount of the first injection is obtained by multiplying the total fuel injection amount by the fuel injection amount ratio by using the fuel injection amount ratio and the total fuel injection amount in the premixed combustion region obtained in the process of (S1). And the fuel injection amount of the second injection are obtained.
なお、図10に示す燃料噴射量比率マップは、予混合度合いをパラメータとして第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を、予め実験・シミュレーション等によって適合した値をマップ化したものであって、上記ECU100のROM102内に格納されている。この図10のマップにおいて、予混合燃焼度合いが大きくなるほど(予混合度合いが100%に近い側になるほど)、第1噴射の燃料噴射量の比率が高くなる(第2噴射の燃料噴射量が「0」の場合も含む)ように設定されている。なお、図10のマップでは、予混合燃焼領域の総噴射量を「1」として、第1噴射の燃料噴射量と第2噴射の燃料噴射量との比率が設定されている。
Note that the fuel injection amount ratio map shown in FIG. 10 is a map in which the fuel injection amount ratio between the first injection and the second injection is preliminarily adapted by experiments and simulations, etc., with the degree of premixing as a parameter. And stored in the
(S4)上記した(S3)の処理で求めた第1噴射の燃料噴射量、及び、第2噴射の燃料噴射量を用いて、図11(a)及び(b)に示すマップを参照して、第1噴射の噴射開始時期の進角補正量、及び、第2噴射の噴射開始時期の進角補正量をそれぞれ求める。そして、その第1噴射の噴射開始時期の進角補正量、及び、第2噴射の噴射開始時期の進角補正量に基づいて、図4に示すような予混合燃焼領域の燃料噴射パターンを決定して、インジェクタ23からの燃料噴射を実行する。
(S4) Referring to the maps shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b) using the fuel injection amount of the first injection and the fuel injection amount of the second injection obtained in the process of (S3) described above. Then, the advance angle correction amount of the injection start timing of the first injection and the advance angle correction amount of the injection start timing of the second injection are respectively obtained. Then, the fuel injection pattern in the premixed combustion region as shown in FIG. 4 is determined based on the advance correction amount of the injection start timing of the first injection and the advance correction amount of the injection start timing of the second injection. Then, fuel injection from the
なお、図11(a)に示す第1噴射の進角補正量マップ、及び、図11(b)に示す第2噴射の進角補正量マップは、それぞれ、予め実験やシミュレーション等により作成されて上記ECU100のROM102内に格納されている。
It should be noted that the advance angle correction amount map for the first injection shown in FIG. 11A and the advance angle correction amount map for the second injection shown in FIG. 11B are respectively prepared in advance by experiments, simulations, or the like. It is stored in the
以上の制御手順により、例えばエンジン回転数が比較的高い状況であってエンジントルク重視の燃焼状態にする場合は、予混合噴射の第1噴射の燃料噴射量を小さくするとともに、第2噴射の燃料噴射量を大きくした燃料噴射パターン、例えば図6(a)に示す燃料噴射パターンを設定することで、予混合燃焼領域における予混合燃焼度合いを減少(予混合燃焼領域における拡散燃焼度合いを増大)させることができる。これにより、予混合燃焼領域において予熱機能とトルクアップを実現することができ、エンジントルクを十分に確保することができる。 For example, when the engine speed is relatively high and the engine torque is put into a combustion state by the above control procedure, the fuel injection amount of the first injection of the premixed injection is reduced and the fuel of the second injection is used. By setting a fuel injection pattern in which the injection amount is increased, for example, the fuel injection pattern shown in FIG. 6A, the degree of premixed combustion in the premixed combustion region is reduced (the degree of diffusion combustion in the premixed combustion region is increased). be able to. As a result, a preheating function and a torque increase can be realized in the premixed combustion region, and a sufficient engine torque can be secured.
一方、例えばエンジン回転数が比較的低い状況であってエミッションの低減を重視する燃焼状態にする場合は、予混合噴射の第1噴射の燃料噴射量を大きくするとともに、第2噴射の燃料噴射量を小さく(第2噴射の燃料噴射量が「0」の場合も含む)した燃料噴射パターン、例えば図7(b)に示す燃料噴射パターンを設定することで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを最大とすることができる。これによってNOx発生量及びスモーク発生量を抑制することができる。 On the other hand, for example, when the engine speed is relatively low and the combustion state is focused on reducing emissions, the fuel injection amount of the first injection of the premixed injection is increased and the fuel injection amount of the second injection is increased. Is set (for example, the fuel injection amount of the second injection is “0”), for example, the fuel injection pattern shown in FIG. Can be maximized. Thereby, the NOx generation amount and the smoke generation amount can be suppressed.
このように、本実施形態では、エンジン運転状態に応じて予混合燃焼領域の第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を調整することで、予混合燃焼領域の燃焼形態(予混合燃焼度合い)を連続的に変化させることが可能であり、これによってエンジン運転状態に応じた適正な燃焼形態を実現することができ、排気エミッションの改善、エンジントルクの十分な確保といった各要求に応えることができる。 As described above, in the present embodiment, the fuel injection amount ratio between the first injection and the second injection in the premixed combustion region is adjusted according to the engine operating state, so that the combustion mode (premixed combustion in the premixed combustion region) is adjusted. Degree) can be continuously changed, which makes it possible to realize an appropriate combustion mode according to the engine operating condition, and to meet various demands such as improvement of exhaust emission and sufficient securing of engine torque. Can do.
ここで、本実施形態において、予混合燃焼領域の要求熱量は可変に設定することが可能であり、エンジン運転状態を予熱重視とする場合は、予混合燃焼領域の要求熱量(燃料噴射量)を多くするとともに、主燃焼量の要求熱量(燃料噴射量)を少なくする。逆に、エンジン運転状態をトルク重視とする場合は、予混合燃焼領域の要求熱量(燃料噴射量)を小さくするとともに、主燃焼量の要求熱量(燃料噴射量)を多くする。 Here, in the present embodiment, the required heat amount in the premixed combustion region can be set variably, and when the engine operating state is regarded as important in preheating, the required heat amount (fuel injection amount) in the premixed combustion region is set to While increasing the amount, the required heat amount (fuel injection amount) of the main combustion amount is reduced. On the other hand, when the engine operation state is focused on torque, the required heat amount (fuel injection amount) in the premixed combustion region is reduced and the required heat amount (fuel injection amount) of the main combustion amount is increased.
なお、主噴射の燃料噴射パターンについては同一であってもよいし、主噴射の燃料噴射パターンを調整可能とし、エンジン運転状態に応じて主噴射の燃料噴射量(燃料噴射期間)を増減できるように構成してもよい。 The fuel injection pattern of the main injection may be the same, the fuel injection pattern of the main injection can be adjusted, and the fuel injection amount (fuel injection period) of the main injection can be increased or decreased according to the engine operating state. You may comprise.
−他の制御パラメータについて−
本実施形態において、インジェクタ23から噴射される燃料の燃料噴射パターンを固定した状態で、燃料噴射前の筒内ガス状態を調整することにより、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させるようにしてもよい。-Other control parameters-
In the present embodiment, the degree of premixed combustion in the premixed combustion region is increased by adjusting the in-cylinder gas state before fuel injection with the fuel injection pattern of the fuel injected from the
具体的には、上記EGRバルブ81の開度を大きくし、EGR量を多くすることで筒内酸素濃度を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる。このようにして筒内酸素濃度を低減した際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、図12に示すように、予混合燃焼領域の燃焼重心(第1噴射による燃焼の燃焼重心(熱発生率ピーク))がTDC(ピストン13の圧縮上死点)に接近する場合は、主燃焼領域の着火時期をTDCにする必要性は低くなるため、主燃焼を遅角(主噴射を遅角)する。このような主燃焼(拡散燃焼)の遅角を行うと、NOx量を低減することができる。
Specifically, by increasing the opening degree of the
また、EGR量を多くすることで、筒内酸素濃度を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、図13に示すように、予混合燃焼領域の燃焼重心(第2噴射による燃焼の燃焼重心(熱発生率ピーク))がTDC(ピストン13の圧縮上死点)に接近してしまい、予混合燃焼がTDCまでに完結しない状況となる場合は、主燃焼の着火時期を固定する(TDC着火に固定する)ために、予混合燃焼用噴射の第1噴射及び第2噴射を共に進角(予混合燃焼領域の全体を進角)することで、TDCまでに予混合燃焼領域の燃焼が完了できるようにする。ただし、第1噴射を進角し過ぎると未燃HC(炭化水素)が増加するので、これを抑止するために第1噴射の進角量をガード値にて制限する必要がある。 Also, when the EGR amount is increased to reduce the in-cylinder oxygen concentration and increase the degree of premixed combustion in the premixed combustion region, the premixed combustion in the premixed combustion region is reduced by reducing the in-cylinder oxygen concentration. As the degree increases, as shown in FIG. 13, the combustion center of gravity of the premixed combustion region (combustion center of gravity of combustion by the second injection (heat generation rate peak)) approaches TDC (compression top dead center of the piston 13). Therefore, when the premixed combustion is not completed by TDC, the first injection and the second injection of the premixed combustion injection are performed in order to fix the ignition timing of the main combustion (fixed to TDC ignition). By advancing both together (advancing the entire premixed combustion region), combustion in the premixed combustion region can be completed by TDC. However, since the unburned HC (hydrocarbon) increases when the first injection is advanced too much, it is necessary to limit the advance amount of the first injection with a guard value in order to suppress this.
なお、予混合噴射を進角する場合に、第1噴射のみを進角すると、第2噴射による燃焼が拡散燃焼となってしまいスモークが発生する場合があるので、上述の如く第1噴射及び第2噴射を共に進角する必要がある。 When the premixed injection is advanced, if only the first injection is advanced, the combustion by the second injection becomes diffusion combustion and smoke may be generated. As described above, the first injection and the first injection are performed. It is necessary to advance the two injections together.
また、燃料噴射前の筒内ガス状態を設定するパラメータである筒内の着火前圧力を低減することで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させるようにしてもよい。具体的には、上記ターボチャージャ5の可変ノズルベーン機構54に備えられているノズルベーンの開度(VN開度)を操作して吸入空気量を小さくすることで、筒内の着火前圧力を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させるようにしてもよい。また、上記スロットルバルブ(吸気絞り弁)62を絞って吸入空気量を減少させ、筒内の着火前圧力を低減することで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させるようにしてもよい。さらに、これらターボチャージャ5による吸入空気量の減少と、スロットルバルブ62による吸入空気量の減少とを組み合わせて、筒内の着火前圧力を低下させるように構成してもよい。
Moreover, the premixed combustion degree in the premixed combustion region may be increased by reducing the pre-ignition pressure in the cylinder, which is a parameter for setting the in-cylinder gas state before fuel injection. Specifically, the pre-ignition pressure in the cylinder is reduced by operating the nozzle vane opening (VN opening) provided in the variable
そして、このようにして筒内の着火前圧力を低下させることにより、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる場合においても、上述した如く、予混合燃焼領域の燃焼重心(第1噴射による燃焼の燃焼重心)がTDCに接近する場合は、主燃焼を遅角(主噴射を遅角)して拡散燃焼のNOx量を低減する。 Even when the premixed combustion region in the premixed combustion region is increased by reducing the pre-ignition pressure in the cylinder in this way, as described above, the combustion center of gravity (by the first injection) When the combustion gravity center of combustion) approaches TDC, the main combustion is retarded (main injection is retarded) to reduce the NOx amount of diffusion combustion.
また、予混合燃焼領域の燃焼重心(第2噴射による燃焼の燃焼重心)がTDCに接近してしまい、予混合燃焼がTDCまでに完結しない状況となる場合は、主燃焼の着火時期を固定する(TDC着火に固定する)ために、予混合燃焼用噴射の第1噴射及び第2噴射を共に進角(予混合燃焼領域の全体を進角)する。 In addition, when the combustion center of gravity in the premixed combustion region (combustion center of gravity of combustion by the second injection) approaches TDC and premixed combustion is not completed by TDC, the ignition timing of main combustion is fixed. In order to (fix to TDC ignition), both the first injection and the second injection of the premixed combustion injection are advanced (the entire premixed combustion region is advanced).
−他の実施形態−
以上の例では、コモンレール式筒内直噴型多気筒(4気筒)ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、例えば6気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用可能である。また、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものではない。-Other embodiments-
In the above example, the case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (four-cylinder) diesel engine has been described. The present invention is not limited to this, and can be applied to a diesel engine having any number of cylinders such as a six-cylinder diesel engine. The engine to which the present invention is applicable is not limited to an automobile engine.
以上の例では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ23を適用したエンジン1について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
In the above example, the
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御に利用可能であり、さらに詳しくは、燃焼室内における予混合燃焼の燃焼形態を適切に制御する場合に有効に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for combustion control of a compression self-ignition internal combustion engine represented by a diesel engine. More specifically, the present invention is effectively used when appropriately controlling the combustion mode of premixed combustion in a combustion chamber. be able to.
1 エンジン(内燃機関)
3 燃焼室(気筒)
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
23a インジェクタ噴射圧センサ
5 ターボチャージャ
6 吸気系
54 可変ノズルベーン機構
62 スロットルバルブ
7 排気系
8 EGR通路
81 EGRバルブ
100 ECU1 engine (internal combustion engine)
3 Combustion chamber (cylinder)
23 Injector (fuel injection valve)
23a Injector
Claims (12)
前記予混合燃焼領域における燃料噴射として第1噴射と第2噴射とが実行可能であり、前記第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を変化させることにより、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を増減することが可能な噴射形態調整手段を備え、
前記予混合燃焼領域の要求熱量は同一として、当該内燃機関の運転状態に応じて、前記第1噴射と第2噴射との燃料噴射量比率を求めて当該第1噴射の燃料噴射量と第2噴射の燃料噴射量とを調整することによって前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を連続的に増減するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。In a combustion control device for a compression self-ignition internal combustion engine in which fuel injected from a fuel injection valve burns in a combustion chamber by "premixed combustion" and "main combustion" started after this "premixed combustion"
As the fuel injection in the premixed combustion region , the first injection and the second injection can be executed, and the premixed combustion region in the premixed combustion region is changed by changing the fuel injection amount ratio between the first injection and the second injection. An injection mode adjusting means capable of increasing or decreasing the mixed combustion amount ;
The required heat amount in the premixed combustion region is the same, and the fuel injection amount ratio between the first injection and the second injection is obtained according to the operating state of the internal combustion engine, and the fuel injection amount of the first injection and the second A combustion control device for an internal combustion engine, wherein the premixed combustion amount in the premixed combustion region is continuously increased or decreased by adjusting a fuel injection amount of injection .
前記第1噴射の燃料噴射量を大きくしていくとともに、前記第2噴射の燃料噴射量を小さくしていくことによって、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を増大するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The fuel injection amount of the first injection is increased and the fuel injection amount of the second injection is decreased to increase the premix combustion amount in the premix combustion region . A combustion control apparatus for an internal combustion engine.
前記第1噴射の燃料噴射量を小さくしていくとともに、前記第2噴射の燃料噴射量を大きくしていくことによって、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を減少するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 ,
It intends to reduce the fuel injection quantity of the first injection, by going to increase the fuel injection amount of the second injection, that is configured to reduce the premixed combustion amount of the premixed combustion region A combustion control apparatus for an internal combustion engine.
前記第1噴射の噴射終了時期及び第2噴射の噴射終了時期をそれぞれ固定し、前記第1噴射の噴射開始時期及び第2噴射の噴射開始時期をそれぞれ調整することにより、当該第1噴射及び第2噴射のそれぞれの燃料噴射量を設定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 ,
By fixing the injection end timing of the first injection and the injection end timing of the second injection, respectively, and adjusting the injection start timing of the first injection and the injection start timing of the second injection, respectively. combustion control device for an internal combustion engine, characterized that you set the respective fuel injection quantity of 2 injection.
筒内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備え、前記筒内酸素濃度を低減した際に、前記予混合燃焼領域の燃焼重心がピストンの圧縮上死点に近接する場合は、前記主燃焼領域の燃料噴射を遅角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4 ,
An oxygen concentration adjusting means capable of adjusting an in-cylinder oxygen concentration, and when the in-cylinder oxygen concentration is reduced and the combustion center of gravity of the premixed combustion region is close to the compression top dead center of the piston, combustion control device for an internal combustion engine, characterized in retard to Rukoto fuel injection combustion zone.
筒内の着火前圧力を調整可能な圧力調整手段を備え、前記筒内の着火前圧力を低下させた際に、前記予混合燃焼領域の燃焼重心がピストンの圧縮上死点に近接する場合は、前記主燃焼領域の燃料噴射を遅角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The internal combustion engine combustion control device according to any one of claims 1 to 4 ,
A pressure adjusting means capable of adjusting the pre-ignition pressure in the cylinder, and when the pre-ignition pressure in the cylinder is reduced, the combustion center of gravity of the premixed combustion region is close to the compression top dead center of the piston; A combustion control device for an internal combustion engine, which retards fuel injection in the main combustion region .
筒内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備え、前記筒内酸素濃度を低減した際に、前記予混合燃焼領内で当該予混合燃焼が完結しない場合は、前記第1噴射及び第2噴射を進角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4 ,
An adjustable oxygen concentration adjusting means the oxygen concentration in the cylinder, upon reducing said cylinder oxygen concentration, if those premixing combustion in the premixed combustion territory within no completed, the first injection and second 2. A combustion control apparatus for an internal combustion engine, wherein two injections are advanced .
筒内の着火前圧力を調整可能な圧力調整手段を備え、前記筒内の着火前圧力を低下させた際に、前記予混合燃焼領内で当該予混合燃焼が完結しない場合は、前記第1噴射及び第2噴射を進角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4 ,
An adjustable pressure regulator means pre-ignition pressure in the cylinder, when the pressure was decreased before ignition in the cylinder, if the person premixing combustion in the premixed combustion territory within no completed, the first A combustion control device for an internal combustion engine, wherein the injection and the second injection are advanced .
前記酸素濃度調整手段は、前記内燃機関の排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置であって、この排気還流装置によって排気ガスの吸気系への還流量を増大させることにより、前記筒内酸素濃度を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to claim 5 or 7 ,
The oxygen concentration adjusting means is an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of the exhaust gas discharged into the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system, and the exhaust gas recirculation device controls a recirculation amount of the exhaust gas to the intake system. by increasing the combustion control apparatus for an internal combustion engine, it characterized that you have been configured to reduce the cylinder oxygen concentration.
前記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気を過給する過給装置であって、この過給装置によって吸入空気量を減少させることにより、筒内の着火前圧力を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 6 or 8 ,
The pressure adjusting means is a supercharging device that supercharges intake air in the intake system, and is configured to reduce the pre-ignition pressure in the cylinder by reducing the amount of intake air by the supercharging device. A combustion control apparatus for an internal combustion engine.
前記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気量を調整する吸気絞り弁であって、この吸気絞り弁によって吸入空気量を減少させることにより、筒内の着火前圧力を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 6 or 8 ,
The pressure adjusting means is an intake throttle valve that adjusts the intake air amount in the intake system, and is configured to reduce the pre-ignition pressure in the cylinder by reducing the intake air amount by the intake throttle valve. A combustion control device for an internal combustion engine.
前記過給装置及び吸気絞り弁を備え、前記過給装置による吸入空気量の減少と、前記吸気絞り弁による吸入空気量の減少とを組み合わせて、筒内の着火前圧力を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 10 or 11 ,
The supercharging device and the intake throttle valve are provided, and the pressure before ignition in the cylinder is reduced by combining the reduction of the intake air amount by the supercharging device and the reduction of the intake air amount by the intake throttle valve. A combustion control device for an internal combustion engine, characterized in that
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