JP7225439B2 - CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD OF IGNITION DEVICE WITH AUXILIARY COMBUSTION CHAMBERS UNDER FUEL SUPPLY OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃料供給下の副燃焼室を備えた点火装置を制御するための制御ユニット及びその方法に関し、制御ユニットは、副燃焼室から主燃焼室に流入する反応性噴流の噴射力を制御する。 The present invention relates to a control unit and method for controlling an ignition device with a fueled auxiliary combustion chamber of an internal combustion engine, the control unit injecting a reactive jet flowing from the auxiliary combustion chamber into the main combustion chamber. control power.
内燃機関の燃焼効率を高めるためには、燃料供給下の副燃焼室を備えた点火装置の利用が有益である。このような点火装置の高点火エネルギーは、副燃焼室内で発生する予備燃焼によりもたらされる。この予備燃焼は、少量の燃料を副燃焼室内に噴射し、これにより生じた室内の空燃混合物を点火することで開始される。副燃焼室は、微細なオリフィスを介して、主燃焼室に連結されているため、副燃焼室内の燃焼により反応性噴流を生じ、この噴流が、副燃焼室から主燃焼室内へ流入し、室内の空燃混合物を点火する。この反応性噴流は、通常、主燃焼室全体に拡散することで、複数の点火スポットを提供し、このスポットが、頗る希薄な空燃混合物であっても、その確実な点火を可能とする。 In order to increase the combustion efficiency of an internal combustion engine, it is beneficial to use an ignition device with a secondary combustion chamber under fuel supply. The high ignition energy of such igniters is provided by the precombustion occurring in the subcombustion chamber. This precombustion is initiated by injecting a small amount of fuel into the subcombustion chamber and thereby igniting the resulting air-fuel mixture in the chamber. Since the sub-combustion chamber is connected to the main combustion chamber through a fine orifice, combustion in the sub-combustion chamber produces a reactive jet, and this jet flows from the sub-combustion chamber into the main combustion chamber, of air-fuel mixture. This reactive jet typically spreads throughout the main combustion chamber to provide multiple ignition spots that enable reliable ignition of even very lean air/fuel mixtures.
しかしながら、内燃機関の耐用年数にわたる副燃焼室点火の確実性を損なう可能性のある幾つかの障壁がある。例えば、副燃焼室内での濃厚ガス混合物と高温の使用は、噴射器先端面あるいは副燃焼室オリフィスのコークス化を招く場合がある。噴射器先端への燃焼残留物の堆積は、噴射燃料流の劣化さえ招き、延いては、副燃焼室燃焼により生成される反応性噴流の力を削ぐ結果となる場合もある。このため、反応性噴流の噴射力を検出可能とすることが好ましいであろう。これは、噴射燃料流の劣化に対する対策を導入することを可能にする。さらに、噴射力は、また、エンジンの環境条件によっても影響を被る。例えば、低温状態および低負荷においては、低温の副燃焼室体が、副燃焼室燃料および噴流から多くのエネルギーを奪い取るため、副燃焼室燃焼の安定性が阻害される。噴射力を制御することで、前述した困難な環境条件下においても、副燃焼室燃焼を向上させることが可能となる。 However, there are several barriers that can compromise the reliability of subcombustion chamber ignition over the life of the internal combustion engine. For example, the use of rich gas mixtures and high temperatures in the subcombustion chamber can lead to coking of the injector tip face or subcombustion chamber orifice. Combustion residue build-up on the injector tip can even lead to deterioration of the injected fuel flow, which in turn can result in a weakening of the reactive jet produced by secondary combustion chamber combustion. For this reason, it would be preferable to be able to detect the injection force of the reactive jet. This makes it possible to introduce countermeasures against deterioration of the injected fuel flow. In addition, injection power is also affected by environmental conditions of the engine. For example, under cold conditions and low loads, the cold sub-combustion chamber body will steal a lot of energy from the sub-chamber fuel and jets, thus hindering the stability of the sub-combustion chamber combustion. By controlling the injection power, it is possible to improve the subcombustion chamber combustion even under the difficult environmental conditions mentioned above.
従来、噴射力を監視するには、特に、噴流に含まれる熱エネルギーを表す精確な値を特定するステップが監視プロセスに含まれる場合、複雑かつ高価な手段/装置が必要とされている。 Conventionally, monitoring jet power requires complex and expensive means/apparatus, especially if the monitoring process involves identifying a precise value representing the thermal energy contained in the jet.
特許文献1(欧州特開3392487号公報)には、動力生成エンジンとして使用される予備燃焼室型ガスエンジンのための制御方法が開示されている。副燃焼室から主燃焼室内へ噴射されるトーチ噴流/反応性噴流の力は、副燃焼室内の圧力の主燃焼室内の圧力に対する差異あるいは割合に相関関係を有する。このことは、トーチ力を表す値を確定するには、主燃焼室内の圧力並びに副燃焼室内の圧力を検出する必要があることを意味している。主燃焼室内への半永久圧力センサーは利用可能であるが、副燃焼室に圧力センサーを装備することは、依然として困難なタスクであり、多大の労力と費用を招く結果となる。さらに、副燃焼室内のスペースに限りがあるため、一般的に使用される圧力センサーに比べて精度の低い、耐久性に劣る頗る小型の圧力センサーしか取り付けることができない。 EP 3 392 487 A1 discloses a control method for a precombustion chamber gas engine used as a power generating engine. The force of the torch jet/reactive jet injected from the subcombustion chamber into the main combustion chamber is a function of the difference or ratio of the pressure in the subcombustion chamber to the pressure in the main combustion chamber. This means that it is necessary to detect the pressure in the main combustion chamber as well as the pressure in the subcombustion chamber in order to establish a value representing the torch force. Although semi-permanent pressure sensors into the primary combustion chamber are available, equipping the secondary combustion chambers with pressure sensors remains a difficult task, resulting in significant labor and expense. Furthermore, due to the limited space in the sub-combustion chamber, only extremely small pressure sensors with lower accuracy, less durability and less durability than commonly used pressure sensors can be installed.
特許文献1:欧州特開3392487号公報 Patent Document 1: European Patent Publication No. 3392487
上記に鑑み、本発明は、あらゆる環境条件下においても、副燃焼室点火の確実な操作を確保し、制御ユニットを機構上複雑化することなく、エンジンの耐用年数にわたってこれを確保するための制御ユニットおよびその方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention provides a control system to ensure reliable operation of the secondary combustion chamber ignition under all environmental conditions and to ensure this over the service life of the engine without adding mechanical complexity to the control unit. The object is to provide a unit and its method.
上記の課題は、独立項に記載の発明主題により解決される。また、好ましい実施の形態は、従属項により記載される。 The above problems are solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are also described by the dependent claims.
内燃機関を制御するための制御ユニットは、副燃焼室から主燃焼室内へ流入する反応性噴流の噴射力を制御する。好ましくは、当該制御は、フィードバック制御を利用して実行される。本明細書において、「反応性噴流」とは、副燃焼室内のオリフィスを介して、副燃焼室から主燃焼室内へ排出され/吹き出され/押し出される高温の流体若しくは流体状物質の噴流として理解されたい。この高温流体は、好ましくは、遊離基、一酸化炭素、炭化水素などの燃焼生成物を含む副燃焼室燃焼により生成されたガスである。「反応性噴流」は、また、副燃焼室から主燃焼室内へ、オリフィスを介して逃避する(乱流)炎噴流として理解されてもよい。 A control unit for controlling the internal combustion engine controls the injection force of the reactive jet flowing from the auxiliary combustion chamber into the main combustion chamber. Preferably, the control is performed using feedback control. As used herein, "reactive jet" is understood as a jet of hot fluid or fluid-like substance discharged/blown/pushed from the secondary combustion chamber through an orifice in the secondary combustion chamber into the primary combustion chamber. sea bream. This hot fluid is preferably gas produced by secondary combustion chamber combustion including combustion products such as free radicals, carbon monoxide and hydrocarbons. A "reactive jet" may also be understood as a (turbulent) flame jet escaping through an orifice from the secondary combustion chamber into the main combustion chamber.
反応性噴流の噴射力は、反応性噴流の点火エネルギーであるかそれを含むものであってもよい、例えば、副燃焼室燃焼の燃焼生成物に蓄えられた熱エネルギー、運動エネルギー及び/又は化学エネルギー等である。 The injection power of the reactive jet may be or include ignition energy of the reactive jet, e.g., thermal energy, kinetic energy and/or chemical energy stored in the combustion products of subcombustion chamber combustion. such as energy.
用語「制御」は、噴射力のフィードバック制御から成り、フィードバック制御は、特に、噴射力を表す目標(事前設定)パラメータと噴射力を表す実際の/確定された/測定された現時点でのパラメータとの比較利用と、噴射力を表す目標(事前設定)パラメータと噴射力を表す実際の/現時点でのパラメータとの差異を排除するための副燃焼室燃焼に影響を及ぼす少なくとも一つのパラメータの調整とを含むものとする。 The term "control" consists of a feedback control of the injection force, which in particular comprises a target (preset) parameter representing the injection force and an actual/determined/measured current parameter representing the injection force. and adjustment of at least one parameter affecting subcombustion chamber combustion to eliminate differences between target (preset) parameters representing injection power and actual/current parameters representing injection power. shall include
内燃機関(略して「燃焼エンジン」、「エンジン」)は、少なくとも一つのシリンダーと、少なくとも一つの主燃焼室(略して「主室」)と、少なくとも一つの吸気ポートと、少なくとも一つの主燃料噴射器と、主燃焼室内の高周波振動を検出する少なくとも一つの確定手段と、主燃焼室内の空燃混合物を点火する少なくとも一つの点火装置とから構成されてよい。 An internal combustion engine (abbreviated "combustion engine", "engine") comprises at least one cylinder, at least one main combustion chamber (abbreviated "main chamber"), at least one intake port, and at least one main fuel It may consist of an injector, at least one determining means for detecting high frequency oscillations in the main combustion chamber, and at least one ignition device for igniting the air-fuel mixture in the main combustion chamber.
点火装置は、スパークプラグと、副燃焼室燃料噴射器と、副燃焼室壁内の少なくとも一つのオリフィスを介して主燃焼室に連結される副燃焼室とから構成されてよい。 The ignition system may consist of a spark plug, a secondary combustion chamber fuel injector, and a secondary combustion chamber coupled to the primary combustion chamber via at least one orifice in the secondary combustion chamber wall.
制御ユニットは、主燃焼室内の高周波振動を検出する構成の少なくとも一つの確定手段を使用することで、反応性噴流の噴射力を確定する構成としてよい。少なくとも一つ確定手段は、圧力センサー及び/又はノックセンサー及び/又はトルクセンサーであってもよい。高周波振動は、500Hzを上回る周波数を有する振動であってもよい。 The control unit may be arranged to determine the injection power of the reactive jet using at least one determining means configured to detect high frequency oscillations in the main combustion chamber. At least one determining means may be a pressure sensor and/or a knock sensor and/or a torque sensor. A high frequency vibration may be a vibration having a frequency above 500 Hz.
主燃焼室に流入する反応性噴流は、主燃焼室全体に拡散する衝撃波を誘引するものであってもよい。反応性噴流の点火エネルギー(前述した「噴射力」)が高いほど、誘引される衝撃波の振幅が大きくなる。換言すれば、主燃焼室内への反応性噴流の流入から生起する衝撃波を利用して、噴射力を表すパラメータを確定してよい。 A reactive jet entering the main combustion chamber may induce a shock wave that spreads throughout the main combustion chamber. The higher the ignition energy of the reactive jet (the "injection force" described above), the greater the amplitude of the induced shock wave. In other words, the shock wave resulting from the entry of the reactive jet into the main combustion chamber may be used to establish a parameter representing injection power.
副燃焼室から急速に逃避して主燃焼室全体に拡散する反応性噴流により誘引される衝撃波は、シリンダー圧力信号上の圧力振動として検出可能である。従って、内燃機関の燃焼タイミングを制御するために一般的に利用されるシリンダー圧センサーが、主燃焼室内に流入する噴流により引き起こされる高周波振動を確定するために適当であってもよい。その固有振動数が大きいため、動圧及び微細な圧力変動を測定するには、圧電式圧力センサーを利用することができる。代わりに、あるいは、加えて、ノック振動燃焼による構造自体のノイズ振動を検出するために各種ガソリンエンジンに通常取り付けられるノックセンサーを利用して、反応性噴流により誘引される振動を評価することもできる。 Shock waves induced by reactive jets that rapidly escape the secondary combustion chamber and spread throughout the main combustion chamber are detectable as pressure oscillations on the cylinder pressure signal. Accordingly, a cylinder pressure sensor commonly utilized to control combustion timing in internal combustion engines may be suitable for determining high frequency oscillations caused by jets entering the main combustion chamber. Due to its high natural frequency, piezoelectric pressure sensors can be used to measure dynamic pressure and minute pressure fluctuations. Alternatively, or in addition, the vibrations induced by the reactive jet can be evaluated using knock sensors commonly installed in various gasoline engines to detect noise vibrations in the structure itself due to knock vibration combustion. .
本願発明者の知見によれば、反応性噴流により誘引される衝撃波に対応する周波数は、一般的なノックセンサーの周波数範囲によりカバーされるが、ノッキング振動と比較すると、は異なる偏差を呈している。 According to the findings of the inventors of the present application, the frequency corresponding to the shock wave induced by the reactive jet is covered by the frequency range of typical knock sensors, but exhibits a different deviation when compared to the knocking vibration. .
したがって、ノックセンサー信号の適切な評価をもって、反応性噴流により引き起こされた振動と、ノッキングにより引き起こされた振動とを識別することが可能となる。代わりに、あるいは、加えて、例えば、10kHzまでの周波数範囲により、動圧測定の実行も可能なトルクセンサーを利用してもよい。例えば、エンジントルクは、エンジンクランクシャフトに固定されたトルク測定フランジにより測定されてもよい。 With a suitable evaluation of the knock sensor signal, it is therefore possible to distinguish between vibrations caused by reactive jets and vibrations caused by knocking. Alternatively, or in addition, a torque sensor may be utilized that also allows dynamic pressure measurements to be performed, for example with a frequency range of up to 10 kHz. For example, engine torque may be measured by a torque measuring flange fixed to the engine crankshaft.
別の確定手段と比べ、特に、二つ以上のシリンダーに備えられている場合の圧力センサーの利用は、各シリンダーの噴射力が個々に精確に調整可能であるという利点を有する。ノックセンサーもまた、検出された振動を別々のシリンダーに割り当て可能であるが、シリンダー毎に個々の圧力センサーを利用する場合に比べて精確性に劣る。しかしながら、ノックセンサーは既にエンジンで利用可能であり、このため、反応性噴流により引き起こされた振動を精確に検出することにのみ評価努力を払えば良いことから、ノックセンサーの利用は有益ではある。トルク測定フランジで検出可能なトルク振動は、全シリンダーの圧力変動から生起し、平均的な噴射力を制御するには十分であってもよい。 Compared to other means of determination, the use of pressure sensors, especially when provided on more than one cylinder, has the advantage that the injection power of each cylinder can be adjusted individually and precisely. Knock sensors can also assign detected vibrations to different cylinders, but are less accurate than using individual pressure sensors for each cylinder. However, knock sensors are already available in engines, so the use of knock sensors is beneficial because evaluation efforts need only be devoted to accurately detecting vibrations induced by reactive jets. The torque oscillations detectable by the torque-measuring flange arise from all-cylinder pressure fluctuations and may be sufficient to control the average injection power.
さらに、制御ユニットは、主燃焼室内で検出された高周波振動に基づき、反応性噴流の噴射力を表す特性パラメータを確定してもよい。エンジン運転中、反応性噴流の点火エネルギーは確定が困難であり、よって、フィードバック制御へのアクセスが難しいため、主燃焼室内で検出された高周波振動に基づく「特性パラメータ」は、フィードバック制御のための制御下の変数や目標値として使役してもよい。本明細書において、この「制御下の変数」は、実際の/現時点での特性パラメータであってもよく、目標値は、目標(事前設定)特性パラメータによる値であってもよい。 Furthermore, the control unit may determine a characteristic parameter representing the injection force of the reactive jet on the basis of the detected high-frequency oscillations in the main combustion chamber. During engine operation, the ignition energy of the reactive jet is difficult to determine and therefore difficult to access for feedback control. May be used as a controlled variable or target value. As used herein, this "variable under control" may be the actual/current characteristic parameter and the target value may be the value according to the target (preset) characteristic parameter.
特性パラメータを確定/評価/算定するため、制御ユニットは、所定の周波数帯を備えたバンドパスフィルターを利用して、所定数のエンジンサイクルについて、所定の時間範囲において検出された高周波振動を分析することで、フィルター処理された信号を生成してもよく、所定数のエンジンサイクル各々について、フィルター処理された信号の最大絶対振幅を特定することで特性パラメータを確定してもよい。さらに、制御ユニットは、特定された最大絶対振幅の平均値を算定してもよく、算定された平均値は、特性パラメータであってもよい。 In order to establish/evaluate/calculate the characteristic parameters, the control unit analyzes the detected high-frequency vibrations in a given time range for a given number of engine cycles using a bandpass filter with a given frequency band. A filtered signal may thus be generated, and a characteristic parameter may be determined by determining the maximum absolute amplitude of the filtered signal for each of a predetermined number of engine cycles. Furthermore, the control unit may calculate an average value of the identified maximum absolute amplitudes, and the calculated average value may be a characteristic parameter.
所定の時間範囲は、好ましくは、上死点発火(FTDC)前の60°で開始し、FTDC後60°で終了してもよく、最も好ましくは、点火タイミングで開始し、最大シリンダー圧のクランク角度で終了してもよい。バンドパスフィルターは、好ましくは、1kHz~20kHz、最も好ましくは、4kHz~10kHzの周波数範囲を備えてもよい。フィルター処理されるエンジンサイクル数は、好ましくは、50サイクル~500サイクル、最も好ましくは、100サイクル~300サイクルの範囲であってもよい。 The predetermined time range preferably starts 60° before top dead center firing (FTDC) and may end 60° after FTDC, most preferably starting at ignition timing and cranking at maximum cylinder pressure. May end at an angle. The bandpass filter may preferably have a frequency range of 1 kHz to 20 kHz, most preferably 4 kHz to 10 kHz. The number of filtered engine cycles may preferably range from 50 cycles to 500 cycles, most preferably from 100 cycles to 300 cycles.
代わりに、あるいは、加えて、制御ユニットは、所定の周波数帯を備えたバンドパスフィルターを利用して、所定数のエンジンサイクルについて、所定の時間範囲で検出された高周波振動を分析することでフィルター処理された信号を生成してもよく、所定数のエンジンサイクル各々についてフィルター処理された信号のピーク周波数を特定し、また、特定されたピーク周波数の分布を算定することで特性パラメータを確定してもよく、算定された分布は、特性パラメータであってもよい。 Alternatively or additionally, the control unit utilizes a bandpass filter with a predetermined frequency band to filter by analyzing high frequency vibrations detected in a predetermined time range for a predetermined number of engine cycles. A processed signal may be generated, and a characteristic parameter is determined by identifying peak frequencies of the filtered signal for each of a predetermined number of engine cycles and calculating a distribution of the identified peak frequencies. Alternatively, the calculated distribution may be a characteristic parameter.
所定の時間範囲は、好ましくは、FTDC前の60°で開始し、FTDC後60°で終了してもよく、最も好ましくは、点火タイミングで開始し、最大シリンダー圧のクランク角度で終了してもよい。バンドパスフィルターは、好ましくは、1kHz~20kHzの周波数範囲を備えてもよく、最も好ましくは、4kHz~10kHzの周波数範囲を備えてもよい。フィルター処理されるエンジンサイクル数は、好ましくは、50サイクル~500サイクルの範囲であってもよく、最も好ましくは、100サイクル~300サイクルの範囲であってもよい。 The predetermined time range preferably starts 60° before FTDC and may end 60° after FTDC, most preferably starting at ignition timing and ending at crank angle of maximum cylinder pressure. good. The bandpass filter may preferably have a frequency range from 1 kHz to 20 kHz, most preferably from 4 kHz to 10 kHz. The number of engine cycles to be filtered may preferably range from 50 cycles to 500 cycles, most preferably from 100 cycles to 300 cycles.
最高強度を備えた周波数であってもよい各エンジンサイクルのフィルター処理された信号のピーク周波数を特定するため、所定数のエンジンサイクル各々について、周波数分析が実行されてもよい。周波数分析は、好ましくは、高速フーリエ変換(FET)サイクルであってもよい。ピーク周波数分布は、特定されたピーク周波数でのエンジンサイクル数をカウントすることで算定してもよい。ノックセンサーを利用して主燃焼室内の高周波振動を検出する場合、好ましくは、周波数偏差を特性パラメータとして使役してもよい。 A frequency analysis may be performed for each of a predetermined number of engine cycles to identify the peak frequency of the filtered signal for each engine cycle, which may be the frequency with the highest intensity. Frequency analysis may preferably be a Fast Fourier Transform (FET) cycle. A peak frequency distribution may be calculated by counting the number of engine cycles at the specified peak frequency. If a knock sensor is used to detect high-frequency oscillations in the main combustion chamber, the frequency deviation may preferably be used as a characteristic parameter.
制御ユニットは、副燃焼室内へ噴射される燃料量及び/又は副燃焼室燃料噴射器の噴射タイミングを調整/制御することで噴射力を調整してもよい。代わりに、あるいは、加えて、制御ユニットは、主燃料噴射器の噴射タイミング及び/又はスパークプラグに供給される点火エネルギーを調整することで噴射力を調整してもよい。これに関連して、噴射力は、実際の/現時点での特性パラメータと所定の目標特性パラメータとの差異に基づき調整される。本明細書において、実際の/現時点での特性パラメータは、高周波振動を含め現時点において測定されたエンジンサイクルに基づき算定/確定された特性パラメータであってもよい。十分な精度を持って実際の/現時点での特性パラメータを算定するためには、所定数のエンジンサイクルを記録し、特定された最大絶対振幅の平均値及び/又はピーク周波数分布を算定する必要がある(既に確定されたエンジンサイクル数範囲を参照)。所定の目標特性パラメータは、内燃機関のテスト段階中に、前述した方法により算定し、制御ユニット内に特性カーブあるいはマップとして記憶してもよい。 The control unit may adjust the injection power by adjusting/controlling the amount of fuel injected into the secondary combustion chamber and/or the injection timing of the secondary combustion chamber fuel injectors. Alternatively or additionally, the control unit may adjust the injection power by adjusting the injection timing of the main fuel injectors and/or the ignition energy supplied to the spark plugs. In this connection, the injection power is adjusted on the basis of the difference between the actual/current characteristic parameter and the predetermined target characteristic parameter. As used herein, actual/current characteristic parameters may be characteristic parameters calculated/determined based on currently measured engine cycles including high frequency vibrations. In order to determine the actual/current characteristic parameters with sufficient accuracy, it is necessary to record a certain number of engine cycles and determine the average value of the maximum absolute amplitude specified and/or the peak frequency distribution. Yes (see already established engine cycle number range). Predetermined target characteristic parameters may be determined during the test phase of the internal combustion engine in the manner described above and stored as characteristic curves or maps in the control unit.
上述したように、反応性噴流の噴射力は、副燃焼室内で発生した燃焼の結果として、副燃焼室から主室内へ逃避する反応性噴流内に含まれる点火エネルギーとして定義することができる。換言すれば、副燃焼室燃焼の熱放出が反応性噴流の点火エネルギーを作出する。一般的に、燃焼の熱放出は全て、噴射された燃料質量と燃料の低位発熱量に依拠する。その結果、副燃焼室燃焼に寄与する燃料質量は、噴射力に影響を及ぼす適当なパラメータであってもよい。燃料量を増やして副燃焼室内へ噴射すると、室内での熱放出が増加し、噴射力が高まることがある。副燃焼室燃焼の熱放出全体の他に、その熱放出率も噴射力に影響を及ぼすことがある。熱放出率は、例えば、副燃焼室燃料噴射器の噴射タイミング、主燃料噴射器の噴射タイミング及び/又はスパークプラグに供給される点火エネルギーにより影響を受け得る副燃焼室内の圧力状態及び温度状態に依拠してもよい。例えば、点火コイルによりスパークプラグに供給される電気点火エネルギーを高めると、熱放出率の上昇を招き、延いては、副燃焼室内の圧力上昇と温度上昇とを招く。その結果、スパークプラグに供給される電気点火エネルギーを高めると、反応性噴流の点火エネルギーを高めることになる。 As noted above, the injection power of the reactive jet can be defined as the ignition energy contained within the reactive jet that escapes from the secondary chamber into the primary chamber as a result of the combustion occurring within the secondary chamber. In other words, the heat release of the subcombustion chamber combustion creates the ignition energy of the reactive jet. In general, all combustion heat release is dependent on the injected fuel mass and the lower heating value of the fuel. As a result, the fuel mass contributing to subcombustion chamber combustion may be a suitable parameter to influence injection power. Injecting an increased amount of fuel into the subcombustion chamber may increase heat release within the chamber and increase injection power. In addition to the overall heat release of subcombustion chamber combustion, its heat release rate can also affect injection power. The heat release rate is dependent on the pressure and temperature conditions in the subcombustion chamber, which can be influenced, for example, by the injection timing of the subcombustion chamber fuel injectors, the injection timing of the main fuel injectors, and/or the ignition energy supplied to the spark plugs. may be relied upon. For example, increasing the electrical ignition energy supplied to the spark plug by the ignition coil results in an increased heat release rate, which in turn leads to increased pressure and temperature within the subcombustion chamber. As a result, increasing the electrical ignition energy supplied to the spark plug will increase the ignition energy of the reactive jet.
さらに、本願に請求の発明主題は、少なくとも一つのシリンダーと、少なくとも一つの主燃焼室と、少なくとも一つの吸気ポートと、少なくとも一つの主燃料噴射器と、主燃焼室内の高周波振動を検出することがある少なくとも一つの確定手段と、上述した技術的特徴を呈することがある少なくとも一つの制御ユニットと、スパークプラグ、副燃焼室燃料噴射器及び副燃焼室壁内の少なくとも一つのオリフィスを介して主燃焼室に連結される副燃焼室とを備えた少なくとも一つの点火装置とから成ることがある内燃機関を包摂するものであってもよい。 Further, the presently claimed subject matter includes at least one cylinder, at least one main combustion chamber, at least one intake port, at least one main fuel injector, and detecting high frequency vibrations within the main combustion chamber. and at least one control unit, which may exhibit the technical features described above, and a main fuel injector through a spark plug, a secondary combustion chamber fuel injector and at least one orifice in the secondary combustion chamber wall. and at least one ignition device with a secondary combustion chamber connected to the combustion chamber.
さらに、本願に請求の発明主題は、上述した内燃機関を制御するための方法を包摂するものであってよく、副燃焼室から主燃焼室へ流入する反応性噴流の噴射力は、上述した制御ユニットにより制御される。 Furthermore, the presently claimed subject matter may encompass a method for controlling an internal combustion engine as described above, wherein the injection power of the reactive jet entering the main combustion chamber from the secondary combustion chamber is controlled by the control method described above. controlled by the unit.
噴射力は、圧力センサー、ノックセンサー及び/又はトルクセンサー等の確定手段により検出される主燃焼室内の高周波振動に基づく特性パラメータにより表されてよい。 The injection force may be represented by a characteristic parameter based on high frequency oscillations within the main combustion chamber sensed by determining means such as pressure sensors, knock sensors and/or torque sensors.
本方法は、所定の周波数帯を備えたバンドパスフィルターを利用して、所定数のエンジンサイクルについて、所定の時間範囲において検出された高周波振動を分析することでフィルター処理された信号を生成してもよく、所定数のエンジンサイクル各々について、フィルター処理された信号の最大絶対振幅を特定し、かつ、特定された最大絶対振幅の平均値を算定することで特性パラメータを確定する構成としてよい。 The method utilizes a bandpass filter with a predetermined frequency band to generate a filtered signal by analyzing high frequency vibrations detected over a predetermined time range for a predetermined number of engine cycles. Alternatively, for each predetermined number of engine cycles, the maximum absolute amplitude of the filtered signal may be determined, and the characteristic parameter determined by averaging the determined maximum absolute amplitudes.
代わりに、あるいは、加えて、本方法は、所定の周波数帯を備えたバンドパスフィルターを利用して、所定数のエンジンサイクルについて、所定の時間範囲で検出された高周波振動を分析することで、フィルター処理された信号を生成してもよく、所定数のエンジンサイクル各々について、フィルター処理された信号のピーク周波数を特定し、特定されたピーク周波数の分布を算定することで特性パラメータを確定する構成としてもよい。 Alternatively or additionally, the method utilizes a bandpass filter with a predetermined frequency band to analyze high frequency vibrations detected over a predetermined time range for a predetermined number of engine cycles, The filtered signal may be generated, and for each of a predetermined number of engine cycles, a peak frequency of the filtered signal is identified and the characteristic parameter is determined by calculating the distribution of the identified peak frequencies. may be
次に、副燃焼室内へ噴射される燃料量及び/又は副燃焼室燃料噴射器の噴射タイミングを、現時点での特性パラメータと所定の目標特性パラメータとの差異に基づき調整する構成としてもよい。 Next, the amount of fuel injected into the sub-combustion chamber and/or the injection timing of the sub-combustion chamber fuel injector may be adjusted based on the difference between the current characteristic parameter and a predetermined target characteristic parameter.
代わりに、あるいは、加えて、主燃料噴射器の噴射タイミング及び/又はスパークプラグ(10a)に供給される点火エネルギーを、現時点での特性パラメータと所定の目標特性パラメータとの差異に基づき調整する構成としてもよい。 Alternately or additionally adjusting the injection timing of the main fuel injector and/or the ignition energy supplied to the spark plug (10a) based on the difference between the current characteristic parameter and the predetermined target characteristic parameter. may be
さらに、本願に請求の発明主題は、コンピュータあるいは演算ユニットにより実行される場合、コンピュータに上述した方法あるいはその諸相を実行させる指令を含むメモリー内に格納可能なコンピュータプログラム製品と、コンピュータにより実行される場合、コンピュータに前記方法あるいはその諸相を実行させる指令を含むコンピュータにより読み取り可能な(記憶)媒体を包摂するものであってもよい。 Further, the presently claimed subject matter is directed to a computer program product storable in a memory, containing instructions which, when executed by a computer or computing unit, cause the computer to perform the above-described method or aspects thereof; In some cases, it may encompass a computer readable (storage) medium containing instructions for causing a computer to carry out the method or aspects thereof.
要約すれば、本明細書に記載の発明主題は、内燃機関の燃料供給下の副燃焼室を備えた点火装置を制御するための制御ユニット及びその方法に関し、制御ユニットは、副燃焼室から主燃焼室内へ流入する反応性噴流の噴射力を制御する。噴射力は、副燃焼室燃焼により生成される反応性噴流の点火エネルギーであってもよい。エンジン運転中、点火エネルギーは測定が困難な場合があるため、その代わりに、反応性噴流の点火エネルギーにより誘引される主燃焼室内の圧力振動を検出可能とする。当該測定は、例えば、圧力センサーやノックセンサー等の通常利用される確定手段により実行されてよい。被検出圧力振動に基づき、フィードバック制御において制御下の変数としての利用に適した噴射力を表す特定パラメータが算定されてよい。このことは、複雑性を軽減し、かつ、高い信頼性を備えた内燃機関の効率性及び放出物質限界値をその耐用年数にわたって確保することを可能とする制御コンセプトにつながる。 In summary, the subject matter described herein relates to a control unit and method for controlling an ignition device with a fueled secondary combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the control unit controls the primary combustion chamber from the secondary combustion chamber. It controls the injection force of the reactive jet flowing into the combustion chamber. The injection power may be the ignition energy of reactive jets produced by subcombustion chamber combustion. Since the ignition energy can be difficult to measure during engine operation, the alternative is to detect pressure oscillations in the main combustion chamber induced by the ignition energy of the reactive jets. The measurement may be performed by commonly used determining means such as pressure sensors, knock sensors, or the like. Based on the sensed pressure oscillations, specific parameters representing the injection force suitable for use as the variable under control in the feedback control may be calculated. This leads to a control concept that reduces complexity and makes it possible to ensure the efficiency and emissions limits of the internal combustion engine with high reliability over its service life.
以下、添付の例示的な概略図面を参照しつつ、少なくとも一つの好ましい実施例に基づき、本願に請求の発明主題を更に詳しく説明する。 The subject matter claimed herein will now be described in greater detail below on the basis of at least one preferred embodiment with reference to the accompanying exemplary schematic drawings.
図1は、二つ以上のシリンダー100を有してもよい別途特定されない内燃機関の例示としてのシリンダー100を概略的に例示する。このエンジンは、例えば、二つ、三つ、四つ、六つ、八つあるいはそれ未満の、または、それ以上のシリンダー100を有するものであってもよい。当該エンジンは、シリンダー100内での繰り返し往復運動のため、連結ロッド3を介してクランクシャフト(図示なし)により駆動される少なくとも一つのピストン2を有し、シリンダー内に主燃焼室を形成する。
FIG. 1 schematically illustrates an
吸気バルブ6を備えた(エア)吸気ポート4並びに排気バルブ7を備えた排気ポート5が主燃焼室1に連結される。外気は、吸気ポート4を通して主燃焼室1内へ吸入される。排気ガスは、排気ポート5を介して燃焼室1から排出される。スパークプラグ10aと、副燃焼室燃料噴射器10bと、副燃焼室10cを備えた点火装置10が内燃機関に取り付けられる。
An (air) intake port 4 with an intake valve 6 and an exhaust port 5 with an exhaust valve 7 are connected to the
点火装置10のスパークプラグ10aは、点火コイル(図示なし)に電気的に連結されてよい。スパークプラグ10aは、点火コイルと組み合わさって、好ましくは、可変スパーク持続時間あるいはマルチスパーク点火を提供するスパーク点火装置を形成する。内燃機関は、一つ以上の点火装置10を有してもよい。好ましくは、シリンダー100毎に少なくとも一つの点火装置10を有する。点火装置10又はその少なくとも一部は、主燃焼室1の内側に連結されることで、反応性噴流(点線にて表示)が主燃焼室内に導入可能となる。さらに、直噴燃料噴射器8又は少なくともその一部が、燃料を直接燃焼室内へ噴射する目的で、主燃焼室1の内側に取り付けられ、これにより、エンジンの効率が向上する。この直噴燃料噴射器8は、好ましくは電子液圧式燃料噴射器あるいは圧電式燃料噴射器であってもよい。これに加えて、ポート燃料噴射器9が、シリンダー100の吸気ポート4に連結される。直噴燃料噴射器8の高圧燃料供給並びにポート燃料噴射器9の高圧又は低圧燃料供給は開示されない。主燃料噴射は、直噴主燃料噴射器8とポート主燃料噴射器9のどちらかにより実行されてよく、若しくは、噴射器双方間で分担されてもよい。
A
図1には更に、点火装置を制御するための制御ユニット11が図示されている。この制御ユニット11は、点火装置10、直噴主燃料噴射器8及び/又はポート主燃料噴射器9に電気的に接続され、複数のユニット/噴射器/アクチュエータを制御する。これに関連して、制御ユニット11は、吸気量及び吸気温度、冷却水温度、クランク角度、シリンダー圧、ノック信号等の複数から成るセンサーからの信号を受信する。制御ユニット11は、例えば、エンジンコントロールユニット(ECU)であってもよい。
FIG. 1 also shows a
また、制御ユニット11は、その他の制御ユニットであってもよく、制御ユニット11と制御下ユニットとの信号線接続は、図1に示す例と異なるものでもよい。例えば、制御下ユニットのサブグループを制御する複数からなる制御ユニット11を設けてもよく、一例として、一つの制御ユニット11-1は、点火装置10のみを制御し、もう一つの制御ユニット11-2は、燃料噴射器8、9のみを制御する等の構成としてもよい。さらにまた、複数から成る制御ユニット11がある場合、これらの制御ユニット11は、階層的に若しくはその他の態様で相互接続されてもよい。これに代えて、複数のアクチュエータの全ての制御機能を包摂する単一の制御ユニット11を設けてもよい。
Also, the
さらに、当該内燃機関には、主燃焼室1内の高周波振動を検出するための確定手段を設けてもよい。例えば、図示の無い少なくとも一つの圧力センサー、少なくとも一つのノックセンサー及び/又は少なくとも一つのトルクセンサーを、主燃焼室1の例えば、壁内/壁に直接及び/又はエンジンのクランクシャフトに直接、配設してもよい。副燃焼室燃焼により生成された主燃焼室1内部の高圧振動を測定・分析すると、副燃焼室噴流の噴射力に関するフィードバック制御を実行することが可能となり、これにより、エンジンの耐用年数にわたる高効率性と放出物質制限が確保される。
Furthermore, the internal combustion engine may be provided with determination means for detecting high-frequency oscillations in the
さらに、副燃焼室内の状態に関する追加情報を提供するため、副燃焼室10cには、少なくとも一つの圧力センサー及び/又は少なくとも一つの温度センサーを設けてもよい。
Additionally, the
図2に、点火装置10の概略図を示す。点火装置10は、燃料噴射器10a、スパークプラグ10b、副燃焼室10cを備える。副燃焼室10cは、副燃焼室燃焼により生成された反応性噴流を主燃焼室1内に導入するためのオリフィス10eが配設された副燃焼室壁10dにより、主燃焼室1と区分されている。さらに、副燃焼室10cには、副燃焼室内の状態に関する追加情報を提供するため、少なくとも一つの圧力センサー及び/又は少なくとも一つの温度センサーを設けてもよい。代わりに、あるいは、加えて、点火装置10の構成部品挙動に関する追加情報を取得するため、燃料噴射器10a、スパークプラグ10bあるいは副燃焼室壁10d等の点火装置のその他の構成部品には、温度センサーを設けてもよい。
FIG. 2 shows a schematic diagram of the
副燃焼室10cの形状は、図2に図示される形状に限定されず、半球形状、円錐形状あるいは円筒形状若しくはこれらの組み合わせ等の様々な多数形状にデザイン可能である。さらに、副燃焼室壁10d内のオリフィス10eの数、幾何形状及び位置は、図2に図示される例に限定されない。副燃焼室10cには、副燃焼室壁10d内の様々な位置に配設され、様々な径を備えた複数から成るオリフィス10eを設けてもよい。主燃焼室1に噴射されるものとは異なる燃料を噴射するため、副燃焼室噴射器10aは、エンジン(図示なし)の高圧燃料供給側あるいは低圧燃料供給側に連結されてもよく、若しくは、別個の燃料供給側(図示なし)に連結されてもよい。スパークプラグ10bは、点火装置10内に包摂され、あるいは、点火装置10から離れたエンジンの別の場所に位置してもよい点火コイル(図示なし)に電気的に連結されてよい。好ましくは、点火装置10各々について、一つの点火コイルを設けてもよいが、複数の点火装置10について単一の点火コイルを設けることが可能であってもよい。
The shape of the
図3a~3dは、従来のスパークプラグを利用した場合(図3a及び3b)及び燃料供給下の副燃焼室を備えた点火装置を利用した場合(図3c及び3d)それぞれの一定のエンジン運転ポイントにおける主燃焼室1内で測定されたシリンダー圧例の比較を示す。図3a及び図3cに示す被測定シリンダー圧曲線を比較すると、燃料供給下の副燃焼室を備えた点火装置を利用することで、燃焼開始及びピークシリンダー圧に関する偏差が狭まり、かつ、燃焼持続時間が短くなることが明白になる。これにより、燃焼安定性が向上し、また、効率性が向上する。図3cに図示されるシリンダー曲線をよく見ると、例えば、ハイパスフィルター(図3d参照)により、被測定圧力信号の代表的部分をフィルター処理すると見える単一の圧力曲線上で振動が識別可能となる。本例では、被測定圧力信号から、FDTC前の60°とFTDC後の60°とのクランク角度領域が切り出され、4kHz~10kHzの周波数範囲を備えたバンドパスフィルターによりフィルター処理されている。従来のスパークプラグを利用して撮像された図3bに図示されるフィルター処理された圧力信号は、記録された運転ポイントにおいて大幅な圧力振動を呈していないが、副燃焼室点火を利用した場合の対応信号は、振幅が大きい強力な振動を提示している。このような独特な振動振幅は、ノッキングの場合のスパーク点火にしか見られない。しかしながら、図3dに図示される圧力振動は、ノッキングにより誘引されたものではなく、副燃焼室10cのオリフィス10eを通して反応性噴流が急速に逃避し、主燃焼室1内に衝撃波を生成することによるものである。
Figures 3a-3d show constant engine operating points when using a conventional spark plug (Figures 3a and 3b) and when using an ignition device with a secondary combustion chamber under fuel (Figures 3c and 3d), respectively. 4 shows a comparison of example cylinder pressures measured in the
図4a~4fで見て取れるように、前記圧力振動の最大振幅は、副燃焼室10c内へ噴射される燃料の分量により影響を受ける可能性がある。図4a~4fは、一定の負荷と燃焼タイミングで撮像されたバンドパスフィルター処理された圧力曲線を提示しており、副燃焼室内へ噴射される燃料量が連続して増加している。圧力振動の最大振幅が、燃料量の増加に伴い大きくなることは明白である。副燃焼室内へ噴射される燃料の分量を増加することで、室内で混合物を燃焼する場合の熱放出が大きくなり、これにより、噴射力が高まる結果となる。従って、上述したように、副燃焼室内へ噴射される燃料質量は、反応性噴流の噴射力を調整する上で適当であり得る。
As can be seen in Figures 4a-4f, the maximum amplitude of said pressure oscillations can be influenced by the amount of fuel injected into the
図5a~5cは、噴射力に相関可能な特性パラメータを生成するため、フィルター処理されたシリンダー圧曲線を処理する方法に関して例示する。圧力振動振幅は、サイクル間でロブストではないため、単一の最大振幅は代表的な指標とはならない。従って、所定数のサイクルの平均値を評価する必要がある。さらに、点火タイミングからピーク圧力位置までの時間間隔など、特性パラメータを確定するための関連する時間間隔を考慮する必要がある。 Figures 5a-5c illustrate how the filtered cylinder pressure curve is processed to generate characteristic parameters that can be correlated to injection power. The pressure oscillation amplitude is not robust from cycle to cycle, so a single maximum amplitude is not a representative indicator. Therefore, it is necessary to evaluate the average value of a certain number of cycles. In addition, relevant time intervals for establishing characteristic parameters, such as the time interval from ignition timing to peak pressure position, must be considered.
上記に鑑み、様々な処理ステップの結果を図5a~5cに例示する。図5aに図示される振動曲線は、図4a、図4c及び図4eに図示された関連するバンドパスフィルター処理された圧力曲線の絶対値を確定することで生成される。図5bに図示される最大絶対圧力振幅を入手するには、所定数のエンジンサイクルを分析することで、各被選択サイクルの最大振動振幅を確定する。次に、確定された最大振動振幅の平均値を算定する。図5cから明確に導き出せるように、副燃焼室燃料質量を増加することで引き起こされた噴射力の高進は、最大圧力振動振幅の増加中のサイクル平均として特定可能である。 In view of the above, the results of various processing steps are illustrated in Figures 5a-5c. The vibration curve illustrated in Figure 5a is generated by determining the absolute values of the associated bandpass filtered pressure curves illustrated in Figures 4a, 4c and 4e. To obtain the maximum absolute pressure amplitude illustrated in FIG. 5b, a predetermined number of engine cycles are analyzed to determine the maximum vibration amplitude for each selected cycle. Next, the average value of the determined maximum vibration amplitudes is calculated. As can be clearly deduced from FIG. 5c, the boost in injection force caused by increasing subcombustion chamber fuel mass is identifiable as a cycle average during the increase in maximum pressure oscillation amplitude.
噴射力を表す特性パラメータを入手することを目的として、記録されたシリンダー圧曲線を後処理するためのもう一つの方法が、図6a~6cに図示されている。これらの図は、被測定圧力曲線上で実行されたFFT分析の結果を例示している。 Another method for post-processing the recorded cylinder pressure curve with the aim of obtaining characteristic parameters describing the injection power is illustrated in FIGS. 6a-6c. These figures illustrate the results of FFT analysis performed on the measured pressure curve.
図6aは、被測定クランク角度にわたってプロットされたバンドパスフィルター処理された圧力曲線を例示する一方、図6bは、圧力信号の周波数範囲にわたってプロットされた被測定クランク角度を例示している。mf_pc1~mf_pc3の副燃焼室噴射質量の増加に伴い実行された測定結果を比較すると、副燃焼室燃料質量の増加に伴い7000kHzでの強度が増していることが明らかになる。この知見は、図6cに図示される周波数偏差によっても確認されている。7000kHzでピークを呈するサイクルの相対数が、副燃焼室燃料質量の増加と共に増えていることは図6cから明らかである。従って、ピーク周波数の偏差は、噴射力を表すための特性パラメータとして使役するものと言える。 FIG. 6a illustrates the bandpass filtered pressure curve plotted over the measured crank angle, while FIG. 6b illustrates the measured crank angle plotted over the frequency range of the pressure signal. Comparing the measurements performed with increasing sub-chamber injection masses m f_pc1 to m f_pc3 reveals an increase in intensity at 7000 kHz with increasing sub-chamber fuel mass. This finding is also confirmed by the frequency deviation illustrated in FIG. 6c. It is evident from FIG. 6c that the relative number of cycles exhibiting a peak at 7000 kHz increases with increasing subcombustion chamber fuel mass. Therefore, it can be said that the peak frequency deviation is used as a characteristic parameter for expressing the injection force.
図7a~7cは、図5a~図5cに関連して述べたものと同じ手順を例示しており、シリンダー圧信号のみがトルクセンサー信号に置き換えられている。図7aには、バンドパスフィルター処理されたトルク曲線の絶対値が例示されている。図7bに図示される最大絶対トルク振幅を入手するには、所定数のエンジンサイクルを分析することで、各被選択サイクルの最大振動振幅を確定する。次に、確定された最大振動振幅の平均値が算定される。 Figures 7a-7c illustrate the same procedure as described in connection with Figures 5a-5c, with only the cylinder pressure signal replaced by the torque sensor signal. FIG. 7a illustrates the absolute value of the bandpass filtered torque curve. To obtain the maximum absolute torque amplitude illustrated in FIG. 7b, a predetermined number of engine cycles are analyzed to determine the maximum vibration amplitude for each selected cycle. The mean value of the determined maximum vibration amplitudes is then calculated.
図5cと同様に、副燃焼室燃料質量を増加すると引き起こされる噴射力の高進が、最大トルク振動振幅の増加中のサイクル平均として特定可能であることは、図7cからも明白である。このことは、トルク測定も同様に、シリンダー圧測定として、副燃焼室燃焼により生成された反応性噴流の噴射力を検出する上で適当であることを意味している。しかしながら、トルク測定フランジにより検出可能なトルク振動は、全シリンダーの圧力変動から生起し、このため、平均的な噴射力を制御する上でしか十分にはなり得ない。これとは対照的に、各シリンダーの圧力信号を評価することで、噴射力を個々に是正することが可能となる。 Similar to FIG. 5c, it is also evident from FIG. 7c that the injection force boost caused by increasing the sub-combustion chamber fuel mass can be identified as a cycle average during the increase in maximum torque oscillation amplitude. This means that the torque measurement is likewise suitable as a cylinder pressure measurement to detect the injection force of the reactive jet produced by the subcombustion chamber combustion. However, the torque oscillations detectable by the torque-measuring flange arise from pressure fluctuations in all cylinders and can therefore only be sufficient to control the average injection power. In contrast, evaluating the pressure signal of each cylinder allows injection forces to be corrected individually.
図8a~8cに、噴射力を定量化する特性パラメータを入手することを目的として、様々な確定手段からの測定データを評価するために実行すべき一連のステップ例を例示する。 Figures 8a-8c illustrate an example sequence of steps to be performed in order to evaluate the measured data from the various determination means in order to obtain a characteristic parameter that quantifies the injection force.
図8aに、シリンダー圧信号を利用した評価方法例を示す。S100~S103までの方法ステップを実行するには、エンジン運転ポイント毎に、所定数のサイクルをベースとしたシリンダー圧曲線を記録する必要がある。少なくとも一つのサイクルを撮像した段階で、ステップS100 が実行可能となり、被測定シリンダー圧信号のタイムベースが点火タイミングからピーク発火圧までのクランク角度範囲に短縮される。その後、ステップS101において、被短縮信号が、例えば、4kHz~10kHzの周波数を備えたバンドパスフィルターによりフィルター処理される。ステップS102において、フィルター処理された信号の最大振幅が確定・記録される。この処理は、最大圧振動振幅が、運転ポイント毎に、所定数のサイクルNについて確定されるまで繰り返される。次に、副燃焼室燃焼により生成された反応性噴流の噴射力を表すのに適当な最大圧振動振幅の平均値が算定される。 FIG. 8a shows an example of an evaluation method using a cylinder pressure signal. To carry out the method steps S100 to S103, it is necessary to record the cylinder pressure curve based on a certain number of cycles for each engine operating point. Once at least one cycle has been imaged, step S100 can be executed to shorten the timebase of the measured cylinder pressure signal to the crank angle range from ignition timing to peak firing pressure. Then, in step S101, the shortened signal is filtered, for example, by a bandpass filter with a frequency between 4 kHz and 10 kHz. At step S102, the maximum amplitude of the filtered signal is determined and recorded. This process is repeated until the maximum pressure oscillation amplitude is established for a predetermined number of cycles N for each operating point. Next, the average value of the maximum pressure oscillation amplitude suitable to represent the injection force of the reactive jet produced by the subcombustion chamber combustion is calculated.
図8bは、制御ユニット内で既に利用可能な、また、関連する時間範囲に適合したノック信号を利用した評価方法例を示す。適当なバンドパスフィルターを適用後(ステップS200)、FFT分析を利用して、ピーク周波数を各エンジンサイクルについて特定し、制御ユニット11内に記憶する(ステップS201)。この処理は、所定数のエンジンサイクルNが分析されるまで繰り返される。次に、ピーク周波数の分布を評価することで、サイクルの中で優占的な周波数最大のサイクルによる噴射力を特徴づけることが可能となる。 FIG. 8b shows an example evaluation method using knock signals already available in the control unit and adapted to the relevant time range. After applying an appropriate bandpass filter (step S200), using FFT analysis, peak frequencies are identified for each engine cycle and stored in control unit 11 (step S201). This process is repeated until a predetermined number of engine cycles N have been analyzed. Then, by evaluating the peak frequency distribution, it becomes possible to characterize the injection force due to the dominant frequency maximum cycle in the cycle.
図8cに、圧力センサーの代わりにトルクセンサーを利用することを除く、圧力センサー信号の後処理に類似した処理を例示する。少なくとも一つのエンジンサイクルについて、サイクルベースのトルク信号を記録後、ステップS300が実行可能となり、被測定トルク信号のタイムベースが、ここでは、点火タイミングからピーク発火圧までの被限定クランク角度範囲に短縮される。その後、ステップS301において、被短縮信号が、例えば、4kHz~10kHzの周波数範囲を備えたバンドパスフィルターによりフィルター処理される。ステップS302において、フィルター処理された信号の最大振幅が特定・記憶される。この処理は、運転ポイント毎に、所定数のサイクルNについて、最大トルク振動振幅が確定されるまで繰り返される。次に、全シリンダーにわたって平均化された副燃焼室噴流の噴射力を表すのに適当なサイクルベースの振幅最大値の平均が算定される。 FIG. 8c illustrates processing similar to the post-processing of the pressure sensor signal, except utilizing a torque sensor instead of a pressure sensor. After recording the cycle-based torque signal for at least one engine cycle, step S300 can be executed in which the time base of the measured torque signal is now shortened to a limited crank angle range from ignition timing to peak firing pressure. be done. Then, in step S301, the shortened signal is filtered, for example, by a bandpass filter with a frequency range of 4 kHz to 10 kHz. At step S302, the maximum amplitude of the filtered signal is identified and stored. This process is repeated for a predetermined number of cycles N for each operating point until the maximum torque oscillation amplitude is determined. Next, an average cycle-based amplitude maximum value suitable to represent the injection power of the secondary combustion chamber jet averaged over all cylinders is calculated.
再度要約すると、本願の発明主題は、副燃焼室10cから主燃焼室1内へ流入する反応性噴流の噴射力を制御するための制御ユニット並びにその方法を提供するものである。噴射力は、噴流が副燃焼室10cを逃避する際に、主燃焼室1内で発生する検知可能な圧力振動に相関可能である。実際の噴射力と目標噴射力との被検出差異に応じて、実際の噴射力を正確に調整可能である。この調整は、副燃焼室10c内へ噴射される燃料量、当該燃料量の燃料噴射タイミング及び/又は点火タイミング等の副燃焼室燃焼に影響を及ぼすパラメータを変化させることで実行される。副燃焼パラメータを調整するためのフィードバック制御を利用すると、内燃機関の効率性及び放出物質限界値をその耐用年数にわたって確保することが可能となる。
Summarizing again, the subject matter of the present application is to provide a control unit and method for controlling the injection power of the reactive jet flowing into the
1・・主燃焼室、2・・ピストン、3・・連結ロッド、4・・吸気ポート、5・・排気ポート、6・・吸気バルブ、7・・排気バルブ、8・・直噴主燃料噴射器、9・・ポート主燃料噴射器、10・・点火装置、10a・・スパークプラグ、10b・・副燃焼室燃料噴射器、10c・・副燃焼室、10d・・副燃焼室壁、10e・・オリフィス、11・・制御ユニット、100・・シリンダー
1
Claims (14)
前記点火装置(10)は、スパークプラグ(10a)と、副燃焼室燃料噴射器(10b)と、副燃焼室壁(10d)内の少なくとも一つのオリフィス(10e)を介して前記主燃焼室(1)に連結された副燃焼室(10c)を備え、
前記副燃焼室(10c)から前記主燃焼室(1)内へ流入する反応性噴流の噴射力を制御する構成とし、
前記主燃焼室内の前記被検出高周波振動に基づき、前記噴射力を表す特性パラメータを確定する構成としたことを特徴とする制御ユニット(11)。 at least one cylinder (100), at least one main combustion chamber (1), at least one intake port (4), at least one main fuel injector (8, 9), said main combustion chamber (1 ) and at least one ignition device (10) arranged to ignite the air-fuel mixture in said main combustion chamber (1). a control unit (11) for
Said ignition device (10) is connected to said main combustion chamber (10) through a spark plug (10a), a secondary combustion chamber fuel injector (10b) and at least one orifice (10e) in a secondary combustion chamber wall (10d). 1) with a sub-combustion chamber (10c) connected to
configured to control the injection force of the reactive jet flowing from the sub-combustion chamber (10c) into the main combustion chamber (1) ,
A control unit (11) characterized in that it is configured to determine a characteristic parameter representing the injection force based on the detected high-frequency vibration in the main combustion chamber .
前記所定数のエンジンサイクル各々について、前記フィルター処理された信号の最大絶対振幅を特定し、前記被特定最大絶対振幅の平均値を算定することで前記特性パラメータを確定する構成とし、
前記被算定平均値は、前記特性パラメータであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の制御ユニット(11)。 generating a filtered signal by analyzing the detected high-frequency vibration over a predetermined time range for a predetermined number of engine cycles using a bandpass filter with a predetermined frequency band;
determining the maximum absolute amplitude of the filtered signal for each of the predetermined number of engine cycles and determining the characteristic parameter by averaging the determined maximum absolute amplitude;
3. Control unit (11) according to claim 1 or 2 , characterized in that said calculated mean value is said characteristic parameter.
前記所定数のエンジンサイクル各々について、前記フィルター処理された信号のピーク周波数を特定し、前記被特定ピーク周波数の分布を算定することで前記特性パラメータを確定する構成とし、
前記被算定分布は、前記特性パラメータであることを特徴とする、請求項1~3の少なくとも一つに記載の制御ユニット(11)。 generating a filtered signal by analyzing the detected high-frequency vibration over a predetermined time range for a predetermined number of engine cycles using a bandpass filter with a predetermined frequency band;
determining the characteristic parameter by identifying a peak frequency of the filtered signal and calculating a distribution of the identified peak frequencies for each of the predetermined number of engine cycles;
Control unit (11) according to at least one of the preceding claims, characterized in that said calculated distribution is said characteristic parameter.
前記噴射力は、現時点での特性パラメータと所定の目標特性パラメータとの差異に基づき調整されることを特徴とする、請求項1~4の少なくとも一つに記載の制御ユニット(11)。 The injection force is adjusted by adjusting the amount of fuel injected into the sub-combustion chamber and/or the injection timing of the sub-combustion chamber fuel injector (10b),
Control unit (11) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the injection force is adjusted on the basis of the difference between a current characteristic parameter and a predetermined target characteristic parameter.
前記点火装置(10)は、スパークプラグ(10a)と、副燃焼室燃料噴射器(10b)と、副燃焼室壁(10d)内の少なくとも一つのオリフィス(10e)を介して前記主燃焼室(1)に連結された副燃焼室(10c)を備えることを特徴とする内燃機関。 at least one cylinder (100), at least one main combustion chamber (1), at least one intake port (4), at least one main fuel injector (8, 9), said main combustion chamber (1 ), at least one control unit (11) according to at least one of claims 1 to 6 , and air-fuel in said main combustion chamber (1). and at least one ignition device (10) configured to ignite the mixture,
Said ignition device (10) is connected to said main combustion chamber (10) through a spark plug (10a), a secondary combustion chamber fuel injector (10b) and at least one orifice (10e) in a secondary combustion chamber wall (10d). 1), characterized in that it comprises an auxiliary combustion chamber (10c) connected to 1).
前記所定数のエンジンサイクル各々について、前記フィルター処理された信号の最大絶対振幅を特定し、前記被特定最大絶対振幅の平均値を算定することで前記特性パラメータが確定されることを特徴とする、請求項8又は9に記載の制御方法。 generating a filtered signal by analyzing the detected high frequency vibrations over a predetermined time range for a predetermined number of engine cycles using a bandpass filter with a predetermined frequency band;
wherein for each of said predetermined number of engine cycles said characteristic parameter is determined by identifying a maximum absolute amplitude of said filtered signal and calculating an average value of said determined maximum absolute amplitude; The control method according to claim 8 or 9 .
前記所定数のエンジンサイクル各々について、前記フィルター処理された信号のピーク周波数を特定し、前記被特定ピーク周波数の分布を算定することで前記特性パラメータが確定されることを特徴とする、請求項8~10の少なくとも一つに記載の制御方法。 generating a filtered signal by analyzing the detected high frequency vibrations over a predetermined time range for a predetermined number of engine cycles using a bandpass filter with a predetermined frequency band;
9. The characteristic parameter is determined by identifying peak frequencies of the filtered signal and calculating a distribution of the identified peak frequencies for each of the predetermined number of engine cycles. 11. The control method according to at least one of 10 .
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