JP6332070B2 - Fuel injection control device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関への燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection control device that controls the state of fuel injection into an internal combustion engine.
ディーゼルエンジンにおける燃焼過程の初期段階では、気筒毎の燃焼室内に噴射された燃料が自己着火によって急激に燃焼し始めるため、筒内圧力変化率が大きくなる傾向にある。筒内圧力変化率と燃焼騒音間には相関関係があるため、筒内圧力変化率が大きくなると燃焼騒音が悪化する。そこで、燃焼騒音の低減を図るためには、急激な筒内圧力変化を抑制することが効果的である。急激な筒内圧力の変化を抑制する技術として特許文献1に記載のものが知られている。これは、必要量の燃料を「パイロット噴射」と「メイン噴射」とに分割し、メイン噴射によるメイン燃焼に先立ち、パイロット噴射によるパイロット燃焼をさせる噴射システムである。この噴射システムにおいて、メイン燃焼における筒内圧力変化率の最大値が目標値となるように、パイロット噴射の噴射条件(噴射量、噴射時期など)を補正する。たとえば、筒内圧力の変化率の最大値が目標値よりも小さい場合には、パイロット噴射量を増加させる。そうすることでメイン噴射時の筒内温度を高めることができるため、メイン燃焼における急激な筒内圧力の変化を抑制でき、燃焼騒音を低減できる。
In the initial stage of the combustion process in a diesel engine, the fuel injected into the combustion chamber of each cylinder starts to burn rapidly due to self-ignition, so the in-cylinder pressure change rate tends to increase. Since there is a correlation between the in-cylinder pressure change rate and the combustion noise, the combustion noise deteriorates when the in-cylinder pressure change rate increases. Therefore, in order to reduce combustion noise, it is effective to suppress an abrupt in-cylinder pressure change. A technique described in
ここで、噴射した燃料と空気との混合が不十分であると、噴射した燃料が燃焼しきらない不完全燃焼状態となり、スモーク悪化を招くこととなる。一般に、メイン燃焼の着火遅れ期間に空気と燃料の混合が促進されるため、メイン燃焼の着火遅れ期間を十分確保することでスモーク低減が可能となる。しかし、特許文献1に記載の技術は、パイロット噴射の噴射量を増加させるがゆえ、筒内温度の上昇に伴いメイン燃焼の着火遅れ期間が短くなってしまう。したがって、メイン噴射時に噴射した燃料が空気と十分混合できず、スモーク悪化という問題が発生する。
Here, if mixing of the injected fuel and air is insufficient, an incomplete combustion state in which the injected fuel cannot be combusted will result, resulting in smoke deterioration. Generally, since mixing of air and fuel is promoted during the ignition delay period of the main combustion, smoke can be reduced by ensuring a sufficient ignition delay period of the main combustion. However, since the technique described in
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、スモークの悪化および燃焼騒音の悪化の双方を抑制することのできる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel injection control device capable of suppressing both the deterioration of smoke and the deterioration of combustion noise.
本発明のひとつである燃料噴射制御装置は、内燃機関(10)への燃料の噴射状態を制御するように構成される燃料噴射制御装置であって、内燃機関の筒内圧が燃焼に伴い上昇する所定期間における筒内圧変化率の目標値である目標筒内圧変化率を、内燃機関の燃焼騒音が目標騒音レベルを超えないような値に決定する目標筒内圧変化率決定手段(70)と、目標筒内圧変化率には、内燃機関のピストン動作により生じる筒内圧変化の成分である基準変化率成分、および燃焼に起因する筒内圧変化の成分である燃焼変化率成分が含まれており、基準変化率成分に基づき、所定期間における熱発生率の傾きの許容値を決定する許容傾き決定手段(80)と、内燃機関の熱発生率の傾きが許容値以下の目標熱発生率傾きとなるように噴射状態を制御する制御手段(110)とを備えることを特徴とする。 A fuel injection control device according to one aspect of the present invention is a fuel injection control device configured to control the state of fuel injection into an internal combustion engine (10), and the in-cylinder pressure of the internal combustion engine increases with combustion. A target in-cylinder pressure change rate determining means (70) for determining a target in-cylinder pressure change rate, which is a target value of the in-cylinder pressure change rate in a predetermined period, to a value such that the combustion noise of the internal combustion engine does not exceed the target noise level; The in-cylinder pressure change rate includes a reference change rate component that is a component of in-cylinder pressure change caused by the piston operation of the internal combustion engine and a combustion change rate component that is a component of in-cylinder pressure change caused by combustion. Based on the rate component, an allowable gradient determining means (80) for determining an allowable value of the inclination of the heat generation rate in a predetermined period, and the inclination of the heat generation rate of the internal combustion engine becomes a target heat generation rate inclination equal to or less than the allowable value. Control injection state And a controlling means for (110).
本発明の燃料噴射制御装置によれば、目標騒音レベルを超えない各噴射時期における目標筒内圧変化率を算出し、目標筒内圧変化率の一部の成分である基準変化率成分に基づき、各噴射時期における熱発生率の傾きの許容値を決定する。そして、内燃機関の熱発生率の傾きがこの許容値以下の目標熱発生率傾きとなるように噴射状態を制御する。そのため、目標騒音レベルを超えないようにメイン噴射を制御することができる。したがって、燃焼騒音の悪化を抑制することができる。また、制御対象はパイロット噴射ではなくメイン噴射であるため、パイロット噴射の噴射量を増加させる必要がない。そのため、パイロット噴射とメイン噴射の分割噴射をさせる噴射システムにおいても、パイロット噴射量の増加に伴ってメイン燃焼の着火遅れが短くなることを抑制でき、スモーク悪化を抑制できる。したがって、スモークの悪化および燃焼騒音の悪化の双方を抑制することができる。 According to the fuel injection control device of the present invention, the target in-cylinder pressure change rate at each injection timing not exceeding the target noise level is calculated, and based on the reference change rate component that is a part of the target in-cylinder pressure change rate, The allowable value of the slope of the heat release rate at the injection timing is determined. Then, the injection state is controlled so that the inclination of the heat generation rate of the internal combustion engine becomes a target heat generation rate inclination equal to or less than the allowable value. Therefore, the main injection can be controlled so as not to exceed the target noise level. Therefore, deterioration of combustion noise can be suppressed. Further, since the control object is not the pilot injection but the main injection, it is not necessary to increase the injection amount of the pilot injection. Therefore, even in an injection system that performs split injection of pilot injection and main injection, it is possible to suppress a decrease in the ignition delay of main combustion as the pilot injection amount increases, and it is possible to suppress deterioration of smoke. Therefore, both the deterioration of smoke and the deterioration of combustion noise can be suppressed.
なお、特許請求の範囲における括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定することを意図したものではない。 Note that the reference numerals in parentheses in the scope of claims are intended only to exemplify corresponding configurations in the embodiments described later in order to facilitate understanding of the description, and are not intended to limit the content of the invention. Absent.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図に基づき説明する。本実施形態では、図1に示すように、内燃機関として、多気筒ディーゼルエンジン10(以下、エンジン10という)を採用し、エンジン10にECU36を適用した燃料噴射システム11を例示する。なお、エンジン10が特許請求の範囲における「内燃機関」に相当する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
図1に示すように、エンジン10は、シリンダブロック12にピストン(図示せず)が往復動自在に収容されて構成されている。シリンダブロック12の上端面(紙面手前側)には、図示しないシリンダヘッドが設けられている。シリンダヘッドには、燃焼室16に開口する吸気ポート20および排気ポート22が形成されている。これら吸気ポート20および排気ポート22には、それぞれ図示しない吸気弁および排気弁が設けられている。排気弁および吸気弁は吸気量および排気量を調整する役割を担う。
As shown in FIG. 1, the
吸気ポート20には、外気を吸入するための吸気管28が接続されている。吸気弁が吸気ポート20を開放する吸入行程の際にピストンがシリンダ内を降下して負圧が生じる。これにより、吸気管28より吸入された外気が吸気ポート20を介してシリンダ内へ流入する。
An
排気ポート22には、燃焼ガスを排出するための排気管30が接続されている。排気弁が排気ポート22を開放する排気行程の際に、ピストンの上昇により燃焼室16から押し出された排気ガスが、排気ポート22を介して排気管30へ排出されるようになっている。
An
ECU36により、エンジン10に供給される燃料(軽油)の噴射圧、噴射量および噴射時期が制御されるようになっている。
The ECU 36 controls the injection pressure, injection amount, and injection timing of the fuel (light oil) supplied to the
燃料噴射システム11は、燃料の圧力(噴射圧)を変圧可能な変圧装置32、変圧装置32から圧送された燃料をエンジン10の各気筒の燃焼室16にそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁34、および変圧装置32と燃料噴射弁34を制御するECU36を備える。
The
燃料噴射弁34は、各気筒に対応して設けられており、ECU36によって電子制御される。燃料噴射弁34の開弁動作によって、燃料を各気筒内に燃料を噴射する。
The
変圧装置32は、図2に示すように、各燃料噴射弁34に対応して設けられた小型レール38、小型レール38に燃料を圧送する高圧ポンプ40、および各小型レール38と高圧ポンプ40を接続する高圧パイプ42を選択的に開閉する開閉弁44を備える。小型レール38は高圧ポンプ40から供給された高圧の燃料を所定のレール圧まで蓄圧するとともに、その蓄圧された燃料を燃料噴射弁34に供給する。燃料噴射弁34は、燃料噴射弁34が解放されると、小型レール38内の圧力と同等の噴射圧で燃料を燃焼室16に供給する。開閉弁44は、ECU36により制御されることで開閉し、高圧ポンプ40から小型レール38への燃料の供給量を制御している。燃圧センサ56は各小型レール38に取り付けられ、小型レール38に蓄圧された燃料圧力、つまり噴射圧を計測する。
As shown in FIG. 2, the
ECU36はCPU、RAM、ROM等を有するマイコン361を備えている。ECU36には、各種センサから出力される検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいてエンジン10の運転状態を検知する。マイコン361は、ROM等の記憶媒体に記憶された制御プログラムを実行することにより、後述する過渡状態判定手段59、目標騒音レベル決定手段60、目標筒内圧変化率決定手段70、許容熱発生率傾き決定手段80、目標熱発生率傾き決定手段90、噴射指令信号設定手段100、および噴射条件補正決定手段120として機能する。
The ECU 36 includes a
クランク角センサ46は、複数のパルス信号である回転角信号をECU36に対して出力する。ECU36は、回転角信号に基づいてエンジン10の回転数NEおよびクランク角度を検知する。また、アクセル開度センサ47は、アクセル開度信号をECU36に対して出力する。筒内圧センサ55は、エンジン10の1つの気筒に対して取り付けられ、燃焼室16内の筒内圧Pinに対応した出力信号をECU36へ出力する。
The
吸気管28および排気管30には過給器50が設けられている。過給器50は、エンジン10の排ガスからエネルギを回収して動力に変換し、回収した動力にてエンジン10の吸気管28を流れる吸入空気を加圧するものである。過給器50によってエンジン10に供給する空気量を増やすことができ、それに伴って燃焼可能な燃料の量が増えることでエンジン10の出力を増大させることができる。本実施形態では、過給器50として、排気管30に設けられて排気ガスのエネルギにより駆動されるタービンホイール51およびエンジン10の吸気管28に設けられてタービンホイール51の回転トルクにより駆動されるコンプレッサホイール52を有するターボチャージャを採用している。タービンホイール51およびコンプレッサホイール52は、タービンシャフト53を介して連結されている。
A
過給圧センサ54は、吸気管28の下流側に配置されており、実過給圧Pbを検出し、それに応じた出力信号をECU36へ出力する。
The supercharging
次に、ECU36による燃料噴射弁34からの燃料の噴射制御について説明する。なお、ECU36が特許請求の範囲における「燃料噴射制御装置」に相当する。
Next, fuel injection control from the
ECU36による噴射制御は、燃料噴射弁34からの燃料の噴射量および噴射時期を制御することで行われる。ECU36は、エンジン10の運転状態に基づいて最適な噴射量及び噴射時期を演算し、その演算結果に基づいて燃料噴射弁34の燃料噴射を制御する。具体的には、この噴射制御は、燃料の噴射量及び噴射時期を規定するパルス信号(噴射パルス)により、燃料噴射弁34に供給される電力を制御することで行われる。また、ECU36による噴射圧制御について説明する。ECU36は、変圧装置32の開閉弁44を開閉して、小型レール38内の圧力が所定値となるよう制御する。これにより、燃料噴射弁34から燃焼室16へ噴射される燃料の噴射圧が制御される。
The injection control by the
本実施形態において実施される噴射制御は、図3に示される。図3上段は噴射パルスのタイミングチャート、図3下段は燃焼室16内の熱発生率を示している。なお、横軸はクランク角度を示している。図3に示すように、ECU36はトルクの生成を目的とするメイン噴射に先立って、メイン噴射よりも少ない噴射量でパイロット噴射を燃料噴射弁34に実行させる。すなわち、ECU36は、1燃焼サイクルの燃焼行程において、パイロット噴射およびメイン噴射の多段噴射を燃料噴射弁34に実行させる。なお、図3に示すように、パイロット噴射はメイン噴射よりも噴射する燃料量は少ないため、熱発生率の波高値も小さい。また、本実施形態では、メイン噴射において要求される噴射量(要求されるトルクに基づく噴射量)を複数回に分割し、かつ短いインターバルで噴射させる。たとえば図3に示すものは、メイン噴射において要求される噴射量を3回に分割し、1回目、2回目、および3回目の噴射量割合を2:3:5となるように分割して、3回の噴射のインターバルを極めて短くして噴射する。噴射量の分割割合は所望の噴射条件によって決まる。なお、図3下段におけるメイン燃焼の波形が、特許請求の範囲における「熱発生率波形」に相当し、分割したうちのn回目の燃焼の終了時における熱発生率の値がおよそ零となる前に、n+1回目の燃焼によって熱発生率が増大し、以降これが繰り返されて形成される熱発生率の波形をいう。
The injection control implemented in this embodiment is shown in FIG. The upper part of FIG. 3 shows the timing chart of the injection pulse, and the lower part of FIG. 3 shows the heat generation rate in the
ECU36は、燃焼室16内において発生する燃焼騒音が目標騒音レベルとなるように燃料噴射弁34に対して噴射制御を実行する。以下、具体的な処理内容を図4に基づいて説明する。
The
まずS101においてエンジン10の運転状態が変化する過渡状態か否かを判定する。具体的には、過渡状態判定手段59によって、過給圧センサ54によって検出された実過給圧Pbと目標過給圧Pbrとの差が所定範囲内にない場合には過渡状態であると判定される(Yesと判定)。一方で、実過給圧Pbと目標過給圧Pbrとの差が所定範囲内にある場合には、過渡状態にないと判定される(Noと判定)。ここで、たとえば車両の加速時、つまりアクセルペダルが踏み込まれるときにおいては、エンジン10の要求トルクの増大に伴って燃料噴射弁34からの燃料噴射量が増量される。しかし、過給器50によって過給された吸気が燃焼室16に供給されるまでの遅れ(過給遅れ)を伴うことで、実過給圧Pbと目標過給圧Pbrとの差が大きくなる。そこで、実過給圧Pbと目標過給圧Pbrとの差によって過渡状態にあるか否かを判定できる。なお、目標過給圧Pbrは、回転数NEやアクセル開度などに基づき設定される。また、所定範囲は、車両性能等に基づいて適宜設定される値である。
First, in S101, it is determined whether or not the operating state of the
なお、S101における過渡状態か否かの判定手段としては、実過給圧Pbによる判定のほか、アクセル開度が所定値以上になった場合に過渡状態と判定するなど、様々な手段を採用しうる。 As a means for determining whether or not the engine is in the transient state in S101, various means are adopted such as determination based on the actual supercharging pressure Pb and a transitional state when the accelerator opening is equal to or greater than a predetermined value. sell.
S101において運転状態が過渡状態にあると判定された場合(Yesと判定された場合)には、過渡状態判定手段59は目標騒音レベル決定手段60に対して信号を送信し、S102に進む。S102においては、現在の運転条件(回転数NE、アクセル開度など)を取得する。S102において運転条件を取得すると、S103に進む。
When it is determined in S101 that the operating state is in a transient state (when determined as Yes), the transient
S103では、予めECU36に記憶されているマップに基づいて、取得した運転条件に応じた燃焼騒音の目標値である目標騒音レベルを決定する。具体的には、マイコン361内の目標騒音レベル決定手段60において、回転数およびアクセル開度などをパラメータとする目標騒音レベルのマップが予め記憶されている。S103において目標騒音レベルを決定すると、目標騒音レベル決定手段60は目標筒内圧変化率決定手段70に対して、決定した目標騒音レベルに関する信号を送信する。目標騒音レベルに関する信号を送信後、S104に進む。
In S103, based on a map stored in advance in the
S104では、予めECU36に記憶されているマップに基づいて、S103において決定した目標騒音レベルに基づいて筒内圧の変化率(単位クランク角度あたりの筒内圧変化)の目標値である目標筒内圧変化率Pcを決定する。筒内圧の変化率とは、メイン燃焼における筒内圧力が上昇する期間における変化率として定義され、メイン燃焼における筒内圧力が上昇する期間が、特許請求の範囲における「所定期間」に相当する。マイコン361内の目標筒内圧変化率決定手段70において、騒音レベルをパラメータとする筒内圧変化率のマップがECU36に予め記憶されている。ここで、目標騒音レベルに対応した筒内圧変化率、つまりそれ以上の筒内圧変化率になった場合に目標騒音レベルを超えてしまう上限値である上限筒内圧変化率に対して、目標筒内圧変化率Pcは、上限筒内圧変化率以下の値として設定されるものである。
In S104, a target in-cylinder pressure change rate that is a target value of a change rate of in-cylinder pressure (in-cylinder pressure change per unit crank angle) based on the target noise level determined in S103 based on a map stored in advance in the
ここで、気筒内の圧力変化は、少なくとも、内燃機関のピストン動作により生じる圧力変化(以下、モータリング圧力という)と、それに加えて燃料が燃焼したときに生じる圧力変化を含む。したがって、目標筒内圧変化率Pcは、モータリング圧力に関する成分である基準変化率成分Pdに加えて、燃焼により生じる筒内圧変化の成分である燃焼変化率成分を含んだ筒内圧変化率の目標値である。モータリング圧力はいわば1燃焼サイクル中におけるピストン動作のみによって生じる圧力変化であり、本実施形態において、モータリング圧力の圧力変化率は予めECU36内に記憶されている。
Here, the pressure change in the cylinder includes at least a pressure change caused by the piston operation of the internal combustion engine (hereinafter referred to as motoring pressure) and a pressure change caused when the fuel burns. Therefore, the target in-cylinder pressure change rate Pc is the target value of the in-cylinder pressure change rate including the combustion change rate component that is a component of the in-cylinder pressure change caused by combustion in addition to the reference change rate component Pd that is a component related to the motoring pressure. It is. The motoring pressure is, so to speak, a pressure change caused only by the piston operation during one combustion cycle. In this embodiment, the pressure change rate of the motoring pressure is stored in the
図5に示すように、TDC(圧縮上死点)より前のクランク角度、つまり圧縮工程の期間における基準変化率成分Pdは、TDCより後のクランク角度、つまり膨張行程の期間における基準変化率成分Pdより大きい。 As shown in FIG. 5, the crank angle before TDC (compression top dead center), that is, the reference change rate component Pd during the compression step is the crank angle after TDC, that is, the reference change rate component during the expansion stroke. Greater than Pd.
なお、本実施形態においては、目標騒音レベルに対して目標筒内圧変化率Pcが一意に決定される。つまり、どの燃焼時期においても目標筒内圧変化率Pcは一定値となる。S104にて目標筒内圧変化率Pcを決定すると、目標筒内圧変化率決定手段70は許容熱発生率傾き決定手段80に対して、目標筒内圧変化率Pcに関する信号を送信する。目標筒内圧変化率Pcに関する信号を送信後、S105に進む。なお、目標筒内圧変化率決定手段70が特許請求の範囲における「目標筒内圧変化率決定手段」に相当する。
In the present embodiment, the target in-cylinder pressure change rate Pc is uniquely determined with respect to the target noise level. That is, the target in-cylinder pressure change rate Pc becomes a constant value at any combustion timing. When the target in-cylinder pressure change rate Pc is determined in S104, the target in-cylinder pressure change
S105では、許容熱発生率傾き決定手段80によって、予めECU36において記憶されている基準変化率成分Pdと、目標筒内圧変化率Pcとの差である燃焼変化率成分の許容値Pfをクランク角度ごとに算出される。TDCより前のクランク角度、つまり圧縮工程の期間における燃焼変化率成分の許容値Pfは、TDCより後のクランク角度、つまり膨張行程の期間における燃焼変化率成分の許容値Pfより小さい。S105において燃焼変化率成分の許容値Pfを算出すると、S106に進む。
In S105, the allowable heat generation rate
S106では、S105にて算出した燃焼変化率成分の許容値Pfに基づいて、燃焼時期ごと(クランク角度ごと)の熱発生率傾きの許容値である許容熱発生率傾きHRRlが算出される。具体的には、許容熱発生率傾き決定手段80によって、燃焼変化率成分の許容値Pfに所定補正係数Aを乗算したものとして許容熱発生率傾きHRRlが算出される。図6に示すように、許容熱発生率傾きHRRlは、TDCより前のクランク角度、つまり圧縮工程の期間における値のほうが、TDCより後のクランク角度、つまり膨張行程の期間における値より小さい傾向にある。S106にて許容熱発生率傾きHRRlを算出すると、許容熱発生率傾き決定手段80は目標熱発生率傾き決定手段90に対して許容熱発生率傾きHRRlに関する信号を送信する。許容熱発生率傾きHRRlに関する信号を送信後、S107に進む。所定補正係数Aは、車両性能等に基づき許容できる範囲で適宜決定される値である。なお、許容熱発生率傾きHRRlが特許請求の範囲における「許容値」に相当し、許容熱発生率傾き決定手段80が「許容傾き決定手段」に相当する。
In S106, based on the allowable value Pf of the combustion change rate component calculated in S105, an allowable heat generation rate gradient HRR1 that is an allowable value of the heat generation rate gradient for each combustion timing (for each crank angle) is calculated. Specifically, the allowable heat generation rate
S107においては、図6に示すように、噴射の噴射条件を決定するパラメータである熱発生率傾きである目標熱発生率傾きHRRtとして、所望の燃焼時期における許容熱発生率傾きHRRlより小さい任意の値を決定する。S107の処理は、目標熱発生率傾き決定手段90によって実行される。S107にて目標熱発生率傾きHRRtを決定すると、目標熱発生率傾き決定手段90は噴射指令信号設定手段100に対して目標熱発生率傾きHRRtに関する信号を送信する。目標熱発生率傾きHRRtに関する信号を送信後、S108に進む。
In S107, as shown in FIG. 6, a target heat generation rate gradient HRRt, which is a heat generation rate gradient that is a parameter for determining the injection conditions of injection, is set to an arbitrary value smaller than the allowable heat generation rate gradient HRRl at a desired combustion timing. Determine the value. The process of S107 is executed by the target heat generation rate
S108では、メイン噴射に伴うメイン燃焼における熱発生率の傾きが、S107にて決定した目標熱発生率傾きHRRtとなるように、噴射指令信号設定手段100によって目標噴射条件が決定される。具体的には、図7に示すように、1回目の噴射に伴う燃焼開始時点の熱発生率HRROの点(以下、ゼロ点という)と、最後の噴射である3回目の噴射に伴う燃焼における最大熱発生率HRRmaxの点とを結んだ線分L1の傾きが目標熱発生率傾きHRRtとなるように目標噴射条件を決定する。以下、n回目の噴射に伴う燃焼において熱発生率が最大となる点を「n回目の最大点」ということとする。ここで、目標噴射条件とは、メイン燃焼において分割した各噴射における目標噴射圧、各噴射の噴射量の分割割合である目標分割割合、および各噴射の噴射間隔のいずれでもよい。なお、目標熱発生率傾きHRRtが特許請求の範囲における「目標熱発生率傾き」に、目標熱発生率傾き決定手段90が「目標傾き設定手段」に、目標噴射条件が「噴射状態」にそれぞれ相当する。 In S108, the target injection conditions are determined by the injection command signal setting means 100 so that the inclination of the heat generation rate in the main combustion accompanying the main injection becomes the target heat generation rate inclination HRRt determined in S107. Specifically, as shown in FIG. 7, in the point of the heat generation rate HRRO at the start of combustion accompanying the first injection (hereinafter referred to as zero point) and the combustion accompanying the third injection that is the last injection. The target injection condition is determined so that the slope of the line segment L1 connecting the points of the maximum heat release rate HRRmax becomes the target heat release rate slope HRRt. Hereinafter, the point at which the heat generation rate is maximized in the combustion accompanying the n-th injection is referred to as the “n-th maximum point”. Here, the target injection condition may be any of a target injection pressure in each injection divided in the main combustion, a target division ratio that is a division ratio of the injection amount of each injection, and an injection interval of each injection. It should be noted that the target heat generation rate slope HRRt is “target heat generation rate slope” in the claims, the target heat generation rate slope determination means 90 is “target slope setting means”, and the target injection condition is “injection state”. Equivalent to.
各種噴射条件の決定は、予めECU36に記憶してあるマップを用いてもよいし、数式により都度算出してもよい。たとえば、メイン噴射の噴射量を変えることなく1回目の噴射の噴射量を所定量増やすように噴射制御した場合、3回目の噴射量はその分少なくなるように制御されるため、3回目の噴射に伴う燃焼における熱発生率の最大値は小さくなる。つまり、メイン燃焼時の熱発生率傾きを小さくすることができる。一方で、3回目の噴射の噴射量を増やすように噴射制御した場合、3回目の噴射に伴う燃焼における熱発生率の最大値は大きくなる。つまり、メイン燃焼時の熱発生率傾きを大きくすることができる。S108にて噴射条件を決定すると、噴射指令信号設定手段100は決定した噴射条件に基づく噴射指令信号を駆動回路110に対して送信し、駆動回路110を駆動させる。噴射指令信号を駆動回路110に対して送信後、S109に進む。なお、駆動回路110が特許請求の範囲における「制御手段」に相当する。
The determination of various injection conditions may use a map stored in advance in the
S109では、駆動回路110によって、噴射指令信号設定手段100から受信した噴射指令信号に基づいて、噴射制御が実行される。具体的には、駆動回路から各燃料噴射弁34、もしくは変圧装置32に対して制御信号が送信され、それによって、燃料噴射弁34から燃料が噴射され、メイン燃焼の燃焼行程が開始される。S109にて制御信号を送信すると、S110に進む。
In S <b> 109, the injection control is executed by the
S110では、噴射条件補正決定手段120によって、S109の噴射指令信号によって実行された噴射に伴うメイン燃焼の熱発生率の傾きである実熱発生率傾きHRRrが算出される。具体的には、まず筒内圧センサ55から入力された信号に基づいてメイン燃焼時の筒内圧Pinを算出する。次に、筒内圧Pinに基づいて、下記数1により熱発生率dQを求める。
(数1)
dQ=(Vdp+KpdV)/(K−1)
ここで、Kは比熱比、Vは燃焼室16の容積である。次に、求めた熱発生率dQを1回微分することで実熱発生率傾きHRRrを得ることができる。S110にて実熱発生率傾きHRRrを得ると、S111に進む。
In S110, the injection condition
(Equation 1)
dQ = (Vdp + KpdV) / (K-1)
Here, K is the specific heat ratio, and V is the volume of the
S111では、噴射条件補正決定手段120によって、目標熱発生率傾きHRRtと実熱発生率傾きHRRrとの差の絶対値が所定値α以下であるか否かが判定される。差の絶対値が所定値α以下であると判定された場合(Yesと判定された場合)は、図4の処理フローを終了する。一方、差の絶対値が所定値α以下でないと判定された場合(Noと判定された場合)には、S112へ進み、噴射条件と目標熱発生率傾きHRRtのマップを更新する。S110ないしS112の処理は噴射条件補正決定手段120によって行われる。なお、目標熱発生率傾きHRRtと実熱発生率傾きHRRrとの差が、特許請求の範囲における「傾き差異量」に相当し、−α以上α以下の範囲が「所定の範囲」に相当する。
In S111, the injection condition
次に、本実施形態における効果について説明する。 Next, the effect in this embodiment is demonstrated.
(1)目標騒音レベルを超えない各噴射時期における目標筒内圧変化率Pcを算出し、基準変化率成分Pdと目標筒内圧変化率Pcとの差である燃焼変化率成分の許容値Pfに基づいて、各噴射時期における目標熱発生率傾きHRRtを決定する。そして、メイン噴射に伴うメイン燃焼の熱発生率の傾きが目標熱発生率傾きHRRtとなるようにメイン噴射を制御する。つまり、目標騒音レベルを超えないようにメイン噴射を制御することとなる。そのため、燃焼騒音の悪化を抑制することができる。また、噴射制御の対象はパイロット噴射ではなくメイン噴射であるため、パイロット噴射の噴射量を増加させる必要がない。そのため、パイロット噴射とメイン噴射の多段噴射をさせる噴射システムにおいても、パイロット噴射量の増加に伴ってメイン燃焼の着火遅れが短くなることを抑制でき、噴射した燃料と空気との混合を十分促進させる結果、スモーク悪化を抑制できる。したがって、スモークの悪化および燃焼騒音の悪化の双方を抑制することができる。 (1) A target in-cylinder pressure change rate Pc at each injection timing that does not exceed the target noise level is calculated, and based on the allowable value Pf of the combustion change rate component that is the difference between the reference change rate component Pd and the target in-cylinder pressure change rate Pc. Thus, the target heat generation rate gradient HRRt at each injection timing is determined. Then, the main injection is controlled so that the inclination of the heat generation rate of the main combustion accompanying the main injection becomes the target heat generation rate inclination HRRt. That is, the main injection is controlled so as not to exceed the target noise level. Therefore, deterioration of combustion noise can be suppressed. Further, since the target of injection control is not the pilot injection but the main injection, there is no need to increase the injection amount of the pilot injection. Therefore, even in an injection system that performs multistage injection of pilot injection and main injection, it is possible to suppress a decrease in the ignition delay of main combustion as the pilot injection amount increases, and sufficiently promote mixing of injected fuel and air As a result, smoke deterioration can be suppressed. Therefore, both the deterioration of smoke and the deterioration of combustion noise can be suppressed.
(2)目標熱発生率傾きHRRtとなるように噴射制御したメイン噴射に伴うメイン燃焼後、実熱発生率傾きHRRrと目標熱発生率傾きHRRtとの差の絶対値が所定値α以下でない場合には再度メイン噴射の噴射条件を再決定する。そのため、一度決定した目標熱発生率傾きHRRtに基づく噴射条件を補正することができる。したがって、補正をしない場合と比較して、確実に目標熱発生率傾きHRRtを実現するための噴射制御を実行することができる。 (2) When the absolute value of the difference between the actual heat generation rate gradient HRRr and the target heat generation rate gradient HRRt is not less than or equal to the predetermined value α after the main combustion associated with the main injection controlled to achieve the target heat generation rate gradient HRRt In this case, the injection conditions for the main injection are determined again. Therefore, the injection conditions based on the target heat generation rate gradient HRRt once determined can be corrected. Therefore, it is possible to execute the injection control for reliably realizing the target heat generation rate gradient HRRt as compared with the case where no correction is made.
(3)一般に運転状態が過渡状態にある場合は、過給遅れにより気筒内に所望の空気量が供給されない状況が生じうる。そこで、従来の燃料噴射制御装置では、噴射時期を遅角させる制御を行い、メイン噴射の着火遅れ期間を十分確保することによって、噴射した燃料と空気を十分混合させて未燃燃料およびスモークを抑制する。しかし、噴射時期を遅角させることで着火遅れ期間が長くなり、予混合量が増えることによって圧力変化率が増大し、熱発生率の傾きが大きくなるため、騒音が悪化する可能性がある。つまり、運転状態が過渡状態にある場合においては特に燃焼騒音の悪化が問題となりうる。本実施形態では、運転条件が過渡状態にない場合は図4に示す処理を実行しないこととしている。そのため、特に燃焼騒音の低減を図ることが要求される過渡状態にあることを条件として図4の一連の処理をECU36が実行するため、運転状態が過渡状態にある場合に、燃焼騒音を確実に抑制することができる。
(3) Generally, when the operation state is in a transient state, a situation may occur in which a desired amount of air is not supplied into the cylinder due to a delay in supercharging. Therefore, in the conventional fuel injection control device, the injection timing is controlled to be retarded, and the ignition delay period of the main injection is sufficiently ensured so that the injected fuel and air are sufficiently mixed to suppress unburned fuel and smoke. To do. However, by delaying the injection timing, the ignition delay period becomes longer, the premix amount increases, the pressure change rate increases, and the slope of the heat generation rate increases, so that the noise may deteriorate. That is, when the operating state is in a transient state, deterioration of combustion noise can be a problem. In the present embodiment, when the operating condition is not in a transient state, the process shown in FIG. 4 is not executed. For this reason, the
(4)メイン噴射で要求される噴射量をすべて一度に噴射する場合において所望の熱発生率傾きを得るための制御対象は、パイロット噴射の噴射量、およびパイロット噴射とメイン噴射間の噴射間隔等が考えうるが、メイン燃焼の着火遅れ期間が短くなることに起因してスモークの悪化が懸念される。一方で、本実施形態のように、メイン噴射において要求される噴射量を複数回に分割して噴射させる場合において所望の熱発生率傾きを得るための制御対象は、分割した各噴射の噴射量、噴射圧および噴射間隔が考えうる。これらの制御によればメイン燃焼の着火遅れ期間を短くすることがなく、スモークの悪化が抑制されるうえに、要求される噴射量をすべて一度に噴射する場合と比較して制御対象を増やすことができ、制御自由度が高まる。 (4) When all of the injection amounts required for main injection are injected at once, the control targets for obtaining a desired heat generation rate gradient are the injection amount of pilot injection, the injection interval between pilot injection and main injection, etc. However, there is a concern about the deterioration of smoke due to the shortened ignition delay period of the main combustion. On the other hand, in the case where the injection amount required in the main injection is divided into a plurality of times and injected as in the present embodiment, the control target for obtaining a desired heat generation rate gradient is the injection amount of each divided injection. The injection pressure and the injection interval can be considered. According to these controls, the ignition delay period of the main combustion is not shortened, the deterioration of smoke is suppressed, and the control target is increased compared to the case where all the required injection amounts are injected at once. This increases the degree of freedom of control.
(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態について図面に基づいて説明する。なお、第1実施形態と重複する部分については説明を簡略化または省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, description is simplified or abbreviate | omitted about the part which overlaps with 1st Embodiment.
第1実施形態では目標熱発生率傾きHRRtとして許容熱発生率傾きHRRlより小さい任意の値を決定したが、本実施形態では、S107において、目標熱発生率傾きHRRtとして、許容熱発生率傾きHRRlの値を決定する。つまり、図8のように、所定のクランク角度における許容熱発生率傾きHRRlが目標熱発生率傾きHRRtとなるように決定する。 In the first embodiment, an arbitrary value smaller than the allowable heat generation rate gradient HRRl is determined as the target heat generation rate gradient HRRt. Determine the value of. That is, as shown in FIG. 8, the allowable heat generation rate gradient HRRl at a predetermined crank angle is determined to be the target heat generation rate gradient HRRt.
次に、本実施形態によって得られる効果について説明する。 Next, effects obtained by the present embodiment will be described.
所定の目標騒音レベルに対して許容熱発生率傾きHRRlが算出されるため、どの噴射時刻においても許容熱発生率傾きHRRlの値となるように噴射をさせれば、噴射時期を変更したとしてもメイン燃焼によって生じる燃焼騒音の大きさを等しくすることができる。したがって、本実施形態の構成とすることによって、燃焼騒音の大小変化に伴う違和感を車両の乗員に対して与えることを抑制できる。 Since the allowable heat generation rate gradient HRRl is calculated for a predetermined target noise level, if injection is performed so that the allowable heat generation rate gradient HRRl becomes the value at any injection time, even if the injection timing is changed The magnitude of the combustion noise generated by the main combustion can be made equal. Therefore, by adopting the configuration of the present embodiment, it is possible to prevent the vehicle occupant from feeling uncomfortable with the change in the combustion noise.
(他の実施形態)
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、以下のように変形させてもよい。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited to the said Example, As long as it belongs to the technical scope of this invention, you may deform | transform as follows.
・上記実施形態においては、目標騒音レベルをパラメータとする目標筒内圧変化率PcのマップがECU36に予め記憶されていることに伴って、どの燃焼時期(クランク角度)においても目標筒内圧変化率Pcは一定値となるようにした。しかし、ECU36に予め記憶されているマップが、目標騒音レベルおよびクランク角度の双方をパラメータとして目標筒内圧変化率Pcを決定するものであってもよい。この場合、目標筒内圧変化率Pcは燃焼時期に依存する変数となる。
In the above embodiment, a map of the target in-cylinder pressure change rate Pc with the target noise level as a parameter is stored in the
・上記第2実施形態においては、目標熱発生率傾きHRRtとして、許容熱発生率傾きHRRlの値を決定するようにした。しかし、図9のように、目標熱発生率傾きHRRtを、燃焼開始時刻がTDCより前の時刻(以下、TDC前という)においては許容熱発生率傾きHRRl以下とし、TDCより以後の時刻(以下、TDC後という)においては許容熱発生率傾きHRRl以下かつTDCより前の時刻の値より大きくするようにしてもよい。一般に、TDC前よりもTDC後のほうが基準変化率成分Pdが小さいことに起因して、TDC前よりもTDC後のほうが許容熱発生率傾きHRRlが大きい。そのため、上記の構成とすることによって、TDC前よりもTDC後の目標熱発生率傾きHRRtのほうが小さい場合と比較して、燃焼騒音の変化に伴う違和感を乗員に与えることを抑制できる。 In the second embodiment, the value of the allowable heat generation rate gradient HRRl is determined as the target heat generation rate gradient HRRt. However, as shown in FIG. 9, the target heat generation rate gradient HRRt is set to be equal to or less than the allowable heat generation rate gradient HRR1 when the combustion start time is earlier than TDC (hereinafter referred to as before TDC), and the time after TDC (hereinafter referred to as “below”) , After TDC), the allowable heat generation rate gradient HRRl or less and greater than the time value before TDC may be used. In general, the allowable heat generation rate gradient HRR1 is greater after TDC than before TDC because the reference change rate component Pd is smaller after TDC than before TDC. For this reason, by adopting the above-described configuration, it is possible to suppress the occupant from feeling uncomfortable with the change in combustion noise as compared with the case where the target heat generation rate gradient HRRt after TDC is smaller than that before TDC.
・所定時刻における目標熱発生率傾きHRRtは、その時刻における基準変化率成分Pdが大きいほど小さくするようにしてもよい。言い換えれば、基準変化率成分Pdが小さいほど目標熱発生率傾きHRRtを大きくするようにしてもよい。 The target heat generation rate gradient HRRt at a predetermined time may be made smaller as the reference change rate component Pd at that time is larger. In other words, the target heat generation rate gradient HRRt may be increased as the reference change rate component Pd is smaller.
・上記実施形態においては、熱発生率傾きHRRを、メイン噴射のゼロ点と3回目の最大点とを結んだ線分L1の傾きとして定義した。しかし、定義はこれに限られるものではなく、たとえばゼロ点と各回の最大点に基づいて最小二乗法により求めた1次近似直線の傾きとして定義してもよい。 In the above embodiment, the heat release rate slope HRR is defined as the slope of the line segment L1 connecting the zero point of the main injection and the third maximum point. However, the definition is not limited to this, and for example, it may be defined as the slope of a linear approximation line obtained by the least square method based on the zero point and the maximum point of each time.
・上記実施形態においては、1燃焼サイクルにおいてパイロット噴射およびメイン噴射の多段噴射を燃料噴射弁34に実行させることとしたが、1燃焼サイクル中でメイン噴射のみの単発噴射であってもよい。また、メイン噴射後にアフター噴射が行われるようにしてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態においては、メイン噴射において要求される噴射量を複数回に分割して噴射させることとしたが、一度にすべて噴射してもよい。この場合、目標熱発生率傾きHRRtを実現するための噴射条件としては、1サイクル中に噴射圧を制御することが考えられる。 In the above embodiment, the injection amount required in the main injection is divided into a plurality of times and injected, but all may be injected at once. In this case, as an injection condition for realizing the target heat generation rate gradient HRRt, it is conceivable to control the injection pressure during one cycle.
・上記実施形態における燃料噴射システム11は、変圧装置32を備えるものとしたが、変圧装置32を備えておらず、一般的なディーゼルエンジンシステムに用いられるコモンレールを備えるものであってもよい。
-Although
・上記実施形態においては、S111において、目標熱発生率傾きHRRtと実熱発生率傾きHRRrとの差の絶対値が所定値α以下でないと判定された場合(Noと判定された場合)には、噴射条件と目標熱発生率傾きHRRtのマップを更新するとした(S112)。しかし、S108においてマップに基づいて噴射条件を決定しない場合、たとえば数式により都度算出する場合には、S111においてNoと判定されるとS101から処理を繰り返すようにしてもよい。その場合、S108にて再度メイン噴射条件を数式により算出する。 In the above embodiment, when it is determined in S111 that the absolute value of the difference between the target heat generation rate gradient HRRt and the actual heat generation rate gradient HRRr is not less than or equal to the predetermined value α (when determined No). The map of the injection condition and the target heat generation rate gradient HRRt is updated (S112). However, when the injection condition is not determined based on the map in S108, for example, when calculating each time using a mathematical formula, if it is determined No in S111, the process may be repeated from S101. In that case, the main injection condition is again calculated by a mathematical formula in S108.
10 エンジン、11 燃料噴射システム、16 燃焼室、32 変圧装置、34 燃料噴射弁、36 ECU、50 過給器、52 筒内圧センサ、54 過給圧センサ、60 目標騒音レベル決定手段、70 目標筒内圧変化率決定手段、80 許容熱発生率傾き決定手段、90 目標熱発生率傾き決定手段、100 噴射指令信号設定手段、110 駆動回路、120 噴射条件補正決定手段
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記内燃機関の筒内圧が燃焼に伴い上昇する所定期間における筒内圧変化率の目標値である目標筒内圧変化率を、前記内燃機関の燃焼騒音が目標騒音レベルを超えないような値に決定する目標筒内圧変化率決定手段(70)と、
前記目標筒内圧変化率には、前記内燃機関のピストン動作により生じる筒内圧変化の成分である基準変化率成分、および燃焼に起因する筒内圧変化の成分である燃焼変化率成分が含まれており、前記基準変化率成分に基づき、前記所定期間における熱発生率の傾きの許容値を決定する許容傾き決定手段(80)と、
前記内燃機関の熱発生率の傾きが前記許容値以下の目標熱発生率傾きとなるように前記噴射状態を制御する制御手段(110)とを備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。 A fuel injection control device configured to control an injection state of fuel to an internal combustion engine (10),
A target in-cylinder pressure change rate that is a target value of the in-cylinder pressure change rate during a predetermined period in which the in-cylinder pressure of the internal combustion engine rises with combustion is determined to a value that does not cause the combustion noise of the internal combustion engine to exceed the target noise level. A target in-cylinder pressure change rate determining means (70);
The target in-cylinder pressure change rate includes a reference change rate component that is a component of in-cylinder pressure change caused by the piston operation of the internal combustion engine, and a combustion change rate component that is a component of in-cylinder pressure change caused by combustion. An allowable inclination determining means (80) for determining an allowable value of the inclination of the heat generation rate in the predetermined period based on the reference change rate component;
A fuel injection control device comprising: control means (110) for controlling the injection state so that the inclination of the heat generation rate of the internal combustion engine becomes a target heat generation rate inclination equal to or less than the allowable value.
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