JP5949676B2 - Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine - Google Patents

Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine Download PDF

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の熱発生率波形を作成する装置、および、その作成された熱発生率波形を利用して実際の燃焼状態を診断する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for creating a heat release rate waveform of an internal combustion engine such as a diesel engine, and an apparatus for diagnosing an actual combustion state using the created heat release rate waveform.

従来から周知のように、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(以下、単にエンジンと呼ぶ場合もある)にあっては、エンジン運転状態に応じて燃料噴射量等の各制御パラメータを補正する場合に、気筒内における燃料の反応状態(以下、燃焼状態という場合もある)を認識し、それに応じて、所望の反応状態が得られるように各制御パラメータを補正することが望ましい。   As is well known in the art, in a diesel engine (hereinafter sometimes simply referred to as an engine) used as an automobile engine or the like, each control parameter such as a fuel injection amount is corrected according to the engine operating state. In this case, it is desirable to recognize the reaction state of the fuel in the cylinder (hereinafter sometimes referred to as a combustion state) and correct each control parameter accordingly so as to obtain a desired reaction state.

このように気筒内における燃料の反応状態に応じて各制御パラメータを補正する手段の一つとして、燃焼時における熱発生率波形を求め、その熱発生率波形が理想的な波形(以下、理想熱発生率波形という)となるように各制御パラメータを補正することが知られている(特許文献1)。   As one of means for correcting each control parameter according to the reaction state of the fuel in the cylinder in this way, a heat release rate waveform during combustion is obtained, and the heat release rate waveform is an ideal waveform (hereinafter referred to as ideal heat). It is known to correct each control parameter so as to obtain an occurrence rate waveform (Patent Document 1).

特開2011−106334号公報JP 2011-106334 A 特開2011−085061号公報JP 2011-050661 A 特開2005−233107号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-233107

ところで、例えば特許文献2および特許文献3に開示されているように、内燃機関の気筒内に供給された燃料の一部は、気筒の内壁面に付着したり、その内壁面近傍を浮遊したりして、燃焼に寄与しない未燃燃料となる。この点を考慮すると、前記特許文献1のように理想熱発生率波形を作成する場合には、燃焼に寄与する燃料の量として、噴射燃料から前記の未燃燃料を減算したもの(以下、有効噴射量という)を用いることが考えられる。   Incidentally, as disclosed in, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3, a part of the fuel supplied into the cylinder of the internal combustion engine adheres to the inner wall surface of the cylinder or floats in the vicinity of the inner wall surface. Thus, unburned fuel does not contribute to combustion. In consideration of this point, when creating an ideal heat generation rate waveform as in Patent Document 1, the amount of fuel contributing to combustion is obtained by subtracting the unburned fuel from the injected fuel (hereinafter referred to as effective It is conceivable to use an injection amount).

しかしながら、前記特許文献1の技術は、気筒内への燃料噴射が途切れることなく行われ、形成される混合気塊において燃焼場の温度上昇に伴って低温酸化反応や熱分解、高温酸化反応といった各種反応が連続して行われる場合を前提としており、例えば燃料が複数回に分けて噴射された場合のように、噴射燃料の連続性が維持されなくなって、燃焼が不連続となる場合については考慮されていない。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 is performed without interruption of fuel injection into the cylinder, and various types such as low-temperature oxidation reaction, thermal decomposition, and high-temperature oxidation reaction occur as the temperature of the combustion field increases in the air-fuel mixture formed. This is based on the assumption that the reaction is performed continuously. Consideration is given to the case where the continuity of the injected fuel is not maintained and the combustion is discontinuous, for example, when the fuel is injected in multiple batches. It has not been.

同様に、一回で噴射された燃料が、ピストンに設けられたキャビティの内部領域および外部領域に噴き分けられる燃料噴射期間が存在している場合にも、噴射燃料の連続性が維持されなくなって燃焼が不連続となることがある。このような場合についても未燃燃料量がどのくらいになるのか前記従来の技術には開示されていない。   Similarly, the continuity of the injected fuel is not maintained even when there is a fuel injection period in which the fuel injected at one time is injected separately into the inner region and the outer region of the cavity provided in the piston. Combustion may be discontinuous. Even in such a case, the conventional technology does not disclose how much the amount of unburned fuel is.

このため、例えば内燃機関の暖機途中や寒冷地などの低温環境において、未燃燃料量が多くなってしまい、その分、有効噴射量が少なくなるような状況では、理想熱発生率波形の作成の精度が低下することは避けられない。この結果、理想熱発生率波形と実際の熱発生率波形とを対比することによる燃焼診断の精度も低下することになる。   For this reason, for example, when the amount of unburned fuel increases in a low-temperature environment such as when the internal combustion engine is warming up or in a cold region, an ideal heat generation rate waveform is created in a situation where the effective injection amount decreases accordingly. It is inevitable that the accuracy of this will decrease. As a result, the accuracy of the combustion diagnosis by comparing the ideal heat generation rate waveform with the actual heat generation rate waveform also decreases.

本発明の発明者は、この点に鑑み、理想熱発生率波形の作成精度を高めるためには、噴射燃料の燃焼が不連続になる場合についても正確に未燃燃料量を推定する必要があることに着目し、本発明に至った。   In view of this point, the inventor of the present invention needs to accurately estimate the amount of unburned fuel even when the combustion of the injected fuel becomes discontinuous in order to increase the creation accuracy of the ideal heat release rate waveform. Focusing on this, the present invention has been achieved.

すなわち本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の気筒内での燃料の燃焼状態を高い精度で規定することが可能な内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置を提供することにある。   That is, the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a heat generation rate of the internal combustion engine that can define the combustion state of the fuel in the cylinder of the internal combustion engine with high accuracy. The object is to provide a waveform creation device and a combustion state diagnosis device.

−発明の解決原理−
前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、噴射燃料の燃焼が不連続となる場合に、この不連続な燃焼を行う個々の噴射燃料について未燃燃料量を推定することにより、理想熱発生率波形の作成精度を高めるというものである。
-Solution principle of the invention-
The solution principle of the present invention taken to achieve the above object is to estimate the amount of unburned fuel for each injected fuel that performs this discontinuous combustion when the combustion of the injected fuel becomes discontinuous. This increases the accuracy of creating the ideal heat release rate waveform.

−解決手段−
具体的には本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の燃焼を行う内燃機関における前記燃焼の熱発生率波形を作成する装置を対象とする。この熱発生率波形作成装置に対し、前記噴射された燃料の燃焼が不連続となる場合に、この不連続な燃焼を行う個々の噴射燃料について個別に未燃燃料量を推定し、この推定結果から求まる有効噴射量に基づいて、前記燃焼の理想熱発生率波形を作成する構成としている。
-Solution-
Specifically, the present invention is directed to an apparatus for creating a heat release rate waveform of combustion in an internal combustion engine that performs combustion of fuel injected into a cylinder from a fuel injection valve. When the combustion of the injected fuel becomes discontinuous with respect to the heat generation rate waveform creation device, the unburned fuel amount is estimated individually for each injected fuel that performs the discontinuous combustion, and the estimation result The ideal heat release rate waveform of the combustion is created based on the effective injection amount obtained from the above.

なお、ここでいう「理想熱発生率波形」とは、指令噴射量に応じた燃料噴射量、指令噴射圧力に応じた燃料噴射圧力、指令噴射期間に応じた燃料噴射期間が確保された状態であって、燃焼効率が十分に高い場合を想定した理論上得られるべき熱発生率波形をいう。また、未燃燃料量の推定結果からの有効噴射量の求め方としては、燃料噴射量から未燃燃料量(推定値)を減算してもよいし、噴射燃料中の未燃燃料量の割合(推定値)に基づいて、有効噴射量を算出してもよい。さらに、未燃燃料量の推定結果から、予め設定したマップを参照して有効噴射量を求めるという方法も考えられる。   The “ideal heat generation rate waveform” here refers to a state in which a fuel injection amount corresponding to the command injection amount, a fuel injection pressure corresponding to the command injection pressure, and a fuel injection period corresponding to the command injection period are secured. It is a heat generation rate waveform that should be theoretically obtained assuming that the combustion efficiency is sufficiently high. Further, as a method of obtaining the effective injection amount from the estimation result of the unburned fuel amount, the unburned fuel amount (estimated value) may be subtracted from the fuel injection amount, or the ratio of the unburned fuel amount in the injected fuel The effective injection amount may be calculated based on (estimated value). Furthermore, a method of obtaining an effective injection amount with reference to a preset map from the estimation result of the unburned fuel amount is also conceivable.

前記の特定事項により、例えば燃料が複数回に分けて噴射され、その燃焼が不連続となる場合に、この不連続な燃焼を行う個々の噴射燃料について個別に未燃燃料量を推定するようにしたので、推定した未燃燃料量を減算などすることで実際に燃焼に寄与する有効噴射量を正確に算出でき、これに基づいて作成する理想熱発生率波形の精度を高めることが可能になる。   According to the specific matter, for example, when fuel is injected in a plurality of times and the combustion becomes discontinuous, the amount of unburned fuel is estimated individually for each injected fuel that performs this discontinuous combustion. Therefore, by subtracting the estimated unburned fuel amount, the effective injection amount that actually contributes to combustion can be accurately calculated, and the accuracy of the ideal heat release rate waveform created based on this can be increased. .

なお、本発明でいう「理想熱発生率波形の作成」は、実際に理想熱発生率波形を描くものには限定されず、例えば理想熱発生率波形の作成が可能な程度まで、クランク軸の単位回転角度毎の熱発生量が規定された状態となっていることも含まれる概念である。   The “creation of the ideal heat generation rate waveform” in the present invention is not limited to the one that actually draws the ideal heat generation rate waveform. It is a concept that includes a state in which the heat generation amount for each unit rotation angle is defined.

ここで、前記「燃料の燃焼が不連続となる場合」としては、前記のように燃料が複数回に分けて噴射される場合以外にも、噴射された燃料が、ピストンに設けられたキャビティの内部領域および外部領域に噴き分けられる燃料噴射期間が存在している場合などが挙げられる。   Here, the “case where the combustion of fuel is discontinuous” is not limited to the case where the fuel is injected in a plurality of times as described above, but the injected fuel is injected into the cavity provided in the piston. For example, there may be a fuel injection period that is divided into an internal region and an external region.

すなわち、例えばディーゼルエンジンのようにピストンにキャビティが設けられている場合、その内部領域と外部領域とでは容積が大きく異なるとともに、温度などの領域内の環境も異なるため、各領域毎の燃焼状態は互いに独立したものとみなす方が精度が高い。そこで、気筒内をキャビティの内部領域および外部領域に分割し、それぞれにおいて未燃燃料量を推定して、この推定結果から求めた有効噴射量に基づいて各領域毎に燃焼の理想熱発生率波形を作成する構成とするのが好ましい。   That is, for example, when a piston is provided with a cavity like a diesel engine, the volume in the internal region and the external region are greatly different, and the environment in the region such as temperature is also different. It is more accurate to regard them as being independent of each other. Therefore, the inside of the cylinder is divided into the inner region and the outer region of the cavity, the amount of unburned fuel is estimated in each, and the ideal heat generation rate waveform of combustion for each region based on the effective injection amount obtained from this estimation result It is preferable to create a configuration.

そうして各領域毎に作成した理想熱発生率波形を合成することによって、気筒内全体を対象とする理想熱発生率波形を作成することができる。これにより、気筒内全体を対象とする理想熱発生率波形の作成精度を高めることができる。   Thus, by synthesizing the ideal heat generation rate waveform created for each region, an ideal heat generation rate waveform for the entire cylinder can be created. Thereby, the creation accuracy of the ideal heat release rate waveform for the entire inside of the cylinder can be increased.

例えば、前記キャビティの内部領域および外部領域への燃料の噴き分け率に基づいて、これら各領域にそれぞれ噴射された燃料の量を算出するとともに、当該各領域毎に異なる計算式を用いて未燃燃料量を推定することが好ましい。異なる計算式というのは、複数のパラメータ(変数)によって未燃燃料量を算出する多項式において、その項が一致しない場合と、項は一致していても係数(定数)が一致していない場合と、の両方を含むものである。   For example, the amount of fuel injected into each of these regions is calculated based on the fuel injection ratio to the inner region and the outer region of the cavity, and unburned using a different calculation formula for each region. It is preferable to estimate the fuel amount. Different formulas are used to calculate the amount of unburned fuel using multiple parameters (variables) when the terms do not match and when the terms match but the coefficients (constants) do not match. , Including both.

すなわち、キャビティの内部領域は外部領域に比べて狭く、噴射された燃料が内壁面に付着しやすい一方で、外部領域に比べると浮遊する燃料の量は少なくなる。このため、キャビティの内部領域では、燃料の壁面付着に影響するパラメータの重み付けを大きくして、未燃燃料量を算出するのが好ましく、一方、外部領域では壁面付着だけでなく未燃浮遊燃料の量に影響するパラメータの重み付けも大きくするのが好ましいからである。   That is, the inner area of the cavity is narrower than the outer area, and the injected fuel tends to adhere to the inner wall surface, while the amount of floating fuel is smaller than that of the outer area. For this reason, it is preferable to calculate the amount of unburned fuel by increasing the weight of the parameter that affects the fuel wall adhesion in the inner area of the cavity, while in the outer area, not only the wall adhesion but also the unburned floating fuel. This is because it is preferable to increase the weighting of the parameter that affects the quantity.

より具体的には、まず、前記キャビティ内外の燃料噴霧のように燃焼の不連続な個々の噴射燃料毎に、少なくとも燃料噴射量および噴射圧力の積と、噴射時期とをパラメータとする計算式を用いて、未燃燃料量を推定すればよい。これは、燃料噴射量および噴射圧力の積が大きいほど、キャビティの内部領域および外部領域の内壁面に付着する燃料が多くなり、また、特に外部領域において浮遊する燃料も多くなるからである。なお、未燃燃料量の推定には筒内圧力、筒内温度、機関回転数等のパラメータも用いることが好ましい。   More specifically, first, a calculation formula using at least the product of the fuel injection amount and the injection pressure and the injection timing as parameters for each of the discrete injected fuels such as the fuel spray inside and outside the cavity is provided. Use it to estimate the amount of unburned fuel. This is because the larger the product of the fuel injection amount and the injection pressure, the more the fuel adheres to the inner wall surface of the cavity and the outer region, and more the fuel that floats in the outer region. In addition, it is preferable to use parameters such as in-cylinder pressure, in-cylinder temperature, and engine speed for estimation of the amount of unburned fuel.

そして、前記未燃分を除いた燃料の燃焼を少なくとも気化反応、低温酸化反応、熱分解反応および高温酸化反応によって規定し、それぞれの反応について反応速度、反応量、反応期間を算出して、理想熱発生率波形を作成する構成とすればよい。この際、前記それぞれの反応について、少なくとも反応速度および反応量の算出に前記未燃分を除いた有効噴射量を用いることが好ましい。   Then, the combustion of the fuel excluding the unburned component is defined by at least a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, and a high temperature oxidation reaction, and the reaction rate, reaction amount, and reaction period are calculated for each reaction, and the ideal What is necessary is just to set it as the structure which produces a heat release rate waveform. At this time, for each of the reactions, it is preferable to use an effective injection amount excluding the unburned component at least for calculating the reaction rate and the reaction amount.

また、前記理想熱発生率波形の作成手順としては以下のものが挙げられる。まず、前記燃料の各反応の開始時期を基点として、反応速度を斜辺の勾配、反応量を面積、反応期間を底辺の長さとする三角形で成る理想熱発生率波形モデルを作成し、そして、各反応の理想熱発生率波形モデルを合成した上でフィルタ処理によって円滑化する。   Moreover, the following is mentioned as a preparation procedure of the said ideal heat release rate waveform. First, based on the start time of each reaction of the fuel, an ideal heat release rate waveform model composed of triangles with the reaction rate as the slope of the hypotenuse, the reaction amount as the area, and the reaction period as the base length, and The ideal heat release rate waveform model of the reaction is synthesized and then smoothed by filtering.

このように三角形に近似させた熱発生率波形モデルを作成し、この熱発生率波形モデルを利用して理想熱発生率波形を作成することにより、その作成のための演算処理の簡素化を図ることができ、ECU等の演算手段への負荷の軽減を図ることができる。   By creating a heat release rate waveform model that approximates a triangle in this way and creating an ideal heat release rate waveform using this heat release rate waveform model, the calculation process for the creation is simplified. It is possible to reduce the load on the calculation means such as the ECU.

前述した内燃機関の熱発生率波形作成装置によって求められた理想熱発生率波形を利用して燃焼状態を診断する装置として、具体的には以下の構成が挙げられる。すなわち、前記理想熱発生率波形と、気筒内で実際に燃料が燃焼した際の実熱発生率波形とを比較し、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定量以上となっている場合に、燃料の燃焼に係る反応に異常が生じていると診断する構成とするものである。   Specific examples of the apparatus for diagnosing the combustion state using the ideal heat generation rate waveform obtained by the above-described internal combustion engine heat generation rate waveform generation apparatus include the following configuration. That is, the ideal heat generation rate waveform is compared with the actual heat generation rate waveform when the fuel actually burns in the cylinder, and the deviation of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform is a predetermined amount or more. In this case, it is configured to diagnose that an abnormality has occurred in the reaction related to the combustion of fuel.

ここでいう「反応に異常が生じている」とは、内燃機関の運転に支障を来す程度の反応異常(機器の故障など)に限らず、内燃機関の制御パラメータの補正(または学習)が可能な(例えば排気エミッションや燃焼音を規制の範囲内に抑えるための補正が可能な)程度に、熱発生率波形に乖離が生じている場合も含むものである。   The “abnormality in the reaction” as used herein is not limited to a reaction abnormality (such as equipment failure) that hinders the operation of the internal combustion engine, but the correction (or learning) of the control parameter of the internal combustion engine. This includes the case where the heat generation rate waveform has a divergence to the extent possible (for example, correction can be made to suppress exhaust emission and combustion noise within the regulation range).

この特定事項により、燃料の燃焼に係る反応(反応形態)において、実熱発生率波形が理想熱発生率波形から所定量以上乖離している場合には、その反応に異常が生じていると診断することになる。例えば複数の反応それぞれに対して診断を行う場合、燃料の各反応それぞれは、特性(反応開始温度や反応速度等)が互いに異なっているため、それぞれの理想的な特性と、実際に得られた(実測された)実熱発生率波形の特性とを比較することにより、異常が生じている反応の特定を高い精度で行うことができる。このため、診断精度の向上を図ることができる。そして、異常であると診断された反応形態に対して改善策(例えば内燃機関の制御パラメータの補正)を講じることにより、異常であると診断された反応形態に適した制御パラメータを選択し、その制御パラメータを補正することができる。このため、内燃機関の制御性を大幅に改善することができる。   By this specific matter, if the actual heat generation rate waveform deviates from the ideal heat generation rate waveform by a predetermined amount or more in the reaction related to the combustion of fuel (reaction form), it is diagnosed that the reaction is abnormal. Will do. For example, when diagnosis is performed for each of a plurality of reactions, the characteristics (reaction start temperature, reaction rate, etc.) of each fuel reaction are different from each other. By comparing the characteristics of the actual heat release rate waveform (measured), it is possible to identify the reaction in which an abnormality has occurred with high accuracy. For this reason, improvement of diagnostic accuracy can be aimed at. Then, by taking improvement measures (for example, correction of control parameters of the internal combustion engine) for the reaction form diagnosed as abnormal, a control parameter suitable for the reaction form diagnosed as abnormal is selected, The control parameter can be corrected. For this reason, the controllability of the internal combustion engine can be greatly improved.

前記反応に異常が生じていると診断された場合の具体的な動作としては以下のものが挙げられる。すなわち、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の異常判定乖離量以上となっている反応が存在しており、その反応に異常が生じていると診断された際において、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の補正可能乖離量以下である場合には、内燃機関の制御パラメータの補正を行って前記乖離を前記異常判定乖離量未満にする制御を行う一方、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が前記補正可能乖離量を超えている場合には、内燃機関に故障が生じていると診断する構成となっている。   Specific operations when it is diagnosed that an abnormality has occurred in the reaction include the following. That is, when there is a reaction in which the deviation of the actual heat generation rate waveform with respect to the ideal heat generation rate waveform is equal to or greater than a predetermined abnormality determination deviation amount, and when it is diagnosed that the reaction is abnormal, When the deviation of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform is equal to or less than a predetermined correctable deviation amount, the control parameter of the internal combustion engine is corrected so that the deviation is less than the abnormality determination deviation amount. On the other hand, when the deviation of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform exceeds the correctable deviation amount, the internal combustion engine is diagnosed as having a failure.

このように、反応に異常が生じていると診断された場合において、その異常が解消可能であるか否かを、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離量に基づいて判断するようにしている。このため、制御パラメータの補正によって正常な反応状態が得られる状態と、部品交換などのメンテナンスが必要な状態とを正確に判別することが可能となる。   In this way, when it is diagnosed that an abnormality has occurred in the reaction, whether or not the abnormality can be resolved is determined based on the deviation amount of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform. I am doing so. For this reason, it is possible to accurately discriminate between a state in which a normal reaction state is obtained by correcting the control parameter and a state in which maintenance such as component replacement is required.

なお、内燃機関の制御パラメータの補正を行って前記乖離を前記異常判定乖離量未満にする制御を行う場合の制御パラメータとしては、気筒内の酸素量や燃料量が挙げられる。気筒内の酸素量は酸素密度によって決定され、EGR率や吸気の過給率等によって調整が可能である。また、気筒内の燃料量は燃料密度によって決定され、燃料噴射時期や燃料噴射圧力や燃料噴射量によって調整が可能である。一方、内燃機関に故障が生じていると診断する場合の一例としては、実熱発生率波形の乖離が補正可能乖離量を超えている場合であり、この場合には、内燃機関の制御パラメータの補正量が所定のガード値を超えることになるので、これによって内燃機関に故障が生じていると診断することが可能である。具体的には、筒内温度、酸素密度、燃料密度それぞれに下限値を予め設定しておき、これら筒内温度、酸素密度、燃料密度の何れかがその下限値を下回っている場合には、内燃機関の制御パラメータの補正量が所定のガード値を超えるとして、内燃機関に故障が生じていると診断することになる。   In addition, as the control parameter when the control parameter of the internal combustion engine is corrected so that the deviation is less than the abnormality determination deviation amount, an oxygen amount and a fuel amount in the cylinder are exemplified. The amount of oxygen in the cylinder is determined by the oxygen density and can be adjusted by the EGR rate, the intake air supercharging rate, and the like. The amount of fuel in the cylinder is determined by the fuel density and can be adjusted by the fuel injection timing, the fuel injection pressure, and the fuel injection amount. On the other hand, an example of diagnosing that a failure has occurred in the internal combustion engine is a case where the deviation of the actual heat generation rate waveform exceeds the correctable deviation amount. In this case, the control parameter of the internal combustion engine Since the correction amount exceeds a predetermined guard value, it is possible to diagnose that a failure has occurred in the internal combustion engine. Specifically, when a lower limit value is set in advance for each of the in-cylinder temperature, the oxygen density, and the fuel density, and any of these in-cylinder temperature, oxygen density, and fuel density is lower than the lower limit value, If the correction amount of the control parameter of the internal combustion engine exceeds a predetermined guard value, it is diagnosed that a failure has occurred in the internal combustion engine.

前記内燃機関の燃焼状態診断装置の使用形態として具体的には、車両への実装または実験装置への搭載が挙げられる。   Specifically, the usage state of the combustion state diagnosis device for the internal combustion engine includes mounting on a vehicle or mounting on an experimental device.

本発明では、内燃機関の気筒内に噴射された燃料の燃焼が不連続となる場合に、この不連続な燃焼を行う個々の噴射燃料について個別に未燃燃料量を推定することにより、この推定値を減算した有効噴射量に基づいて作成する理想熱発生率波形の作成精度を高めることが可能になる。また、この理想熱発生率波形を利用して燃焼状態の異常診断を行うようにした場合には、診断精度の向上を図ることができる。   In the present invention, when the combustion of the fuel injected into the cylinder of the internal combustion engine becomes discontinuous, this estimation is performed by estimating the amount of unburned fuel individually for each injected fuel that performs this discontinuous combustion. It becomes possible to improve the creation accuracy of the ideal heat release rate waveform created based on the effective injection amount obtained by subtracting the value. Further, when the abnormality diagnosis of the combustion state is performed using the ideal heat generation rate waveform, the diagnosis accuracy can be improved.

実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the diesel engine which concerns on embodiment, and its control system. ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the combustion chamber of a diesel engine, and its peripheral part. ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of control systems, such as ECU. 燃焼室内での燃焼形態の概略を説明するための吸排気系および燃焼室の模式図である。It is a schematic diagram of the intake / exhaust system and the combustion chamber for explaining the outline of the combustion mode in the combustion chamber. メイン噴射実行時における燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a combustion chamber at the time of main injection execution, and its peripheral part. メイン噴射実行時における燃焼室の平面図である。It is a top view of a combustion chamber at the time of main injection execution. 噴射燃料の略全量がキャビティ内領域に向けて噴射される状態を示す燃焼室周辺の模式図であって、図7(a)はピストンが圧縮上死点に向かって移動する圧縮行程での燃料噴射時を、図7(b)はピストンが下死点に向かって移動する膨張行程での燃料噴射時をそれぞれ示す図である。FIG. 7A is a schematic diagram around the combustion chamber showing a state in which substantially the entire amount of injected fuel is injected toward the cavity inner region, and FIG. 7A shows the fuel in the compression stroke in which the piston moves toward the compression top dead center. FIG. 7B is a diagram showing the time of fuel injection during the expansion stroke in which the piston moves toward the bottom dead center. 噴射燃料の略全量がキャビティ外領域に向けて噴射される状態を示す燃焼室周辺の模式図であって、図8(a)はピストンが圧縮上死点に向かって移動する圧縮行程での燃料噴射時を、図8(b)はピストンが下死点に向かって移動する膨張行程での燃料噴射時をそれぞれ示す図である。FIG. 8A is a schematic diagram of the vicinity of the combustion chamber showing a state in which substantially the entire amount of injected fuel is injected toward the region outside the cavity, and FIG. 8A shows the fuel in the compression stroke in which the piston moves toward the compression top dead center. FIG. 8B is a diagram showing the time of fuel injection during the expansion stroke in which the piston moves toward the bottom dead center. 噴射燃料の一部がキャビティ内領域に向けて噴射され、他がキャビティ外領域に向けて噴射される状態を示す燃焼室周辺の模式図であって、図9(a)はピストンが圧縮上死点に向かって移動する圧縮行程での燃料噴射時を、図9(b)はピストンが下死点に向かって移動する膨張行程での燃料噴射時をそれぞれ示す図である。FIG. 9A is a schematic diagram of the periphery of the combustion chamber showing a state in which a part of the injected fuel is injected toward the area inside the cavity and the other is injected toward the area outside the cavity. FIG. FIG. 9B is a view showing the time of fuel injection in the expansion stroke in which the piston moves toward the bottom dead center, respectively, during the fuel injection in the compression stroke that moves toward the point. クランク角度位置とキャビティ内燃料分配率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a crank angle position and the fuel distribution rate in a cavity. キャビティ内燃料分配率の算出手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the fuel distribution rate in a cavity. 燃料噴射率(クランク軸の単位回転角度当たりの燃料噴射量)波形と熱発生率(クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量)波形との関係の一例を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of a relationship between a fuel injection rate (fuel injection amount per unit rotation angle of crankshaft) waveform and a heat generation rate (heat generation amount per unit rotation angle of crankshaft) waveform. 燃焼状態診断および制御パラメータ補正の手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the procedure of a combustion state diagnosis and control parameter correction | amendment. キャビティ外領域に向けて噴射された燃料の噴霧がシリンダボア内壁面に到達する状態を示す燃焼室周辺の模式図である。It is a schematic diagram of the combustion chamber periphery which shows the state in which the spray of the fuel injected toward the area | region outside a cavity reaches | attains a cylinder bore inner wall surface. 未燃燃料量の算出に用いる噴射時期補正係数マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the injection timing correction coefficient map used for calculation of the amount of unburned fuel. 同じく回転速度補正係数マップの一例を示す図である。It is a figure which similarly shows an example of a rotational speed correction coefficient map. 同じく筒内圧補正係数マップの一例を示す図である。It is a figure which similarly shows an example of a cylinder pressure correction coefficient map. 同じく水温補正係数マップの一例を示す図である。It is a figure which similarly shows an example of a water temperature correction coefficient map. 理想熱発生率波形モデルを示し、図19(a)は理想熱発生率波形モデルが二等辺三角形である場合を、図19(b)は理想熱発生率波形モデルが不等辺三角形である場合をそれぞれ示す図である。19A shows an ideal heat generation rate waveform model. FIG. 19A shows a case where the ideal heat generation rate waveform model is an isosceles triangle, and FIG. 19B shows a case where the ideal heat generation rate waveform model is an unequal triangle. FIG. 図20(a)は、インジェクタから燃料噴射が行われた場合における経過時間と気筒内への燃料供給量との関係を示し、図20(b)は、各噴射期間で噴射された燃料の反応量を示す図である。FIG. 20 (a) shows the relationship between the elapsed time and the amount of fuel supplied into the cylinder when fuel is injected from the injector, and FIG. 20 (b) shows the reaction of the fuel injected in each injection period. It is a figure which shows quantity. キャビティ外領域に1回の燃料噴射が行われた場合の各反応形態における理想熱発生率波形モデルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the ideal heat release rate waveform model in each reaction form when one fuel injection is performed to the area | region outside a cavity. 図21の理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理によって円滑化して得られた各波形を合成することにより作成された理想熱発生率波形を示す図である。It is a figure which shows the ideal heat release rate waveform produced by synthesize | combining each waveform obtained by smoothing the ideal heat release rate waveform model of FIG. 21 by a filter process. キャビティ内領域に1回の燃料噴射が行われた場合の各反応形態における理想熱発生率波形モデルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the ideal heat release rate waveform model in each reaction form when one fuel injection is performed to the area | region in a cavity. 図23の理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理によって円滑化して得られた各波形を合成することにより作成された理想熱発生率波形を示す図である。It is a figure which shows the ideal heat release rate waveform produced by synthesize | combining each waveform obtained by smoothing the ideal heat release rate waveform model of FIG. 23 by a filter process. キャビティ外領域を対象とした理想熱発生率波形とキャビティ内領域を対象とした理想熱発生率波形とを合成することにより作成された筒内全体を対象とした理想熱発生率波形を示す図である。This figure shows the ideal heat release rate waveform for the entire cylinder created by combining the ideal heat release rate waveform for the region outside the cavity and the ideal heat release rate waveform for the region inside the cavity. is there. 理想熱発生率波形(実線)および実熱発生率波形(破線および一点鎖線)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an ideal heat release rate waveform (solid line) and an actual heat release rate waveform (a broken line and a dashed-dotted line).

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、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、本発明に係る燃焼状態診断装置を搭載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 combustion state diagnosis device according to the present invention is mounted on 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. explain.

−エンジンの構成−
図1は本実施形態に係るディーゼルエンジン1(以下、単にエンジンという)およびその制御系統の概略構成図である。
-Engine configuration-
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diesel engine 1 (hereinafter simply referred to as an engine) and its control system according to the present embodiment.

この図1に示すように、本実施形態に係るエンジン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 engine 1 according to this embodiment is configured as a diesel engine system having a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake system 6, an exhaust system 7 and the like as main parts.

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、機関燃料通路27等を備えている。   The fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, an engine fuel passage 27, and the like.

前記サプライポンプ21は、燃料タンクから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、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23,23,…に分配する。インジェクタ23は、内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備えたピエゾインジェクタである。   The supply pump 21 raises the fuel pumped from the fuel tank to a high pressure and then supplies the fuel to the common rail 22 via the engine fuel passage 27. The common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) high pressure fuel at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 23, 23,. The injector 23 is a piezo injector provided with a piezoelectric element (piezo element) inside.

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に吸気管64が接続されている。また、この吸気系6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、吸気絞り弁(ディーゼルスロットル)62が配設されている。   The intake system 6 includes an intake manifold 63 connected to an intake port 15 a formed in the cylinder head 15 (see FIG. 2), and an intake pipe 64 is connected to the intake manifold 63. The intake system 6 is provided with an air cleaner 65, an air flow meter 43, and an intake throttle valve (diesel throttle) 62 in order from the upstream side.

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、この排気マニホールド72に対して、排気管73が接続されている。また、この排気系7には排気浄化ユニット77が配設されている。この排気浄化ユニット77には、NOx吸蔵還元型触媒としてのNSR(NOx Storage Reduction)触媒75およびDPF(Diesel Paticulate Filter)76が備えられている。   The exhaust system 7 includes an exhaust manifold 72 connected to an exhaust port 71 formed in the cylinder head 15, and an exhaust pipe 73 is connected to the exhaust manifold 72. The exhaust system 7 is provided with an exhaust purification unit 77. The exhaust purification unit 77 is provided with an NSR (NOx Storage Reduction) catalyst 75 and a DPF (Diesel Particle Filter) 76 as NOx occlusion reduction type catalysts.

図2に示すように、シリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎にシリンダボア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。このピストン13は、コネクティングロッド18によってエンジン出力軸であるクランクシャフト(図示せず)に連結され、その回転に同期して気筒内を往復動するようになっている。   As shown in FIG. 2, the cylinder block 11 is formed with a cylinder bore 12 for each cylinder (four cylinders), and a piston 13 is accommodated in each cylinder bore 12 so as to be slidable in the vertical direction. . The piston 13 is connected to a crankshaft (not shown) as an engine output shaft by a connecting rod 18 and reciprocates in the cylinder in synchronization with the rotation.

ピストン13の頂面13aの上側には前記燃焼室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 combustion chamber 3 is formed above the top surface 13 a of the piston 13. That is, the combustion chamber 3 is defined by the lower surface of the cylinder head 15 attached to the upper portion of the cylinder block 11, the inner wall surface of the cylinder bore 12, and the top surface 13 a of the piston 13. A cavity (concave portion) 13 b is formed in a substantially central portion of the top surface 13 a of the piston 13, and this cavity 13 b also constitutes a part of the combustion chamber 3.

このキャビティ13bの形状としては、例えば、図示のように中央部分(シリンダ中心線P上)では凹陥寸法(即ちキャビティ13bの深さ)が小さめで、そこから外周側に向かうに従って凹陥寸法が徐々に大きくなっている。また、キャビティ13bの外周縁部分では、その下側の部分が上側の部分よりも大径とされ、キャビティ13bの内壁の下側部分が円環状にえぐり取られたような形状となっている。   As the shape of the cavity 13b, for example, as shown in the figure, the concave dimension (that is, the depth of the cavity 13b) is small in the central portion (on the cylinder centerline P), and the concave dimension gradually increases from the outer side toward the outer side. It is getting bigger. In addition, the outer peripheral edge portion of the cavity 13b has a shape in which the lower portion has a larger diameter than the upper portion, and the lower portion of the inner wall of the cavity 13b is removed in an annular shape.

見方を変えると、キャビティ13bの内壁の上側部分は、内方に向かってせり出すように(即ち、中央のインジェクタ23に近づくように)形成されており、この結果、上方の燃焼室3に臨むキャビティ13bの開口径は、当該キャビティ13bの底部に比べて小径になっている。つまり、図7および図9から明らかなように、インジェクタ23の噴孔から燃料の噴射方向にキャビティ内壁面までの距離は、その下側よりも上側の方が短くなっている。   In other words, the upper portion of the inner wall of the cavity 13b is formed so as to protrude inward (that is, close to the central injector 23). As a result, the cavity facing the upper combustion chamber 3 is formed. The opening diameter of 13b is smaller than the bottom of the cavity 13b. That is, as is clear from FIGS. 7 and 9, the distance from the injection hole of the injector 23 to the cavity inner wall surface in the fuel injection direction is shorter on the upper side than on the lower side.

そのようにキャビティ13bの開口するピストン13の頂面13aに対向して、シリンダヘッド15には、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16と、排気ポート71を開閉する排気バルブ17とが配設されて、図示省略の動弁機構によって動作されるようになっている。また、シリンダヘッド15には、吸気ポート15aのある側から下方の燃焼室3に向けて、斜めにグロープラグ19が配設されている。   The cylinder head 15 is provided with an intake valve 16 that opens and closes the intake port 15a and an exhaust valve 17 that opens and closes the exhaust port 71 facing the top surface 13a of the piston 13 that opens in the cavity 13b. Thus, the valve is operated by a valve mechanism (not shown). The cylinder head 15 is provided with a glow plug 19 obliquely from the side where the intake port 15a is located toward the combustion chamber 3 below.

さらに、図1に示す如く、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およびコンプレッサホイール53を備えている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構(図示省略)が設けられている。   Further, as shown in FIG. 1, the engine 1 is provided with a supercharger (turbocharger) 5. The turbocharger 5 includes a turbine wheel 52 and a compressor wheel 53 that are connected via a turbine shaft 51. The turbocharger 5 in the present embodiment is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism (not shown) is provided on the turbine wheel 52 side.

また、前記吸気管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が設けられているとともに、吸気マニホールド63に排気の一部を適宜還流させるように排気還流通路(EGR通路)8が接続されている。このEGR通路8にはEGRバルブ81とEGRクーラ82とが設けられている。   Further, the intake pipe 64 is provided with an intercooler 61 for forcibly cooling the intake air whose temperature has been raised by supercharging in the turbocharger 5, and a part of the exhaust gas is appropriately returned to the intake manifold 63. Thus, an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 8 is connected. An EGR valve 81 and an EGR cooler 82 are provided in the EGR passage 8.

−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いる。例えば、前記エアフローメータ43は吸入空気量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は吸気絞り弁62の開度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ48は吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ49は吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。
-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the engine 1. For example, the air flow meter 43 outputs a detection signal corresponding to the intake air amount. The rail pressure sensor 41 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 22. The throttle opening sensor 42 outputs a detection signal corresponding to the opening of the intake throttle valve 62. The intake pressure sensor 48 outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure. The intake air temperature sensor 49 outputs a detection signal corresponding to the intake air temperature.

−ECU−
ECU100は、図示しないCPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図3に示すように、ECU100の入力回路には、クランクポジションセンサ40、前記レール圧センサ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44a,44b、排気温センサ45a,45b、水温センサ46、アクセル開度センサ47、吸気圧センサ48、吸気温センサ49、筒内圧センサ4A、外気温センサ4B、および、外気圧センサ4Cなどが接続されている。
-ECU-
The ECU 100 includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like (not shown) and an input / output circuit. As shown in FIG. 3, the input circuit of the ECU 100 includes a crank position sensor 40, the rail pressure sensor 41, a throttle opening sensor 42, an air flow meter 43, A / F sensors 44a and 44b, exhaust temperature sensors 45a and 45b, A water temperature sensor 46, an accelerator opening sensor 47, an intake pressure sensor 48, an intake air temperature sensor 49, an in-cylinder pressure sensor 4A, an outside air temperature sensor 4B, an outside air pressure sensor 4C, and the like are connected.

一方、ECU100の出力回路には、前記サプライポンプ21、インジェクタ23、吸気絞り弁62、EGRバルブ81、および、前記ターボチャージャ5の可変ノズルベーン機構54などが接続されている。   On the other hand, the output circuit of the ECU 100 is connected to the supply pump 21, the injector 23, the intake throttle valve 62, the EGR valve 81, the variable nozzle vane mechanism 54 of the turbocharger 5, and the like.

そして、ECU100は、前記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、前記ROMに記憶された各種マップに基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。   Then, the ECU 100 executes various controls of the engine 1 based on outputs from the various sensors described above, calculated values obtained by arithmetic expressions using the output values, or various maps stored in the ROM. .

例えば、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御として、パイロット噴射(副噴射)とメイン噴射(主噴射)とを実行する。これらパイロット噴射およびメイン噴射の機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。   For example, the ECU 100 executes pilot injection (sub-injection) and main injection (main injection) as fuel injection control of the injector 23. Since the functions of the pilot injection and the main injection are well known, description thereof is omitted here.

燃料噴射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、即ち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、および、エンジン回転速度(機関回転速度)が高くなるほど高いものとされる。   The fuel injection pressure when executing the fuel injection is determined by the internal pressure of the common rail 22. As the common rail internal pressure, generally, the target value of the fuel pressure supplied from the common rail 22 to the injector 23, that is, the target rail pressure, increases as the engine load (engine load) increases and the engine speed (engine speed) increases. It will be expensive.

なお、上述したパイロット噴射およびメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。これら噴射の機能も周知であるため、ここでの説明は省略する。   In addition to the pilot injection and main injection described above, after injection and post injection are performed as necessary. Since the function of these injections is also well-known, explanation here is omitted.

また、ECU100は、エンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ81の開度を制御し、吸気マニホールド63に向けての排気還流量(EGR量)を調整する。   Further, the ECU 100 controls the opening degree of the EGR valve 81 according to the operating state of the engine 1 to adjust the exhaust gas recirculation amount (EGR amount) toward the intake manifold 63.

−燃焼形態の概略説明−
次に、本実施形態に係るエンジン1における燃焼室3内での燃焼形態の概略について説明する。
-Outline of combustion mode-
Next, the outline of the combustion mode in the combustion chamber 3 in the engine 1 according to the present embodiment will be described.

図4に示すように、気筒内に吸入されるガスには、吸気管64から吸入された新気と、EGR通路8から吸入されるEGRガスとが含まれる。   As shown in FIG. 4, the gas sucked into the cylinder includes fresh air sucked from the intake pipe 64 and EGR gas sucked from the EGR passage 8.

このようにして気筒内に吸入された新気およびEGRガスは、吸気行程において開弁している吸気バルブ16を介し、ピストン13(図4では図示省略)の下降に伴って気筒内に吸入されて筒内ガスとなる。この筒内ガスは、エンジン1の運転状態に応じて決定されるバルブ閉弁時にて吸気バルブ16が閉弁することにより気筒内(燃焼室3内)に密閉され(筒内ガスの閉じ込め状態)、その後の圧縮行程においてピストン13の上昇に伴って圧縮される。そして、ピストン13が圧縮上死点近傍に達すると、上述したECU100による噴射量制御によって所定時間だけインジェクタ23が開弁されることで燃料を燃焼室3内に直接噴射する(パイロット噴射やメイン噴射を実行する)。   The fresh air and EGR gas sucked into the cylinder in this way are sucked into the cylinder as the piston 13 (not shown in FIG. 4) is lowered through the intake valve 16 which is opened in the intake stroke. It becomes in-cylinder gas. This in-cylinder gas is sealed in the cylinder (inside the combustion chamber 3) by closing the intake valve 16 when the valve is closed according to the operating state of the engine 1 (in-cylinder gas confinement state). In the subsequent compression stroke, the piston 13 is compressed as it rises. When the piston 13 reaches the vicinity of the compression top dead center, the injector 23 is opened for a predetermined time by the injection amount control by the ECU 100 described above, so that fuel is directly injected into the combustion chamber 3 (pilot injection or main injection). Run).

図5は、メイン噴射実行時における燃焼室3およびその周辺部を示す断面図であり、図6は、この燃料噴射時における燃焼室3の平面図(ピストン13の上面を示す図)である。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the combustion chamber 3 and its periphery when the main injection is performed, and FIG. 6 is a plan view of the combustion chamber 3 when the fuel is injected (a view showing the upper surface of the piston 13).

(燃料の噴射形態)
次に、前記インジェクタ23から噴射された燃料の気筒内における形態について説明する。
(Fuel injection mode)
Next, the form in the cylinder of the fuel injected from the injector 23 will be described.

インジェクタ23の各噴孔から噴射された燃料の噴霧A,A,…は略円錐状に拡散していく。一般に、前記パイロット噴射は、ピストン13が圧縮上死点に達するクランク角度位置よりも進角側のクランク角度位置で実行され、噴射燃料の略全量がキャビティ13bの外側の領域(ピストン13の頂面13aとシリンダヘッド15の下面との間の空間;以下、この空間を「キャビティ外領域」という)に向けて噴射される。これにより、キャビティ外領域の予熱に寄与することになる。   The fuel sprays A, A,... Injected from the injection holes of the injector 23 diffuse in a substantially conical shape. In general, the pilot injection is performed at a crank angle position that is more advanced than the crank angle position at which the piston 13 reaches the compression top dead center, and almost all of the injected fuel is in the region outside the cavity 13b (the top surface of the piston 13). 13a and the lower surface of the cylinder head 15; hereinafter, this space is injected toward the “outside cavity region”). This contributes to preheating of the area outside the cavity.

また、このパイロット噴射の噴射期間によっては、その噴射期間の前半ではキャビティ外領域に向けて燃料が噴射され、その噴射期間の後半ではキャビティ13bの内部空間(以下、この空間を「キャビティ内領域」という)に向けて燃料が噴射される場合もある。この際、キャビティ外領域およびキャビティ内領域がそれぞれ予熱されることになる。   Further, depending on the injection period of this pilot injection, fuel is injected toward the region outside the cavity in the first half of the injection period, and in the second half of the injection period, the internal space of the cavity 13b (hereinafter, this space is referred to as “intracavity region”). In some cases, fuel is injected toward the At this time, the area outside the cavity and the area inside the cavity are each preheated.

また、前記メイン噴射は、ピストン13が圧縮上死点近傍に達したクランク角度位置において実行され、例えば図7(図7(a)はピストン13が圧縮上死点に向かって移動する圧縮行程での燃料噴射時を示し、図7(b)はピストン13が下死点に向かって移動する膨張行程での燃料噴射時を示している)に示すように、一般的には、噴射燃料の略全量がキャビティ内領域に向けて噴射されることになる。   Further, the main injection is executed at a crank angle position where the piston 13 reaches the vicinity of the compression top dead center. For example, FIG. 7 (FIG. 7A) is a compression stroke in which the piston 13 moves toward the compression top dead center. In general, as shown in FIG. 7B, the fuel is injected during the expansion stroke in which the piston 13 moves toward the bottom dead center. The whole amount will be injected toward the cavity area.

なお、前記メイン噴射で噴射される燃料は、必ずしも全量がキャビティ内領域に噴射されるとは限らず、早期噴射が行われる場合や噴射期間が長い場合などにあっては、そのメイン噴射の噴射開始時期や噴射終了時期によっては、一部の燃料がキャビティ外領域に噴射される場合もある。以下、具体的に説明する。   Note that the fuel injected by the main injection is not necessarily injected entirely into the cavity region. If early injection is performed or the injection period is long, the injection of the main injection is performed. Depending on the start timing and the injection end timing, some fuel may be injected into the region outside the cavity. This will be specifically described below.

例えば図8(a)(ピストン13が圧縮上死点に向かって移動する圧縮行程での燃料噴射時)に示すように、ピストン13が圧縮上死点に達するクランク角度位置よりも所定量だけ進角側のクランク角度位置にある状態でメイン噴射が開始された場合には、このメイン噴射の噴射期間の初期に噴射された燃料については前記キャビティ外領域に向けて噴射されることになる。また、例えば図8(b)(ピストン13が下死点に向かって移動する膨張行程での燃料噴射時)に示すように、ピストン13が圧縮上死点に達したクランク角度位置よりも所定量だけ遅角側のクランク角度位置にある状態までメイン噴射が継続された場合には、このメイン噴射の噴射期間の終期に噴射された燃料については前記キャビティ外領域に向けて噴射されることになる。   For example, as shown in FIG. 8A (when fuel is injected during the compression stroke in which the piston 13 moves toward the compression top dead center), the piston 13 advances by a predetermined amount from the crank angle position at which the compression top dead center is reached. When main injection is started in a state where the crank angle position is on the corner side, the fuel injected at the beginning of the injection period of the main injection is injected toward the region outside the cavity. Further, for example, as shown in FIG. 8B (when fuel is injected during the expansion stroke in which the piston 13 moves toward the bottom dead center), a predetermined amount is obtained from the crank angle position at which the piston 13 has reached the compression top dead center. When the main injection is continued until the crank angle position is on the retard side, the fuel injected at the end of the injection period of the main injection is injected toward the outside of the cavity. .

また、図7(a)で示すピストン位置では、このピストン位置よりも進角側で燃料噴射が行われた場合には、その噴射燃料の一部はキャビティ外領域に向けて噴射されることになるため、この図7(a)で示すピストン位置は、キャビティ内噴射進角限界と呼ぶことができる。また、図7(b)で示すピストン位置では、このピストン位置よりも遅角側で燃料噴射が行われた場合には、その噴射燃料の一部はキャビティ外領域に向けて噴射されることになるため、この図7(b)で示すピストン位置は、キャビティ内噴射遅角限界と呼ぶことができる。   In addition, at the piston position shown in FIG. 7A, when fuel injection is performed on the advance side of the piston position, a part of the injected fuel is injected toward the region outside the cavity. Therefore, the piston position shown in FIG. 7A can be called an intra-cavity injection advance limit. Further, at the piston position shown in FIG. 7 (b), when fuel injection is performed on the retard side from the piston position, a part of the injected fuel is injected toward the region outside the cavity. Therefore, the piston position shown in FIG. 7B can be called an intra-cavity injection retardation limit.

さらに、図8(a)で示すピストン位置では、このピストン位置よりも遅角側で燃料噴射が行われた場合には、その噴射燃料の一部はキャビティ内領域に向けて噴射されることになるため、この図8(a)で示すピストン位置は、キャビティ外噴射遅角限界と呼ぶことができる。また、図8(b)で示すピストン位置では、このピストン位置よりも進角側で燃料噴射が行われた場合には、その噴射燃料の一部はキャビティ内領域に向けて噴射されることになるため、この図8(b)で示すピストン位置は、キャビティ外噴射進角限界と呼ぶことができる。   Further, at the piston position shown in FIG. 8A, when fuel injection is performed on the retard side from the piston position, a part of the injected fuel is injected toward the cavity inner region. Therefore, the piston position shown in FIG. 8A can be called an out-cavity injection retardation limit. Further, at the piston position shown in FIG. 8 (b), when fuel injection is performed on the advance side of the piston position, a part of the injected fuel is injected toward the cavity inner region. Therefore, the piston position shown in FIG. 8B can be referred to as an outside-cavity injection advance limit.

前述した各限界に対応するクランク角度位置は、エンジン諸元やインジェクタ23から噴射される燃料の噴霧角等によって予め規定することができる。一例として、前記キャビティ外噴射遅角限界(図8(a))はクランク角度で圧縮上死点前28°CAの位置であり、キャビティ内噴射進角限界(図7(a))はクランク角度で圧縮上死点前18°CAの位置である。また、キャビティ内噴射遅角限界(図7(b))はクランク角度で圧縮上死点後18°CAの位置であり、キャビティ外噴射進角限界(図8(b))はクランク角度で圧縮上死点後28°CAの位置である。これらの値は限定されるものではない。   The crank angle position corresponding to each limit described above can be defined in advance by the engine specifications, the spray angle of fuel injected from the injector 23, and the like. As an example, the outside-cavity injection retardation limit (FIG. 8A) is the crank angle at a position of 28 ° CA before compression top dead center, and the in-cavity injection advance limit (FIG. 7A) is the crank angle. The position is 18 ° CA before compression top dead center. Further, the injection delay limit in the cavity (FIG. 7B) is a position at 18 ° CA after compression top dead center in the crank angle, and the injection advance limit in the cavity (FIG. 8B) is compressed at the crank angle. The position is 28 ° CA after top dead center. These values are not limited.

そして、前記キャビティ内噴射進角限界(図7(a))とキャビティ内噴射遅角限界(図7(b))との間の期間のみにおいて燃料噴射が行われた場合には、噴射燃料の略全量がキャビティ内領域に向けて噴射されることになる。また、前記キャビティ外噴射遅角限界(図8(a))よりも進角側の期間で燃料噴射が行われた場合や、キャビティ外噴射進角限界(図8(b))よりも遅角側の期間で燃料噴射が行われた場合には、その期間に噴射された燃料はキャビティ外領域に向けて噴射されることになる。   When fuel injection is performed only during the period between the intra-cavity injection advance limit (FIG. 7A) and the intra-cavity injection retard limit (FIG. 7B), Substantially the entire amount is injected toward the cavity region. Further, when the fuel injection is performed in a period on the advance side of the outside-cavity injection delay limit (FIG. 8A), or more retarded than the outside-cavity injection advance limit (FIG. 8B). When fuel injection is performed during this period, the fuel injected during that period is injected toward the region outside the cavity.

また、例えば図9(a)(ピストン13が圧縮上死点に向かって移動する圧縮行程での燃料噴射時)に示すように、キャビティ外噴射遅角限界(図8(a))からキャビティ内噴射進角限界(図7(a))に亘って燃料噴射が行われた場合や、例えば図9(b)(ピストン13が下死点に向かって移動する膨張行程での燃料噴射時)に示すように、キャビティ内噴射遅角限界(図7(b))からキャビティ外噴射進角限界(図8(b))に亘って燃料噴射が行われた場合には、噴射燃料の一部はキャビティ内領域に向けて噴射され、他はキャビティ外領域に向けて噴射されることになる。つまり、燃料がキャビティ内領域とキャビティ外領域とに噴き分けられることになる。   Further, for example, as shown in FIG. 9A (when the fuel is injected in the compression stroke in which the piston 13 moves toward the compression top dead center), from the outside-cavity injection delay limit (FIG. 8A), When fuel injection is performed over the injection advance limit (FIG. 7 (a)), for example, in FIG. 9 (b) (at the time of fuel injection in the expansion stroke in which the piston 13 moves toward the bottom dead center). As shown, when fuel injection is performed from the intra-cavity injection retardation limit (FIG. 7B) to the outside-cavity injection advance limit (FIG. 8B), a part of the injected fuel is It will be injected toward the area inside the cavity, and the other will be injected toward the area outside the cavity. That is, fuel is injected separately into the cavity inner region and the cavity outer region.

このように燃料がキャビティ外領域とキャビティ内領域とに噴き分けられた場合、各領域に存在する燃料量が所定量を超えない範囲であれば、各領域の噴霧およびその既燃ガスの大部分は、その噴射された領域内に留まり、他方の領域内に流れ込む量は殆どない。このため、キャビティ外領域およびキャビティ内領域それぞれの燃焼を個別に扱うことができる。   In this way, when the fuel is sprayed into the area outside the cavity and the area inside the cavity, as long as the amount of fuel existing in each area does not exceed the predetermined amount, the spray of each area and most of the burned gas Stays in its injected area and has little amount to flow into the other area. For this reason, each combustion of the area | region outside a cavity and the area | region in a cavity can be handled separately.

後述するように気筒内全体を対象とする理想熱発生率波形を高い精度で作成するためには、キャビティ内領域における理想熱発生率波形およびキャビティ外領域における理想熱発生率波形をそれぞれ作成しておく必要がある。このため、キャビティ内領域およびキャビティ外領域のそれぞれにおいて燃焼を行う燃料の量を求めておく必要がある。以下、それぞれの領域に存在する燃料の量を求める手法について説明する。   As described later, in order to create an ideal heat release rate waveform for the entire cylinder with high accuracy, create an ideal heat release rate waveform in the cavity region and an ideal heat release rate waveform in the region outside the cavity. It is necessary to keep. For this reason, it is necessary to obtain the amount of fuel to be burned in each of the in-cavity region and the out-cavity region. Hereinafter, a method for obtaining the amount of fuel present in each region will be described.

図10は、クランク角度位置と、各クランク角度位置においてインジェクタ23から噴射されている燃料量に対するキャビティ内領域への噴射量の比率(以下、「キャビティ内燃料分配率」という)との関係を示す図である。この図10では、横軸がクランク角度であり、縦軸がキャビティ内燃料分配率となっている。   FIG. 10 shows the relationship between the crank angle position and the ratio of the injection amount to the in-cavity region with respect to the fuel amount injected from the injector 23 at each crank angle position (hereinafter referred to as “in-cavity fuel distribution ratio”). FIG. In FIG. 10, the horizontal axis is the crank angle, and the vertical axis is the intra-cavity fuel distribution rate.

図10におけるクランク角度位置αは前記キャビティ外噴射遅角限界(図8(a))のピストン位置に対応している。図10におけるクランク角度位置βは前記キャビティ内噴射進角限界(図7(a))のピストン位置に対応している。また、図10におけるクランク角度位置γは前記キャビティ内噴射遅角限界(図7(b))のピストン位置に対応している。さらに、図10におけるクランク角度位置δは前記キャビティ外噴射進角限界(図8(b))のピストン位置に対応している。   The crank angle position α in FIG. 10 corresponds to the piston position of the outside-cavity injection delay limit (FIG. 8A). The crank angle position β in FIG. 10 corresponds to the piston position of the in-cavity injection advance limit (FIG. 7A). Further, the crank angle position γ in FIG. 10 corresponds to the piston position of the intra-cavity injection retardation limit (FIG. 7B). Further, the crank angle position δ in FIG. 10 corresponds to the piston position of the outside-cavity injection advance limit (FIG. 8B).

この図10に示すように、インジェクタ23からの燃料噴射時期が、図中のクランク角度位置αよりも進角側である場合や、図中のクランク角度位置δよりも遅角側である場合には、噴射燃料の略全量がキャビティ外領域に向けて噴射されることになるため、キャビティ内燃料分配率は「0」となる。   As shown in FIG. 10, when the fuel injection timing from the injector 23 is on the advance side with respect to the crank angle position α in the figure, or on the retard side with respect to the crank angle position δ in the figure. Since almost all of the injected fuel is injected toward the region outside the cavity, the fuel distribution rate in the cavity becomes “0”.

また、インジェクタ23からの燃料噴射時期が、図中のクランク角度位置βとγとの間である場合には、噴射燃料の略全量がキャビティ内領域に向けて噴射されることになるため、キャビティ内燃料分配率は「1」となる。   Further, when the fuel injection timing from the injector 23 is between the crank angle positions β and γ in the figure, almost the entire amount of the injected fuel is injected toward the in-cavity region. The internal fuel distribution rate is “1”.

また、インジェクタ23からの燃料噴射時期が、図中のクランク角度位置αとβとの間である場合や、図中のクランク角度位置γとδとの間である場合には、インジェクタ23から噴射された燃料はキャビティ外領域とキャビティ内領域とに噴き分けられることになるため、その燃料噴射時期に応じてキャビティ内燃料分配率は「0」〜「1」の間の値となる。   Further, when the fuel injection timing from the injector 23 is between the crank angle positions α and β in the drawing, or between the crank angle positions γ and δ in the drawing, the injection from the injector 23 is performed. The fuel thus injected is divided into an area outside the cavity and an area inside the cavity, so that the fuel distribution ratio in the cavity becomes a value between “0” and “1” according to the fuel injection timing.

以下の説明では、前記クランク角度位置αよりも進角側の期間を第1期間、前記クランク角度位置αとβとの間の期間を第2期間、前記クランク角度位置βとγとの間の期間を第3期間、前記クランク角度位置γとδとの間の期間を第4期間、前記クランク角度位置δよりも遅角側の期間を第5期間とそれぞれ呼ぶこととする。   In the following description, a period on the more advanced side than the crank angle position α is a first period, a period between the crank angle positions α and β is a second period, and a period between the crank angle positions β and γ. A period is referred to as a third period, a period between the crank angle positions γ and δ is referred to as a fourth period, and a period retarded from the crank angle position δ is referred to as a fifth period.

前記キャビティ内領域およびキャビティ外領域それぞれの燃料量を求めるためには、インジェクタ23から噴射された総燃料量に対する各領域の燃料分配率を求めることが必要である。以下、インジェクタ23から噴射された総燃料量に対するキャビティ内領域の燃料量の比率を「キャビティ内領域総燃料分配率」と呼び、インジェクタ23から噴射された総燃料量に対するキャビティ外領域の燃料量の比率を「キャビティ外領域総燃料分配率」と呼ぶこととする。   In order to obtain the amount of fuel in each of the in-cavity region and the out-cavity region, it is necessary to obtain the fuel distribution ratio in each region with respect to the total fuel amount injected from the injector 23. Hereinafter, the ratio of the fuel amount in the in-cavity region to the total fuel amount injected from the injector 23 is referred to as “in-cavity region total fuel distribution ratio”, and the ratio of the fuel amount in the region outside the cavity to the total fuel amount injected from the injector 23 is The ratio is referred to as “outside cavity region total fuel distribution ratio”.

前述した如くインジェクタ23からの燃料噴射期間が前記第3期間である場合にはキャビティ内燃料分配率が「1」となっているため、総燃料噴射期間に対する第3期間での燃料噴射期間の比率が、前記キャビティ内領域総燃料分配率のうちの第3期間分(総燃料噴射期間に対する第3期間での燃料噴射期間の比率×「1」)として算出可能である。   As described above, when the fuel injection period from the injector 23 is the third period, the fuel distribution ratio in the cavity is “1”. Therefore, the ratio of the fuel injection period in the third period to the total fuel injection period Can be calculated as the third period (the ratio of the fuel injection period in the third period to the total fuel injection period × “1”) of the total fuel distribution ratio in the cavity.

これに対し、前記第2期間にあっては、キャビティ内燃料分配率が変化していくため、この期間におけるキャビティ内燃料分配率の代表値を求め、総燃料噴射期間に対する第2期間での燃料噴射期間の比率に、前記キャビティ内燃料分配率の代表値を乗算して、前記キャビティ内領域総燃料分配率のうちの第2期間分(総燃料噴射期間に対する第2期間での燃料噴射期間の比率×第2期間でのキャビティ内燃料分配率の代表値)を算出することが必要である。また、前記第4期間においても同様である。   On the other hand, since the fuel distribution rate in the cavity changes during the second period, a representative value of the fuel distribution ratio in the cavity during this period is obtained, and the fuel in the second period with respect to the total fuel injection period is obtained. The ratio of the injection period is multiplied by a representative value of the fuel distribution ratio in the cavity, and the second period of the total fuel distribution ratio in the cavity (the fuel injection period in the second period with respect to the total fuel injection period). It is necessary to calculate (ratio × representative value of intra-cavity fuel distribution ratio in the second period). The same applies to the fourth period.

以下、このキャビティ内燃料分配率の代表値を求めるための手法を図11を用いて具体的に説明する。図11は、前記第2期間における所定期間で燃料が噴射されている場合のクランク角度位置とキャビティ内燃料分配率との関係を示している。   Hereinafter, a method for obtaining the representative value of the fuel distribution ratio in the cavity will be specifically described with reference to FIG. FIG. 11 shows the relationship between the crank angle position and the fuel distribution ratio in the cavity when fuel is injected during the predetermined period in the second period.

この図11に示す波形は、クランク角度位置の変化に対するキャビティ内燃料分配率の変化をWiebe関数によって簡易化したものであり、第2期間の始期であるACOを「0(X=0)」とし、この「ACO=0」のタイミングでのキャビティ内燃料分配率を「0」とするように、また、第2期間の終期であるACIを「1(X=1)」とし、この「ACI=1」のタイミングでのキャビティ内燃料分配率を「1」とするようにWiebe関数の形状パラメータであるa項およびm項が設定されている。例えばa=8.06、m=2.54にそれぞれ設定されている。   The waveform shown in FIG. 11 is obtained by simplifying the change in the fuel distribution ratio in the cavity with respect to the change in the crank angle position by the Wiebe function, and the ACO at the beginning of the second period is set to “0 (X = 0)”. The fuel distribution rate in the cavity at the timing of “ACO = 0” is set to “0”, and the ACI at the end of the second period is set to “1 (X = 1)”. The terms a and m, which are the shape parameters of the Wiebe function, are set so that the fuel distribution rate in the cavity at the timing “1” is “1”. For example, a = 8.06 and m = 2.54 are set.

今、この第2期間中における図中のタイミングAisで燃料噴射が開始され、タイミングAieで燃料噴射が終了した場合について考える。   Consider a case where fuel injection is started at the timing Ais in the drawing during the second period and the fuel injection is ended at the timing Aie.

この場合、クランク角度が角度位置α(ACO=0)に達した時点から燃料噴射が開始した時点までの期間の長さXis、および、クランク角度が角度位置αに達した時点から燃料噴射が終了した時点までの期間の長さXieは、以下の式(1),(2)で与えられる。   In this case, the length Xis of the period from the time when the crank angle reaches the angular position α (ACO = 0) to the time when the fuel injection starts, and the fuel injection ends from the time when the crank angle reaches the angular position α. The length Xie of the period up to the point in time is given by the following equations (1) and (2).

Xis=(Ais−ACO)/(ACI−ACO) …(1)
Xie=(Aie−ACO)/(ACI−ACO) …(2)
そして、この場合のキャビティ内燃料分配率の代表値f(X)としては、以下の式(3)によって算出される。
Xis = (Ais-ACO) / (ACI-ACO) (1)
Xie = (Aie-ACO) / (ACI-ACO) (2)
In this case, the representative value f (X) of the intra-cavity fuel distribution ratio is calculated by the following equation (3).

f(X)={f(Xis)+f(Xie)}/2 …(3)
ここで、f(Xis)はタイミングAisにおけるキャビティ内燃料分配率であり図中のYisに相当する。また、f(Xie)はタイミングAieにおけるキャビティ内燃料分配率であり図中のYieに相当する。
f (X) = {f (Xis) + f (Xie)} / 2 (3)
Here, f (Xis) is the fuel distribution rate in the cavity at the timing Ais and corresponds to Yis in the figure. Further, f (Xie) is the fuel distribution rate in the cavity at the timing Aie and corresponds to Yie in the drawing.

このようにして、キャビティ外領域とキャビティ内領域とに燃料が噴き分けられた場合のキャビティ内燃料分配率の代表値f(X)を算出することが可能である。   In this way, it is possible to calculate the representative value f (X) of the intra-cavity fuel distribution ratio when the fuel is separately injected into the outer cavity region and the inner cavity region.

そして、実際には、前記第2期間だけでなく、第1、第3、第4および第5の各期間でも燃料噴射が行われる可能性があるので、これら期間での燃料噴射も考慮して、燃料噴射期間全体を対象とした総燃料分配率(キャビティ内領域総燃料分配率)を算出することが必要である。   Actually, fuel injection may be performed not only in the second period but also in each of the first, third, fourth, and fifth periods. Therefore, the fuel injection in these periods is also taken into consideration. Therefore, it is necessary to calculate the total fuel distribution ratio (the total fuel distribution ratio in the cavity) for the entire fuel injection period.

このため、まず、各期間i(i=1〜5)それぞれにおける燃料噴射率ΔAinj(i)を以下の式(4)で求める。   Therefore, first, the fuel injection rate ΔAinj (i) in each period i (i = 1 to 5) is obtained by the following equation (4).

ΔAinj(i)=期間X(i)/総燃料噴射期間 …(4)
この式(4)における「i」は対象とする期間1〜5に対応する値である。
ΔAinj (i) = period X (i) / total fuel injection period (4)
“I” in the formula (4) is a value corresponding to the target periods 1 to 5.

つまり、インジェクタ23からの総燃料噴射期間に対する第1〜第5の各期間での噴射期間の比率が、それぞれの期間における燃料噴射率(ΔAinj(1)〜ΔAinj(5))として算出される。   That is, the ratio of the injection period in each of the first to fifth periods to the total fuel injection period from the injector 23 is calculated as the fuel injection rate (ΔAinj (1) to ΔAinj (5)) in each period.

また、第1期間および第5期間におけるキャビティ内燃料分配率は「0」であり、第3期間におけるキャビティ内燃料分配率は「1」である(図10を参照)。このため、第1期間および第5期間における燃料噴射率(ΔAinj(1)、ΔAinj(5))はキャビティ内領域総燃料分配率に寄与しないことになり、第3期間における燃料噴射率(ΔAinj(3))は噴射燃料の全量がキャビティ内領域総燃料分配率に寄与する(キャビティ内領域総燃料分配率を左右する)ものとなる。また、第2期間および第4期間におけるキャビティ内燃料分配率(ΔAinj(2)、ΔAinj(4))はそれぞれの期間における燃料噴射期間(燃料噴射期間の長さ)に応じて変化する。   Further, the intra-cavity fuel distribution ratio in the first period and the fifth period is “0”, and the intra-cavity fuel distribution ratio in the third period is “1” (see FIG. 10). For this reason, the fuel injection rates (ΔAinj (1), ΔAinj (5)) in the first period and the fifth period do not contribute to the total intra-cavity region fuel distribution ratio, and the fuel injection rates (ΔAinj ( In 3)), the total amount of injected fuel contributes to the total fuel distribution ratio in the cavity region (which affects the total fuel distribution ratio in the cavity region). Further, the intra-cavity fuel distribution ratios (ΔAinj (2), ΔAinj (4)) in the second period and the fourth period vary depending on the fuel injection period (length of the fuel injection period) in each period.

このため、燃料噴射の全期間を対象とするキャビティ内領域総燃料分配率は以下の式(5)によって求めることができる。
キャビティ内領域総燃料分配率=ΔAinj(2)×f(X(2))+ΔAinj(3)
+ΔAinj(4)×f(X(4)) …(5)
これにより、燃料噴射期間の全体を対象としたキャビティ内領域の総燃料分配率が算出されることになる。
For this reason, the total fuel distribution ratio in the cavity for the entire period of fuel injection can be obtained by the following equation (5).
Total fuel distribution ratio in the cavity = ΔAinj (2) × f (X (2)) + ΔAinj (3)
+ ΔAinj (4) × f (X (4)) (5)
As a result, the total fuel distribution ratio in the cavity region for the entire fuel injection period is calculated.

そして、インジェクタ23からの総燃料噴射量に、このキャビティ内領域総燃料分配率を乗算すれば、キャビティ内領域に存在する燃料量が算出できる。また、このキャビティ内領域総燃料分配率から前記キャビティ外領域総燃料分配率を求め(1−キャビティ内領域総燃料分配率)、このキャビティ外領域総燃料分配率に総燃料噴射量を乗算すれば、キャビティ外領域に存在する燃料量が算出できる。なお、キャビティ内領域に存在する燃料量を、前記総燃料噴射量から減算することによってもキャビティ外領域に存在する燃料量は算出可能である。   Then, by multiplying the total fuel injection amount from the injector 23 by this total intra-cavity region fuel distribution rate, the amount of fuel existing in the intra-cavity region can be calculated. Further, if the total fuel distribution ratio outside the cavity is obtained from the total fuel distribution ratio within the cavity (1−total fuel distribution ratio within the cavity), the total fuel injection rate is multiplied by the total fuel injection ratio outside the cavity. The amount of fuel existing in the area outside the cavity can be calculated. The amount of fuel existing in the region outside the cavity can also be calculated by subtracting the amount of fuel present in the region inside the cavity from the total fuel injection amount.

次に、燃料噴射時期と発生熱量との関係について説明する。図12は、燃料噴射率波形と熱発生率波形との関係の一例を示している。図中のTDCはピストン13の圧縮上死点に対応したクランク角度位置である。また、図12の下段に示す波形は、インジェクタ23から噴射される燃料の噴射率波形の複数のパターンを示している。図12の上段に示す波形は、各燃料の噴射率それぞれに対応した熱発生率の変化(熱発生率波形)を示している。   Next, the relationship between the fuel injection timing and the amount of generated heat will be described. FIG. 12 shows an example of the relationship between the fuel injection rate waveform and the heat release rate waveform. TDC in the figure is a crank angle position corresponding to the compression top dead center of the piston 13. The waveform shown in the lower part of FIG. 12 shows a plurality of patterns of the injection rate waveform of the fuel injected from the injector 23. The waveform shown in the upper part of FIG. 12 shows a change in heat generation rate (heat generation rate waveform) corresponding to each fuel injection rate.

この図12に示す燃料噴射率波形のうち実線a、破線b、一点鎖線cで示すものは、前記キャビティ外噴射遅角限界(図8(a))よりも進角側で燃料噴射が開始され且つこのキャビティ外噴射遅角限界よりも進角側で燃料噴射が終了しており、噴射燃料の略全量がキャビティ外領域に向けて噴射される場合である。実線aで示した燃料噴射率波形に対応する熱発生率波形を実線Aで示し、破線bで示した燃料噴射率波形に対応する熱発生率波形を破線Bで示し、一点鎖線cで示した燃料噴射率波形に対応する熱発生率波形を一点鎖線Cで示している。   Of the fuel injection rate waveforms shown in FIG. 12, those indicated by the solid line a, the broken line b, and the alternate long and short dash line c start fuel injection on the advance side with respect to the outside-cavity injection delay limit (FIG. 8A). In addition, the fuel injection is completed on the advance side with respect to the outside-cavity injection delay limit, and substantially the entire amount of the injected fuel is injected toward the outside-cavity region. The heat release rate waveform corresponding to the fuel injection rate waveform indicated by the solid line a is indicated by the solid line A, the heat release rate waveform corresponding to the fuel injection rate waveform indicated by the broken line b is indicated by the broken line B, and is indicated by the alternate long and short dash line c. A heat generation rate waveform corresponding to the fuel injection rate waveform is indicated by a one-dot chain line C.

また、この図12に示す燃料噴射率波形のうち実線d、破線eで示すものは、前記キャビティ内噴射進角限界(図7(a))よりも遅角側で燃料噴射が開始され且つキャビティ内噴射遅角限界(図7(b))よりも進角側で燃料噴射が終了しており、噴射燃料の略全量がキャビティ内領域に向けて噴射される場合である。実線dで示した燃料噴射率波形に対応する熱発生率波形を実線Dで示し、破線eで示した燃料噴射率波形に対応する熱発生率波形を破線Eで示している。   Also, among the fuel injection rate waveforms shown in FIG. 12, the solid line d and the broken line e indicate that fuel injection is started on the retard side of the intra-cavity injection advance limit (FIG. 7 (a)) and the cavity. This is a case where the fuel injection is completed on the advance side from the inner injection delay limit (FIG. 7B), and substantially the entire amount of the injected fuel is injected toward the in-cavity region. A heat generation rate waveform corresponding to the fuel injection rate waveform indicated by the solid line d is indicated by a solid line D, and a heat generation rate waveform corresponding to the fuel injection rate waveform indicated by the broken line e is indicated by a broken line E.

この図12に示す燃料噴射率波形のように、各燃料噴射における噴射量が等しいにも拘わらず、キャビティ外領域に噴射された燃料が燃焼する場合には、クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量は比較的少なく、緩慢な燃焼となっている(図12における熱発生率波形A,B,Cを参照)。これは、噴射燃料が容積の比較的大きなキャビティ外領域に噴射されたことで、比較的低密度の(燃料密度が低い)混合気が生成されたためである。   As shown in the fuel injection rate waveform shown in FIG. 12, when the fuel injected into the area outside the cavity burns even though the injection amount in each fuel injection is equal, the heat per unit rotation angle of the crankshaft The amount of generation is relatively small and the combustion is slow (see heat generation rate waveforms A, B, and C in FIG. 12). This is because an air-fuel mixture having a relatively low density (low fuel density) is generated by injecting the injected fuel into the region outside the cavity having a relatively large volume.

これに対し、キャビティ内領域に噴射された燃料が燃焼する場合には、クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量は比較的多く、急峻な燃焼となっている(図12における熱発生率波形D,Eを参照)。これは、噴射燃料が容積の比較的小さなキャビティ内領域に噴射されたことで、燃焼場の温度が急速に上昇すると共に、この温度場に比較的高密度の(燃料密度が高い)混合気が生成されているためである。   In contrast, when the fuel injected into the cavity region burns, the heat generation amount per unit rotation angle of the crankshaft is relatively large and the combustion is steep (the heat generation rate waveform in FIG. 12). (See D, E). This is because the injected fuel is injected into the area of the cavity with a relatively small volume, so that the temperature of the combustion field rises rapidly and a relatively high-density (high fuel density) mixture is present in this temperature field. This is because it is generated.

このようにして燃焼場での燃焼により発生したエネルギは、ピストン13を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ、燃焼室3内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック11やシリンダヘッド15を経て外部(例えば冷却水)に放熱される熱エネルギとなる。   The energy generated by the combustion in the combustion field in this way passes through the kinetic energy for pushing down the piston 13 toward the bottom dead center, the thermal energy for raising the temperature in the combustion chamber 3, the cylinder block 11 and the cylinder head 15. The heat energy is radiated to the outside (for example, cooling water).

そして、燃焼後の筒内ガスは、排気行程において開弁する排気バルブ17を介し、ピストン13の上昇に伴って排気ポート71および排気マニホールド72へ排出されて排ガスとなる。   The in-cylinder gas after combustion is discharged to the exhaust port 71 and the exhaust manifold 72 as the piston 13 rises through the exhaust valve 17 that opens in the exhaust stroke, and becomes exhaust gas.

−熱発生率波形の作成、燃焼状態診断、および、制御パラメータの補正−
次に、本実施形態の特徴部分である熱発生率波形の作成(理想熱発生率波形の作成)、燃焼状態診断(気筒内での燃料の各反応形態の診断)、および、その診断結果に応じて実行される制御パラメータの補正について説明する。
−Creation of heat release rate waveform, combustion state diagnosis, and control parameter correction−
Next, the creation of the heat release rate waveform (creation of the ideal heat release rate waveform), the combustion state diagnosis (diagnosis of each reaction mode of the fuel in the cylinder), and the diagnosis results, which are the characteristic parts of this embodiment, The correction of the control parameter executed in response will be described.

この熱発生率波形の作成、燃焼状態診断、および、制御パラメータの補正では、図13に示すように、(1)理想熱発生率波形の作成、および、(2)実熱発生率波形の作成、が行われた後、(3)理想熱発生率波形と実熱発生率波形との比較による燃焼状態診断が行われる。そして、(4)この燃焼状態診断の結果に応じたエンジン1の制御パラメータの補正が行われることになる。これら(1)〜(4)の各動作を行うための構成の全てが車両に搭載(実装)されていてもよいし、(1)の動作のみが実験室等によって行われ、その結果(作成された理想熱発生率波形)が前記ROMに記憶され、(2)〜(4)の各動作を行うための構成が車両に搭載された構成となっていてもよい。   In the generation of the heat generation rate waveform, the combustion state diagnosis, and the control parameter correction, as shown in FIG. 13, (1) generation of an ideal heat generation rate waveform and (2) generation of an actual heat generation rate waveform (3) The combustion state diagnosis is performed by comparing the ideal heat generation rate waveform and the actual heat generation rate waveform. (4) The control parameters of the engine 1 are corrected according to the result of the combustion state diagnosis. All of the configurations for performing the operations (1) to (4) may be mounted (implemented) on the vehicle, or only the operation (1) is performed by a laboratory or the like, and the result (creation) The ideal heat generation rate waveform) is stored in the ROM, and the configuration for performing the operations (2) to (4) may be mounted on the vehicle.

本実施形態では、筒内を前記キャビティ内領域とキャビティ外領域とに分割し、それぞれにおける燃焼状態を個別に規定するようにしている。このため、前記(1)理想熱発生率波形の作成においては、キャビティ内領域を対象とした理想熱発生率波形の作成、および、キャビティ外領域を対象とした理想熱発生率波形の作成が個別に行われ、これら理想熱発生率波形を合成することによって筒内全体を対象とした理想熱発生率波形が作成される。   In the present embodiment, the inside of the cylinder is divided into the cavity inner region and the cavity outer region, and the combustion state in each is individually defined. For this reason, in the creation of the ideal heat generation rate waveform (1), the creation of the ideal heat generation rate waveform for the region inside the cavity and the creation of the ideal heat generation rate waveform for the region outside the cavity are individually performed. The ideal heat generation rate waveform for the entire cylinder is created by synthesizing these ideal heat generation rate waveforms.

本実施形態の特徴は、前記のようにキャビティ内外の各領域を対象として個別に理想熱発生率波形を作成するに際し、それら各領域毎に燃料の未燃分(未燃燃料)の量を推定し、これを減算することによって実際に燃焼する燃料の量(有効噴射量)を算出するようにしたことにある。詳しくは後述するが、キャビティ内外の各領域にそれぞれ噴射された燃料の一部は、キャビティ13bの内壁面やシリンダボア12の内壁面に付着等して、反応に寄与しない未燃燃料となるから、この分を除いた有効噴射量に基づいて理想熱発生率波形を作成するのである。   As described above, when the ideal heat generation rate waveform is individually created for each area inside and outside the cavity as described above, the amount of unburned fuel (unburned fuel) is estimated for each area. Then, by subtracting this, the amount of fuel actually burned (effective injection amount) is calculated. As will be described in detail later, a part of the fuel injected into each region inside and outside the cavity adheres to the inner wall surface of the cavity 13b and the inner wall surface of the cylinder bore 12, and becomes unburned fuel that does not contribute to the reaction. An ideal heat release rate waveform is created based on the effective injection amount excluding this amount.

そして、前記(3)燃焼状態診断においては、この筒内全体を対象とした理想熱発生率波形と実熱発生率波形との比較による燃焼状態診断が行われるようになっている。   In the combustion state diagnosis (3), the combustion state diagnosis is performed by comparing the ideal heat generation rate waveform and the actual heat generation rate waveform for the entire cylinder.

より具体的に、前記理想熱発生率波形の作成にあっては、(1−A)反応領域の分割、(1−B)燃料の反応形態の分離、(1−C)分離された各反応形態それぞれに対する理想熱発生率波形モデルの作成、(1−D)理想熱発生率波形モデルのフィルタリング(フィルタ処理)による理想熱発生率波形の作成および理想熱発生率波形の合成、が順に行われる。   More specifically, in the creation of the ideal heat generation rate waveform, (1-A) division of reaction region, (1-B) separation of fuel reaction form, (1-C) each separated reaction Creation of ideal heat generation rate waveform model for each form, (1-D) generation of ideal heat generation rate waveform by filtering (filtering) of ideal heat generation rate waveform model, and synthesis of ideal heat generation rate waveform are sequentially performed. .

以下、各動作について具体的に説明する。   Each operation will be specifically described below.

(1)理想熱発生率波形の作成
前記理想熱発生率波形の作成について説明する。まず、理想熱発生率波形の作成の概略について説明する。なお、以下では前記キャビティ内領域およびキャビティ外領域のうち燃料噴射が行われた領域を「対象領域」と呼ぶこととする(一方の領域に燃料噴射が行われた場合には、この一方の領域が対象領域に該当し、両領域に燃料噴射が行われた場合には、この両領域が対象領域に該当することになる)。
(1) Creation of ideal heat release rate waveform The creation of the ideal heat release rate waveform will be described. First, an outline of creating an ideal heat generation rate waveform will be described. In the following, the region where the fuel injection is performed out of the region inside the cavity and the region outside the cavity will be referred to as a “target region” (if the fuel injection is performed in one region, this one region) Corresponds to the target area, and both areas correspond to the target area when fuel injection is performed in both areas).

前記インジェクタ23から対象領域に噴射された燃料の反応(化学反応等)の律速条件としては、対象領域内温度、対象領域内酸素量(対象領域内の酸素密度に相関がある値)、対象領域内燃料量(対象領域内の燃料密度に相関がある値)、対象領域内燃料分布が挙げられる。これらのうち、制御自由度の低い順としては、対象領域内温度、対象領域内酸素量、対象領域内燃料量、対象領域内燃料分布の順である。   The rate-limiting conditions for the reaction (chemical reaction, etc.) of the fuel injected from the injector 23 into the target region include the temperature in the target region, the oxygen amount in the target region (a value correlated with the oxygen density in the target region), the target region The amount of internal fuel (a value that has a correlation with the fuel density in the target region) and the fuel distribution in the target region are listed. Among these, the order of low control freedom is the order of the temperature in the target area, the oxygen amount in the target area, the fuel quantity in the target area, and the fuel distribution in the target area.

つまり、対象領域内温度は、燃料が反応する前段階にあっては、吸入空気温度とエンジン1の圧縮比とによって略決定されることになり、制御の自由度は最も低い。また、この対象領域内温度は、先行して燃料噴射が行われた場合(例えば予熱のための燃料噴射が行われた場合)に、その燃料の燃焼による予熱量によっても変動する。また、対象領域内酸素量(酸素密度)は、前記吸気絞り弁62の開度や、前記EGRバルブ81の開度によって調整できるため、対象領域内温度に比べて制御自由度は高い。また、この対象領域内酸素量(燃料密度)は、ターボチャージャ5による過給率によっても変動する。さらに、この対象領域内酸素量は、先行して燃料噴射(予熱のための燃料噴射等)が行われた場合に、その燃料の燃焼による酸素消費量によっても変動する。また、対象領域内燃料量は、前記サプライポンプ21による燃料噴射圧力(コモンレール圧力)の制御や前記インジェクタ23からの燃料の多段噴射それぞれの噴射期間の制御によって調整できるため、対象領域内酸素量に比べて制御自由度は高い。また、対象領域内燃料分布も、前記燃料噴射圧力の制御や前記燃料の多段噴射それぞれの噴射期間の制御によって調整が可能であることから制御自由度は高いものである。   That is, the temperature in the target region is substantially determined by the intake air temperature and the compression ratio of the engine 1 in the stage before the fuel reacts, and the degree of freedom of control is the lowest. In addition, the temperature in the target region also varies depending on the amount of preheating due to the combustion of the fuel when fuel injection is performed in advance (for example, when fuel injection for preheating is performed). Further, since the oxygen amount (oxygen density) in the target area can be adjusted by the opening degree of the intake throttle valve 62 and the opening degree of the EGR valve 81, the degree of freedom of control is higher than the temperature in the target area. Further, the oxygen amount (fuel density) in the target region also varies depending on the supercharging rate by the turbocharger 5. Further, the amount of oxygen in the target region also varies depending on the amount of oxygen consumed by combustion of the fuel when fuel injection (fuel injection for preheating or the like) is performed in advance. Further, the amount of fuel in the target region can be adjusted by controlling the fuel injection pressure (common rail pressure) by the supply pump 21 and controlling the injection period of each of the multistage injections of fuel from the injector 23. The degree of freedom of control is higher than that. Further, since the fuel distribution in the target region can be adjusted by controlling the fuel injection pressure and the injection period of each of the multistage fuel injections, the degree of freedom in control is high.

そして、本実施形態では、エンジン1の暖機運転が完了しており、且つ外気温度が所定温度(例えば0℃)以上であることを条件として、前記制御自由度の低い順に、燃料の反応状態を決定する条件の優先順位を高く設定している。なお、ここでは、対象領域内温度、対象領域内酸素量および対象領域内燃料量の量的条件を、対象領域内燃料分布よりも優先順位の高いものとしている。つまり、対象領域内温度を機軸として燃料の各反応の開始タイミング(反応開始時期)を決定するものとしている。即ち、対象領域内温度(対象領域内の圧縮ガス温度)から基準温度到達角度(各反応形態それぞれの反応開始時期におけるクランク角度位置)を確定する。   In the present embodiment, on the condition that the warm-up operation of the engine 1 is completed and the outside air temperature is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 0 ° C.), the reaction state of the fuel in ascending order of freedom of control. The priority of the condition for determining the is set high. Here, the quantitative conditions of the target region temperature, the target region oxygen amount, and the target region fuel amount are set to have a higher priority than the target region fuel distribution. That is, the start timing (reaction start timing) of each reaction of the fuel is determined using the temperature in the target region as an axis. That is, the reference temperature arrival angle (crank angle position at the reaction start timing of each reaction mode) is determined from the temperature in the target region (compressed gas temperature in the target region).

また、本実施形態では、前記各反応の開始時期を決定するに当たっては、前記酸素密度に応じて開始時期を補正するようにしている。具体的には、例えば、酸素密度が低くなるほど反応開始時期は遅角側に移行し、反応速度は低くなり(反応が緩慢になり)、反応量が低下するようにしている。   In this embodiment, when determining the start time of each reaction, the start time is corrected according to the oxygen density. Specifically, for example, as the oxygen density decreases, the reaction start timing shifts to the retard side, the reaction rate decreases (the reaction becomes slow), and the reaction amount decreases.

そして、その反応開始時期(酸素密度によって補正された反応開始時期)を基点として、反応速度および反応量の基準値をそれぞれ求めると共に、前記酸素密度に基づいて前記反応速度および反応量の基準値に対する補正量を求め、この補正量による補正を行って反応速度、反応量、反応期間を求めて各反応形態毎に理想熱発生率波形モデルを対象領域について作成するようにしている。   Then, based on the reaction start time (reaction start time corrected by the oxygen density) as a base point, the reaction rate and the reaction amount reference values are obtained, respectively, and based on the oxygen density, the reaction rate and the reaction amount reference value A correction amount is obtained, and a correction based on this correction amount is performed to obtain a reaction rate, a reaction amount, and a reaction period, and an ideal heat release rate waveform model is created for the target region for each reaction form.

ここで、対象領域内に噴射された燃料の反応としては、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、予混合燃焼による高温酸化反応、拡散燃焼による高温酸化反応が挙げられるが、これら複数の反応形態それぞれの反応速度、反応量、反応期間を対象領域内の温度(反応開始時期を決定する対象領域内ガス温度)、燃料組成(反応に寄与する燃料量および燃料密度を含む)、および、対象領域内の酸素密度に応じて算出して、各反応それぞれにおける理想熱発生率波形モデルを作成する。   Here, examples of the reaction of the fuel injected into the target region include a vaporization reaction, a low-temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, a high-temperature oxidation reaction by premixed combustion, and a high-temperature oxidation reaction by diffusion combustion. Reaction speed, reaction amount, reaction period of each form, temperature in the target region (gas temperature in the target region that determines the reaction start time), fuel composition (including fuel amount and fuel density contributing to the reaction), and target An ideal heat release rate waveform model for each reaction is created by calculating according to the oxygen density in the region.

すなわち、キャビティ内領域およびキャビティ外領域のうち一方の領域に燃料噴射が行われた場合には、この一方の領域(対象領域)に対して理想熱発生率波形モデルが作成され、両領域に燃料噴射が行われた場合には、これら両領域(両対象領域)に対して理想熱発生率波形モデルが個別に作成されることになる。この理想熱発生率波形モデルの作成は、キャビティ内領域およびキャビティ外領域のうち噴霧の存在する領域においてのみ実施される。何れの領域に噴霧が存在しているか(或いは両領域に噴霧が存在しているか否か)の判定は、前述した如く燃料の噴射期間に基づいて求めることができる。   That is, when fuel injection is performed in one of the inner region and the outer region, an ideal heat generation rate waveform model is created for this one region (target region), and the fuel is generated in both regions. When the injection is performed, ideal heat generation rate waveform models are individually created for these two regions (both target regions). The generation of the ideal heat generation rate waveform model is performed only in the region where the spray exists among the region inside the cavity and the region outside the cavity. The determination of in which region the spray is present (or whether the spray is present in both regions) can be obtained based on the fuel injection period as described above.

理想熱発生率波形モデルの作成動作として、より具体的には、前記反応開始時期における対象領域内ガス温度(基準温度)および燃料組成等に対応した基準反応速度効率[J/CA2/mm3]と、基準反応量効率[J/mm3]とを各反応形態毎に確定し、燃焼場に対する酸素供給能力(酸素密度)から前記基準反応速度効率および基準反応量効率を修正し、これら修正された反応速度効率と反応量効率とにそれぞれ燃料量(有効噴射量)を乗算して、反応速度および反応量を確定する。 More specifically, as an operation for creating an ideal heat release rate waveform model, more specifically, a reference reaction rate efficiency [J / CA 2 / mm 3 corresponding to a gas temperature (reference temperature) in a target region, a fuel composition, and the like at the reaction start time. ] And the reference reaction amount efficiency [J / mm 3 ] are determined for each reaction form, and the reference reaction rate efficiency and the reference reaction amount efficiency are corrected from the oxygen supply capacity (oxygen density) to the combustion field, and these corrections are made. The reaction rate efficiency and the reaction amount efficiency are multiplied by the fuel amount (effective injection amount) to determine the reaction rate and the reaction amount.

なお、反応速度に対しては、後述するエンジン回転速度に応じた補正を行う。また、前記「反応速度効率」は「反応速度勾配」とも呼ばれ、また、前記「反応量効率」は「燃焼効率」とも呼ばれる。以下では、「反応速度効率」を「反応速度勾配」として説明する。   The reaction speed is corrected according to the engine speed described later. The “reaction rate efficiency” is also called “reaction rate gradient”, and the “reaction amount efficiency” is also called “combustion efficiency”. Hereinafter, “reaction rate efficiency” will be described as “reaction rate gradient”.

そして、前記反応開始時期、反応速度および反応量から後述する理想熱発生率波形モデル(三角形モデル)を作成し、これにより、反応期間を確定する。この反応期間としては以下の式(6)により求められる。   Then, an ideal heat release rate waveform model (triangle model) described later is created from the reaction start timing, reaction rate, and reaction amount, thereby determining the reaction period. This reaction period is obtained by the following equation (6).

反応期間=2×(反応量/反応速度)1/2 …(6)
なお、前記理想熱発生率波形モデル(三角形モデル)の作成の詳細については後述する。
Reaction period = 2 × (reaction amount / reaction rate) 1/2 (6)
Details of creation of the ideal heat release rate waveform model (triangle model) will be described later.

(1−A)反応領域の分割
次に、前記理想熱発生率波形の作成の第1手順である反応領域の分割について具体的に説明する。
(1-A) Reaction Region Division Next, the reaction region division, which is the first procedure for creating the ideal heat release rate waveform, will be described in detail.

前述したように、インジェクタ23から筒内に噴射された燃料が存在する領域としては、キャビティ外領域およびキャビティ内領域がある。そして、これら領域それぞれにあっては、存在する燃料量、温度、酸素密度が互いに異なっている可能性があり、これらを領域毎に求める必要がある。以下、具体的に説明する。   As described above, the region where the fuel injected from the injector 23 into the cylinder exists includes the outside-cavity region and the inside-cavity region. In each of these regions, there is a possibility that the existing fuel amount, temperature, and oxygen density are different from each other, and these must be obtained for each region. This will be specifically described below.

(a)領域内に存在する燃料量
前記キャビティ外噴射遅角限界(図8(a))よりも進角側で燃料噴射が行われた場合や、キャビティ外噴射進角限界(図8(b))よりも遅角側で燃料噴射が行われた場合には、噴射燃料の略全量がキャビティ外領域に向けて噴射されることになり、この燃料の略全量はキャビティ外領域に存在し、キャビティ内領域には殆ど噴霧が存在しないことになる。このため、インジェクタ23から筒内に噴射された燃料量がそのままキャビティ外領域に存在する燃料量となる。
(A) Amount of fuel existing in the region When fuel injection is performed on the advance side with respect to the outside-cavity injection delay limit (FIG. 8 (a)), or the outside-cavity injection advance limit (FIG. 8 (b) When fuel injection is performed at a more retarded angle than)), substantially the entire amount of injected fuel is injected toward the region outside the cavity, and substantially all this fuel exists in the region outside the cavity. There will be almost no spray in the area within the cavity. For this reason, the fuel amount injected into the cylinder from the injector 23 becomes the fuel amount existing in the region outside the cavity as it is.

また、前記キャビティ内噴射進角限界(図7(a))とキャビティ内噴射遅角限界(図7(b))との間の期間のみにおいて燃料噴射が行われた場合には、噴射燃料の略全量がキャビティ内領域に向けて噴射されることになり、この燃料の略全量はキャビティ内領域に存在し、キャビティ外領域には殆ど噴霧が存在しないことになる。このため、インジェクタ23から筒内に噴射された燃料量がそのままキャビティ内領域に存在する燃料量となる。   In addition, when fuel injection is performed only during the period between the intra-cavity injection advance limit (FIG. 7A) and the intra-cavity injection retard limit (FIG. 7B), Substantially the entire amount will be injected toward the region inside the cavity, and the substantially whole amount of this fuel will be present in the region inside the cavity, and there will be almost no spray in the region outside the cavity. For this reason, the fuel amount injected into the cylinder from the injector 23 becomes the fuel amount existing in the cavity region as it is.

さらに、前記キャビティ外噴射遅角限界(図8(a))からキャビティ内噴射進角限界(図7(a))に亘って燃料噴射が行われた場合や、キャビティ内噴射遅角限界(図7(b))からキャビティ外噴射進角限界(図8(b))に亘って燃料噴射が行われた場合には、噴射燃料の一部はキャビティ外領域に向けて噴射され、他はキャビティ内領域に向けて噴射されることになり、この噴射された燃料の一部はキャビティ外領域に存在し、他はキャビティ内領域に存在することになる。この場合に、キャビティ外領域に存在する噴霧量(燃料量)とキャビティ内領域に存在する噴霧量との比率は、前述した如く、式(5)で算出されたキャビティ内領域総燃料分配率等に基づいて算出することができる。   Further, when fuel injection is performed from the outside-cavity injection delay limit (FIG. 8A) to the in-cavity injection advance limit (FIG. 7A), or within the injection delay limit (FIG. 8). 7 (b)) to the outside-cavity injection advance limit (FIG. 8 (b)), a part of the injected fuel is injected toward the outside of the cavity, and the other is the cavity. Injected toward the inner region, a part of the injected fuel exists in the region outside the cavity, and the other exists in the region inside the cavity. In this case, the ratio of the spray amount (fuel amount) existing in the region outside the cavity and the spray amount existing in the region in the cavity is, as described above, the total fuel distribution ratio in the cavity region calculated by the equation (5), etc. Can be calculated based on

つまり、インジェクタ23からの総燃料噴射量にキャビティ内領域総燃料分配率を乗算することによってキャビティ内領域に向けて噴射された燃料の量(キャビティ内領域に存在する噴霧量)を算出することができる。また、このキャビティ内領域に向けて噴射された燃料の量を前記総燃料噴射量から減算することによってキャビティ外領域に向けて噴射された燃料の量(キャビティ外領域に存在する噴霧量)を算出することができる。   That is, the amount of fuel injected toward the in-cavity region (spray amount existing in the in-cavity region) can be calculated by multiplying the total fuel injection amount from the injector 23 by the in-cavity region total fuel distribution ratio. it can. Also, the amount of fuel injected toward the area outside the cavity (the amount of spray existing in the area outside the cavity) is calculated by subtracting the amount of fuel injected toward the area inside the cavity from the total fuel injection amount. can do.

このように本実施形態では、筒内をキャビティ外領域とキャビティ内領域とに分割し、それぞれについての燃料量を前記キャビティ内領域総燃料分配率を利用して個別に求めるようにしている。また、前述したようにキャビティ内外の各領域においてそれぞれ、壁面付着等によって反応に寄与しない未燃燃料の量を推定し、これを前記の各領域内の燃料量から減算して有効噴射量を求めることで、この有効噴射量に基づき以下のように作成する理想熱発生率波形の精度を高めることができる。なお、未燃燃料量の推定方法について詳しくは後述する。   As described above, in the present embodiment, the inside of the cylinder is divided into the outside-cavity region and the inside-cavity region, and the amount of fuel for each is obtained individually using the total fuel distribution rate in the in-cavity region. Further, as described above, in each region inside and outside the cavity, the amount of unburned fuel that does not contribute to the reaction due to wall adhesion or the like is estimated, and this is subtracted from the fuel amount in each region to obtain the effective injection amount. Thus, the accuracy of the ideal heat generation rate waveform created as follows based on the effective injection amount can be increased. The method for estimating the amount of unburned fuel will be described later in detail.

(b)領域内温度
前記キャビティ外領域およびキャビティ内領域それぞれの温度(燃料噴射実行時の各領域の温度)を求めるための手法としては、吸気温度、ピストン位置(吸入ガスの圧縮度合い)、前記パイロット噴射等による対象領域の予熱状態等をパラメータとし、予め実験やシミュレーションによって、これらパラメータとキャビティ外領域およびキャビティ内領域それぞれの温度との関係を求めてマップ化し、このマップを前記ROMに記憶させている。つまり、吸気温度、ピストン位置、各領域の予熱状態等のパラメータを前記マップに当て嵌めることでキャビティ外領域およびキャビティ内領域それぞれの温度が個別に求められるようになっている。また、キャビティ内領域の温度を求める際に、前記キャビティ内領域総燃料分配率を利用してもよい。具体的には、圧縮比に基づいて算出される圧縮ガス温度と、キャビティ内領域総燃料分配率から得られた燃料量(有効噴射量)と燃料の単位質量当たりの発生熱量との積で得られる温度上昇分との和をキャビティ内領域の温度として求めるものである。キャビティ外領域の温度も同様に求めることが可能である。
(B) Intra-region temperature As a method for determining the temperature of each of the region outside the cavity and the region in the cavity (the temperature of each region during execution of fuel injection), the intake air temperature, the piston position (compression degree of intake gas), The preheating state of the target area by pilot injection etc. is used as a parameter, and the relationship between these parameters and the temperature of the outside area of the cavity and the inside area of the cavity is obtained by experiments and simulations in advance, and this map is stored in the ROM. ing. That is, by fitting parameters such as the intake air temperature, the piston position, and the preheating state of each region to the map, the temperatures of the outside region and the inside region of the cavity can be individually obtained. In addition, when determining the temperature in the cavity region, the total fuel distribution ratio in the cavity region may be used. Specifically, it is obtained by the product of the compressed gas temperature calculated based on the compression ratio, the amount of fuel (effective injection amount) obtained from the total fuel distribution ratio in the cavity region, and the amount of heat generated per unit mass of fuel. The sum of the calculated temperature rise is obtained as the temperature in the cavity region. The temperature in the region outside the cavity can be obtained in the same manner.

なお、これら温度を求めるための手法としてはこれに限らず、筒内平均温度から所定温度を減算した値をキャビティ外領域の温度として設定し、筒内平均温度に所定温度を加算した値をキャビティ内領域の温度として設定するようにしてもよい。この場合に減算および加算される前記所定温度は、エンジン1の運転状態に応じたマップ値が実験またはシミュレーションによって求められ、このマップ値に従って可変とされる。また、熱エネルギ方程式Q=mcTから温度を算出するようにしてもよい。ここで、Qは対象領域(キャビティ外領域またはキャビティ内領域)への投入熱エネルギ、mは対象領域でのガスの質量、cはガスの比熱、Tは対象領域の温度である。   The method for obtaining these temperatures is not limited to this, and a value obtained by subtracting the predetermined temperature from the in-cylinder average temperature is set as the temperature of the outside region of the cavity, and the value obtained by adding the predetermined temperature to the in-cylinder average temperature is set as the method. The temperature may be set as the temperature of the inner region. The predetermined temperature to be subtracted and added in this case is obtained as a map value corresponding to the operating state of the engine 1 by experiment or simulation, and is made variable according to this map value. Further, the temperature may be calculated from the thermal energy equation Q = mcT. Here, Q is the heat energy input to the target area (outer cavity area or inner cavity area), m is the mass of the gas in the target area, c is the specific heat of the gas, and T is the temperature of the target area.

(c)酸素密度
酸素密度は、EGRの実施の有無や、EGR量や、走行している道路の標高などに応じて変動するものである。そして、この酸素密度が変化すると、燃料の各反応における反応開始時期、反応速度および反応量に影響を及ぼす。つまり、上述したように、酸素密度が低くなるほど、反応開始時期は遅角側に移行し、反応速度は低くなり(反応が緩慢になり)、反応量が低下することになる。特に、燃料の各反応のうち低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応については、その影響が現れる。本実施形態では、キャビティ内外の各領域に対して酸素密度を個別に求めるようにしているが、二つの領域の酸素密度を同一として扱うようにしてもよい。
(C) Oxygen density The oxygen density varies depending on whether or not EGR is performed, the amount of EGR, the altitude of the road on which the vehicle is traveling, and the like. And if this oxygen density changes, it will affect the reaction start time, reaction rate, and reaction amount in each reaction of fuel. That is, as described above, the lower the oxygen density, the more the reaction start timing shifts to the retarded side, the reaction rate decreases (the reaction becomes slow), and the reaction amount decreases. In particular, the effects of low-temperature oxidation reaction, thermal decomposition reaction, and high-temperature oxidation reaction among fuel reactions appear. In the present embodiment, the oxygen density is obtained individually for each region inside and outside the cavity, but the oxygen density in the two regions may be treated as the same.

一例として、酸素密度は以下の式(7)によって求められる。   As an example, the oxygen density is obtained by the following equation (7).

酸素密度=筒内酸素残存量/行程容積 …(7)
ここで、筒内酸素残存量は、前記キャビティ内領域およびキャビティ外領域それぞれに対して個別に算出される。例えば、キャビティ外領域に向けてのパイロット噴射が実行されたことで、このキャビティ外領域内の酸素が消費された場合には、キャビティ外領域の酸素残存量が減少することになるため、各領域それぞれに対して筒内酸素残存量を個別に算出する。
Oxygen density = cylinder residual oxygen amount / stroke volume (7)
Here, the in-cylinder oxygen residual amount is calculated individually for each of the in-cavity region and the out-cavity region. For example, when oxygen is consumed in the area outside the cavity due to execution of pilot injection toward the area outside the cavity, the remaining amount of oxygen in the area outside the cavity is reduced. The in-cylinder oxygen residual amount is calculated individually for each.

なお、各領域それぞれにおける酸素残存量の算出手法としては、例えば、前記外気温センサ4Bによって検出された外気温度、前記外気圧センサ4Cによって検出された外気圧力、および、エアフローメータ43によって検出された吸入空気量などに基づいて気筒内に導入された酸素量(質量)を求め、この酸素量の総量をキャビティ内領域とキャビティ外領域との体積比に応じて分配すると共に、パイロット噴射等に伴って消費された酸素量を減算(酸素が消費された領域側の酸素量から減算)すればよい。例えば、外気温度、外気圧力、吸入空気量などをパラメータとして酸素量を求めるマップと、パイロット噴射の噴射期間および噴射量などをパラメータとして消費酸素量を求めるマップとを前記ROMに記憶させておき、これらマップに基づいて酸素残存量を求めるようにすればよい。   As a method for calculating the oxygen remaining amount in each region, for example, the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 4B, the outside air pressure detected by the outside air pressure sensor 4C, and the air flow meter 43 are detected. The amount (mass) of oxygen introduced into the cylinder is obtained based on the amount of intake air, etc., and the total amount of oxygen is distributed according to the volume ratio between the cavity inner area and the cavity outer area. The amount of oxygen consumed in this step may be subtracted (subtracted from the amount of oxygen on the region where oxygen is consumed). For example, a map for determining the amount of oxygen using the outside air temperature, the outside air pressure, the amount of intake air as a parameter, and a map for determining the amount of oxygen consumed using the injection period and the injection amount of pilot injection as parameters are stored in the ROM. What is necessary is just to obtain | require oxygen remaining amount based on these maps.

(1−B)燃料の反応形態の分離
次に、前記理想熱発生率波形の作成の第2手順である燃料の反応形態の分離について説明する。
(1-B) Separation of Fuel Reaction Form Next, separation of fuel reaction form, which is the second procedure for creating the ideal heat release rate waveform, will be described.

前記インジェクタ23から燃料噴射が行われた場合、対象領域内においては、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、予混合燃焼による高温酸化反応、拡散燃焼による高温酸化反応が対象領域内環境に応じて行われる。つまり、キャビティ外領域およびキャビティ内領域のそれぞれに燃料が噴射された場合には、これら領域それぞれにおいて、これら反応がそれぞれの環境に応じて行われる。以下、各反応形態について説明する。   When fuel injection is performed from the injector 23, a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, a high temperature oxidation reaction by premixed combustion, and a high temperature oxidation reaction by diffusion combustion depend on the environment in the target region. Done. That is, when fuel is injected into each of the outer region and the inner region, these reactions are performed in each of these regions in accordance with the environment. Hereinafter, each reaction mode will be described.

(a)気化反応
気化反応は、前記インジェクタ23から噴射された燃料が対象領域内の熱を受けて気化するものである。この反応は、一般的には対象領域内ガス温度が500K以上となっている環境下に燃料が晒された状態で、燃料噴霧の拡散がある程度進んだ際に開始する噴霧律速の反応となっている。
(A) Vaporization reaction In the vaporization reaction, the fuel injected from the injector 23 is vaporized by receiving heat in the target region. This reaction is generally a spray-controlled reaction that starts when the fuel spray spreads to some extent in a state where the fuel is exposed to an environment where the gas temperature in the target region is 500K or higher. Yes.

ディーゼルエンジン1で使用されている軽油の沸点は、一般には453K〜623Kであって、対象領域内に燃料噴射が行われる実用域(例えば前記パイロット噴射が行われる時期)はBTDC(圧縮上死点前)40°CAである。このタイミングにおける対象領域内ガス温度は一般には550K〜600K程度まで上昇しているため(寒冷地以外)、この気化反応においては、温度律速条件を考慮する必要はない。   The boiling point of light oil used in the diesel engine 1 is generally 453K to 623K, and a practical region where fuel injection is performed in the target region (for example, the timing when the pilot injection is performed) is BTDC (compression top dead center). Previous) 40 ° CA. Since the gas temperature in the target region at this timing generally rises to about 550K to 600K (other than in cold regions), it is not necessary to consider the temperature-limiting condition in this vaporization reaction.

そして、この気化反応における前記基準反応量効率としては、例えば−1.14[J/mm3]となっており、この基準反応量効率に有効噴射量を乗算して、以下の式(8)により気化反応における反応量が求められる。 The reference reaction amount efficiency in this vaporization reaction is, for example, −1.14 [J / mm 3 ], and this reference reaction amount efficiency is multiplied by an effective injection amount to obtain the following equation (8). Thus, the reaction amount in the vaporization reaction is obtained.

気化反応における反応量=−1.14×有効噴射量 …(8)
なお、この気化反応は吸熱反応であるため、この反応量(発生熱量)としては負の値となる。また、この気化反応は、反応に要する酸素量が僅かであるため、酸素密度の影響を殆ど受けないものとなっている。
Reaction amount in vaporization reaction = −1.14 × effective injection amount (8)
Since this vaporization reaction is an endothermic reaction, the reaction amount (generated heat amount) is a negative value. This vaporization reaction is hardly affected by the oxygen density because the amount of oxygen required for the reaction is small.

(b)低温酸化反応
低温酸化反応は、ディーゼルエンジン1の燃料である軽油中に含まれる低温酸化反応成分(n−セタン(C1634)等の直鎖単結合組成の燃料等)が燃焼する反応である。この低温酸化反応成分は、対象領域内温度が比較的低い場合であっても着火が可能な成分であって、このn−セタン等の量が多いほど(高セタン燃料であるほど)対象領域内での低温酸化反応が進み易く着火遅れが抑制されることになる。具体的に、n−セタン等の低温酸化反応成分は、一般的には、対象領域内温度が約750Kに達した時点で燃焼(低温酸化反応)を開始する。なお、n−セタン等以外の燃料成分(高温酸化反応成分)は対象領域内温度が約900Kに達するまで燃焼(高温酸化反応)を開始しない。
(B) Low-temperature oxidation reaction In the low-temperature oxidation reaction, a low-temperature oxidation reaction component (such as a fuel having a linear single bond composition such as n-cetane (C 16 H 34 )) contained in the diesel oil that is the fuel of the diesel engine 1 is burned. It is a reaction to. This low-temperature oxidation reaction component is a component that can be ignited even when the temperature in the target region is relatively low, and the higher the amount of n-cetane or the like (the higher the cetane fuel), the higher the target region. Thus, the low temperature oxidation reaction easily proceeds in this process, and the ignition delay is suppressed. Specifically, a low-temperature oxidation reaction component such as n-cetane generally starts combustion (low-temperature oxidation reaction) when the temperature in the target region reaches about 750K. In addition, fuel components (high temperature oxidation reaction components) other than n-cetane do not start combustion (high temperature oxidation reaction) until the temperature in the target region reaches about 900K.

そして、この低温酸化反応における前記基準反応速度勾配(基準反応速度効率)としては、例えば4.0[J/CA2/mm3]となっている。また、基準反応量効率としては、例えば5.0[J/mm3]となっている。 The reference reaction rate gradient (reference reaction rate efficiency) in this low-temperature oxidation reaction is, for example, 4.0 [J / CA 2 / mm 3 ]. The standard reaction amount efficiency is, for example, 5.0 [J / mm 3 ].

また、この低温酸化反応の反応速度および反応量は、前記基準反応速度勾配および基準反応量効率が酸素密度によって補正されることにより求められた反応速度勾配および反応量効率に基づいて算出される(例えば前記有効噴射量を乗算することで算出される)。さらに、前記低温酸化反応の反応速度を算出するに当たっては、前記反応速度勾配に有効噴射量を乗算した値(基準反応速度)に対してエンジン回転速度に応じた係数(回転速度補正係数=(基準回転速度/実回転速度)2)が乗算される。これにより反応速度を時間に依存した値として求めることができる。回転速度補正係数を求めるための基準回転速度としては任意の回転速度(例えば2000rpm)が設定可能であるが、エンジン1の使用頻度が最も高い回転速度域に設定することが好ましい。 The reaction rate and reaction amount of the low-temperature oxidation reaction are calculated based on the reaction rate gradient and reaction amount efficiency obtained by correcting the reference reaction rate gradient and reference reaction amount efficiency with the oxygen density ( For example, it is calculated by multiplying the effective injection amount). Further, in calculating the reaction rate of the low-temperature oxidation reaction, a coefficient (rotation speed correction coefficient = (reference value) corresponding to the value obtained by multiplying the reaction speed gradient by the effective injection amount (reference reaction speed). Rotation speed / actual rotation speed) 2 ) is multiplied. Thereby, the reaction rate can be obtained as a value depending on time. Although an arbitrary rotation speed (for example, 2000 rpm) can be set as the reference rotation speed for obtaining the rotation speed correction coefficient, it is preferable to set the rotation speed range in which the engine 1 is used most frequently.

なお、この低温酸化反応は発熱反応であるため、この反応量(発生熱量)としては正の値となる。   Since this low-temperature oxidation reaction is an exothermic reaction, the reaction amount (generated heat amount) is a positive value.

(c)熱分解反応
熱分解反応は、燃料成分の熱分解を行う反応であって、一般に、その反応温度は約800Kとなっている。
(C) Thermal decomposition reaction The thermal decomposition reaction is a reaction that performs thermal decomposition of a fuel component. In general, the reaction temperature is about 800K.

また、この熱分解反応における前記基準反応速度勾配としては、例えば−0.2[J/CA2/mm3]となっている。また、基準反応量効率としては、例えば5.0[J/mm3]となっている。 The reference reaction rate gradient in this thermal decomposition reaction is, for example, −0.2 [J / CA 2 / mm 3 ]. The standard reaction amount efficiency is, for example, 5.0 [J / mm 3 ].

また、この熱分解反応の反応速度および反応量も、前記基準反応速度勾配および基準反応量効率が酸素密度によって補正されることにより求められた反応速度勾配および反応量効率に基づいて算出される(例えば前記有効噴射量を乗算することで算出される)。さらに、前記熱分解反応の反応速度を算出するに当たっても、前記反応速度勾配に有効噴射量を乗算した値(基準反応速度)に対して、エンジン回転速度に応じた前記回転速度補正係数が乗算される。   Further, the reaction rate and reaction amount of the thermal decomposition reaction are also calculated based on the reaction rate gradient and reaction amount efficiency obtained by correcting the reference reaction rate gradient and reference reaction amount efficiency with the oxygen density ( For example, it is calculated by multiplying the effective injection amount). Further, when calculating the reaction rate of the thermal decomposition reaction, a value (reference reaction rate) obtained by multiplying the reaction rate gradient by an effective injection amount is multiplied by the rotation speed correction coefficient corresponding to the engine rotation speed. The

なお、本実施形態では、この熱分解反応を吸熱反応として扱うものとする。つまり、反応量(発生熱量)が負の値であるものとする。   In the present embodiment, this thermal decomposition reaction is treated as an endothermic reaction. That is, the reaction amount (generated heat amount) is a negative value.

(d)予混合燃焼による高温酸化反応
予混合燃焼による高温酸化反応の反応温度は、一般に約900Kとなっている。つまり、対象領域内温度が900Kに達したことで燃焼を開始する反応が、この予混合燃焼による高温酸化反応である。
(D) High-temperature oxidation reaction by premixed combustion The reaction temperature of the high-temperature oxidation reaction by premixed combustion is generally about 900K. That is, the reaction that starts combustion when the temperature in the target region reaches 900K is a high-temperature oxidation reaction by this premixed combustion.

また、この予混合燃焼による高温酸化反応における前記基準反応速度勾配としては、例えば4.3[J/CA2/mm3]となっている。また、基準反応量効率としては、例えば30.0[J/mm3]となっている。 Further, the reference reaction rate gradient in the high temperature oxidation reaction by this premixed combustion is, for example, 4.3 [J / CA 2 / mm 3 ]. The standard reaction amount efficiency is, for example, 30.0 [J / mm 3 ].

また、この予混合燃焼による高温酸化反応の反応速度および反応量も、前記基準反応速度勾配および基準反応量効率が酸素密度によって補正されることにより求められた反応速度勾配および反応量効率に基づいて算出される(例えば有効噴射量を乗算することで算出される)。さらに、前記予混合燃焼による高温酸化反応の反応速度を算出するに当たっても、前記反応速度勾配に有効噴射量を乗算した値(基準反応速度)に対してエンジン回転速度に応じた前記回転速度補正係数が乗算される。   Further, the reaction rate and reaction amount of the high temperature oxidation reaction by this premixed combustion are also based on the reaction rate gradient and reaction amount efficiency obtained by correcting the reference reaction rate gradient and reference reaction amount efficiency by the oxygen density. Calculated (for example, calculated by multiplying the effective injection amount). Further, even when calculating the reaction rate of the high-temperature oxidation reaction by the premixed combustion, the rotation speed correction coefficient corresponding to the engine rotation speed with respect to the value obtained by multiplying the reaction speed gradient by the effective injection amount (reference reaction speed) Is multiplied.

なお、この予混合燃焼による高温酸化反応は発熱反応であるため、この反応量(発生熱量)としては正の値となる。   Since the high temperature oxidation reaction by this premixed combustion is an exothermic reaction, the reaction amount (generated heat amount) is a positive value.

この予混合燃焼による高温酸化反応にあっては、対象領域に存在する燃料量(燃料密度)に応じて反応速度勾配が変化する。このため、以下の式(9)により、前記キャビティ内領域総燃料分配率を利用して反応速度勾配を算出し、この反応速度勾配に従って反応速度を算出することになる。   In this high temperature oxidation reaction by premixed combustion, the reaction rate gradient changes according to the amount of fuel (fuel density) present in the target region. For this reason, the reaction rate gradient is calculated by using the total fuel distribution ratio in the cavity region by the following equation (9), and the reaction rate is calculated according to the reaction rate gradient.

反応速度勾配=キャビティ内領域総燃料分配率×基準反応速度勾配 …(9)
つまり、インジェクタ23から噴射された燃料の全量がキャビティ内領域に噴射されたことでキャビティ内領域総燃料分配率が「1」となっている場合には、基準反応速度勾配に基づいて反応速度が算出される。これに対し、インジェクタ23から噴射された燃料がキャビティ内領域とキャビティ外領域とに噴き分けられている場合には、キャビティ内領域総燃料分配率によって基準反応速度勾配に対する補正を行って得られた反応速度勾配に基づいて反応速度が算出されることになる。
Reaction velocity gradient = total fuel distribution ratio in the cavity x reference reaction velocity gradient (9)
In other words, when the total fuel distribution ratio in the cavity region is “1” because the entire amount of fuel injected from the injector 23 is injected into the cavity region, the reaction rate is based on the reference reaction rate gradient. Calculated. On the other hand, when the fuel injected from the injector 23 is divided into the cavity inner area and the cavity outer area, it is obtained by correcting the reference reaction speed gradient by the total fuel distribution ratio in the cavity area. The reaction rate is calculated based on the reaction rate gradient.

また、前述した如く、この予混合燃焼による高温酸化反応における反応速度勾配は、酸素密度に応じても反応速度勾配が変化する。詳しくは後述する。   Further, as described above, the reaction rate gradient in the high-temperature oxidation reaction by this premixed combustion also changes depending on the oxygen density. Details will be described later.

(e)拡散燃焼による高温酸化反応
拡散燃焼による高温酸化反応の反応温度は、一般に約1000Kとなっている。つまり、温度が1000K以上となっている対象領域内に向けて噴射された燃料が、噴射後、直ちに燃焼を開始する反応が、この拡散燃焼による高温酸化反応である。
(E) High temperature oxidation reaction by diffusion combustion The reaction temperature of the high temperature oxidation reaction by diffusion combustion is generally about 1000K. That is, the reaction in which the fuel injected toward the target region having a temperature of 1000 K or more immediately starts combustion after the injection is a high temperature oxidation reaction by this diffusion combustion.

また、この拡散燃焼による高温酸化反応における反応速度は、コモンレール圧力に応じて変化し、以下の式(10)および式(11)から求められる。   Moreover, the reaction rate in the high temperature oxidation reaction by this diffusion combustion changes according to the common rail pressure, and is obtained from the following equations (10) and (11).

GrdB=A×コモンレール圧力+B …(10)
Grd=GrdB×(基準エンジン回転速度/実エンジン回転速度)2
×(d/基準d)×(Ni/基準Ni) …(11)
GrdB:基準反応速度、Grd:反応速度、d:インジェクタ23の噴孔径、Ni:インジェクタ23の噴孔数、A,B:実験等により求められた定数
なお、前記式(11)は、インジェクタ23の基準噴孔径に対する実噴孔径の比、および、インジェクタ23の基準噴孔数に対する実噴孔数の比が乗算されていることにより、一般化された式となっている。また、この式(11)は、回転速度補正係数が乗算されていることで、エンジン回転速度に応じて補正された反応速度が求められるものとなっている。
GrdB = A × common rail pressure + B (10)
Grd = GrdB × (reference engine speed / actual engine speed) 2
X (d / reference d) x (Ni / reference Ni) (11)
GrdB: reference reaction rate, Grd: reaction rate, d: nozzle hole diameter of the injector 23, Ni: number of nozzle holes of the injector 23, A, B: constants obtained by experiments, etc. Multiplying the ratio of the actual nozzle hole diameter to the reference nozzle hole diameter and the ratio of the actual nozzle hole number to the reference nozzle hole number of the injector 23 is a generalized equation. In addition, the equation (11) is obtained by multiplying the rotation speed correction coefficient, so that the reaction speed corrected in accordance with the engine rotation speed is obtained.

また、この拡散燃焼による高温酸化反応の基準反応量効率としては、例えば30.0[J/mm3]となっており、この拡散燃焼による高温酸化反応の反応量も、前記基準反応量効率が酸素密度によって補正されることにより求められた反応量効率に基づいて算出される(例えば有効噴射量を乗算することで算出される)。 The standard reaction amount efficiency of the high temperature oxidation reaction by diffusion combustion is, for example, 30.0 [J / mm 3 ]. The reaction amount of the high temperature oxidation reaction by diffusion combustion is also the above standard reaction amount efficiency. It is calculated based on the reaction amount efficiency obtained by correcting by the oxygen density (for example, it is calculated by multiplying the effective injection amount).

なお、この拡散燃焼による高温酸化反応も発熱反応であるため、この反応量(発生熱量)としては正の値となる。   Since the high temperature oxidation reaction by diffusion combustion is also an exothermic reaction, the reaction amount (generated heat amount) is a positive value.

以上のようにして燃料の反応形態を分離することができる。   As described above, the reaction form of the fuel can be separated.

(f)有効噴射量の算出
ここで、本実施形態における有効噴射量の算出の仕方について詳細に説明する。前述したように有効噴射量は、壁面付着等による未燃分を考慮して求めるが、本実施形態では、図5〜11を参照して上述したように、気筒内に噴射された燃料がキャビティ内外に噴き分けられる場合がある。この場合、キャビティ内領域に噴射された燃料の未燃分は、主としてキャビティ13bの内壁面に付着した燃料であり、一方、キャビティ外領域に噴射された燃料の未燃分には、シリンダボア12の内壁面に付着した燃料以外にも、その近傍を浮遊するものが多く含まれる。
(F) Calculation of effective injection amount Here, the method of calculating the effective injection amount in the present embodiment will be described in detail. As described above, the effective injection amount is obtained in consideration of the unburned portion due to the wall surface adhesion or the like. However, in this embodiment, as described above with reference to FIGS. It may be sprayed inside and outside. In this case, the unburned portion of the fuel injected into the cavity inner region is mainly the fuel adhering to the inner wall surface of the cavity 13b, while the unburned portion of the fuel injected into the outer region of the cavity includes the cylinder bore 12 In addition to the fuel adhering to the inner wall surface, many of those floating in the vicinity thereof are included.

すなわち、図5や図9に表れているように、インジェクタ23の各噴孔から燃料の噴射方向にキャビティ内壁面までの距離は、シリンダボア内壁面までの距離に比べて短いので、内壁面に付着する燃料が多くなりやすい。これに対し、キャビティ外領域に燃料が噴射される場合は、シリンダボア内壁面までの距離が比較的長い一方で、その内壁面がキャビティ内壁面に比べて広く且つ温度が低いことに加えて、そもそもキャビティ外領域の容積が、キャビティ内領域に比べて大きいこともあって、拡散した燃料噴霧のうち微粒化して浮遊する未燃燃料の量が多くなると考えられる。   That is, as shown in FIGS. 5 and 9, the distance from each injection hole of the injector 23 to the inner wall surface of the cavity in the fuel injection direction is shorter than the distance to the inner wall surface of the cylinder bore. The amount of fuel that tends to increase. On the other hand, when fuel is injected into the area outside the cavity, the distance to the inner wall surface of the cylinder bore is relatively long, while the inner wall surface is wider and lower in temperature than the inner wall surface of the cavity. Since the volume of the area outside the cavity is larger than the area inside the cavity, it is considered that the amount of unburned fuel that is atomized and floats out of the diffused fuel spray is increased.

このように噴射燃料がキャビティ内外に噴き分けられ、燃料噴霧の連続性が維持されなくなって、その燃焼が不連続となるにもかかわらず、仮に気筒内全体にわたる単一の燃料噴霧を対象として未燃分の量を推定すると、この推定結果が不正確なものになってしまう。そして、特にエンジン1の暖機途中や寒冷地などの低温環境において未燃燃料量が多くなった場合に、その推定の精度が低下する結果として理想熱発生率波形の作成の精度が低下してしまうという問題があった。   In this way, the injected fuel is injected into and out of the cavity, and the continuity of the fuel spray is not maintained and the combustion becomes discontinuous, but it is not intended for a single fuel spray throughout the cylinder. If the amount of fuel is estimated, this estimation result will be inaccurate. In particular, when the amount of unburned fuel increases in the low-temperature environment such as in the middle of warming up of the engine 1 or in a cold region, the accuracy of creating the ideal heat release rate waveform decreases as a result of a decrease in the accuracy of the estimation. There was a problem that.

かかる問題点に鑑みて本実施形態では、前記のように噴射された燃料がキャビティ内外に噴き分けられて、不連続な燃料噴霧を形成する場合には、個別に未燃燃料量を推定し、これを減算することによって有効噴射量を求めるようにしている。こうすれば有効噴射量を高い精度で算出し、理想熱発生率波形の作成精度を高めることができ、エンジン1の気筒内での燃料の燃焼状態を高い精度で規定することが可能になる。   In view of such problems, in the present embodiment, when the fuel injected as described above is injected into and out of the cavity to form discontinuous fuel spray, the amount of unburned fuel is estimated individually, The effective injection amount is obtained by subtracting this. In this way, the effective injection amount can be calculated with high accuracy, the accuracy of creating the ideal heat generation rate waveform can be increased, and the combustion state of the fuel in the cylinder of the engine 1 can be defined with high accuracy.

以下、キャビティ内外の各領域毎の未燃燃料量を推定する方法を具体的に説明する。   Hereinafter, a method for estimating the amount of unburned fuel for each region inside and outside the cavity will be described in detail.

<キャビティ外領域>
図14に模式的に示すように、インジェクタ23の各噴孔からキャビティ外領域に向けて噴射された燃料の噴霧A,A,…は、それぞれが拡散しながら噴射方向に向かって延びてゆく。この際、噴孔から噴出した燃料が飛行しながら気筒内の高圧の空気との摩擦によって断裂し、多数の微小液滴が形成されるとともに、この液滴の表面から気化が進行して、燃料噴霧の外周寄りの部位には混合気塊が形成されてゆく。
<Outside cavity area>
As schematically shown in FIG. 14, the fuel sprays A, A,... Injected from the injection holes of the injector 23 toward the region outside the cavity extend in the injection direction while diffusing each. At this time, the fuel ejected from the nozzle hole is ruptured by the friction with the high-pressure air in the cylinder while flying, and a large number of micro droplets are formed, and the vaporization proceeds from the surface of the droplets. An air-fuel mixture is formed at a portion near the outer periphery of the spray.

そうして飛行する燃料噴霧において一部の液滴は気化することなくシリンダボア12の内壁面に到達し、ここに液滴のまま付着したり、一旦は気化した燃料が内壁面において冷却されて付着したりする。或いは、燃料の蒸気および微小な液滴がシリンダボア12の内壁面近傍の境界層B(ハッチングを入れて示す)を浮遊するようになる。このような壁面付着燃料や未燃浮遊燃料が、上述した気化、低温酸化などの燃焼に係る各種反応に寄与しない未燃燃料である。   In the flying fuel spray, some of the droplets reach the inner wall surface of the cylinder bore 12 without being vaporized and adhere to the inner surface of the cylinder bore 12 as it is, or once vaporized fuel is cooled and adhered to the inner wall surface. To do. Alternatively, fuel vapor and minute droplets float on the boundary layer B (shown with hatching) near the inner wall surface of the cylinder bore 12. Such wall-attached fuel and unburned floating fuel are unburned fuel that does not contribute to various reactions related to combustion such as vaporization and low-temperature oxidation described above.

本実施形態では、まず、前記のようにシリンダボア12の内壁面近傍まで飛行する燃料の量を求めるために、その飛行距離を決定する主要因である燃料噴射量および噴射圧力の積に着目した。すなわち、噴射量が多くても噴射圧力が低ければ、燃料の飛行距離はあまり長くはならないし、噴射量が少なければ噴射圧力が高くても、やはり飛行距離は伸びないから、噴射量および噴射圧力の積が小さいほど未燃燃料は少なくなり、噴射量および噴射圧力の積が大きいほど、未燃燃料は多くなるものとする。   In the present embodiment, first, in order to obtain the amount of fuel flying to the vicinity of the inner wall surface of the cylinder bore 12 as described above, attention is paid to the product of the fuel injection amount and the injection pressure, which are the main factors that determine the flight distance. That is, if the injection pressure is low even if the injection amount is large, the flight distance of the fuel will not be very long. If the injection amount is small, the flight distance will not increase even if the injection pressure is high. The smaller the product of, the smaller the amount of unburned fuel. The larger the product of the injection amount and the injection pressure, the greater the amount of unburned fuel.

また、図5〜7や図10を参照して上述したように、TDC近傍の所定期間(図10に表れている第3期間)において燃料がキャビティ内領域に向かって噴射される場合は、シリンダボア12の内壁面に到達する燃料は殆どない。一方、第2期間においては進角側に向かって、また、第4期間においては遅角側に向かって、徐々にシリンダボア内壁面に到達する燃料が増えてゆくと考えられ、このような噴射期間の影響も考慮して未燃燃料の量を推定する。   In addition, as described above with reference to FIGS. 5 to 7 and FIG. 10, when fuel is injected toward the in-cavity region during a predetermined period in the vicinity of the TDC (the third period shown in FIG. 10), the cylinder bore There is almost no fuel reaching the 12 inner wall surfaces. On the other hand, it is considered that the fuel that reaches the inner surface of the cylinder bore gradually increases toward the advance side in the second period and toward the retard side in the fourth period. The amount of unburned fuel is estimated considering the effects of

さらに、インジェクタ23から噴射された燃料噴霧は気筒内の空気の抵抗を受けるので、筒内圧力が高いほど大きな抵抗を受けて飛行距離は短くなる。同様に燃料噴霧は気筒内の流動の影響を受けて、筒内流動の強くなるエンジン高回転側では飛行距離が短くなる傾向がある。このように飛行距離が短くなれば、シリンダボア12の内壁面近傍に到達し、浮遊したり内壁面に付着したりする未燃燃料の量は少なくなる。   Further, since the fuel spray injected from the injector 23 receives the resistance of air in the cylinder, the higher the in-cylinder pressure, the greater the resistance and the shorter the flight distance. Similarly, the fuel spray is affected by the flow in the cylinder, and the flight distance tends to be shorter on the high engine speed side where the in-cylinder flow becomes stronger. Thus, if the flight distance is shortened, the amount of unburned fuel that reaches the vicinity of the inner wall surface of the cylinder bore 12 and floats or adheres to the inner wall surface is reduced.

加えて、前記のようにシリンダボア12の内壁面近傍に到達した燃料のうち、内壁面に付着する燃料の量は、内壁面の温度が低いほど多くなると考えられ、また、内壁面近傍において浮遊する燃料の量も、内壁面の温度が低いほど多くなると考えられる。そこで、シリンダボア12の内壁面温度の指標として例えばエンジン水温を採用すれば、エンジン水温が低いほど未燃燃料は多くなり、エンジン水温が高いほど未燃燃料は少なくなる。   In addition, of the fuel that has reached the vicinity of the inner wall surface of the cylinder bore 12 as described above, it is considered that the amount of fuel that adheres to the inner wall surface increases as the temperature of the inner wall surface decreases, and also floats in the vicinity of the inner wall surface. It is considered that the amount of fuel increases as the temperature of the inner wall surface decreases. Therefore, if, for example, the engine water temperature is used as an index of the inner wall surface temperature of the cylinder bore 12, the unburned fuel increases as the engine water temperature decreases, and the unburned fuel decreases as the engine water temperature increases.

このような各種要因を考慮して本実施形態では、キャビティ外領域における未燃燃料量を以下の式(12)によって算出するようにしている。   In consideration of such various factors, in this embodiment, the amount of unburned fuel in the region outside the cavity is calculated by the following equation (12).

未燃燃料量=燃料噴射量×{F(噴射量×レール圧)+W(噴射時期)}
×N(エンジン回転速度)×P(筒内圧力)×T(エンジン水温)
×R(キャビティ内外燃料分配率) …(12)
前記式(12)においてF(噴射量×レール圧)は、前述の如く燃料の噴射量および噴射圧力(レール圧、即ちレール圧センサ41によって検出されるコモンレール22内の燃料の圧力を用いる)の積の関数であって、その積の値が大きいほど関数の値も大きくなるように、予め実験やシミュレーションによって設定されている。例えば、予め設定した係数Kfを用いて、 F=Kf×燃料噴射量×レール圧 としてもよい。
Unburned fuel amount = fuel injection amount × {F (injection amount × rail pressure) + W (injection timing)}
X N (engine speed) x P (in-cylinder pressure) x T (engine water temperature)
× R (Internal / external fuel distribution ratio) (12)
In the above equation (12), F (injection amount × rail pressure) is the fuel injection amount and the injection pressure (rail pressure, that is, the fuel pressure in the common rail 22 detected by the rail pressure sensor 41) as described above. It is a function of a product, and is set in advance by experiment or simulation so that the value of the function increases as the product value increases. For example, using the coefficient K f that is set in advance, it may be F = K f × fuel injection amount × rail pressure.

また、W(噴射時期)、N(エンジン回転速度)、P(筒内圧力)、T(エンジン水温)はそれぞれ、燃料の噴射時期、エンジン回転速度、筒内圧力、エンジン水温の影響を好適に反映させるための補正係数であって、それぞれ、噴射時期、エンジン回転速度、筒内圧力、エンジン水温の関数として、または以下に述べるようなマップによって設定されている(以下それぞれ、噴射時期補正係数W、回転速度補正係数N、筒内圧補正係数P、水温補正係数Tと呼ぶこととする)。   In addition, W (injection timing), N (engine speed), P (cylinder pressure), and T (engine water temperature) are preferably influenced by the fuel injection timing, engine speed, cylinder pressure, and engine water temperature, respectively. These are correction coefficients for reflection, which are set as a function of injection timing, engine speed, in-cylinder pressure, engine water temperature, or by a map as described below (hereinafter, injection timing correction coefficient W , Rotation speed correction coefficient N, in-cylinder pressure correction coefficient P, and water temperature correction coefficient T).

さらに、R(キャビティ内外燃料分配率)は、これを燃料噴射量に乗算することで、キャビティ内外の各領域へ噴射される燃料の量を求めるための分配率補正係数Rであって、図10等を参照して上述した「キャビティ内領域総燃料分配率」(「キャビティ外領域総燃料分配率」でもよい)を用いて、以下のように求められる。   Further, R (internal / external fuel distribution ratio) is a distribution ratio correction coefficient R for determining the amount of fuel injected into each area inside and outside the cavity by multiplying this by the fuel injection amount. The above-mentioned “total in-cavity region fuel distribution ratio” (which may be “outside-cavity region total fuel distribution ratio”) is described as follows.

なお、未燃燃料量は以下の式(13)によって算出するようにしてもよい。   The unburned fuel amount may be calculated by the following equation (13).

未燃燃料量=燃料噴射量×{F(噴射量×レール圧)+W(噴射時期)}
×N(エンジン回転速度)×P(筒内圧力)×T(エンジン水温)
×R(キャビティ内外燃料分配率)
×(d/基準d)×(Ni/基準Ni) …(13)
前記式(13)におけるdはインジェクタ23の噴孔径であり、Niはインジェクタ23の噴孔数である。すなわち、式(13)は、インジェクタ23の基準噴孔径に対する実噴孔径の比、および、インジェクタ23の基準噴孔数に対する実噴孔数の比を乗算することにより、式(12)を一般化したものである。
Unburned fuel amount = fuel injection amount × {F (injection amount × rail pressure) + W (injection timing)}
X N (engine speed) x P (in-cylinder pressure) x T (engine water temperature)
× R (Cavity inside / outside fuel distribution ratio)
X (d / reference d) x (Ni / reference Ni) (13)
In the equation (13), d is the diameter of the injection hole of the injector 23, and Ni is the number of injection holes of the injector 23. That is, equation (13) generalizes equation (12) by multiplying the ratio of the actual injection hole diameter to the reference injection hole diameter of injector 23 and the ratio of the actual injection hole number to the reference injection hole number of injector 23. It is a thing.

前記の補正係数について具体例を説明すると、図15〜18はそれぞれ、噴射時期補正係数W、回転速度補正係数N、筒内圧補正係数P、および水温補正係数Tを設定した補正係数マップの一例を示している。これらの補正係数マップは、噴射時期やエンジン回転速度などのパラメータとキャビティ外領域における未燃燃料量との好適な関係を、予め実験やシミュレーションによって求めてマップ化したものである。   A specific example of the correction coefficient will be described. FIGS. 15 to 18 are examples of correction coefficient maps in which an injection timing correction coefficient W, a rotation speed correction coefficient N, an in-cylinder pressure correction coefficient P, and a water temperature correction coefficient T are set. Show. These correction coefficient maps are obtained by mapping a suitable relationship between parameters such as injection timing and engine rotation speed and the amount of unburned fuel in the region outside the cavity in advance through experiments and simulations.

例えば図15は、噴射時期の変化(進角または遅角)による未燃燃料量の変化(変化率)を調べて、この変化率を噴射時期補正係数Wとしてプロットした上で、所定の関数によって近似したものである。図15に示す例は、前述したようにTDC近傍において燃料がキャビティ内領域に向かって噴射されるときには、シリンダボア12の内壁面近傍に到達する燃料は殆どなく、この状態から噴射時期が進角または遅角側のいずれかに変化するに連れて、壁面近傍に到達する燃料が増大する傾向を表している。   For example, FIG. 15 shows the change (rate of change) in the amount of unburned fuel due to the change (advance angle or retard angle) of the injection timing, and plots this rate of change as the injection timing correction coefficient W. It is an approximation. In the example shown in FIG. 15, when the fuel is injected toward the cavity inner region in the vicinity of the TDC as described above, there is almost no fuel reaching the vicinity of the inner wall surface of the cylinder bore 12, and from this state, the injection timing is advanced or It shows a tendency that the fuel that reaches the vicinity of the wall surface increases as it changes to one of the retard side.

一方、図16は、エンジン回転速度の上昇に伴い気筒内の流動が強くなり、燃料噴霧が拡散される結果として、シリンダボア12の内壁面近傍に到達する燃料が減少する傾向を表している。すなわち、回転速度補正係数Nの値は、例えばアイドル回転速度付近で最大値Nmaxとなり、エンジン回転速度の上昇とともに急低下しつつその低下の度合いは徐々に緩やかになってゆく。そして、高回転域では概ね一定の値になっている。   On the other hand, FIG. 16 shows the tendency that the fuel reaching the inner wall surface of the cylinder bore 12 decreases as a result of the flow in the cylinder becoming stronger and the fuel spray spreading as the engine speed increases. That is, the value of the rotational speed correction coefficient N becomes, for example, the maximum value Nmax near the idle rotational speed, and gradually decreases as the engine rotational speed increases and gradually decreases gradually. In the high rotation range, the value is substantially constant.

同様に図17は、筒内圧力の上昇に伴い燃料噴霧の受ける抵抗が大きくなって、その飛行距離が短くなる結果として、シリンダボア12の内壁面に付着する燃料量が少なくなる傾向を表している。すなわち、筒内圧補正係数Pの値は、例えば筒内圧が大気圧付近になっているときに最大値(図の例では1.0)となり、筒内圧の上昇に伴って緩やかに低下した後に、一時的にその低下の度合いが大きくなる。その後、筒内圧補正係数Pの値の低下の度合いは再び緩やかになって、さらに筒内圧力が高くなれば概ね行って位置に近づいてゆく。   Similarly, FIG. 17 shows a tendency that the amount of fuel adhering to the inner wall surface of the cylinder bore 12 decreases as a result of the increase in resistance in the cylinder and the decrease in flight distance as the in-cylinder pressure increases. . That is, the value of the in-cylinder pressure correction coefficient P becomes, for example, the maximum value (1.0 in the example in the figure) when the in-cylinder pressure is close to the atmospheric pressure, and gradually decreases as the in-cylinder pressure increases. The degree of the decrease temporarily increases. After that, the degree of decrease in the value of the in-cylinder pressure correction coefficient P becomes gentle again, and when the in-cylinder pressure is further increased, it is generally performed and approaches the position.

また、図18は、エンジン水温の上昇に伴いシリンダボア12の内壁面に付着したり、その内壁面近傍において浮遊する燃料が減少する傾向を表している。図の例では水温補正係数Tの値は、例えばエンジン水温が0℃の付近で基準値(図の例では1.0)となり、ここから温度上昇に伴って水温補正係数Tの値も増大するが、その増大の度合いは徐々に緩やかになってゆく。また、0℃からのエンジン水温の低下に伴って水温補正係数Tの値は増大するとともに、その増大の度合いは徐々に緩やかになってゆく。   FIG. 18 shows a tendency that the fuel adhering to the inner wall surface of the cylinder bore 12 or the fuel floating near the inner wall surface decreases as the engine water temperature rises. In the example in the figure, the value of the water temperature correction coefficient T becomes a reference value (1.0 in the example in the figure) when the engine water temperature is around 0 ° C., for example, and the value of the water temperature correction coefficient T increases as the temperature rises from here. However, the degree of increase gradually decreases. Further, as the engine water temperature decreases from 0 ° C., the value of the water temperature correction coefficient T increases, and the degree of increase gradually decreases.

なお、前記図15〜18に示すマップは一例に過ぎず、これ以外の種々のマップを設定することができる。また、このようなマップを用いずに、実験やシミュレーションなどによって設定した計算式によって、補正係数(噴射時期補正係数W、回転速度補正係数N、筒内圧補正係数P、水温補正係数T)を求めるようにしてもよい。   The maps shown in FIGS. 15 to 18 are merely examples, and various other maps can be set. Further, correction coefficients (injection timing correction coefficient W, rotation speed correction coefficient N, in-cylinder pressure correction coefficient P, water temperature correction coefficient T) are obtained by calculation formulas set by experiments or simulations without using such a map. You may do it.

さらに、分配率補正係数Rについては、前述したように本実施形態ではマップなどを用いず、基本的にはキャビティ内領域総燃料分配率(キャビティ外領域総燃料分配率であってもよい)を用いて算出するようにしている。一例としてキャビティ外領域における分配率補正係数Rは、以下の式(14)により表される。   Further, as described above, the map is not used in the present embodiment for the distribution rate correction coefficient R, and basically, the total fuel distribution rate in the cavity region (may be the total fuel distribution rate outside the cavity region). It is made to calculate using. As an example, the distribution rate correction coefficient R in the region outside the cavity is expressed by the following equation (14).

分配率補正係数R=1−キャビティ内領域総燃料分配率 …(14)
但し、0.1<キャビティ内領域総燃料分配率<0.95
そして、キャビティ内領域総燃料分配率が非常に小さく、例えば0.1未満である場合は、前記分配率補正係数Rを、R=1とする。反対にキャビティ内領域総燃料分配率が非常に大きく、例えば0.95を越えている場合の分配率補正係数Rは、R=0.05とする。すなわち、キャビティ内領域へ噴射される燃料が非常に少ない場合は、実質的に全ての噴射燃料がキャビティ外領域に存在するとみなして、分配率補正係数を1とする一方、キャビティ内領域へ噴射される燃料が非常に多い場合は、キャビティ外に溢れ出す燃料があることを考慮して、分配率補正係数を0.05としたものである。
Distribution ratio correction coefficient R = 1-region total fuel distribution ratio in the cavity (14)
However, 0.1 <total cavity fuel distribution ratio <0.95
If the total fuel distribution ratio in the cavity region is very small, for example, less than 0.1, the distribution ratio correction coefficient R is set to R = 1. On the contrary, the distribution ratio correction coefficient R when the total fuel distribution ratio in the cavity region is very large, for example, exceeds 0.95, is R = 0.05. That is, when the amount of fuel injected into the cavity region is very small, it is assumed that substantially all of the injected fuel exists in the region outside the cavity, and the distribution rate correction coefficient is set to 1, while the fuel is injected into the region within the cavity. In the case where there is a large amount of fuel, the distribution rate correction coefficient is set to 0.05 in consideration of the fuel overflowing from the cavity.

<キャビティ内領域>
キャビティ内領域についても前述したキャビティ外領域と同様の考え方で、未燃燃料の量を算出することができる。但し、前述したようにキャビティ内領域において未燃燃料は、主にキャビティ内壁面への付着分と考えられる一方、キャビティ外領域における未燃燃料は、シリンダボア内壁面への付着分とその近傍の未燃浮遊燃料との和と考えられる。
<Cavity area>
The amount of unburned fuel can be calculated for the in-cavity region in the same way as the outside-cavity region described above. However, as described above, the unburned fuel in the cavity inner region is considered to be mainly adhered to the inner wall surface of the cavity, while the unburned fuel in the outer region of the cavity is deposited on the inner wall surface of the cylinder bore and the vicinity of the unburned fuel. It is thought to be the sum of the fuel with floating fuel.

このため、キャビティ内領域の未燃燃料は、形式上は前記式(12)や式(13)と同じであっても、中身は異なる計算式によって算出される。すなわち、例えばF(噴射量×レール圧)は、前述のキャビティ外領域と同じく F=Kf×燃料噴射量×レール圧 とすればよいが、インジェクタ23からキャビティ内壁面までの距離がシリンダボア内壁面までと比べてかなり短いことから、係数Kfの値が大きな値に設定される。 Therefore, the unburned fuel in the cavity region is calculated by a different calculation formula even though the form is the same as the formula (12) or the formula (13). That is, for example, F (injection amount × rail pressure) may be F = K f × fuel injection amount × rail pressure as in the above-mentioned cavity outer region, but the distance from the injector 23 to the cavity inner wall surface is the cylinder bore inner wall surface. The coefficient K f is set to a large value because it is considerably shorter than the above.

また、噴射時期補正係数Wについては前述したキャビティ外領域とは反対に、TDC近傍において燃料がキャビティ内領域に向かって噴射されるときには、噴射時期補正係数Wの値が大きく(例えば1.0)なる一方、噴射時期が進角または遅角側のいずれかに所定以上、変化して、燃料がキャビティ外領域に向かって噴射されるようになると、噴射時期補正係数Wは非常に小さな値になる。   As for the injection timing correction coefficient W, the value of the injection timing correction coefficient W is large (for example, 1.0) when the fuel is injected toward the in-cavity region in the vicinity of the TDC, contrary to the above-mentioned region outside the cavity. On the other hand, when the injection timing changes by more than a predetermined value on either the advance side or the retard side and the fuel is injected toward the region outside the cavity, the injection timing correction coefficient W becomes a very small value. .

また、噴射時期補正係数Wは、前記のように燃料がキャビティ内領域へ噴射されるクランク角期間、具体的には、例えば図10を参照して上述したクランク角度位置α〜δの間の第2〜第4期間において、TDCを含む第3期間(クランク角度位置β〜γの期間)に比べて、やや進角側の第2期間(クランク角度位置αからβの期間)および、やや遅角側の第4期間(クランク角位置γ〜δの期間)の方が大きな値に設定される。   Further, the injection timing correction coefficient W is a crank angle period during which the fuel is injected into the cavity region as described above, specifically, for example, in the crank angle positions α to δ described above with reference to FIG. In the second to fourth periods, compared to the third period (period of crank angle positions β to γ) including TDC, the second period on the slightly advanced side (period of crank angle positions α to β) and slightly retarded The fourth period on the side (period of crank angle positions γ to δ) is set to a larger value.

すなわち、図5〜7、9を参照して前述したように、キャビティ13bの内壁の上側部分が、内方に向かってせり出すような(即ち、中央のインジェクタ23に近づくような)形状とされ、インジェクタ23の噴孔から燃料の噴射方向にキャビティ内壁面までの距離が、その下側よりも上側の方で短くなっているので、キャビティ内壁面への燃料の付着量は、その下側よりも上側の方で多くなると考えられる。   That is, as described above with reference to FIGS. 5 to 7 and 9, the upper portion of the inner wall of the cavity 13 b is shaped so as to protrude inward (that is, close to the central injector 23), Since the distance from the injection hole of the injector 23 to the inner wall surface of the cavity in the fuel injection direction is shorter on the upper side than the lower side, the amount of fuel adhering to the inner wall surface of the cavity is smaller than the lower side. It is thought that it increases in the upper part.

このため、キャビティ内領域について噴射時期補正係数Wは、燃料がキャビティ内領域に向かって噴射される場合に、TDCを含む第3期間において噴射されて、キャビティ内壁面の下側部分に向かう燃料の壁面付着量が相対的に少なく、それよりも少し進角または遅角寄りで噴射され、キャビティ内壁面の上側部分に向かう燃料の壁面付着量が相対的に多くなる、という傾向を表すものとなるのである。   For this reason, the injection timing correction coefficient W for the in-cavity region is such that when the fuel is injected toward the in-cavity region, the fuel is injected in the third period including TDC and is directed to the lower portion of the inner wall surface of the cavity. The amount of wall surface adhesion is relatively small, and it is injected with a slight advance or retard angle, indicating the tendency that the amount of fuel wall surface adhesion toward the upper part of the inner wall surface of the cavity is relatively large. It is.

また、回転速度補正係数Nや筒内圧補正係数Pについては、概ね前述したキャビティ内領域についてと同じ傾向(図16、図17参照)を示すが、水温補正係数Tについては、キャビティ内壁面の温度がシリンダボア内壁面に比べると高く、且つエンジン水温の影響を受け難くなることから、キャビティ内領域についての水温補正係数Tは、前述したキャビティ外領域についての水温補正係数T(図18参照)に比べると、エンジン水温による変化が小さくなるように設定される。   In addition, the rotational speed correction coefficient N and the in-cylinder pressure correction coefficient P show almost the same tendency as the above-described cavity region (see FIGS. 16 and 17), but the water temperature correction coefficient T is the temperature of the cavity inner wall surface. Is higher than the inner wall surface of the cylinder bore and hardly affected by the engine water temperature, the water temperature correction coefficient T for the area inside the cavity is compared with the water temperature correction coefficient T (see FIG. 18) for the area outside the cavity. And the change due to the engine water temperature is set to be small.

さらに、キャビティ内領域についての分配率補正係数Rは、キャビティ外領域についての前記式(14)とは反対になると考えてよく、一例として以下の式(15)により算出すればよい。   Furthermore, the distribution rate correction coefficient R for the in-cavity region may be considered to be opposite to the equation (14) for the outside-cavity region, and may be calculated by the following equation (15) as an example.

分配率補正係数R=キャビティ内領域総燃料分配率 …(15)
但し、0.1<キャビティ内領域総燃料分配率<0.95
そして、キャビティ内領域総燃料分配率が非常に小さく、例えば0.1未満である場合は、前記分配率補正係数Rを、R=0とする。反対にキャビティ内領域総燃料分配率が非常に大きく、例えば0.95を越えている場合の分配率補正係数Rは、R=0.95とすればよい。
Distribution ratio correction coefficient R = Total fuel distribution ratio in the cavity region (15)
However, 0.1 <total cavity fuel distribution ratio <0.95
When the total fuel distribution ratio in the cavity region is very small, for example, less than 0.1, the distribution ratio correction coefficient R is set to R = 0. On the contrary, the distribution ratio correction coefficient R when the total fuel distribution ratio in the cavity region is very large, for example, exceeds 0.95, may be R = 0.95.

(1−C)分離された各反応形態それぞれに対する理想熱発生率波形モデルの作成
次に、前記キャビティ内領域およびキャビティ外領域それぞれにおいて分離された各反応形態それぞれに対する理想熱発生率波形モデルの作成について説明する。
(1-C) Creation of ideal heat release rate waveform model for each separated reaction form Next, creation of ideal heat release rate waveform model for each reaction form separated in each of the in-cavity region and the outside-cavity region. Will be described.

上述の如く反応形態を分離したことにより、それぞれの反応形態における理想熱発生率波形モデルが作成可能となる。つまり、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、予混合燃焼による高温酸化反応、拡散燃焼による高温酸化反応それぞれに対して、理想熱発生率波形モデルが作成可能となる。   By separating the reaction forms as described above, it is possible to create an ideal heat release rate waveform model in each reaction form. That is, an ideal heat release rate waveform model can be created for each of a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, a high temperature oxidation reaction by premixed combustion, and a high temperature oxidation reaction by diffusion combustion.

本実施形態では、各反応それぞれに対し、理想熱発生率波形モデルを二等辺三角形に近似させるものとしている。つまり、上述した反応開始温度を基点として、反応速度(酸素密度に応じて補正された反応速度)を二等辺三角形の斜辺の勾配とし、反応量(酸素密度に応じて補正された反応量)を二等辺三角形の面積とし、反応期間を二等辺三角形の底辺の長さとする理想熱発生率波形モデルをキャビティ内領域およびキャビティ外領域それぞれについて作成する。前記反応開始時期としては、上述したように、基準温度到達時期を酸素密度低下補正遅角量によって補正した値となっている。以下の理想熱発生率波形モデルの作成は、上述した各反応形態それぞれに対して適用される。以下、具体的に説明する。   In this embodiment, the ideal heat release rate waveform model is approximated to an isosceles triangle for each reaction. That is, based on the reaction start temperature described above, the reaction rate (reaction rate corrected according to the oxygen density) is the slope of the hypotenuse of the isosceles triangle, and the reaction amount (reaction amount corrected according to the oxygen density) is An ideal heat release rate waveform model having an isosceles triangle area and a reaction period length of the base of the isosceles triangle is created for each of the intracavity region and the outer cavity region. As described above, the reaction start time is a value obtained by correcting the reference temperature arrival time by the oxygen density decrease correction delay amount. The creation of the ideal heat release rate waveform model below is applied to each of the reaction modes described above. This will be specifically described below.

(a)反応速度(反応速度勾配)
反応速度は、前記反応速度勾配に基づいて設定され、理想熱発生率波形モデルを二等辺三角形に近似させた場合、熱発生率が上昇する期間での反応速度と、熱発生率が下降する期間での反応速度とでは、それらの絶対値は一致している。
(A) Reaction rate (reaction rate gradient)
The reaction rate is set based on the reaction rate gradient, and when the ideal heat generation rate waveform model is approximated to an isosceles triangle, the reaction rate during the period in which the heat generation rate increases and the period in which the heat generation rate decreases Their absolute values are consistent with the reaction rate at.

なお、前記熱発生率が上昇する期間での反応速度に対して、熱発生率が下降する期間での反応速度が低い場合(理想熱発生率波形モデルが不等辺三角形である場合)には、前記上昇勾配に所定値α(<1)を乗算することで下降勾配が求められることになる。   In addition, when the reaction rate in the period in which the heat generation rate decreases is lower than the reaction rate in the period in which the heat generation rate increases (when the ideal heat generation rate waveform model is an inequilateral triangle), The descending gradient is obtained by multiplying the ascending gradient by a predetermined value α (<1).

前記拡散燃焼による高温酸化反応での理想熱発生率波形モデルにあっては、反応速度は噴射率波形勾配に比例し、燃料噴射圧(コモンレール内圧)が一定であれば反応速度も一定である。また、他の反応(例えば予混合燃焼による高温酸化反応)での理想熱発生率波形モデルにあっては、反応速度は燃料噴射量に比例することになる。   In the ideal heat release rate waveform model in the high temperature oxidation reaction by diffusion combustion, the reaction rate is proportional to the injection rate waveform gradient, and the reaction rate is constant if the fuel injection pressure (common rail internal pressure) is constant. In the ideal heat release rate waveform model in other reactions (for example, high temperature oxidation reaction by premixed combustion), the reaction speed is proportional to the fuel injection amount.

前述した如く、本実施形態では、筒内をキャビティ外領域とキャビティ内領域とに分割し、それぞれについての理想熱発生率波形モデルを作成するようにしている。また、前記各反応では、燃焼場における酸素密度および燃料密度等の物理量に応じて反応速度勾配が変化する。このため、本実施形態では、反応速度についても各領域それぞれについて個別に求め、それに基づいて理想熱発生率波形モデルを作成するようにしている。   As described above, in the present embodiment, the inside of the cylinder is divided into an outer cavity region and an inner cavity region, and ideal heat generation rate waveform models are created for each. In each reaction, the reaction rate gradient changes according to physical quantities such as oxygen density and fuel density in the combustion field. For this reason, in this embodiment, the reaction rate is obtained individually for each region, and an ideal heat release rate waveform model is created based on the obtained reaction rate.

(b)発生熱量(面積)
各反応における反応量効率[J/mm3]は燃焼期間を適正化すれば定数(例えば高温酸化反応の場合は30J/mm3)と見なすことができる。このため、発生熱量としては、この反応量効率に燃料噴射量(前記有効噴射量)を乗算したものとなる。
(B) Generated heat (area)
The reaction amount efficiency [J / mm 3 ] in each reaction can be regarded as a constant (for example, 30 J / mm 3 in the case of a high temperature oxidation reaction) if the combustion period is optimized. For this reason, the generated heat amount is obtained by multiplying the reaction amount efficiency by the fuel injection amount (the effective injection amount).

但し、前記低温酸化反応については高温酸化反応との和で完結し、拡散燃焼による高温酸化反応では単独で完結することになる。   However, the low-temperature oxidation reaction is completed together with the high-temperature oxidation reaction, and the high-temperature oxidation reaction by diffusion combustion is completed alone.

このようにして求められた発生熱量が理想熱発生率波形モデルである三角形の面積に相当することになる。   The amount of heat generated in this way corresponds to the area of a triangle that is an ideal heat generation rate waveform model.

(c)燃焼期間(底辺)
以上の三角形の勾配(反応速度)および三角形の面積(発生熱量)から三角形の底辺の長さに相当する燃焼期間が求められる。
(C) Combustion period (base)
The combustion period corresponding to the length of the base of the triangle is obtained from the gradient of the triangle (reaction rate) and the area of the triangle (amount of generated heat).

図19に示すように、三角形の面積(発生熱量に相当)をS、底辺の長さ(燃焼期間に相当)をL、高さ(熱発生率ピーク時点での熱発生率に相当)をH、燃焼開始時点から熱発生率ピーク時点までの期間をA、熱発生率ピーク時点から燃焼終了時点までの期間をB(理想熱発生率波形モデルが二等辺三角形の場合にはB=A)、上昇勾配(熱発生率が上昇する期間での反応速度に相当)をG、この上昇勾配に対する下降勾配(熱発生率が下降する期間での反応速度に相当)の比をα(≦1)とした場合、以下の関係が成り立つ。なお、図19(a)は理想熱発生率波形モデルが二等辺三角形の場合を、図19(b)は理想熱発生率波形モデルが不等辺三角形の場合をそれぞれ示している。   As shown in FIG. 19, the area of the triangle (corresponding to the amount of generated heat) is S, the length of the base (corresponding to the combustion period) is L, and the height (corresponding to the heat generation rate at the peak of the heat generation rate) is H. , A is the period from the start of combustion to the peak of the heat generation rate, and B is the period from the peak of the heat generation rate to the end of combustion (B = A when the ideal heat generation rate waveform model is an isosceles triangle), G is the ascending gradient (corresponding to the reaction rate during the period when the heat generation rate increases), and α (≦ 1) is the ratio of the descending gradient (corresponding to the reaction rate during the period when the heat generation rate decreases) to this ascending gradient. In this case, the following relationship holds. FIG. 19A shows a case where the ideal heat generation rate waveform model is an isosceles triangle, and FIG. 19B shows a case where the ideal heat generation rate waveform model is an unequal triangle.

H=A×G=B×α×G
これより、B=A/αとなる。
H = A × G = B × α × G
From this, B = A / α.

S=A2×G/2+A×G×B/2=(1+1/α)×A2×G/2
よって、A=SQRT[2S/{(1+1/α)G}]となる。
S = A 2 × G / 2 + A × G × B / 2 = (1 + 1 / α) × A 2 × G / 2
Therefore, A = SQRT [2S / {(1 + 1 / α) G}].

従って、底辺の長さLは、
L=A+B=A(1+1/α)
=(1+1/α)×SQRT[2S/{(1+1/α)G}]
理想熱発生率波形モデルが二等辺三角形の場合にはα=1であり、
L=2×SQRT(S/G)=2×SQRT(30×Fq/G)となる。
Therefore, the base length L is
L = A + B = A (1 + 1 / α)
= (1 + 1 / α) × SQRT [2S / {(1 + 1 / α) G}]
When the ideal heat release rate waveform model is an isosceles triangle, α = 1.
L = 2 × SQRT (S / G) = 2 × SQRT (30 × Fq / G).

(Fqは燃料噴射量(有効噴射量)であり、上述した如く燃料1mm3当たりの発生熱量を30Jとした場合には「30×Fq」が三角形の面積Sとなる)
このようにして、噴射量(噴射量指令値:発生熱量に相関のある値)と勾配(反応速度)が与えられれば燃焼期間が確定されることになる。
(Fq is the fuel injection amount (effective injection amount). As described above, when the heat generation amount per 1 mm 3 of fuel is 30 J, “30 × Fq” is the triangular area S)
In this way, the combustion period is determined when the injection amount (injection amount command value: a value correlated with the generated heat amount) and the gradient (reaction rate) are given.

以下、理想熱発生率波形モデルを三角形(特に二等辺三角形)に近似できる理由について説明する。図20(a)は、インジェクタ23から燃料噴射が行われた場合における経過時間と1つの反応形態における気筒内への燃料供給量(その反応形態で使用される燃料の量)との関係を示している。また、この図20(a)では、その燃料供給量が得られる燃料噴射期間を10個の期間に区分している。つまり、その燃料噴射期間を、互いに燃料供給量が等しい10個の期間に区分しており、それぞれに第1の期間から第10の期間の期間番号を付している。つまり、第1の期間での燃料噴射が終了した後、燃料噴射が途切れることなく第2の期間での燃料噴射が開始され、第2の期間での燃料噴射が終了した後、燃料噴射が途切れることなく第3の期間での燃料噴射が開始されるといった噴射形態で第10の期間の終了時点まで燃料噴射が継続されることになる。   Hereinafter, the reason why the ideal heat generation rate waveform model can be approximated to a triangle (especially an isosceles triangle) will be described. FIG. 20A shows the relationship between the elapsed time when fuel injection is performed from the injector 23 and the amount of fuel supplied into the cylinder in one reaction mode (the amount of fuel used in that reaction mode). ing. In FIG. 20A, the fuel injection period in which the fuel supply amount is obtained is divided into 10 periods. That is, the fuel injection period is divided into ten periods in which the fuel supply amounts are equal to each other, and the period numbers from the first period to the tenth period are assigned to each. That is, after the fuel injection in the first period is completed, the fuel injection in the second period is started without interruption, and after the fuel injection in the second period is completed, the fuel injection is interrupted. The fuel injection is continued until the end of the tenth period in such an injection form that the fuel injection in the third period is started without any change.

また、図20(b)は前記各期間で噴射された燃料の反応量(この図20(b)に示すものは発熱反応における発熱量)を示している。この図20(b)に示すように、第1の期間での燃料噴射が開始され、第2の期間での燃料噴射が開始されるまでの間(図20(b)における期間t1)は、第1の期間で噴射された燃料の反応のみが行われている。そして、第2の期間での燃料噴射が開始され、第3の期間での燃料噴射が開始されるまでの間(図20(b)における期間t2)は、第1の期間で噴射された燃料の反応および第2の期間で噴射された燃料の反応が共に行われている。このようにして、新たな噴射期間を迎える度に、燃料の総反応量としては次第に増加していく(新たに噴射が開始された期間の燃料分だけ総反応量が増加していく)。この増加期間が、前記理想熱発生率波形モデルの正側の勾配の期間(反応のピーク位置よりも進角側の期間)に相当する。   FIG. 20B shows the reaction amount of the fuel injected in each period (the one shown in FIG. 20B is the exothermic amount in the exothermic reaction). As shown in FIG. 20 (b), fuel injection in the first period is started and fuel injection in the second period is started (period t1 in FIG. 20 (b)). Only the reaction of the fuel injected in the first period is performed. The fuel injected in the first period is the period from the start of fuel injection in the second period until the start of fuel injection in the third period (period t2 in FIG. 20B). And the reaction of the fuel injected in the second period are performed together. In this way, every time a new injection period is reached, the total reaction amount of fuel gradually increases (the total reaction amount increases by the amount of fuel in the period during which new injection is started). This increase period corresponds to the positive gradient period (advanced period relative to the peak position of the reaction) of the ideal heat release rate waveform model.

その後、第1の期間で噴射された燃料の反応が終了する。この時点(図20(b)におけるタイミングT1)では、第2の期間以降で噴射された燃料の反応は終了しておらず、第2の期間から第10の期間で噴射された燃料の反応が継続している。そして、第2の期間で噴射された燃料の反応が終了すると(図20(b)におけるタイミングT2)、第3の期間以降で噴射された燃料の反応は終了していないため、第3の期間から第10の期間で噴射された燃料の反応が継続することになる。このようにして、各期間で噴射された燃料の反応が順次終了していくことにより、燃料の総反応量としては次第に減少していく(反応が終了した燃料分だけ総反応量が減少していく)。この減少期間(図20(b)において反応量を破線で示している期間)が、前記理想熱発生率波形モデルの負側の勾配の期間(反応のピーク位置よりも遅角側の期間)に相当する。   Thereafter, the reaction of the fuel injected in the first period ends. At this time (timing T1 in FIG. 20B), the reaction of the fuel injected in the second period and thereafter is not completed, and the reaction of the fuel injected in the tenth period from the second period is not completed. continuing. When the reaction of the fuel injected in the second period is completed (timing T2 in FIG. 20B), the reaction of the fuel injected in the third period and thereafter is not completed, so the third period The reaction of the fuel injected in the tenth period will continue. In this way, the reaction of the fuel injected in each period ends in sequence, so that the total reaction amount of the fuel gradually decreases (the total reaction amount decreases by the amount of fuel for which the reaction has ended). Go). This decrease period (a period in which the reaction amount is indicated by a broken line in FIG. 20B) is a negative gradient period (a period retarded from the peak position of the reaction) of the ideal heat release rate waveform model. Equivalent to.

以上のような形態で燃料の反応が行われるため、理想熱発生率波形モデルは三角形(二等辺三角形)として近似できることになる。   Since the fuel reaction is performed in the above-described manner, the ideal heat generation rate waveform model can be approximated as a triangle (isosceles triangle).

以上が、燃料の各反応形態に対する理想熱発生率波形モデルの作成手順である。   The above is the procedure for creating the ideal heat release rate waveform model for each reaction mode of fuel.

(1−D)理想熱発生率波形モデルのフィルタリングによる理想熱発生率波形の作成
以上のようにして理想熱発生率波形モデルを作成した後、この理想熱発生率波形モデルを周知のフィルタ処理(例えばWiebeフィルタによる処理)によって円滑化することにより、理想熱発生率波形を作成する。以下、具体的に説明する。
(1-D) Creation of ideal heat release rate waveform by filtering of ideal heat release rate waveform model After creating an ideal heat release rate waveform model as described above, this ideal heat release rate waveform model is subjected to well-known filter processing ( For example, an ideal heat generation rate waveform is created by performing smoothing by processing using a Wiebe filter. This will be specifically described below.

図21は、キャビティ外領域に1回の燃料噴射が行われた場合の各反応形態における理想熱発生率波形モデル(各反応に対応した二等辺三角形)の一例を示している。この図21では、1回の燃料噴射によって気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、各高温酸化反応が順次行われた理想熱発生率波形モデル(各反応に対応した二等辺三角形)となっている。具体的に、図中のIは気化反応の理想熱発生率波形モデル、IIは低温酸化反応の理想熱発生率波形モデル、IIIは熱分解反応(吸熱となる熱分解反応)の理想熱発生率波形モデル、IVは予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデル、Vは拡散燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデルである。   FIG. 21 shows an example of an ideal heat release rate waveform model (isosceles triangle corresponding to each reaction) in each reaction mode when fuel injection is performed once in the region outside the cavity. In FIG. 21, an ideal heat generation rate waveform model (isosceles triangle corresponding to each reaction) in which a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, and each high temperature oxidation reaction are sequentially performed by one fuel injection is obtained. Yes. Specifically, in the figure, I is the ideal heat release rate waveform model of the vaporization reaction, II is the ideal heat release rate waveform model of the low-temperature oxidation reaction, and III is the ideal heat release rate of the thermal decomposition reaction (pyrolysis reaction that is endothermic). A waveform model, IV is an ideal heat generation rate waveform model of a high temperature oxidation reaction by premixed combustion, and V is an ideal heat generation rate waveform model of a high temperature oxidation reaction by diffusion combustion.

また、図22は、このキャビティ外領域に1回の燃料噴射が行われた場合の理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理によって円滑化することで得られた各波形を合成することにより作成された理想熱発生率波形(キャビティ外噴射理想熱発生率波形)を示している。このように、各反応(気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、各高温酸化反応)それぞれに応じた理想熱発生率波形モデル(二等辺三角形)がフィルタ処理によって円滑化されて合成されることでキャビティ外領域のみを対象とした理想熱発生率波形が作成されることになる。   In addition, FIG. 22 was created by synthesizing each waveform obtained by smoothing the ideal heat release rate waveform model by filtering when fuel was injected once in the region outside the cavity. An ideal heat generation rate waveform (outside cavity injection ideal heat generation rate waveform) is shown. In this way, ideal heat release rate waveform models (isosceles triangles) corresponding to each reaction (vaporization reaction, low-temperature oxidation reaction, thermal decomposition reaction, each high-temperature oxidation reaction) are smoothed and synthesized by filtering. Thus, an ideal heat generation rate waveform only for the region outside the cavity is created.

一方、図23は、キャビティ内領域に1回の燃料噴射が行われた場合の各反応形態における理想熱発生率波形モデル(各反応に対応した二等辺三角形)の一例を示している。この図23では、キャビティ内領域の温度が急速に上昇することに起因し、1回の燃料噴射によって気化反応、熱分解反応が順に行われた後、低温酸化反応と予混合燃焼による高温酸化反応とが並行し、これらの反応の開始後に、拡散燃焼による高温酸化反応が行われた理想熱発生率波形モデル(各反応に対応した二等辺三角形)となっている。具体的に、図中のI’は気化反応の理想熱発生率波形モデル、II’は低温酸化反応の理想熱発生率波形モデル、III’は熱分解反応(吸熱となる熱分解反応)の理想熱発生率波形モデル、IV’は予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデル、V’は拡散燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデルである。   On the other hand, FIG. 23 shows an example of an ideal heat generation rate waveform model (isosceles triangle corresponding to each reaction) in each reaction mode when fuel injection is performed once in the cavity region. In FIG. 23, due to a rapid rise in the temperature in the cavity region, after a vaporization reaction and a thermal decomposition reaction are sequentially performed by one fuel injection, a low temperature oxidation reaction and a high temperature oxidation reaction by premixed combustion are performed. In parallel with this, after the start of these reactions, an ideal heat generation rate waveform model (isosceles triangle corresponding to each reaction) in which a high-temperature oxidation reaction by diffusion combustion is performed is obtained. Specifically, I 'in the figure is the ideal heat release rate waveform model for the vaporization reaction, II' is the ideal heat release rate waveform model for the low-temperature oxidation reaction, and III 'is the ideal for the thermal decomposition reaction (the thermal decomposition reaction that is endothermic). A heat generation rate waveform model, IV ′ is an ideal heat generation rate waveform model of a high temperature oxidation reaction by premixed combustion, and V ′ is an ideal heat generation rate waveform model of a high temperature oxidation reaction by diffusion combustion.

また、図24は、このキャビティ内領域に1回の燃料噴射が行われた場合の理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理によって円滑化することで得られた各波形を合成することにより作成された理想熱発生率波形(キャビティ内噴射理想熱発生率波形)を示している。このように、各反応(気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、各高温酸化反応)それぞれに応じた理想熱発生率波形モデル(二等辺三角形)がフィルタ処理によって円滑化されて合成されることでキャビティ内領域のみを対象とした理想熱発生率波形が作成されることになる。   FIG. 24 is created by synthesizing each waveform obtained by smoothing the ideal heat generation rate waveform model by filtering when fuel is injected once in the cavity region. The ideal heat release rate waveform (injection ideal heat release rate waveform in the cavity) is shown. In this way, ideal heat release rate waveform models (isosceles triangles) corresponding to each reaction (vaporization reaction, low-temperature oxidation reaction, thermal decomposition reaction, each high-temperature oxidation reaction) are smoothed and synthesized by filtering. Thus, an ideal heat generation rate waveform for only the region in the cavity is created.

さらに、1回の燃料噴射において、燃料の一部がキャビティ外領域に噴射され、他の燃料がキャビティ内領域に噴射された場合、つまり、燃料がキャビティ外領域とキャビティ内領域とに噴き分けられた場合には、これらキャビティ外領域を対象とする理想熱発生率波形とキャビティ内領域を対象とする理想熱発生率波形とがそれぞれ作成され、これらを合成することにより、筒内全体を対象とした理想熱発生率波形が作成されることになる。例えば、キャビティ外領域を対象とした理想熱発生率波形が図22に示すものであり、キャビティ内領域を対象とした理想熱発生率波形が図24に示すものであった場合には、筒内全体を対象とした理想熱発生率波形として図25に示すような理想熱発生率波形(気筒内理想熱発生率波形)が作成されることになる。   Furthermore, in one fuel injection, when a part of the fuel is injected into the area outside the cavity and another fuel is injected into the area inside the cavity, that is, the fuel is injected separately into the area outside the cavity and the area inside the cavity. In this case, an ideal heat generation rate waveform that targets these areas outside the cavity and an ideal heat generation rate waveform that covers the areas inside the cavity are created respectively. The ideal heat release rate waveform is created. For example, when the ideal heat generation rate waveform for the region outside the cavity is as shown in FIG. 22 and the ideal heat generation rate waveform for the region within the cavity is as shown in FIG. An ideal heat generation rate waveform (in-cylinder ideal heat generation rate waveform) as shown in FIG. 25 is created as an ideal heat generation rate waveform for the whole.

なお、実際のエンジン1では、メイン噴射以外にパイロット噴射やアフタ噴射等が行われる。このため、これらパイロット噴射やアフタ噴射に対しても、前述の場合と同様に対象領域における理想熱発生率波形モデルを作成し、これをフィルタ処理によって円滑化することにより理想熱発生率波形を作成することができる。一般にパイロット噴射はピストン13の圧縮上死点よりも所定角度以上進角側のクランク角度位置で実行され、アフタ噴射はピストン13の圧縮上死点よりも所定角度以上遅角側のクランク角度位置で実行されるため、これら噴射はキャビティ外領域に向けて行われる。このため、これら噴射を対象とする理想熱発生率波形は前記キャビティ外噴射理想熱発生率波形として求められることになる。   In the actual engine 1, pilot injection, after injection, and the like are performed in addition to the main injection. Therefore, for these pilot injections and after-injections, an ideal heat release rate waveform model in the target area is created in the same way as described above, and the ideal heat release rate waveform is created by smoothing this through filter processing. can do. Generally, pilot injection is performed at a crank angle position that is advanced by a predetermined angle or more from the compression top dead center of the piston 13, and after injection is performed at a crank angle position that is retarded by a predetermined angle or more from the compression top dead center of the piston 13. In order to be executed, these injections are directed towards the out-cavity region. For this reason, the ideal heat generation rate waveform targeting these injections is obtained as the ideal heat generation rate waveform outside the cavity.

そして、前記メイン噴射における筒内全体を対象とした理想熱発生率波形と、これら理想熱発生率波形(パイロット噴射やアフタ噴射を対象とする理想熱発生率波形)とを合成することによって1サイクルを対象とした理想熱発生率波形が作成されることになる。   Then, an ideal heat generation rate waveform for the entire cylinder in the main injection and these ideal heat generation rate waveforms (ideal heat generation rate waveforms for pilot injection and after injection) are combined for one cycle. An ideal heat generation rate waveform for the target is created.

(2)実熱発生率波形の作成
前記理想熱発生率波形と比較される実熱発生率波形は、前記筒内圧センサ4Aによって検出される筒内圧力の変化に応じて作成される。つまり、気筒内での熱発生率と筒内圧力との間には相関がある(熱発生率が高いほど筒内圧力は高くなる)ので、この筒内圧センサ4Aによって検出される筒内圧力から実熱発生率波形を作成することができる。この検出した筒内圧力から実熱発生率波形を作成する処理については公知であるため、ここでの説明は省略する。
(2) Creation of actual heat generation rate waveform The actual heat generation rate waveform to be compared with the ideal heat generation rate waveform is generated according to a change in the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 4A. In other words, there is a correlation between the heat generation rate in the cylinder and the in-cylinder pressure (the higher the heat generation rate, the higher the in-cylinder pressure). Therefore, from the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 4A. An actual heat generation rate waveform can be created. Since the process of creating the actual heat generation rate waveform from the detected in-cylinder pressure is known, the description thereof is omitted here.

(3)理想熱発生率波形と実熱発生率波形との比較による燃焼状態の診断
燃焼状態の診断(反応形態の診断)としては、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離の大きさに基づいて行われる。例えば、その乖離が予め設定された閾値(本発明でいう異常判定乖離量)以上となっている反応形態が存在している場合には、その反応形態に異常が生じていると診断することになる。例えば熱発生率の偏差が10[J/°CA]以上となっている反応形態が存在する場合や、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形のクランク角度側への偏差(進角側または遅角側の偏差)が3°CA以上となっている反応形態が存在する場合には、その反応形態に異常が生じていると診断する。これら値はこれに限定されるものではなく、実験やシミュレーションによって適宜設定される。
(3) Diagnosis of combustion state by comparing ideal heat generation rate waveform and actual heat generation rate waveform As a diagnosis of combustion state (diagnosis of reaction mode), the deviation of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform Done based on size. For example, when there is a reaction form in which the divergence is equal to or greater than a preset threshold value (abnormality judgment divergence amount in the present invention), it is diagnosed that the reaction form is abnormal. Become. For example, when there is a reaction form in which the deviation of the heat generation rate is 10 [J / ° CA] or more, or the deviation of the actual heat generation rate waveform to the crank angle side (advance side or When there is a reaction form in which the delay angle deviation is 3 ° CA or more, it is diagnosed that the reaction form is abnormal. These values are not limited to this, and are set as appropriate through experiments and simulations.

例えば、図25に示した理想熱発生率波形が作成された場合を例に挙げて説明すると、図26に破線で示す実熱発生率波形のように、実線で示した理想熱発生率波形(図25で示した波形)に対して各高温酸化反応(予混合燃焼による高温酸化反応および拡散燃焼による高温酸化反応)における実熱発生率波形が遅角側にずれており、その偏差が閾値を超えている場合には、各高温酸化反応に異常が生じている、つまり、各高温酸化反応の反応開始時期に異常が生じていると診断することになる。   For example, the case where the ideal heat generation rate waveform shown in FIG. 25 is created will be described as an example. Like the actual heat generation rate waveform shown by the broken line in FIG. The actual heat generation rate waveform in each high-temperature oxidation reaction (high-temperature oxidation reaction by premixed combustion and high-temperature oxidation reaction by diffusion combustion) is shifted to the retard side with respect to the high-temperature oxidation reaction (the waveform shown in FIG. 25). If it exceeds, it is diagnosed that an abnormality has occurred in each high-temperature oxidation reaction, that is, an abnormality has occurred in the reaction start timing of each high-temperature oxidation reaction.

また、図26に一点鎖線で示す実熱発生率波形のように、実線で示した理想熱発生率波形に対して各高温酸化反応における熱発生率波形のピーク値が高く、その偏差が閾値を超えている場合には、各高温酸化反応に異常が生じている、つまり、各高温酸化反応での反応量に異常が生じていると診断することになる。また、このような診断は、高温酸化反応に限らず、前記気化反応、低温酸化反応、熱分解反応それぞれに対しても同様に行われる。   In addition, like the actual heat generation rate waveform shown by the alternate long and short dash line in FIG. 26, the peak value of the heat generation rate waveform in each high-temperature oxidation reaction is higher than the ideal heat generation rate waveform shown by the solid line, and the deviation thereof has a threshold value. If it exceeds, it is diagnosed that an abnormality has occurred in each high-temperature oxidation reaction, that is, an abnormality has occurred in the reaction amount in each high-temperature oxidation reaction. Such diagnosis is not limited to the high temperature oxidation reaction, but is similarly performed for the vaporization reaction, the low temperature oxidation reaction, and the thermal decomposition reaction.

なお、前記反応形態に異常が生じているか否かを診断するためのパラメータとしては、上述した反応時期の偏差(着火遅れ等)や、熱発生率波形のピーク値の偏差に限らず、反応速度の偏差、反応期間の偏差、ピーク位相等も挙げられる。   The parameters for diagnosing whether or not an abnormality has occurred in the reaction form are not limited to the above-described reaction time deviation (ignition delay, etc.) or the peak value deviation of the heat release rate waveform, but the reaction rate. Deviation, reaction period deviation, peak phase, and the like.

(4)診断結果に応じたエンジン1の制御パラメータの補正
前記理想熱発生率波形と実熱発生率波形との比較による燃焼状態の診断において、上述した如く理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が予め設定された閾値を超える反応形態が存在する場合、その反応形態に異常が生じていると診断され、この乖離を小さくするようにエンジン1の制御パラメータが補正されることになる。
(4) Correction of control parameter of engine 1 according to diagnosis result In the diagnosis of the combustion state by comparing the ideal heat generation rate waveform and the actual heat generation rate waveform, the actual heat generation rate with respect to the ideal heat generation rate waveform as described above. When there is a reaction form in which the waveform deviation exceeds a preset threshold, it is diagnosed that an abnormality has occurred in the reaction form, and the control parameter of the engine 1 is corrected so as to reduce this deviation. .

例えば、実熱発生率波形が、図26に破線で示したものである場合には、燃料の着火遅れが生じており、酸素不足であると判断して、前記インタークーラ61による吸気の冷却能力を高めるようにしたり、EGRバルブ81の開度を小さくしてEGRガス量を減量したり、吸気の過給率を上昇させたりすることで酸素不足を解消する。   For example, when the actual heat generation rate waveform is as shown by the broken line in FIG. 26, it is determined that fuel ignition delay has occurred and oxygen is insufficient, and the cooling capacity of the intake air by the intercooler 61 is determined. The shortage of oxygen is eliminated by reducing the EGR gas amount by decreasing the opening degree of the EGR valve 81 or by increasing the intake supercharging rate.

また、実熱発生率波形が、図26に一点鎖線で示したものである場合には、燃料の反応量が大きすぎると判断して、燃料噴射量の減量補正や、EGRガスの増量補正等を行う。   Further, when the actual heat generation rate waveform is shown by a one-dot chain line in FIG. 26, it is determined that the reaction amount of the fuel is too large, and the fuel injection amount decrease correction, the EGR gas increase correction, etc. I do.

その他の補正動作として、実熱発生率波形における反応開始時期が理想熱発生率波形に対して遅角側に位置している場合には、吸気の過給率を上昇させたり、対象領域に対するパイロット噴射による予熱量を増量させる等の補正を行うことも挙げられる。   As another correction operation, when the reaction start time in the actual heat generation rate waveform is on the retarded side with respect to the ideal heat generation rate waveform, the intake supercharging rate is increased or the pilot for the target region is increased. It is also possible to make corrections such as increasing the amount of preheating by injection.

また、実熱発生率波形を理想熱発生率波形に近付けるための制御パラメータとしては、上述したもの以外に、燃料噴射時期、気筒内のガス組成、吸入空気量(ガス量)、各種の学習値(燃料噴射量や燃料噴射時期の学習値など)であってもよい。例えば、対象領域の酸素密度に過不足が生じている場合、学習値としては、EGRガスの補正や吸気の過給率の補正を行うように学習する。また、対象領域の燃料密度に過不足が生じている場合、学習値としては、燃料噴射時期や、燃料噴射圧力や、燃料噴射量の補正を行うように学習する。   Control parameters for bringing the actual heat generation rate waveform closer to the ideal heat generation rate waveform are not limited to those described above, but include fuel injection timing, gas composition in the cylinder, intake air amount (gas amount), and various learning values. (A learned value of the fuel injection amount or fuel injection timing) may be used. For example, when the oxygen density in the target region is excessive or insufficient, the learning value is learned so as to correct the EGR gas or the intake supercharging rate. Further, when the fuel density in the target region is excessive or deficient, the learning value is learned so as to correct the fuel injection timing, the fuel injection pressure, and the fuel injection amount.

このような制御パラメータの補正は、この制御パラメータの補正によって実熱発生率波形を理想熱発生率波形に略一致させることが可能な場合に実行される。具体的には、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離量が所定の補正可能乖離量以下である場合に実行される。この補正可能乖離量としては、実験またはシミュレーションによって予め設定されている。そして、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離量が前記補正可能乖離量を超えている場合には、制御パラメータの補正量が所定のガード値を超えることになるので、これによってエンジン1を構成している機器の一部に故障が生じていると診断する。具体的には、筒内温度、酸素密度、燃料密度それぞれの下限値を予め設定しておき、これら筒内温度、酸素密度、燃料密度の何れかがその下限値を下回っている場合には、エンジン1の制御パラメータの補正量が所定のガード値を超えるとして、エンジン1に故障が生じていると診断することになる。   Such correction of the control parameter is executed when the actual heat generation rate waveform can be substantially matched with the ideal heat generation rate waveform by the correction of the control parameter. Specifically, it is executed when the deviation amount of the actual heat generation rate waveform with respect to the ideal heat generation rate waveform is equal to or less than a predetermined correctable deviation amount. This correctable deviation amount is set in advance by experiment or simulation. When the deviation amount of the actual heat generation rate waveform with respect to the ideal heat generation rate waveform exceeds the correctable deviation amount, the correction amount of the control parameter exceeds the predetermined guard value. Diagnose that a failure has occurred in a part of the devices constituting the system 1. Specifically, when the lower limit values of the in-cylinder temperature, oxygen density, and fuel density are set in advance and any of these in-cylinder temperature, oxygen density, and fuel density is lower than the lower limit value, If the correction amount of the control parameter of the engine 1 exceeds a predetermined guard value, it is diagnosed that the engine 1 has failed.

この場合、前記制御パラメータの補正を行うことなく、例えば、車室内のメータパネル上のMIL(警告灯)を点灯させて運転者に警告を促すと共に、前記ECU100に備えられたダイアグノーシスに異常情報が書き込まれることになる。   In this case, without correcting the control parameter, for example, the MIL (warning lamp) on the meter panel in the passenger compartment is lit to urge the driver to warn, and the diagnosis provided in the ECU 100 has abnormality information. Will be written.

以上、説明したように本実施形態では、気筒内をキャビティ内領域とキャビティ外領域とに分割し、各領域を対象として熱発生率波形を作成している。すなわち、気筒内に噴射された燃料がキャビティ内外の各領域に分かれて、その燃焼が不連続となることに着目し、温度や酸素密度等の物理量が互いに異なっている可能性のある各領域それぞれに対し、燃料の燃焼状態を領域内の環境に応じて個別に求めて理想熱発生率波形をそれぞれ作成している。このため、燃料の燃焼状態をより正確に規定することが可能になる。   As described above, in the present embodiment, the inside of the cylinder is divided into the area inside the cavity and the area outside the cavity, and the heat release rate waveform is created for each area. That is, paying attention to the fact that the fuel injected into the cylinder is divided into areas inside and outside the cavity and the combustion becomes discontinuous, each area where physical quantities such as temperature and oxygen density may be different from each other On the other hand, the ideal heat release rate waveform is created by individually obtaining the combustion state of the fuel according to the environment in the region. For this reason, it becomes possible to prescribe | regulate the combustion state of a fuel more correctly.

また、本実施形態では、前記のようにキャビティ内外の各領域毎に熱発生率波形を作成するに際し、当該各領域の個々の燃料噴霧(噴射燃料)について個別に未燃燃料量を推定し、これを減算した有効噴射量に基づいて前記のように理想熱発生率波形を作成するようにしている。これにより、理想熱発生率波形の作成精度をさらに高めることが可能になる。   Further, in the present embodiment, when creating the heat generation rate waveform for each region inside and outside the cavity as described above, the unburned fuel amount is estimated individually for each fuel spray (injected fuel) in each region, The ideal heat release rate waveform is created as described above based on the effective injection amount obtained by subtracting this. Thereby, it becomes possible to further improve the accuracy of creating the ideal heat generation rate waveform.

そして、本実施形態では、前記各理想熱発生率波形を合成して気筒内全体を対象とする理想熱発生率波形を作成し、この理想熱発生率波形を利用して燃焼状態の診断を行っている。このため、実熱発生率波形が理想熱発生率波形から所定量以上乖離している場合には、燃焼形態に異常が生じていると診断することができる。よって、燃焼状態の異常の診断を高い精度で行うことができ、診断精度の向上が図られる。   In this embodiment, the ideal heat generation rate waveforms are synthesized to create an ideal heat generation rate waveform for the entire cylinder, and the combustion state is diagnosed using the ideal heat generation rate waveform. ing. For this reason, when the actual heat generation rate waveform deviates from the ideal heat generation rate waveform by a predetermined amount or more, it can be diagnosed that an abnormality has occurred in the combustion mode. Therefore, the abnormality of the combustion state can be diagnosed with high accuracy, and the diagnostic accuracy can be improved.

燃焼状態に異常があると診断された場合、異常のある反応形態に対して改善策(制御パラメータの補正)を講じることで(乖離が所定の補正可能乖離量以下である場合)、その反応状態を適正化するための最適な制御パラメータを補正することが可能になり、効果的な補正動作が行える。これにより、燃料の燃焼に係る各反応全体を理想的な反応に近付ける(各反応の実熱発生率波形を理想熱発生率波形に近付ける)ことが可能になって、エンジン1の制御性を大幅に改善できる。   When it is diagnosed that there is an abnormality in the combustion state, by taking improvement measures (correction of control parameters) for the abnormal reaction mode (when the divergence is less than or equal to a predetermined correctable deviation), the reaction state It is possible to correct the optimum control parameter for optimizing the above, and an effective correction operation can be performed. As a result, it becomes possible to bring the entire reaction related to fuel combustion closer to the ideal reaction (the actual heat generation rate waveform of each reaction is brought closer to the ideal heat generation rate waveform), and the controllability of the engine 1 is greatly increased. Can be improved.

また、反応に異常が生じていると診断された場合において、その異常が解消可能であるか否かを、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離量に基づいて判断するようにしているため、制御パラメータの補正によって正常な反応状態が得られる状態と、部品交換などのメンテナンスが必要な状態とを正確に判別することが可能になる。   Further, when it is diagnosed that an abnormality has occurred in the reaction, whether or not the abnormality can be resolved is determined based on a deviation amount of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform. Therefore, it is possible to accurately determine a state in which a normal reaction state is obtained by correcting the control parameter and a state in which maintenance such as component replacement is necessary.

−他の実施形態−
以上、説明した実施形態は、自動車に搭載された直列4気筒ディーゼルエンジン1に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。また、本発明は軽油を燃料とするディーゼルエンジンに限らず、ガソリンやその他の燃料を使用するエンジンに対しても適用が可能である。
-Other embodiments-
As described above, the embodiment described above has described the case where the present invention is applied to the in-line four-cylinder diesel engine 1 mounted on an automobile. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, horizontally opposed engine, etc.) are not particularly limited. Further, the present invention is not limited to diesel engines using light oil as fuel, but can also be applied to engines using gasoline or other fuels.

また、前記実施形態では、本発明に係る燃焼状態診断装置を車載のECU100のROMに格納(車両に実装)し、エンジン1の運転状態において燃焼状態の診断を行うようにしていた。本発明はこれに限らず、実験装置(エンジンベンチ試験器)に前記燃焼状態診断装置を備えさせ、エンジン1の設計段階において、この実験装置上でエンジン1を試験運転させる際に燃焼状態の診断を行って、制御パラメータの適正値を取得するといった使用形態に適用することも可能である。   In the above embodiment, the combustion state diagnosis apparatus according to the present invention is stored in the ROM of the in-vehicle ECU 100 (mounted on the vehicle), and the combustion state is diagnosed in the operating state of the engine 1. The present invention is not limited to this, and the combustion state diagnosis device is provided in an experimental device (engine bench tester), and the combustion state is diagnosed when the engine 1 is tested on the experimental device in the design stage of the engine 1. It is also possible to apply to a usage pattern in which an appropriate value of the control parameter is obtained by performing the above.

また、前記実施形態は、キャビティ外領域およびキャビティ内領域それぞれについて理想熱発生率波形を作成し、これらを合成することによって燃焼状態の診断に利用するものであった。本発明は、これに限定されるものではなく、前記領域毎に作成された理想熱発生率波形を個別に用いて燃焼状態の診断を行うようにしたり、エンジンの設計や制御パラメータの適合値を求めるために利用してもよい。   In the above embodiment, ideal heat generation rate waveforms are created for each of the region outside the cavity and the region inside the cavity, and these are combined and used for diagnosis of the combustion state. The present invention is not limited to this, and the diagnosis of the combustion state can be performed by using the ideal heat generation rate waveform created for each region individually, and the engine design and the control parameter can be adjusted. It may be used for seeking.

また、前記実施形態では、キャビティ内外の各領域毎に理想熱発生率波形を作成する際に、それら各領域に分かれて不連続な燃焼を行う個々の燃料噴霧(噴射燃料)について、個別に未燃燃料量を推定し、この推定値を減算した有効噴射量に基づいて、前記理想熱発生率波形を作成するようにしている。しかし、本発明において、「気筒内に噴射された燃料の燃焼が不連続となる場合」というのは、前記のように燃料噴霧がキャビティ内外の各領域に分かれる場合に限定されるものではない。   Further, in the above embodiment, when the ideal heat generation rate waveform is created for each region inside and outside the cavity, individual fuel sprays (injected fuel) that are divided into these regions and perform discontinuous combustion are not yet individually obtained. The ideal heat generation rate waveform is created based on the effective injection amount obtained by subtracting the estimated value by estimating the fuel amount. However, in the present invention, “the case where the combustion of the fuel injected into the cylinder is discontinuous” is not limited to the case where the fuel spray is divided into the respective regions inside and outside the cavity as described above.

例えば、1回の燃焼サイクルにおいて気筒内に燃料を複数回に分割して噴射する場合に、不連続となる個々の燃料噴霧(噴射燃料)についても個別に未燃燃料量を推定し、この推定値を減算した有効噴射量に基づいて、熱発生率波形を作成することが好ましい。   For example, when fuel is divided into a plurality of times and injected into a cylinder in a single combustion cycle, the amount of unburned fuel is estimated separately for each discontinuous fuel spray (injected fuel). It is preferable to create the heat release rate waveform based on the effective injection amount obtained by subtracting the value.

また、前記実施形態では、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。   Further, in the above-described embodiment, the engine 1 to which the piezo injector 23 that changes the fuel injection rate by being in a fully opened valve state only during the energization period is described. However, the present invention applies a variable injection rate injector. Application to engines is also possible.

本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、燃料の各反応の熱発生率波形の作成および各反応の診断に適用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to creation of a heat release rate waveform for each reaction of fuel and diagnosis of each reaction in a diesel engine mounted on an automobile.

1 エンジン(内燃機関)
12 シリンダボア(気筒)
13 ピストン
13b キャビティ
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
3 気筒内燃焼室
100 ECU
I,I' 気化反応の理想熱発生率波形モデル
II,II' 低温酸化反応の理想熱発生率波形モデル
III,III' 熱分解反応の理想熱発生率波形モデル
IV,IV' 高温酸化反応の理想熱発生率波形モデル
V,V' 高温酸化反応の理想熱発生率波形モデル
1 engine (internal combustion engine)
12 Cylinder bore (cylinder)
13 Piston 13b Cavity 23 Injector (fuel injection valve)
3 In-cylinder combustion chamber 100 ECU
I, I 'ideal heat release rate waveform model of vaporization reaction
II, II 'Waveform model of ideal heat release rate for low-temperature oxidation reaction
III, III 'ideal heat release rate waveform model of pyrolysis reaction
IV, IV 'Ideal heat release rate waveform model for high temperature oxidation reaction V, V' Ideal heat release rate waveform model for high temperature oxidation reaction

Claims (10)

燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の燃焼を行う内燃機関における前記燃焼の熱発生率波形を作成する装置であって、
前記噴射された燃料の燃焼が不連続となる場合に、この不連続な燃焼を行う個々の噴射燃料について個別に未燃燃料量を推定し、この推定結果から求まる有効噴射量に基づいて、前記燃焼の理想熱発生率波形を作成する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
An apparatus for generating a heat release rate waveform of the combustion in an internal combustion engine that performs combustion of fuel injected into a cylinder from a fuel injection valve,
When the combustion of the injected fuel becomes discontinuous, the amount of unburned fuel is estimated individually for each injected fuel that performs this discontinuous combustion, and based on the effective injection amount obtained from this estimation result, An apparatus for creating a heat release rate waveform of an internal combustion engine, characterized in that it is configured to create an ideal heat release rate waveform for combustion.
請求項1記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記燃料の燃焼が不連続となる場合は、燃料が複数回に分けて噴射される場合、または噴射された燃料が、ピストンに設けられたキャビティの内部領域および外部領域に噴き分けられる燃料噴射期間が存在している場合、の少なくとも一方であることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
In the internal combustion engine heat release rate waveform creation device according to claim 1,
When the combustion of the fuel is discontinuous, the fuel is injected in a plurality of times, or the injected fuel is injected into the internal region and the external region of the cavity provided in the piston Is a heat release rate waveform creation device for an internal combustion engine, characterized in that at least one of them is present.
請求項2記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記キャビティの内部領域および外部領域への燃料の噴き分け率に基づいて、これら各領域にそれぞれ噴射された燃料の量を算出するとともに、当該各領域毎に異なる計算式を用いて未燃燃料量を推定する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
In the internal combustion engine heat release rate waveform creation device according to claim 2,
Based on the ratio of fuel injection to the inner region and the outer region of the cavity, the amount of fuel injected into each of these regions is calculated, and the amount of unburned fuel is calculated using a different calculation formula for each region. An apparatus for generating a heat release rate waveform of an internal combustion engine, characterized in that:
請求項3記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記各領域毎に有効噴射量を求めて理想熱発生率波形を作成し、これらの理想熱発生率波形を合成することによって、気筒内全体を対象とする理想熱発生率波形を作成する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
In the internal combustion engine heat release rate waveform creation device according to claim 3,
A configuration for creating an ideal heat generation rate waveform for each region and creating an ideal heat generation rate waveform and synthesizing these ideal heat generation rate waveforms to create an ideal heat generation rate waveform for the entire cylinder; An apparatus for generating a heat release rate waveform of an internal combustion engine, characterized by comprising:
請求項1〜4の何れか一つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記燃焼の不連続な個々の噴射燃料毎に、少なくとも燃料噴射量および噴射圧力の積と、噴射時期とをパラメータとする計算式を用いて、未燃燃料量を推定する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
In the internal combustion engine heat release rate waveform creation device according to any one of claims 1 to 4,
It is configured to estimate the amount of unburned fuel by using a calculation formula that uses at least the product of the fuel injection amount and the injection pressure and the injection timing as parameters for each discontinuous injected fuel of the combustion. An apparatus for creating a heat release rate waveform of an internal combustion engine.
請求項1〜5の何れか一つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記燃料の燃焼を少なくとも気化反応、低温酸化反応、熱分解反応および高温酸化反応によって規定し、それぞれの反応について反応速度、反応量、反応期間を算出して、理想熱発生率波形を作成する構成となっており、
前記それぞれの反応について、少なくとも反応速度および反応量の算出に前記有効噴射量を用いることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
In the internal combustion engine heat release rate waveform creation device according to any one of claims 1 to 5,
A configuration in which combustion of the fuel is defined by at least a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, and a high temperature oxidation reaction, and an ideal heat generation rate waveform is created by calculating a reaction rate, a reaction amount, and a reaction period for each reaction. And
An apparatus for generating a heat release rate waveform of an internal combustion engine, wherein the effective injection amount is used to calculate at least a reaction rate and a reaction amount for each reaction.
請求項6記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記理想熱発生率波形は、前記燃料の各反応の開始時期を基点として、反応速度を斜辺の勾配、反応量を面積、反応期間を底辺の長さとする三角形で成る理想熱発生率波形モデルを作成し、各反応の理想熱発生率波形モデルを合成した上でフィルタ処理によって円滑化することで、作成されることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
In the internal combustion engine heat release rate waveform creation device according to claim 6,
The ideal heat generation rate waveform is an ideal heat generation rate waveform model composed of triangles with the reaction rate as the base point, the reaction rate as the slope, the reaction amount as the area, and the reaction period as the base length. An apparatus for creating a heat release rate waveform of an internal combustion engine, which is created by synthesizing an ideal heat release rate waveform model of each reaction and smoothing it by filtering.
請求項1〜7のうち何れか一つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置によって求められた理想熱発生率波形と、気筒内で実際に燃料が燃焼した際の実熱発生率波形とを比較し、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定量以上となっている場合に、燃料の燃焼に係る反応に異常が生じていると診断する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。   An ideal heat generation rate waveform obtained by the internal combustion engine heat generation rate waveform creation device according to any one of claims 1 to 7, and an actual heat generation rate waveform when fuel is actually burned in a cylinder. And when the deviation of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform is greater than or equal to a predetermined amount, it is configured to diagnose that an abnormality has occurred in the reaction related to fuel combustion. A combustion state diagnosis apparatus for an internal combustion engine characterized by the above. 請求項8記載の内燃機関の燃焼状態診断装置において、
前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の異常判定乖離量以上となっている反応が存在しており、その反応に異常が生じていると診断された際において、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の補正可能乖離量以下である場合には、内燃機関の制御パラメータの補正を行って前記乖離を前記異常判定乖離量未満にする制御を行う一方、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が前記補正可能乖離量を超えている場合には、内燃機関に故障が生じていると診断することを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。
The combustion state diagnosis apparatus for an internal combustion engine according to claim 8,
When there is a reaction in which the deviation of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform is greater than or equal to a predetermined abnormality determination deviation amount, and it is diagnosed that the reaction is abnormal, When the deviation of the actual heat generation rate waveform with respect to the generation rate waveform is equal to or less than a predetermined correctable deviation amount, the control parameter of the internal combustion engine is corrected to control the deviation to be less than the abnormality determination deviation amount. A combustion state diagnosis of an internal combustion engine characterized by diagnosing that a failure has occurred in the internal combustion engine when the deviation of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform exceeds the correctable deviation amount apparatus.
請求項8または9に記載の内燃機関の燃焼状態診断装置において、
車両に実装または実験装置に搭載されていることを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。
The combustion state diagnostic apparatus for an internal combustion engine according to claim 8 or 9,
A combustion state diagnostic device for an internal combustion engine, which is mounted on a vehicle or mounted on an experimental device.
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