JP6015563B2 - 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

Info

Publication number
JP6015563B2
JP6015563B2 JP2013115266A JP2013115266A JP6015563B2 JP 6015563 B2 JP6015563 B2 JP 6015563B2 JP 2013115266 A JP2013115266 A JP 2013115266A JP 2013115266 A JP2013115266 A JP 2013115266A JP 6015563 B2 JP6015563 B2 JP 6015563B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction
rate waveform
heat generation
fuel
generation rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013115266A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014234727A (en
Inventor
灘 光博
光博 灘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2013115266A priority Critical patent/JP6015563B2/en
Publication of JP2014234727A publication Critical patent/JP2014234727A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6015563B2 publication Critical patent/JP6015563B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

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熱発生率波形作成装置、及び、内燃機関の燃焼状態を診断する燃焼状態診断装置に関する。   The present invention relates to a heat generation rate waveform generation device that generates a heat generation rate waveform of an internal combustion engine such as a diesel engine, and a combustion state diagnosis device that diagnoses the combustion state of the internal combustion engine.

従来、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」という場合もある)では燃焼状態を評価している。この燃焼状態の評価手法として具体的には、燃焼室内での熱発生率(クランクシャフトの単位回転角度当たりの熱発生量)の変化である熱発生率波形を用い、その波形が理想的な波形となっているか否かを判断することで燃焼室内での燃焼状態を評価している(例えば、特許文献1参照)。また、熱発生率波形を構成する反応形態(燃焼形態)としては、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応などがあり、その各反応それぞれに対して熱発生率波形を求め、その熱発生率波形を用いて各反応形態の燃焼状態を診断している。   Conventionally, the combustion state of a diesel engine (hereinafter, simply referred to as “engine”) used as an automobile engine or the like is evaluated. Specifically, this combustion state evaluation method uses a heat generation rate waveform that is a change in the heat generation rate (heat generation amount per unit rotation angle of the crankshaft) in the combustion chamber, and the waveform is an ideal waveform. The combustion state in the combustion chamber is evaluated by judging whether or not (see, for example, Patent Document 1). In addition, as the reaction form (combustion form) constituting the heat release rate waveform, there are a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, a high temperature oxidation reaction, etc., and a heat release rate waveform is obtained for each of the reactions, The combustion state of each reaction form is diagnosed using the heat release rate waveform.

特開2011−106334号公報JP 2011-106334 A 特開2010−138712号公報JP 2010-138712 A

ディーゼルエンジンにおいて、気筒内に噴射された噴霧燃料は気化し(気化反応)、気筒内温度(筒内ガス温度)が750K(低温酸化反応開始温度)に到達した時点で、噴霧燃料のうちの低温酸化反応成分(n−セタン等)の酸化が開始される(低温酸化反応が開始される)。このような低温酸化反応では、燃料噴射時期によって気筒内で燃料が浮遊する浮遊期間が変化する。燃料の浮遊期間が変化すると、低温酸化反応の反応開始可能温度(反応開始時期)が変わってしまうため、その反応開始時期を正確に把握することが熱発生率波形を精度良く作成する上で重要となる。   In a diesel engine, the atomized fuel injected into the cylinder is vaporized (vaporization reaction), and when the in-cylinder temperature (in-cylinder gas temperature) reaches 750 K (low temperature oxidation reaction start temperature), the low temperature of the atomized fuel. Oxidation of an oxidation reaction component (n-cetane or the like) is started (low temperature oxidation reaction is started). In such a low temperature oxidation reaction, the floating period in which the fuel floats in the cylinder changes depending on the fuel injection timing. When the fuel floating period changes, the temperature at which the low-temperature oxidation reaction can start (reaction start time) changes. Therefore, it is important to accurately determine the reaction start time in order to accurately generate the heat release rate waveform. It becomes.

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、低温酸化反応の熱発生率波形を高い精度で作成することが可能な内燃機関の熱発生率波形作成装置を提供すること、及び、内燃機関の燃焼状態を診断する燃焼状態診断装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and provides a heat generation rate waveform creation device for an internal combustion engine capable of creating a heat generation rate waveform of a low-temperature oxidation reaction with high accuracy, and An object of the present invention is to provide a combustion state diagnostic device for diagnosing the combustion state of an internal combustion engine.

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燃料の反応の熱発生率波形を作成する装置を対象としている。このような熱発生率波形作成装置において、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の反応のうち、低温酸化反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度以下の温度領域での燃料噴射の場合、前記気筒内に燃料が浮遊する浮遊期間に応じて当該浮遊期間が長いほど反応開始時期を進角側に設定して当該低温酸化反応の理想熱発生率波形を作成することを技術的特徴としている。   The present invention is directed to an apparatus for creating a heat generation rate waveform of a fuel reaction in an internal combustion engine that burns fuel injected into a cylinder from a fuel injection valve. In such a heat generation rate waveform creation device, when creating the ideal heat generation rate waveform of the low temperature oxidation reaction among the reactions of the fuel injected from the fuel injection valve, the in-cylinder gas temperature is the reference reaction of the low temperature oxidation reaction. In the case of fuel injection in a temperature region below the start temperature, the reaction start time is set to an advance side as the floating period is longer according to the floating period in which the fuel floats in the cylinder, and the ideal heat of the low temperature oxidation reaction The technical feature is to create an incidence waveform.

この発明において、浮遊期間は、気筒内に噴射された燃料の気化開始時期から筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度(750K)に到達するまでの期間とする。   In this invention, the floating period is a period from the start of vaporization of the fuel injected into the cylinder until the in-cylinder gas temperature reaches the reference reaction start temperature (750 K) of the low temperature oxidation reaction.

この発明にあっては、燃料噴射時の筒内ガス温度が基準反応開始温度(750K)であるときに低温酸化反応の開始に必要な浮遊期間を基準とすると、その基準浮遊期間よりも実際の浮遊期間(活性化エネルギ取得期間)が長くなるほど、低温酸化反応の反応開始可能温度が750Kよりも低温側に変化する(低温酸化反応の反応開始時期が進角側に変化する)という点に着目し、上記した構成つまり筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度以下(750K以下)の温度領域で気筒内に燃料が噴射された場合、気筒内で燃料(気化燃料)が浮遊する浮遊期間に応じて当該浮遊期間が長いほど反応開始時期を進角側に設定するという構成を採用している。このような構成により、低温酸化反応の反応開始時期を正確に規定することが可能となり、低温酸化反応の理想熱発生率波形を高い精度で作成することができる。   In the present invention, when the in-cylinder gas temperature at the time of fuel injection is the reference reaction start temperature (750 K), when the floating period necessary for starting the low temperature oxidation reaction is used as a reference, the actual floating period is more than the reference floating period. Pay attention to the fact that the longer the floating period (activation energy acquisition period), the lower the temperature at which the reaction start of the low-temperature oxidation reaction starts, the lower the temperature from 750 K (the reaction start time of the low-temperature oxidation reaction changes to the advance side). When the fuel is injected into the cylinder in the above-described configuration, that is, the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the reference reaction start temperature of the low-temperature oxidation reaction (750 K or less), the fuel (vaporized fuel) floats in the cylinder. A configuration is adopted in which the reaction start time is set to the advance side as the floating period is longer depending on the period. With such a configuration, it is possible to accurately define the reaction start timing of the low-temperature oxidation reaction, and an ideal heat generation rate waveform of the low-temperature oxidation reaction can be created with high accuracy.

ここで、本発明でいう「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のことである。   Here, the “ideal heat generation rate waveform” in the present invention means that the fuel injection amount according to the command injection amount, the fuel injection pressure according to the command injection pressure, and the fuel injection period according to the command injection period are secured. This is the state of the heat release rate waveform that should be obtained theoretically assuming that the combustion efficiency is sufficiently high.

また、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。   Further, 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.

また、前記「気化開始時期」について説明すると、燃料が噴射される温度場(筒内ガス温度)が、623K(軽油の沸点(最大値))以上である場合は燃料噴射開始と同時に気化が開始されるので、気化開始時期は燃料噴射開始時期と同じタイミングとなる(気化開始時期=燃料噴射開始時期)。なお、623Kよりも低温側の温度領域で燃料を噴射した場合は燃料噴射開始時期に対して気化開始時期が遅角側にずれるので、623Kよりも低い側の温度領域をも対象とする場合には、その遅延分を考慮して気化開始時期を決定すればよい。   Further, the “vaporization start timing” will be described. When the temperature field (in-cylinder gas temperature) at which the fuel is injected is equal to or higher than 623 K (the boiling point (maximum value) of light oil), vaporization starts simultaneously with the start of fuel injection. Therefore, the vaporization start timing is the same as the fuel injection start timing (vaporization start timing = fuel injection start timing). When fuel is injected in a temperature range lower than 623K, the vaporization start timing shifts to the retard side with respect to the fuel injection start timing, so that the temperature range lower than 623K is also targeted. May determine the vaporization start time in consideration of the delay.

この発明の熱発生率波形作成装置において、低温酸化反応の理想熱発生率波形の作成に加えて、気化反応、熱分解反応、及び、高温酸化反応等の各反応の理想熱発生率波形を作成するようにしてもよい。このように、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応それぞれに対して理想熱発生率波形を求めておくことで、個々の反応形態を個別に規定することが可能である。例えば、後述する燃焼状態の診断に利用する場合には、この理想熱発生率波形と実熱発生率波形とを比較することにより、いずれの反応において異常が生じているかを判別することが可能になる。特に、気化反応や熱分解反応は吸熱反応であるが(熱分解反応が発熱反応である場合もある)、この吸熱反応に対しても、その反応速度、反応量、反応期間に異常が生じていないか否かを診断することが可能であり、診断精度の向上を図ることができる。   In the heat generation rate waveform creation device of the present invention, in addition to creating an ideal heat generation rate waveform for a low temperature oxidation reaction, an ideal heat generation rate waveform for each reaction such as a vaporization reaction, a thermal decomposition reaction, and a high temperature oxidation reaction is created. You may make it do. Thus, by obtaining the ideal heat generation rate waveform for each of the vaporization reaction, the low temperature oxidation reaction, the thermal decomposition reaction, and the high temperature oxidation reaction, it is possible to individually define each reaction form. For example, when used for diagnosis of a combustion state to be described later, it is possible to determine in which reaction an abnormality has occurred by comparing the ideal heat generation rate waveform and the actual heat generation rate waveform. Become. In particular, the vaporization reaction and the thermal decomposition reaction are endothermic reactions (the thermal decomposition reaction may be an exothermic reaction), but there are abnormalities in the reaction rate, reaction amount, and reaction period for this endothermic reaction. It is possible to diagnose whether or not there is any, and it is possible to improve the diagnostic accuracy.

なお、前記各反応それぞれに対して求められた理想熱発生率波形の利用形態としては、燃焼状態の診断だけでなく、内燃機関の設計や制御パラメータの適合値の取得等も挙げられる。   Note that the utilization form of the ideal heat release rate waveform obtained for each of the reactions includes not only the diagnosis of the combustion state but also the design of the internal combustion engine and the acquisition of the appropriate value of the control parameter.

また、前記低温酸化反応を含む各反応の理想熱発生率波形の作成手順としては、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フィルタ処理によって円滑化することで作成される。   In addition, as a procedure for creating an ideal heat release rate waveform of each reaction including the low-temperature oxidation reaction, the reaction rate is the slope of the reaction, the reaction amount is the area, and the reaction period is the base length, starting from the reaction start time. It is created by creating an ideal heat release rate waveform model consisting of triangles, and smoothing the ideal heat release rate waveform model of each reaction 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。つまり、前記理想熱発生率波形と、気筒内で実際に燃料が反応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 heat generation rate waveform generating apparatus for an internal combustion engine 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 reacts in the cylinder, and the deviation of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform becomes a predetermined amount or more. In this case, it is configured to diagnose that an abnormality has occurred in the fuel reaction.

より具体的には、前記理想熱発生率波形と、気筒内で実際に燃料が反応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反応が存在する場合に、その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。   More specifically, the ideal heat generation rate waveform is compared with the actual heat generation rate waveform when the fuel actually reacts in the cylinder, and the deviation of the actual heat generation rate waveform from the ideal heat generation rate waveform is determined. When there is a reaction that is more than a fixed amount, it is configured to diagnose that an abnormality has occurred in the reaction.

ここでいう「反応の異常」とは、内燃機関の運転に支障をきたす程度の反応異常(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である)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 “reaction abnormality” here is not limited to a reaction abnormality (such as equipment failure) that hinders the operation of the internal combustion engine, but can correct (or learn) the control parameters of the internal combustion engine (for example, exhaust gas). This includes the case where there is a deviation in the heat generation rate waveform to the extent that it is possible to correct emissions and combustion noise within the limits of regulation.

この特定事項により、燃料の複数の反応(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。つまり、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。   With this specific matter, when the actual heat generation rate waveform deviates from the ideal heat generation rate waveform by a predetermined amount or more in a plurality of fuel reactions (reaction forms), it is diagnosed that the reaction is abnormal. It will be. In other words, each reaction of the fuel has different characteristics (reaction start temperature, reaction rate, etc.), so that each ideal characteristic and the actually obtained (actually measured) actual heat generation rate waveform By comparing with the characteristics, 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。つまり、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。   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.

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、筒内ガス温度、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、これら筒内ガス温度、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。   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 gas temperature, oxygen density, and fuel density, and any of these in-cylinder gas temperature, oxygen density, or fuel density is lower than the lower limit value. If the control parameter correction amount of the internal combustion engine exceeds a predetermined guard value, it is diagnosed that the internal combustion engine has failed.

ここで、前記内燃機関の熱発生率波形作成装置の使用形態としては、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。   Here, the usage pattern of the heat generation rate waveform generating device for the internal combustion engine specifically includes mounting on a vehicle or mounting on an experimental device.

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

本発明によれば、筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度以下の温度領域での燃料噴射の場合、気筒内に燃料が浮遊する浮遊期間に応じて当該浮遊期間が長いほど反応開始時期を進角側に設定しているので、低温酸化反応の反応開始時期を正確に規定することができる。これによって低温酸化反応の理想熱発生率波形を高い精度で作成することができる。また、この理想熱発生率波形を利用して燃焼状態の診断を行うようにした場合には、診断の精度を高めることができる。   According to the present invention, in the case of fuel injection in a temperature range where the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the reference reaction start temperature of the low-temperature oxidation reaction, the reaction starts as the floating period increases according to the floating period in which the fuel floats in the cylinder. Since the timing is set to the advance side, the reaction start timing of the low temperature oxidation reaction can be accurately defined. As a result, an ideal heat generation rate waveform of the low-temperature oxidation reaction can be created with high accuracy. Further, when the combustion state is diagnosed using this ideal heat generation rate waveform, the accuracy of the diagnosis can be increased.

実施形態に係るディーゼルエンジン及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及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及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. 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. 低温酸化反応の反応開始可能温度を求めるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map which calculates | requires the reaction start possible temperature of a low-temperature oxidation reaction. 燃焼状態診断及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. 回転速度補正係数マップを示す図である。It is a figure which shows a rotational speed correction coefficient map. 理想熱発生率波形モデルを示し、図9(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9(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。9A shows an ideal heat generation rate waveform model, FIG. 9A shows a case where the ideal heat generation rate waveform model is an isosceles triangle, and FIG. 9B shows a case where the ideal heat generation rate waveform model is an unequal triangle. FIG. 図10(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10(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. 10A shows the relationship between the elapsed time when the fuel is injected from the injector and the amount of fuel supplied into the cylinder, and FIG. 10B shows the reaction of the fuel injected in each injection period. It is a figure which shows quantity. 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. 図11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. 11 by a filter process. 1回の燃料噴射が行われた場合の理想熱発生率波形(実線)、及び、実熱発生率波形(破線及び一点鎖線)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 (solid line) at the time of one fuel injection, 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、車両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、本発明の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 of 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 a vehicle will be described. To do.

−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1」という)及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 “engine 1”) and its control system according to the present embodiment.

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 the present 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.

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 increases the pressure of the fuel pumped from the fuel tank 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 accumulating chamber that holds (accumulates) high-pressure fuel at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 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及び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 storage 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。   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. .

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、その中央部分(シリンダ中心線P上)では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。   As the shape of the cavity 13b, the concave dimension is small in the central portion (on the cylinder center line P), and the concave dimension is increased toward the outer peripheral side.

前記ピストン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に連結されている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。このグロープラグ19の通電はECU100によって制御される。   The piston 13 is connected to a crankshaft that is an engine output shaft by a connecting rod 18. Further, a glow plug 19 is disposed toward the combustion chamber 3. The energization of the glow plug 19 is controlled by the ECU 100.

前記シリンダヘッド15には、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16及び排気ポート71を開閉する排気バルブ17が配設されている。   The cylinder head 15 is provided with an intake valve 16 for opening and closing an intake port 15a and an exhaust valve 17 for opening and closing an exhaust port 71.

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及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.

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。   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.

また、エンジン1には、排気の一部を吸気系6に適宜還流させる排気還流通路(EGR通路)8が設けられている。また、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 engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 8 for appropriately returning a part of the exhaust gas to the intake system 6. The EGR passage 8 is provided with an EGR valve 81 and an EGR cooler 82.

−センサ類−
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the engine 1, and signals related to the environmental conditions of each part and the operating state of the engine 1 are output.

例えば、前記エアフローメータ43は、吸気系6内の吸気絞り弁62上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。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の開度を検出する。吸気圧センサ48は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ49は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。A/F(空燃比)センサ44a,44bは、NSR触媒75の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。   For example, the air flow meter 43 outputs a detection signal corresponding to the flow rate (intake air amount) of the intake air upstream of the intake throttle valve 62 in the intake system 6. 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 detects the opening of the intake throttle valve 62. The intake pressure sensor 48 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure. The intake air temperature sensor 49 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the temperature of the intake air. The A / F (air-fuel ratio) sensors 44a and 44b are arranged on the upstream side and the downstream side of the NSR catalyst 75, respectively, and output detection signals that change continuously according to the oxygen concentration in the exhaust gas.

−ECU−
ECU100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等からなるマイクロコンピュータと、入力回路及び出力回路とを備えている。
-ECU-
The ECU 100 includes a microcomputer (not shown) such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), etc., and an input circuit and an output circuit.

図3に示すように、ECU100の入力回路には、上記レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、A/Fセンサ44a,44b、排気温センサ45a,45b、吸気圧センサ48、吸気温センサ49が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ46、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ47、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力するクランクポジションセンサ40、及び、気筒内(燃焼室3)内の圧力を検出する筒内圧センサ(CPS(Combustion Pressure Sensor))4Aなどが接続されている。   As shown in FIG. 3, the input circuit of the ECU 100 includes the rail pressure sensor 41, the throttle opening sensor 42, the air flow meter 43, the A / F sensors 44a and 44b, the exhaust temperature sensors 45a and 45b, the intake pressure sensor 48, An intake air temperature sensor 49 is connected. Further, the input circuit includes a water temperature sensor 46 that outputs a detection signal corresponding to the cooling water temperature of the engine 1, an accelerator opening sensor 47 that outputs a detection signal corresponding to the depression amount of the accelerator pedal, and an output shaft (crank) of the engine 1. A crank position sensor 40 that outputs a detection signal (pulse) every time the shaft rotates a certain angle, an in-cylinder pressure sensor (CPS (Combustion Pressure Sensor)) 4A that detects the pressure in the cylinder (combustion chamber 3), etc. Is connected.

一方、ECU100の出力回路には、上記サプライポンプ21、インジェクタ23、吸気絞り弁62、EGRバルブ81、及び、上記ターボチャージャ5の可変ノズルベーン機構(可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ)54などが接続されている。   On the other hand, the output circuit of the ECU 100 includes the supply pump 21, the injector 23, the intake throttle valve 62, the EGR valve 81, the variable nozzle vane mechanism (actuator for adjusting the opening degree of the variable nozzle vane) 54 of the turbocharger 5 and the like. It is connected.

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及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、すなわち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、及び、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及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 the 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。また、ECU100は、グロープラグ19の通電制御を行う。   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. Further, the ECU 100 performs energization control of the glow plug 19.

−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及び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) descends via 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).

−燃料の反応形態の分離−
エンジン1の気筒内(燃焼室3内)に噴射された燃料の各反応形態(燃焼形態)は、図5に示すように、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応に分離することができる。これら燃焼形態は、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応の順で発生する。なお、図5は、1回の燃料噴射(パイロット噴射)が行われた場合の各反応形態における熱発生率波形を示す図である。各反応形態の詳細については後述する。
-Separation of reaction form of fuel-
Each reaction form (combustion form) of the fuel injected into the cylinder (combustion chamber 3) of the engine 1 is separated into a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, and a high temperature oxidation reaction, as shown in FIG. be able to. These combustion forms occur in the order of a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, and a high temperature oxidation reaction. In addition, FIG. 5 is a figure which shows the heat release rate waveform in each reaction form when one fuel injection (pilot injection) is performed. Details of each reaction mode will be described later.

−低温酸化反応の反応開始時期−
次に、低温酸化反応の反応開始時期について説明する。
-Reaction start time of low-temperature oxidation reaction-
Next, the reaction start timing of the low temperature oxidation reaction will be described.

まず、車両等に搭載されるエンジンにおいて、筒内ガス温度が750K以下の温度領域で燃料噴射が行われた場合、燃料噴射時期によって気筒内で燃料が浮遊する浮遊期間(活性化エネルギ取得期間)が変化する。噴霧燃料の浮遊期間が変化すると、低温酸化反応の反応開始可能温度(低温酸化反応の反応開始時期)が変わってしまうため、その反応開始時期を正確に把握することが熱発生率波形を精度良く作成する上で重要となる。   First, in an engine mounted on a vehicle or the like, when fuel injection is performed in a temperature range where the in-cylinder gas temperature is 750 K or less, a floating period (activation energy acquisition period) in which the fuel floats in the cylinder depending on the fuel injection timing Changes. When the sprayed fuel floating period changes, the temperature at which the low-temperature oxidation reaction can start (the low-temperature oxidation reaction start time) changes. Therefore, it is possible to accurately grasp the reaction start time and accurately calculate the heat release rate waveform. It is important in creating.

このような点を考慮して、本実施形態では、筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度(750K)以下の温度領域で気筒内(燃焼室3内)に燃料が噴射された場合、気筒内に燃料が浮遊する浮遊期間に応じて反応開始時期を可変に設定して当該低温酸化反応の熱発生率波形を作成することで、低温酸化反応の理想熱発生率波形を高い精度で作成できるようにする。   In consideration of such points, in the present embodiment, the fuel is injected into the cylinder (inside the combustion chamber 3) in the temperature range where the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the reference reaction start temperature (750K) of the low temperature oxidation reaction. By setting the reaction start time variably according to the floating period of fuel floating in the cylinder and creating the heat release rate waveform of the low temperature oxidation reaction, the ideal heat release rate waveform of the low temperature oxidation reaction can be obtained with high accuracy. Allow creation.

ここで、低温酸化反応の基準反応開始温度は750Kであるが、例えば早期噴射(例えばBTDC70〜40[°CA]での燃料噴射)を行った場合は、上記浮遊期間が長くなって活性化エネルギの取得期間が長くなるので、低温酸化反応は750Kに到達する前の低温側で反応開始可能となる。しかも、浮遊期間に応じて、その浮遊期間が長いほど、反応開始温度は低温側の値となる(反応開始時期は進角側の値となる)。こうした点を考慮して、本実施形態では、筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度以下の温度領域で気筒内に燃料が噴射された場合、上記浮遊期間に応じて、当該浮遊期間が長いほど反応開始時期を進角側に設定(規定)し、その反応開始時期を用いて低温酸化反応の理想熱発生率波形を作成する。その理想熱発生率波形の作成処理については後述する。   Here, the reference reaction start temperature of the low-temperature oxidation reaction is 750 K. For example, when early injection (for example, fuel injection at BTDC 70 to 40 [° CA]) is performed, the floating period becomes longer and the activation energy is increased. Therefore, the low-temperature oxidation reaction can be started on the low-temperature side before reaching 750K. Moreover, depending on the floating period, the longer the floating period, the lower the reaction start temperature (the reaction start time becomes the advance value). In view of these points, in the present embodiment, when fuel is injected into the cylinder in a temperature region where the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the reference reaction start temperature of the low-temperature oxidation reaction, the floating period is determined according to the floating period. The longer the is, the longer the reaction start time is set (regulated), and the ideal heat release rate waveform of the low-temperature oxidation reaction is created using the reaction start time. The process of creating the ideal heat generation rate waveform will be described later.

(低温酸化反応の反応開始時期の設定処理)
次に、低温酸化反応の反応開始時期の設定処理の一例について説明する。
(Processing for setting the reaction start time of the low-temperature oxidation reaction)
Next, an example of the process for setting the reaction start time of the low-temperature oxidation reaction will be described.

まず、この処理例では、燃料噴射時の筒内ガス温度が750K(基準反応開始温度)であるときに低温酸化反応の開始に必要な浮遊期間を基準とし、その基準浮遊期間よりも実際の浮遊期間(活性化エネルギ取得期間)が長くなるほど、低温酸化反応の反応開始可能温度が750Kよりも低温側に変化する(低温酸化反応の反応開始時期が進角側に変化する)という点を利用して低温酸化反応の反応開始時期を設定(規定)する。   First, in this processing example, when the in-cylinder gas temperature at the time of fuel injection is 750 K (reference reaction start temperature), the floating period necessary for starting the low temperature oxidation reaction is used as a reference, and the actual floating period is longer than the reference floating period. The longer the period (activation energy acquisition period), the more the temperature at which the reaction start of the low temperature oxidation reaction can be changed to a lower temperature than 750K (the reaction start time of the low temperature oxidation reaction changes to the advance side). Set (specify) the reaction start time of the low-temperature oxidation reaction.

また、この処理例では、低温酸化反応の反応開始可能温度の低温側の最小値は650K([軽油の沸点623K(最大値)]+マージン)とする。そして、このような温度場(650K以上の温度場)で気筒内に燃料が噴射された場合は、燃料噴射開始と同時に気化が開始されるようになる。つまり、気化開始時期は燃料噴射開始時期と同じタイミングとなる(気化開始時期=燃料噴射開始時期)。
・反応開始時期の設定処理の具体例
次に、反応開始時期の設定処理の具体例について以下に説明する。ただし、以下の処理は、筒内ガス温度が基準反応開始温度750K以下の温度領域(最小値は650K)での燃料噴射の場合を対象とする。この低温酸化反応の反応開始時期の設定処理は、例えばECU100において実行される。
Further, in this treatment example, the minimum value on the low temperature side of the reaction start possible temperature of the low temperature oxidation reaction is 650 K ([boiling point of light oil 623 K (maximum value)] + margin). When fuel is injected into the cylinder in such a temperature field (temperature field of 650 K or more), vaporization starts at the same time as fuel injection starts. That is, the vaporization start timing is the same as the fuel injection start timing (vaporization start timing = fuel injection start timing).
Specific Example of Reaction Start Time Setting Process Next, a specific example of the reaction start time setting process will be described below. However, the following processing is targeted for the case of fuel injection in a temperature region (the minimum value is 650 K) where the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the reference reaction start temperature 750 K. The process for setting the reaction start time of the low-temperature oxidation reaction is executed in the ECU 100, for example.

[ST11]筒内ガス温度を推定し、その推定筒内ガス温度、及び、低温酸化反応の基準反応開始温度750Kを用いて、筒内ガス温度が基準反応開始温度750Kに到達するクランク角度[°CA]を算出し、その算出したクランク角度(絶対値)を基準温度到達時期[°CA]とする。   [ST11] A cylinder angle at which the in-cylinder gas temperature reaches the reference reaction start temperature 750K using the estimated in-cylinder gas temperature and the reference reaction start temperature 750K of the low temperature oxidation reaction [°] CA] is calculated, and the calculated crank angle (absolute value) is set as the reference temperature arrival time [° CA].

なお、筒内ガス温度については、例えば、上記吸気温センサ49によって検出された吸入空気温度とピストン13の移動に伴って変化する空気の圧縮率とに基づいて推定(ポリトロープ変化に基づく算出式より算出)する。また、筒内ガス温度を推定する際に、気化反応(吸熱反応)の反応熱量に相当する分の温度を減算するようにしてもよい。   The in-cylinder gas temperature is estimated based on, for example, the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 49 and the air compression rate that changes as the piston 13 moves (from a calculation formula based on polytropic change). calculate. Further, when estimating the in-cylinder gas temperature, the temperature corresponding to the reaction heat amount of the vaporization reaction (endothermic reaction) may be subtracted.

[ST12]上記[ST11]で算出した基準温度到達時期[°CA]と、気化開始時期(実際の燃料噴射開始時期)[°CA]とを用いて、下記の式(1)から燃料噴霧の浮遊期間FTx[sec](絶対値)を算出する。   [ST12] Using the reference temperature arrival time [° CA] calculated in [ST11] and the vaporization start time (actual fuel injection start time) [° CA], the fuel spray is calculated from the following equation (1). The floating period FTx [sec] (absolute value) is calculated.

浮遊期間FTx=|(気化開始時期−基準温度到達時期)×{60[sec]/(NE[rpm]×360[°CA])}| ・・・(1)
なお、エンジン回転速度(回転数)NE[rpm]は、クランクポジションセンサ40の出力信号から算出する。
Floating period FTx = | (Vaporization start time−reference temperature arrival time) × {60 [sec] / (NE [rpm] × 360 [° CA])} | (1)
The engine speed (rotation speed) NE [rpm] is calculated from the output signal of the crank position sensor 40.

[ST13]上記[ST12]で算出した燃料噴霧の浮遊期間FTx[sec]を用いて図6に示すマップを参照して、低温酸化反応の反応開始可能温度αx[K](基準反応開始温度750Kよりも低温側の温度)を算出する。そして、その算出した低温酸化反応の反応開始可能温度αx[K]を用いて、筒内ガス温度が低温酸化反応の反応開始可能温度αx[K]に到達するクランク角度を算出し、その算出したクランク角度を低温酸化反応の反応開始時期[°CA]とする。このようにして算出した低温酸化反応の反応開始時期を、後述する理想熱発生率波形の作成処理に用いる。   [ST13] With reference to the map shown in FIG. 6 using the fuel spray floating period FTx [sec] calculated in [ST12] above, the reaction start possible temperature αx [K] (reference reaction start temperature 750 K) of the low temperature oxidation reaction Temperature on the lower temperature side). And the crank angle at which the in-cylinder gas temperature reaches the reaction startable temperature αx [K] of the low temperature oxidation reaction is calculated using the calculated low temperature oxidation reaction startable temperature αx [K], and the calculated Let the crank angle be the reaction start time [° CA] of the low-temperature oxidation reaction. The reaction start time of the low-temperature oxidation reaction calculated in this way is used for the process of creating an ideal heat generation rate waveform to be described later.

なお、以上のようにして算出した低温酸化反応の反応開始時期[°CA]について、基準エンジン回転速度(例えば、1000rpm)を用いて補正しておいてもよい。具体的には、上記算出処理にて得られた低温酸化反応の反応開始時期[°CA]にエンジン回転速度比(基準エンジン回転速度/実エンジン回転速度NE)を乗算することにより、低温酸化反応の反応開始時期[°CA]の回転速度補正を行う。   Note that the reaction start time [° CA] of the low-temperature oxidation reaction calculated as described above may be corrected using a reference engine rotation speed (for example, 1000 rpm). Specifically, the low temperature oxidation reaction is obtained by multiplying the reaction start timing [° CA] of the low temperature oxidation reaction obtained in the above calculation process by the engine speed ratio (reference engine speed / actual engine speed NE). The rotational speed of the reaction start time [° CA] is corrected.

ここで、図6に示すマップは、燃料噴射時の筒内ガス温度が750K(基準反応開始温度)であるときに低温酸化反応の開始に必要な浮遊期間FT750(例えば、FT750=833[μsec])を基準とし、その基準浮遊期間FT750よりも実際の浮遊期間FTx(活性化エネルギ取得期間)が長いほど低温酸化反応の反応開始可能温度が750Kよりも低温側に変化するという点を考慮して、予め実験やシミュレーションによって、浮遊期間FTxと低温酸化反応の反応開始可能温度αx[K]との関係を規定したものであって、ECU100のROM内に記憶されている。 Here, the map shown in FIG. 6 shows that the floating period FT 750 (for example, FT 750 = 833 [necessary] for starting the low-temperature oxidation reaction when the in-cylinder gas temperature at the time of fuel injection is 750 K (reference reaction start temperature). μsec]) as a reference, and the longer the actual floating period FTx (activation energy acquisition period) than the reference floating period FT 750, the temperature at which the low-temperature oxidation reaction can be started changes to a lower temperature than 750K. In consideration, the relationship between the floating period FTx and the reaction start possible temperature αx [K] of the low-temperature oxidation reaction is defined in advance through experiments and simulations, and is stored in the ROM of the ECU 100.

この図6に示すマップにあっては、浮遊期間FTx[sec]が長くなるほど、低温酸化反応の反応開始可能温度αx[K]が低温側の値になるように設定されている。つまり、この図6のマップから算出した低温酸化反応の反応開始可能温度αx[K]から算出される低温酸化反応の反応開始時期[°CA]は、浮遊期間FTx[sec]が長くなるほど進角側の値となる。   In the map shown in FIG. 6, the longer the floating period FTx [sec], the lower the temperature startable temperature αx [K] of the low-temperature oxidation reaction is set to a lower value. That is, the reaction start timing [° CA] of the low temperature oxidation reaction calculated from the reaction start possible temperature αx [K] of the low temperature oxidation reaction calculated from the map of FIG. 6 is advanced as the floating period FTx [sec] becomes longer. It becomes the value of the side.

以上のように、本実施形態によれば、筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度以下の温度領域で気筒内に燃料が噴射された場合、気筒内に燃料が浮遊する浮遊期間に応じて当該浮遊期間が長いほど反応開始時期を進角側に設定しているので、低温酸化反応の反応開始時期を正確に求めることができる。これにより、後述する理想熱発生率波形を高い精度で作成することができる。   As described above, according to the present embodiment, when fuel is injected into the cylinder in a temperature range where the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the reference reaction start temperature of the low-temperature oxidation reaction, during the floating period in which the fuel floats in the cylinder. Accordingly, since the reaction start time is set to the advance side as the floating period is longer, the reaction start time of the low-temperature oxidation reaction can be accurately obtained. Thereby, the ideal heat release rate waveform mentioned later can be created with high accuracy.

−グロープラグ通電要否判定−
次に、燃料噴射時の筒内ガス温度が750K(基準反応開始温度)以下の温度領域である場合に低温酸化反応の反応開始に必要な浮遊期間を利用して、グロープラグ19への通電の要否を判定する処理について説明する。
-Judgment of necessity of glow plug energization
Next, when the in-cylinder gas temperature at the time of fuel injection is in a temperature range of 750 K (reference reaction start temperature) or less, the glow plug 19 is energized using the floating period necessary for the start of the low temperature oxidation reaction. Processing for determining necessity is described.

この例では、極低温時の降坂路走行中においてフューエルカット状態から復帰する際、つまり、高回転・低温の状態で再始動する際にグロープラグ19への通電の要否を判定する。その具体的な処理の一例について以下に説明する。このグロープラグ通電要否判定処理は、例えばECU100において実行される。   In this example, it is determined whether or not the glow plug 19 needs to be energized when returning from a fuel cut state during traveling on a downhill road at an extremely low temperature, that is, when restarting in a high rotation / low temperature state. An example of the specific processing will be described below. This glow plug energization necessity determination process is executed by the ECU 100, for example.

[ST21]燃料噴射時の筒内ガス温度を推定し、その推定した筒内ガス温度を、図6の横軸の温度パラメータ(反応開始可能温度)として、当該図6のマップの逆引きを行って、低温酸化反応が開始されるのに必要な浮遊期間FTx[sec]を算出する。なお、筒内ガス温度については、例えば、上記吸気温センサ49によって検出された吸入空気温度とピストン13の移動に伴って変化する空気の圧縮率とに基づいて推定(ポリトロープ変化に基づく算出式より算出)する。   [ST21] The in-cylinder gas temperature at the time of fuel injection is estimated, and the estimated in-cylinder gas temperature is used as the temperature parameter (reaction startable temperature) on the horizontal axis in FIG. Thus, the floating period FTx [sec] necessary for starting the low-temperature oxidation reaction is calculated. The in-cylinder gas temperature is estimated based on, for example, the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 49 and the air compression rate that changes as the piston 13 moves (from a calculation formula based on polytropic change). calculate.

[ST22]実際の燃料噴射開始時期(気化開始時期)から圧縮TDCまでのクランク角期間Cint[°CA](絶対値)を求める。そのクランク角期間Cint[°CA]を判定時間間隔Tcint[sec]に変換する。具体的には、演算式[Tcint=Cint×{60[sec]/(NE[rpm]×360[°CA])}]によってクランク角期間Cint[°CA]を判定時間間隔Tcint[sec]に変換する。   [ST22] A crank angle period Cint [° CA] (absolute value) from the actual fuel injection start timing (vaporization start timing) to the compression TDC is obtained. The crank angle period Cint [° CA] is converted into a determination time interval Tcint [sec]. Specifically, the crank angle period Cint [° CA] is set to the determination time interval Tcint [sec] by an arithmetic expression [Tcint = Cint × {60 [sec] / (NE [rpm] × 360 [° CA])}]. Convert.

[ST23]上記[ST21]で算出した浮遊期間FTx[sec]と、上記[ST22]で算出した判定時間間隔Tcint[sec]とを比較し、浮遊期間FTxが判定時間間隔Tcintよりも短い場合(等しい場合も含む)は、筒内ガス温度が750Kに到達しなくても、時間的条件(低温酸化反応の開始可能条件)である浮遊期間FTxが圧縮TDC前に成立するので(浮遊期間FTxが圧縮行程内に収まるので)、低温酸化反応が発生すると判定し、グロープラグ19への通電は不要であると判定する。   [ST23] The floating period FTx [sec] calculated in [ST21] is compared with the determination time interval Tcint [sec] calculated in [ST22], and the floating period FTx is shorter than the determination time interval Tcint ( Even if the in-cylinder gas temperature does not reach 750K, the floating period FTx, which is a temporal condition (condition for starting a low-temperature oxidation reaction), is established before the compression TDC (the floating period FTx is Since it falls within the compression stroke), it is determined that a low-temperature oxidation reaction occurs, and it is determined that energization to the glow plug 19 is unnecessary.

一方、浮遊期間FTxが判定時間間隔Tcintよりも長い場合(TDCに到達するまでに浮遊期間FTxが成立しない場合)は、低温酸化反応は起こらないと判定し、着火不可能と判定する。着火不可能である場合にはグロープラグ19への通電を行う。なお、着火不可能である場合には、排気循環を行って新気吸入を禁止する(吸気冷却を禁止する)ようにしてもよいし、また、グロープラグ19への通電と排気循環による新気吸入禁止処理とを行うようにしてもよい。なお、排気循環による新気吸入禁止処理はフューエルカット中に実行してもよい。   On the other hand, when the floating period FTx is longer than the determination time interval Tcint (when the floating period FTx is not established before reaching the TDC), it is determined that the low-temperature oxidation reaction does not occur and it is determined that ignition is impossible. When ignition is impossible, the glow plug 19 is energized. If ignition is impossible, exhaust air circulation may be performed to prohibit fresh air intake (intake air cooling is prohibited), or fresh air may be generated by energizing the glow plug 19 and exhaust gas circulation. An inhalation prohibition process may be performed. Note that the fresh air inhalation prohibition process by exhaust gas circulation may be executed during fuel cut.

そして、このようにして、グロープラグ19への通電の要否を判定する処理を実行することにより、グロープラグ19への通電の適正化を図ることができるので、グロープラグ19の使用頻度(通電頻度)を抑制することができ、グロープラグ19の劣化を抑制することができる。   Since the process of determining whether or not the glow plug 19 needs to be energized is executed in this way, the energization of the glow plug 19 can be optimized. Frequency) and deterioration of the glow plug 19 can be suppressed.

なお、以上の例では、グロープラグ通電要否判定に用いるクランク角期間Cintを燃料噴射開始時期(気化開始時期)から圧縮TDCまでの期間としているが、燃料噴射開始時期(気化開始時期)から圧縮TDC前の所定クランク角度までをクランク角期間Cintとしてもよいし、燃料噴射開始時期(気化開始時期)から圧縮TDC後の所定クランク角度までをクランク角期間Cintとしてもよい。   In the above example, the crank angle period Cint used for determining whether or not the glow plug is energized is the period from the fuel injection start timing (vaporization start timing) to the compression TDC, but the compression is started from the fuel injection start timing (vaporization start timing). The crank angle period Cint may be a predetermined crank angle before TDC, or the crank angle period Cint may be from a fuel injection start timing (vaporization start timing) to a predetermined crank angle after compression TDC.

また、以上の例では、クランク角期間Cint[°Ca]を判定時間間隔Tcint[sec]に変換して判定を行っているが、これに替えて、浮遊期間FTx[sec]を、エンジン回転速度NEを用いてクランク角期間[°CA]に変換し、その浮遊クランク角期間[°CA]とクランク角期間Cint[°CA]と比較して判定を行うようにしてもよい。   In the above example, the determination is performed by converting the crank angle period Cint [° Ca] to the determination time interval Tcint [sec]. Instead of this, the floating period FTx [sec] is used as the engine speed. The crank angle period [° CA] may be converted using NE, and the determination may be made by comparing the floating crank angle period [° CA] with the crank angle period Cint [° CA].

また、以上の例では、極低温時の降坂走行中においてフューエルカット状態から復帰する際に、グロープラグへの通電の要否を判定しているが、これに限られることなく、低温始動時などの他の運転状態の際にグロープラグ通電の要否判定を行うようにしてもよい。   In the above example, it is determined whether or not the glow plug needs to be energized when returning from the fuel cut state during downhill travel at extremely low temperatures. For example, it may be determined whether or not glow plug energization is necessary in other operating states.

そして、このようなグロープラグ通電の要否判定を行う内燃機関の燃焼状態診断装置の使用形態として、車両への実装のほか、実験装置への搭載を挙げることができる。   In addition to mounting on a vehicle, mounting on an experimental device can be cited as a usage pattern of the combustion state diagnostic device for an internal combustion engine that determines whether or not glow plug energization is necessary.

−熱発生率波形の作成、燃焼状態診断、及び、制御パラメータの補正−
次に、本実施形態の特徴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)、及び、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, creation of a heat release rate waveform (creation of an ideal heat release rate waveform), which is a feature of this embodiment, combustion state diagnosis (diagnosis of each reaction mode of fuel in a cylinder), and the diagnosis result The control parameter correction executed in this way will be described.

この熱発生率波形の作成、燃焼状態診断、及び、制御パラメータの補正では、図7に示すように、(1)理想熱発生率波形の作成及び(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。なお、(1)〜(4)の動作(処理)または(2)〜(4)の動作(処理)は1サイクルごとに実行してもよいし、所定の複数サイクル毎に実行するようにしてもよい。   In the generation of the heat generation rate waveform, the combustion state diagnosis, and the control parameter correction, as shown in FIG. 7, (1) generation of an ideal heat generation rate waveform and (2) generation of an actual heat generation rate waveform are performed. (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. The operations (processes) (1) to (4) or the operations (processes) (2) to (4) may be executed every cycle, or may be executed every predetermined multiple cycles. Also good.

また、上記(1)理想熱発生率波形の作成にあっては、(1−A)燃料の反応形態の分離、(1−B)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−C)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が順に行われる。   Further, in the creation of the (1) ideal heat release rate waveform, (1-A) separation of fuel reaction forms, (1-B) ideal heat release rate waveform models for the separated reaction forms, respectively. Creation of an ideal heat release rate waveform by filtering (filter processing) of (1-C) ideal heat release rate waveform model is 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
上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。
(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.

前記インジェクタ23から気筒内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、筒内ガス温度、気筒内の酸素量(気筒内の酸素密度に相関がある値)、気筒内の燃料量(気筒内の燃料密度に相関がある値)、気筒内での燃料の分布が挙げられる。これらのうち、制御自由度の低い順としては、筒内ガス温度、気筒内の酸素量、気筒内の燃料量、気筒内での燃料の分布の順である。   As the rate-limiting conditions for the reaction (chemical reaction, etc.) of the fuel injected into the cylinder from the injector 23, the in-cylinder gas temperature, the oxygen amount in the cylinder (a value correlated with the oxygen density in the cylinder), Examples include the amount of fuel (a value that correlates with the fuel density in the cylinder) and the distribution of fuel in the cylinder. Among these, the order of low control freedom is the order of in-cylinder gas temperature, the amount of oxygen in the cylinder, the amount of fuel in the cylinder, and the distribution of fuel in the cylinder.

つまり、筒内ガス温度は、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、この筒内ガス温度は、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、気筒内の酸素量は、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、筒内ガス温度に比べて制御自由度は高い。また、この気筒内の酸素量は、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、気筒内の酸素量は、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、気筒内の燃料量は、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、気筒内の酸素量に比べて制御自由度は高い。また、気筒内での燃料分布も、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 in-cylinder gas temperature is substantially determined by the intake air temperature and the compression ratio of the engine 1 before the fuel reacts, and the degree of freedom of control is the lowest. The in-cylinder gas temperature also varies depending on the amount of preheating caused by combustion of the fuel when fuel injection is performed in advance (for example, when fuel injection for preheating is performed). Further, since the amount of oxygen in the cylinder can be adjusted by the opening of the intake throttle valve 62 and the opening of the EGR valve 81, the degree of freedom of control is higher than the in-cylinder gas temperature. Further, the oxygen amount in the cylinder also varies depending on the supercharging rate by the turbocharger 5. Further, the amount of oxygen in the cylinder 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 cylinder 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. In addition, since the fuel distribution in the cylinder 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、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、筒内ガス温度、気筒内の酸素量及び気筒内の燃料量の量的条件を、気筒内での燃料の分布よりも優先順位の高いものとしている。つまり、筒内ガス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。すなわち、筒内ガス温度(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タイミングにおけるクランク角度位置)を確定する。   And in this embodiment, the priority of the conditions which determine the reaction state of a fuel is set high in order with the said low degree of freedom of control. Here, the quantitative conditions of the in-cylinder gas temperature, the oxygen amount in the cylinder, and the fuel amount in the cylinder have higher priority than the fuel distribution in the cylinder. That is, the start timing (reaction start timing) of each reaction of the fuel is determined using the in-cylinder gas temperature 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 in-cylinder gas temperature (compressed gas temperature).

そして、この反応開始時期(低温酸化反応の場合は浮遊期間に応じた反応開始時期)を基点として、反応速度、反応量、反応期間をそれぞれ求めて各反応形態毎に理想熱発生率波形モデルを作成するようにしている。つまり、気筒内に噴射された燃料の複数の反応形態それぞれの反応速度、反応量、反応期間を気筒内環境(反応開始時期を決定する気筒内ガス温度等)及び燃料組成(反応に寄与する燃料量及び燃料密度を含む)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ようにしている。   Based on this reaction start time (reaction start time according to the floating period in the case of low-temperature oxidation reaction), the reaction rate, reaction amount, and reaction period are obtained, and an ideal heat release rate waveform model is obtained for each reaction form. I try to create it. That is, the reaction speed, the reaction amount, and the reaction period of each of the plurality of reaction forms of the fuel injected into the cylinder are defined as the in-cylinder environment (cylinder gas temperature that determines the reaction start timing) and the fuel composition (the fuel that contributes to the reaction). The ideal heat release rate waveform model for each reaction is created.

理想熱発生率波形モデルの作成動作として、具体的には、前記反応開始時期における筒内ガス温度(基準温度)及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及び基準反応量効率を修正し、これら修正された効率と燃料量とから反応速度及び反応量を確定する。また、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。なお、前記「反応速度効率」は「反応速度勾配係数」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。 As an operation for creating the ideal heat release rate waveform model, specifically, the reference reaction rate efficiency [J / CA 2 / mm 3 ] corresponding to the in-cylinder gas temperature (reference temperature), the fuel composition, and the like at the reaction start time and The reference reaction amount efficiency [J / mm 3 ] is determined for each reaction form, and the reference reaction rate efficiency and the reference reaction amount efficiency are corrected based on the oxygen supply capacity (oxygen density) to the combustion field. The reaction rate and reaction amount are determined from the efficiency and the fuel amount. Further, the reaction speed is corrected according to the engine speed described later. The “reaction rate efficiency” is also referred to as “reaction rate gradient coefficient”, and the “reaction amount efficiency” is also referred to as “combustion efficiency”.

そして、前記反応開始時期、反応速度及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(2)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 determined by the following equation (2).

反応期間=2×(反応量/反応速度)1/2 ・・・(2)
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 (2)
Details of creation of the ideal heat release rate waveform model (triangle model) will be described later.

(1−A)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1手順である燃料の反応形態の分離について説明する。
(1-A) Separation of Fuel Reaction Form Next, separation of fuel reaction form, which is the first 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、気筒内においては、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応が筒内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 is injected from the injector 23, a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, and a high temperature oxidation reaction are performed in the cylinder according to the in-cylinder environment. Hereinafter, each reaction mode will be described.

(a)気化反応
気化反応は、上記インジェクタ23から噴射された燃料が気筒内の熱を受けて気化するものであって、他の反応とは独立した反応である。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(180℃)〜623K(350℃)である。また、気化反応における反応量効率としては、例えば1.14[J/mm3]となっている。
(A) Vaporization reaction The vaporization reaction is a reaction in which the fuel injected from the injector 23 receives the heat in the cylinder and vaporizes, and is a reaction independent of other reactions. The boiling point of light oil used in the diesel engine 1 is generally 453 K (180 ° C.) to 623 K (350 ° C.). The reaction amount efficiency in the vaporization reaction is, for example, 1.14 [J / mm 3 ].

気化反応における有効噴射量(気化反応に寄与する燃料量)としては、燃料噴射量から壁面付着量(シリンダボア12の壁面に付着した燃料量)を減算した量である。この壁面付着量は、噴射量(燃料の貫徹力に相関がある)と噴射時期(気筒内圧力に相関がある)に応じて実験的に求めることが可能である。このため、この気化反応における反応量は、演算式[気化反応における反応量=−1.14×有効噴射量]により求められる。   The effective injection amount in the vaporization reaction (the amount of fuel contributing to the vaporization reaction) is an amount obtained by subtracting the wall surface adhesion amount (the fuel amount adhering to the wall surface of the cylinder bore 12) from the fuel injection amount. This wall surface adhesion amount can be experimentally determined according to the injection amount (which has a correlation with fuel penetration force) and the injection timing (which has a correlation with cylinder pressure). For this reason, the reaction amount in this vaporization reaction is obtained by an arithmetic expression [reaction amount in vaporization reaction = −1.14 × effective injection amount].

そして、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。   Since this vaporization reaction is an endothermic reaction, the reaction amount (generated heat amount) is a negative value.

(b)低温酸化反応
低温酸化反応は、ディーゼルエンジン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。低温酸化反応は、直鎖炭化水素の端部の水素引き抜き・酸素付加で生じる反応であり、炭素鎖分解ではないため、熱分解反応とは独立した反応である。
(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 diesel oil as a diesel engine fuel burns. It is a reaction. The low-temperature oxidation reaction is a reaction that occurs by hydrogen abstraction and oxygen addition at the end of a linear hydrocarbon, and is not a carbon chain decomposition, and is therefore a reaction that is independent of the thermal decomposition reaction.

低温酸化反応成分は、筒内ガス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、n−セタン等の量が多いほど(高セタン燃料であるほど)、気筒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、筒内ガス温度が約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)は筒内ガス温度が約900Kに達するまで燃焼(高温酸化反応)を開始しない。   The low-temperature oxidation reaction component is a component that can be ignited even when the in-cylinder gas temperature is relatively low, and as the amount of n-cetane or the like increases (the higher the cetane fuel), The low temperature oxidation reaction easily proceeds, and the ignition delay is suppressed. Specifically, the low temperature oxidation reaction component such as n-cetane starts combustion (low temperature oxidation reaction) when the in-cylinder gas temperature 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 in-cylinder gas temperature 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効率としては、例えば0.294[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 standard reaction rate efficiency in this low-temperature oxidation reaction is, for example, 0.294 [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及び反応量は、前記基準反応速度効率及び基準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、前記低温酸化反応の反応速度を算出するに当たっては、前記基準反応速度効率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。なお、この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。これにより、ガス組成等が変化しても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。 The reaction rate and reaction amount of the low-temperature oxidation reaction are calculated based on the reference reaction rate efficiency and the reference reaction amount efficiency (for example, calculated by multiplying the effective injection amount). Further, in calculating the reaction rate of the low temperature oxidation reaction, a coefficient (rotational speed correction coefficient = (rotational speed correction coefficient) = (reference reaction speed) obtained by multiplying the reference reaction speed efficiency by the effective injection amount (reference reaction speed). The reference rotation speed / actual rotation speed) 2 ) is multiplied. An arbitrary rotation speed (for example, 2000 rpm) can be set as the reference rotation speed for obtaining the rotation speed correction coefficient. Thereby, even if a gas composition etc. change, reaction rate can be calculated | required as a value depending on time.

なお、回転速度補正係数は、図8に示す回転速度補正係数マップから求められるものであってもよい。この図8に示す回転速度補正係数マップは、基準回転速度を2000rpmに設定したものである。エンジン1の実回転速度が基準回転速度(2000rpm)以上である領域では、「(基準回転速度/実回転速度)2」に応じた値(図中に一点鎖線で示すエンジン回転速度に応じた値)として回転速度補正係数が求められる。これに対し、エンジン1の実回転速度が基準回転速度(2000rpm)未満である領域では、「(基準回転速度/実回転速度)2」に応じた値に対して所定割合だけ補正(低い側に補正)された値が回転速度補正係数として求められる(基準回転速度未満である領域の実線を参照)。この場合の補正割合は実験やシミュレーションによって求められている。 The rotational speed correction coefficient may be obtained from the rotational speed correction coefficient map shown in FIG. The rotation speed correction coefficient map shown in FIG. 8 is obtained by setting the reference rotation speed to 2000 rpm. In a region where the actual rotational speed of the engine 1 is equal to or higher than the reference rotational speed (2000 rpm), a value corresponding to “(reference rotational speed / actual rotational speed) 2 ” (a value corresponding to the engine rotational speed indicated by a one-dot chain line in the figure). ) As the rotation speed correction coefficient. On the other hand, in a region where the actual rotational speed of the engine 1 is less than the reference rotational speed (2000 rpm), the value corresponding to “(reference rotational speed / actual rotational speed) 2 ” is corrected by a predetermined ratio (to the lower side). The corrected value is obtained as the rotation speed correction coefficient (see the solid line in the region below the reference rotation speed). In this case, the correction ratio is obtained by experiment or simulation.

前記基準回転速度は、上述した値には限定されず、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 reference rotation speed is not limited to the above-described value, and is preferably set to a rotation speed range where 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、その反応温度は約800Kとなっている。この熱分解反応における基準反応速度効率としては、例えば0.384[J/CA2/mm3]となっている。また、反応量効率としては、例えば5.0[J/mm3]となっている。この熱分解反応の反応速度及び反応量についても、上記基準反応速度効率及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)。
(C) Thermal decomposition reaction The thermal decomposition reaction is a reaction that performs thermal decomposition of a fuel component, and its reaction temperature is about 800K. The standard reaction rate efficiency in this thermal decomposition reaction is, for example, 0.384 [J / CA 2 / mm 3 ]. The reaction amount efficiency is, for example, 5.0 [J / mm 3 ]. The reaction rate and reaction amount of the thermal decomposition reaction are also calculated based on the reference reaction rate efficiency and reaction amount efficiency (for example, calculated by multiplying the effective injection amount).

そして、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 this embodiment, this thermal decomposition reaction is treated as an endothermic reaction. That is, the reaction amount (generated heat amount) is a negative value.

(d)高温酸化反応(予混合燃焼)
予混合燃焼による高温酸化反応の反応温度は約900Kとなっている。つまり、筒内ガス温度が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。この高温酸化反応は、熱分解した炭素鎖の酸化反応であるため、熱分解反応が対となって発生する。
(D) High temperature oxidation reaction (premixed combustion)
The reaction temperature of the high temperature oxidation reaction by premixed combustion is about 900K. That is, the reaction that starts combustion when the in-cylinder gas temperature reaches 900 K is a high-temperature oxidation reaction by this premixed combustion. Since this high temperature oxidation reaction is an oxidation reaction of a thermally decomposed carbon chain, the thermal decomposition reaction occurs in pairs.

なお、筒内ガス温度が1000K以上となっている気筒内に向けて燃料を噴射(メイン噴射)すると、その噴射された燃料が、噴射後に直ちに燃焼を開始する。この反応が拡散燃焼による高温酸化反応である。   When fuel is injected into the cylinder where the in-cylinder gas temperature is 1000 K or more (main injection), the injected fuel starts to burn immediately after injection. This reaction is a high temperature oxidation reaction by diffusion combustion.

予混合燃焼による高温酸化反応における基準反応速度効率としては、例えば4.3[J/CA2/mm3]となっている。また、反応量効率としては、例えば30.0[J/mm3]となっている。この予混合燃焼による高温酸化反応の反応速度及び反応量も、上記基準反応速度効率及び反応量効率に基づいて算出される(例えば、有効噴射量(燃料噴射量(指令値)から壁面付着量を減算した量)を乗算することで算出される)。 The standard reaction rate efficiency in the high-temperature oxidation reaction by premixed combustion is, for example, 4.3 [J / CA 2 / mm 3 ]. The reaction amount efficiency is, for example, 30.0 [J / mm 3 ]. The reaction rate and reaction amount of the high-temperature oxidation reaction by this premixed combustion are also calculated based on the above-mentioned standard reaction rate efficiency and reaction amount efficiency (for example, the wall injection amount is determined from the effective injection amount (fuel injection amount (command value)). Calculated by multiplying the subtracted amount)).

そして、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。   And since the high temperature oxidation reaction by this premixed combustion is an exothermic reaction, this reaction amount (generated heat amount) becomes 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.

(1−B)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-B) Creation of Ideal Heat Release Rate Waveform Model for Each Separated Reaction Form Next, creation of ideal heat release rate waveform models for each separated reaction form 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、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 the vaporization reaction, the low temperature oxidation reaction, the thermal decomposition reaction, and the high temperature oxidation reaction.

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(反応開始時期)を基点として、反応速度を二等辺三角形の斜辺の勾配とし、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作成する。   In this embodiment, the ideal heat release rate waveform model is approximated to an isosceles triangle for each reaction. That is, with the reaction start temperature (reaction start time) as a base point, the reaction rate is the slope of the hypotenuse of the isosceles triangle, the reaction amount is the area of the isosceles triangle, and the reaction period is the length of the base of the isosceles triangle. Create an ideal heat release rate waveform model.

(a)反応開始時期
・気化反応
上述したように、燃料が噴射される温度場(筒内ガス温度)が623K以上である場合は、気化反応の反応開始時期は燃料噴射開始時期と同じタイミングとする(気化反応の反応開始時期=燃料噴射開始時期)。なお、623Kよりも低い側の温度領域で燃料を噴射した場合は燃料噴射開始時期に対して気化開始時期が遅角側にずれるので、623Kよりも低い側の温度領域をも対象とする場合には、その遅延分を考慮して気化反応の反応開始時期を決定すればよい。
(A) Reaction start timing-Vaporization reaction As described above, when the temperature field (in-cylinder gas temperature) at which fuel is injected is 623 K or more, the reaction start timing of the vaporization reaction is the same as the fuel injection start timing. (Evaporation reaction start time = fuel injection start time) Note that when fuel is injected in a temperature region lower than 623K, the vaporization start timing is shifted to the retard side with respect to the fuel injection start timing, so that the temperature region lower than 623K is also targeted. May determine the reaction start time of the vaporization reaction in consideration of the delay.

・低温酸化反応
低温酸化反応の反応開始時期については、上記した[ST11]〜[ST13]の処理によって設定する。なお、筒内ガス温度が750Kよりも大きな温度場(温度領域)で気筒内に燃料が噴射された場合、その燃料噴射開始した時点のクランク角度[°CA]を低温酸化反応の反応開始時期とする。
-Low-temperature oxidation reaction The reaction start time of the low-temperature oxidation reaction is set by the processes of [ST11] to [ST13] described above. When fuel is injected into the cylinder in a temperature field (temperature region) where the in-cylinder gas temperature is higher than 750K, the crank angle [° CA] at the start of the fuel injection is set as the reaction start timing of the low-temperature oxidation reaction. To do.

・熱分解反応
熱分解反応については、上述したように、反応温度は約800Kであるので、筒内ガス温度が約800Kに到達した時点のクランク角度[°CA]を熱分解反応の反応開始時期とする。なお、熱分解反応の反応開始時期を求める際の筒内ガス温度については、気化反応及び低温酸化反応の反応熱量に相当する分の温度を加減するようにしてもよい。
・ Thermal decomposition reaction As described above, since the reaction temperature is about 800K, the crank angle [° CA] when the in-cylinder gas temperature reaches about 800K is determined as the reaction start time of the thermal decomposition reaction. And In addition, regarding the in-cylinder gas temperature when obtaining the reaction start timing of the thermal decomposition reaction, the temperature corresponding to the reaction heat amount of the vaporization reaction and the low-temperature oxidation reaction may be adjusted.

・高温酸化反応
高温酸化反応(予混合燃焼)については、上述したように、反応温度は約900Kであるので、筒内ガス温度が約900Kに到達した時点のクランク角度[°CA]を高温酸化反応の反応開始時期とする。なお、高温酸化反応の反応開始時期の反応開始時期を求める際の筒内ガス温度については、気化反応及び低温酸化反応の反応熱量に相当する分の温度を加減するようにしてもよい。
-High-temperature oxidation reaction As described above, the high-temperature oxidation reaction (premixed combustion) is about 900K, so the crank angle [° CA] when the in-cylinder gas temperature reaches about 900K is oxidized at high temperature. This is the reaction start time of the reaction. In addition, regarding the in-cylinder gas temperature at the time of obtaining the reaction start timing of the reaction start timing of the high temperature oxidation reaction, a temperature corresponding to the reaction heat amount of the vaporization reaction and the low temperature oxidation reaction may be adjusted.

なお、上記各処理に用いる筒内ガス温度については、例えば、上記吸気温センサ49によって検出された吸入空気温度とピストン13の移動に伴って変化する空気の圧縮率とに基づいて推定(ポリトロープ変化に基づく算出式より算出)する。   The in-cylinder gas temperature used for each process is estimated based on, for example, the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 49 and the air compression ratio that changes as the piston 13 moves (polytropic change). (Calculated from a calculation formula based on).

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。   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.

(b)反応速度(勾配)
反応速度は、前記基準反応速度効率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上昇勾配と、熱発生率が下降する期間での下降勾配とでは、それらの絶対値は一致している。
(B) Reaction rate (gradient)
The reaction rate is set based on the reference reaction rate efficiency. When the ideal heat generation rate waveform model is approximated to an isosceles triangle, the rising rate during the period in which the heat generation rate increases and the heat generation rate decrease. Their absolute values are consistent with the descending slope of the period.

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.

(c)発生熱量(面積)
各反応における熱効率[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、この熱効率に燃料噴射量(前記有効噴射量)を乗算したものとなる。
(C) Generated heat (area)
The thermal 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 thermal efficiency by the fuel injection amount (the effective injection amount).

ただし、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.

(d)燃焼期間(底辺)
以上の三角形の勾配(反応速度)及び三角形の面積(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。
(D) 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 (heat generation amount).

図9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9(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9(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. 9, 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. 9A shows a case where the ideal heat generation rate waveform model is an isosceles triangle, and FIG. 9B 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10(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10(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期間から第10期間の期間番号を付している。つまり、第1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期間での燃料噴射が開始され、第2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. 10A shows the relationship between the elapsed time when fuel is injected 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. 10A, the fuel injection period in which the fuel supply amount is obtained is divided into ten periods. That is, the fuel injection period is divided into ten periods with the same fuel supply amount, and the period numbers from the first period to the tenth period are assigned to each period. 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 not interrupted. The fuel injection is continued until the end of the tenth period in the injection mode in which the fuel injection in the three periods is started.

また、図10(b)は前記各期間で噴射された燃料の反応量(この図10(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10(b)に示すように、第1期間での燃料噴射が開始され、第2期間での燃料噴射が開始されるまでの間(図10(b)における期間t1)は、第1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期間での燃料噴射が開始され、第3期間での燃料噴射が開始されるまでの間(図10(b)における期間t2)は、第1期間で噴射された燃料の反応及び第2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. 10B shows the reaction amount of the fuel injected in each period (the one shown in FIG. 10B is the exothermic amount in the exothermic reaction). As shown in FIG. 10B, the fuel injection in the first period is started and the fuel injection in the second period is started (period t1 in FIG. 10B). Only the reaction of the fuel injected in the period takes place. Then, during the period from the start of fuel injection in the second period to the start of fuel injection in the third period (period t2 in FIG. 10B), the reaction of the fuel injected in the first period and The reaction of the fuel injected in the second period is 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期間で噴射された燃料の反応が終了する。この時点(図10(b)におけるタイミングT1)では、第2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期間から第10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期間で噴射された燃料の反応が終了すると(図10(b)におけるタイミングT2)、第3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期間から第10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10(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. 10B), the reaction of the fuel injected in the second period and thereafter is not completed, and the reaction of the fuel injected in the second period to the tenth period continues. Yes. Then, when the reaction of the fuel injected in the second period is completed (timing T2 in FIG. 10B), the reaction of the fuel injected in the third period and thereafter is not completed. The reaction of the fuel injected in the 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. 10B) 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11は、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(各反応に対応した二等辺三角形)を示している。この図11では、本発明の理解を容易にするために、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、高温酸化反応が順次行われた場合の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)を示している。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は高温酸化反応(予混合燃焼)の理想熱発生率波形モデルである。   FIG. 11 shows an ideal heat generation rate waveform model (an isosceles triangle corresponding to each reaction) when one fuel injection is performed. In FIG. 11, in order to facilitate the understanding of the present invention, an ideal heat release rate waveform model in the case where a vaporization reaction, a low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, and a high temperature oxidation reaction are sequentially performed by one fuel injection ( An isosceles triangle corresponding to each reaction is shown. Specifically, I in the figure is an ideal heat release rate waveform model of a vaporization reaction, II is an ideal heat release rate waveform model of a low-temperature oxidation reaction, and III is an ideal heat release rate of a thermal decomposition reaction (a thermal decomposition reaction that is endothermic). A waveform model IV is an ideal heat generation rate waveform model of a high temperature oxidation reaction (premixed combustion).

また、図12は、こ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たことで得られた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、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理想熱発生率波形が作成されることになる。   FIG. 12 shows an ideal heat generation rate waveform obtained by smoothing the ideal heat generation rate waveform model by filtering. In this way, the ideal heat release rate waveform model (isosceles triangle) corresponding to each reaction (vaporization reaction, low temperature oxidation reaction, thermal decomposition reaction, high temperature oxidation reaction) is smoothed by filtering, and the ideal heat release rate waveform Will be created.

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気筒内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が作成される。   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 is created in the cylinder in the same way as described above, and this is smoothed by filtering to create an ideal heat release rate waveform. Is done.

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.

また、メイン噴射を複数回に分割して実行(分割メイン噴射)した場合にあっても、各メイン噴射それぞれにおける理想熱発生率波形同士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。   Even when the main injection is divided into a plurality of times and executed (divided main injection), the ideal heat generation rate for one cycle is obtained by synthesizing the ideal heat generation rate waveforms in each main injection. A waveform will be created.

このように複数回の噴射が実行される場合に、それぞれの理想熱発生率波形を合成するに当たっては、前段(進角側)で燃料が噴射されるタイミングでの筒内ガス温度と、その後に(遅角側で)燃料が噴射されるタイミングでの筒内ガス温度とが互いに異なっていることを考慮する必要がある。具体的には、エンジンの定常運転状態において、進角側で燃料が噴射されるタイミングにおいて前記予熱等が行われていない場合には、外部から吸入される新気、気筒内の残留ガス及びEGRガス等のガスがピストン13の移動に伴って温度上昇したことによる圧縮ガス温度を基点として反応が開始される。   When multiple injections are performed in this way, in order to synthesize each ideal heat generation rate waveform, in-cylinder gas temperature at the timing of fuel injection at the preceding stage (advance side), and thereafter It is necessary to consider that the in-cylinder gas temperature at the timing of fuel injection (on the retard side) is different from each other. Specifically, in the steady operation state of the engine, when the preheating or the like is not performed at the timing of fuel injection on the advance side, fresh air sucked from the outside, residual gas in the cylinder, and EGR The reaction is started based on the compressed gas temperature resulting from the temperature rise of the gas such as gas as the piston 13 moves.

なお、エンジンの始動時やフューエルカットからの燃料噴射復帰時等にあっては、外部から吸入される新気がピストン13の移動に伴って温度上昇したことによる圧縮ガス温度を基点として反応が開始されることになる。一方、その遅角側で燃料が噴射される場合には、前記圧縮ガス温度に対して、既燃ガス(進角側で噴射された燃料の燃焼ガス)の温度等が加算されて温度上昇した温度場に対して燃料が噴射されることになるため、既燃ガスによる温度上昇がない場合に比べて反応開始時期が進角側に移行することになる。このことを考慮し、進角側で噴射された燃料の反応による理想熱発生率波形、及び、遅角側で噴射された燃料の反応による理想熱発生率波形それぞれを前述した温度変化を考慮して求める。つまり、各噴射における各反応の開始時点等を温度管理によって規定する。これにより、各噴射における各反応の開始時点を適切に求めることが可能になる。その結果、反応の開始順序や反応同士が並行される期間等を適正に規定することが可能になり、各噴射に応じて作成された理想熱発生率波形を合成することによる理想熱発生率波形を高い精度で作成することが可能になる。   When starting the engine or returning the fuel injection from the fuel cut, the reaction starts based on the compressed gas temperature due to the rise in temperature of the fresh air drawn from the outside as the piston 13 moves. Will be. On the other hand, when the fuel is injected at the retarded angle side, the temperature rises by adding the temperature of burned gas (combustion gas of fuel injected at the advanced angle side) to the compressed gas temperature. Since the fuel is injected with respect to the temperature field, the reaction start timing shifts to the advance side as compared with the case where there is no temperature increase due to the burned gas. Considering this, the ideal heat generation rate waveform due to the reaction of fuel injected on the advance side and the ideal heat generation rate waveform due to the reaction of fuel injected on the retard side are considered the temperature changes described above. Ask. That is, the start time of each reaction in each injection is defined by temperature management. Thereby, it is possible to appropriately obtain the start time of each reaction in each injection. As a result, it is possible to properly define the reaction start order, the period in which the reactions are paralleled, etc., and the ideal heat generation rate waveform by synthesizing the ideal heat generation rate waveform created for each injection Can be created with high accuracy.

(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12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13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12で示した波形)に対して高温酸化反応(予混合燃焼)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、高温酸化反応に異常が生じている、つまり、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. 12 is created will be described as an example. Like the actual heat generation rate waveform shown by the broken line in FIG. When the actual heat generation rate waveform in the high-temperature oxidation reaction (premixed combustion) is shifted to the retard side with respect to the waveform shown in FIG. 12, and the deviation exceeds the threshold, the high-temperature oxidation reaction is abnormal. That is, it is diagnosed that an abnormality has occurred at the reaction start time of the high-temperature oxidation reaction.

また、図13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、高温酸化反応に異常が生じている、つまり、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、上記した気化反応、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, the peak value of the heat generation rate waveform in the high-temperature oxidation reaction is higher than the ideal heat generation rate waveform shown by the solid line as shown by the dashed line in FIG. If so, it is diagnosed that an abnormality has occurred in the high temperature oxidation reaction, that is, an abnormality has occurred in the reaction amount in the high temperature oxidation reaction. Such a diagnosis is not limited to the high temperature oxidation reaction, but is similarly performed for the above-described vaporization reaction, low temperature oxidation reaction, and 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13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 a broken line in FIG. 13, 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13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. 13, it is determined that the reaction amount of the fuel is too large, and the fuel injection amount reduction 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、気筒内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 other corrective action, when the reaction start time in the actual heat generation rate waveform is on the retard side with respect to the ideal heat generation rate waveform, the intake supercharging rate is increased or the pilot in the cylinder is piloted. 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、気筒内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、気筒内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 cylinder is excessive or insufficient, learning is performed so as to correct the EGR gas or the intake supercharging rate as the learning value. Further, when the fuel density in the cylinder is excessive or insufficient, learning is performed such that the fuel injection timing, the fuel injection pressure, and the fuel injection amount are corrected as the learning value.

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、筒内ガス温度、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、これら筒内ガス温度、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 in-cylinder gas temperature, the oxygen density, and the fuel density are set in advance as lower limits, and any of the in-cylinder gas temperature, the oxygen density, and the fuel density is lower than the lower limits. 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、本実施形態によれば、筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度以下の温度領域で気筒内に燃料が噴射された場合、気筒内で燃料が浮遊する浮遊期間に応じて当該浮遊期間が長いほど反応開始時期を進角側に設定しているので、低温酸化反応の反応開始時期を正確に規定することができる。これによって低温酸化反応の理想熱発生率波形を高い精度で作成することができる。   As described above, according to the present embodiment, when fuel is injected into the cylinder in a temperature range where the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the reference reaction start temperature of the low-temperature oxidation reaction, the floating period in which the fuel floats in the cylinder. Accordingly, since the reaction start time is set to the advance side as the floating period is longer, the reaction start time of the low-temperature oxidation reaction can be accurately defined. As a result, an ideal heat generation rate waveform of the low-temperature oxidation reaction can be created with high accuracy.

そして、本実施形態では、このような低温酸化反応の理想熱発生率波形、及び、気化反応、熱分解反応及び高温酸化反応それぞれの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、燃料の複数の反応形態それぞれに対し、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、その反応形態に異常が生じていると診断することができる。つまり、各反応形態を個別に扱い、それぞれについて異常の有無を診断することができる。このため、異常が生じている反応形態の特定を高い精度で行うことができ、診断精度の向上を図ることができる。   In this embodiment, the ideal heat generation rate waveform of such a low temperature oxidation reaction and the ideal heat generation rate waveforms of the vaporization reaction, thermal decomposition reaction, and high temperature oxidation reaction are combined to cover the entire cylinder. An ideal heat generation rate waveform is created, and the combustion state is diagnosed using this ideal heat generation rate waveform. For this reason, when the actual heat generation rate waveform deviates from the ideal heat generation rate waveform by a predetermined amount or more for each of the plurality of fuel reaction forms, it is possible to diagnose that the reaction form is abnormal. it can. That is, each reaction form can be handled individually and the presence or absence of abnormality can be diagnosed for each. For this reason, it is possible to specify the reaction form in which an abnormality has occurred with high accuracy, and to improve the diagnostic accuracy.

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(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)、その反応形態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することができる。   And by taking improvement measures (correction of control parameters) for the reaction form diagnosed as abnormal (when the divergence is equal to or less than a predetermined correctable deviation amount), the reaction state of the reaction form is optimized. Therefore, it is possible to correct the optimal control parameter for performing the correction, and an effective correction operation can be performed. As a result, it becomes possible to bring the entire reaction of the fuel closer to the ideal reaction (the actual heat generation rate waveform of each reaction approaches the ideal heat generation rate waveform), and the controllability of the engine 1 is greatly improved. be able to.

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.

なお、以上の例では、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それぞれついて理想熱発生率波形を作成しているが、これらの反応に加えて、拡散燃焼による高温酸化反応や後燃え反応などの理想熱発生率波形を作成して、燃焼状態を診断するようにしてもよい。   In the above example, ideal heat release rate waveforms are created for vaporization, low-temperature oxidation, thermal decomposition, and high-temperature oxidation by premixed combustion. In addition to these reactions, high-temperature by diffusion combustion is used. The combustion state may be diagnosed by creating an ideal heat generation rate waveform such as an oxidation reaction or an afterburning reaction.

−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。
-Other embodiments-
In the embodiment described above, the case where the present invention is applied to the in-line four-cylinder diesel engine 1 mounted on an automobile has been described. 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.

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機)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 a control parameter is obtained by performing

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等において、燃料の各反応の熱発生率波形の作成及び各反応の診断に適用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to creation of a heat release rate waveform of each reaction of fuel and diagnosis of each reaction in a diesel engine or the like mounted on an automobile.

1 エンジン(内燃機関)
12 シリンダボア
13 ピストン
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
3 燃焼室
40 クランクポジションセンサ
49 吸気温センサ
4A 筒内圧センサ
100 ECU
I 気化反応の理想熱発生率波形モデル
II 低温酸化反応の理想熱発生率波形モデル
III 熱分解反応の理想熱発生率波形モデル
IV 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 13 Piston 23 Injector (fuel injection valve)
3 Combustion chamber 40 Crank position sensor 49 Intake air temperature sensor 4A In-cylinder pressure sensor 100 ECU
I Ideal heat release rate waveform model of vaporization reaction II Ideal heat release rate waveform model of low temperature oxidation reaction III Ideal heat release rate waveform model of pyrolysis reaction IV Ideal heat release rate waveform model of high temperature oxidation reaction

Claims (9)

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燃料の反応の熱発生率波形を作成する装置であって、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料の反応のうち、低温酸化反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度以下の温度領域での燃料噴射の場合、前記気筒内に燃料が浮遊する浮遊期間に応じて当該浮遊期間が長いほど反応開始時期を進角側に設定して当該低温酸化反応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 creating a heat release rate waveform of a fuel reaction in an internal combustion engine that burns fuel injected into a cylinder from a fuel injection valve,
Among the reactions of the fuel injected from the fuel injection valve, when creating an ideal heat release rate waveform of the low-temperature oxidation reaction, the fuel injection in the temperature region where the in-cylinder gas temperature is equal to or lower than the reference reaction start temperature of the low-temperature oxidation reaction. In this case, an ideal heat generation rate waveform of the low-temperature oxidation reaction is created by setting the reaction start timing to an advance side as the floating period is longer according to the floating period in which the fuel floats in the cylinder. An apparatus for creating a heat release rate waveform of an internal combustion engine.
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、
前記浮遊期間は、前記気筒内に噴射された燃料の気化開始時期から筒内ガス温度が低温酸化反応の基準反応開始温度に到達するまでの期間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,
The floating period is a period from the start of vaporization of the fuel injected into the cylinder to the time when the in-cylinder gas temperature reaches the reference reaction start temperature of the low-temperature oxidation reaction. Waveform creation device.
請求項1または2記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
気化反応、前記低温酸化反応、熱分解反応、及び、高温酸化反応の各反応の理想熱発生率波形を作成す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 or 2,
An apparatus for creating a heat release rate waveform of an internal combustion engine, which creates an ideal heat release rate waveform for each of a vaporization reaction, the low temperature oxidation reaction, a thermal decomposition reaction, and a high temperature oxidation reaction.
請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記理想熱発生率波形は、前記反応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 any one of claims 1 to 3,
The ideal heat release rate waveform is created by creating an ideal heat release rate waveform model consisting of triangles with the reaction rate as the base point, the reaction rate as the slope of the hypotenuse, 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, wherein the heat release rate waveform model is created by smoothing an ideal heat release rate waveform model by filtering.
請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置によって作成された理想熱発生率波形と、気筒内で実際に燃料が反応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は、燃料の反応に異常が生じていると診断する構成と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。   An ideal heat generation rate waveform created by the heat generation rate waveform creation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, and an actual heat generation rate waveform when fuel actually reacts in the cylinder, If 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, the fuel reaction is diagnosed as having an abnormality. A combustion state diagnostic device for an internal combustion engine. 請求項5記載の内燃機関の燃焼状態診断装置において、
前記実熱発生率波形は、筒内圧センサによって検出される気筒内圧力に基づいて得られたものであ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 5,
The combustion state diagnosis apparatus for an internal combustion engine, wherein the actual heat generation rate waveform is obtained based on an in-cylinder pressure detected by an in-cylinder pressure sensor.
請求項5または6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おり、当該反応に異常が生じていると診断された際に、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 5 or 6,
When the divergence 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 divergence amount, and when it is diagnosed that the reaction is abnormal, the actual heat generation rate waveform with respect to the ideal heat generation rate waveform When the deviation of the heat generation rate waveform is equal to or less than a predetermined correctable deviation, the control parameter of the internal combustion engine is corrected to control the deviation to be less than the abnormality determination deviation, while the ideal heat generation rate A combustion state diagnosis apparatus for an internal combustion engine that diagnoses that a failure has occurred in the internal combustion engine when the deviation of the actual heat generation rate waveform from the waveform exceeds the correctable deviation amount.
請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
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,
An apparatus for creating a heat release rate waveform of an internal combustion engine, which is mounted on a vehicle or mounted on an experimental device.
請求項5〜7のいずれか1つ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 diagnosis apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 5 to 7 ,
A combustion state diagnostic device for an internal combustion engine, which is mounted on a vehicle or mounted on an experimental device.
JP2013115266A 2013-05-31 2013-05-31 Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine Expired - Fee Related JP6015563B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013115266A JP6015563B2 (en) 2013-05-31 2013-05-31 Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013115266A JP6015563B2 (en) 2013-05-31 2013-05-31 Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014234727A JP2014234727A (en) 2014-12-15
JP6015563B2 true JP6015563B2 (en) 2016-10-26

Family

ID=52137627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013115266A Expired - Fee Related JP6015563B2 (en) 2013-05-31 2013-05-31 Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6015563B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6137220B2 (en) * 2015-02-24 2017-05-31 トヨタ自動車株式会社 Heat release rate waveform calculation apparatus and heat release rate waveform calculation method for internal combustion engine
JP2023038658A (en) 2021-09-07 2023-03-17 マツダ株式会社 Control method for engine and engine system
JP2023038660A (en) 2021-09-07 2023-03-17 マツダ株式会社 Control method for engine and engine system
JP2023038653A (en) 2021-09-07 2023-03-17 マツダ株式会社 Control method for engine and engine system

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2507991B2 (en) * 1986-03-10 1996-06-19 日本電装株式会社 Intake control device for diesel engine
JP2001248445A (en) * 2000-03-08 2001-09-14 Nissan Motor Co Ltd Compressive self-ignition internal combustion engine
JP4206882B2 (en) * 2003-09-24 2009-01-14 いすゞ自動車株式会社 Premixed compression self-ignition internal combustion engine
JP4088600B2 (en) * 2004-03-01 2008-05-21 トヨタ自動車株式会社 Correction method for booster fuel injection system
JP4081819B2 (en) * 2004-05-06 2008-04-30 株式会社デンソー Fuel injection system
JP4581993B2 (en) * 2005-12-26 2010-11-17 トヨタ自動車株式会社 Combustion abnormality detection device for internal combustion engine
JP2008101591A (en) * 2006-10-20 2008-05-01 Toyota Motor Corp Ignition timing control device of internal combustion engine
JP2008184908A (en) * 2007-01-26 2008-08-14 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp Engine control system
JP4830986B2 (en) * 2007-06-21 2011-12-07 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine
JP2009185628A (en) * 2008-02-04 2009-08-20 Toyota Motor Corp Fuel injection control system for internal combustion engine
JP2011106334A (en) * 2009-11-17 2011-06-02 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp Method of estimating heat release rate of engine using wiebe function model
US20130192561A1 (en) * 2010-10-06 2013-08-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Ignition delay period estimation apparatus and ignition time control apparatus for internal combustion engine
JP2012082766A (en) * 2010-10-13 2012-04-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method and device for estimating cylinder pressure waveform of internal combustion engine
JP2012154244A (en) * 2011-01-26 2012-08-16 Toyota Motor Corp Internal combustion engine control device
JP5556970B2 (en) * 2011-10-26 2014-07-23 トヨタ自動車株式会社 Cetane number determination device for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014234727A (en) 2014-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6070346B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP5716869B2 (en) Combustion state diagnosis device for internal combustion engine
JP5853891B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
CN102797569B (en) Engine transient operation period is to the self adaptive control utilizing rare NOx trap of biodiesel to regenerate
JPWO2012127569A1 (en) Control device for internal combustion engine
JP6015563B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP5962584B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP2013224613A (en) NOx GENERATION AMOUNT ESTIMATION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND NOx SENSOR FAILURE DIAGNOSING DEVICE
JP5949675B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP6036562B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP5962585B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP5983560B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP2012092748A (en) Apparatus for estimating generation amount of nox in internal combustion engine, and control apparatus
JP5582076B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP5720479B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP2014214647A (en) Heat generation rate waveform making device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP2014202182A (en) Heat generation rate waveform creation device of internal combustion engine and combustion state diagnosis device
JP5983559B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP2014202181A (en) Internal combustion in-cylinder temperature estimation device, heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnosis device
JP5962592B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP2013238147A (en) Exhaust gas temperature estimation device and failure diagnostic device
JP5949669B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP2013224616A (en) Torque estimating device for internal combustion engine and operation control device
JP5949676B2 (en) Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine
JP2013238120A (en) Device for estimating compression gas temperature of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150702

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160425

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160705

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160830

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160912

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6015563

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees