JP7263906B2 - engine controller - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。 The technology disclosed herein relates to an engine control device.
特許文献1には、火花点火式エンジンにおいて、排気ガスの温度を推定する技術が記載されている。具体的に、この技術は、電子制御ユニットが、エンジンの負荷及び回転数と、排気ガスの温度と、の関係を定めた排気温度マップを用い、エンジンの運転状態に基づいて排気ガスの温度を推定する。排気ガスの温度は、点火時期の影響を受ける。そのため、特許文献1には、点火時期がMBTである場合の燃焼重心と、実際の燃焼の燃焼重心との差に応じて定めた補正係数により、推定した排気ガスの温度を補正することが記載されている。前記の補正係数は、燃焼重心の差が大きくなるにつれて、二次曲線的に増大するよう設定されている。
ところで、本願出願人は、SI(Spark Ignition)燃焼とCI(Compression Ignition)燃焼とを組み合わせたSPCCI(SPark Controlled Compression Ignition)燃焼を提案している。SI燃焼は、筒内の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。CI燃焼は、筒内の混合気が自己着火することにより開始する燃焼である。SPCCI燃焼は、筒内の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、SI燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、筒内の未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。 The applicant of the present application has proposed SPCCI (SPark Controlled Compression Ignition) combustion, which is a combination of SI (Spark Ignition) combustion and CI (Compression Ignition) combustion. SI combustion is combustion accompanied by flame propagation initiated by forcibly igniting the air-fuel mixture in the cylinder. CI combustion is combustion initiated by self-ignition of an air-fuel mixture in a cylinder. In SPCCI combustion, when the air-fuel mixture in the cylinder is forcibly ignited to start combustion due to flame propagation, the heat generated by SI combustion and the pressure increase due to flame propagation cause the unburned air-fuel mixture in the cylinder to self-ignite. It is in a burning form.
SI燃焼モードとSPCCI燃焼モードとを運転状態に応じて切り替えるエンジンにおいても、例えば触媒装置の信頼性を確保する等の目的により、排気ガスの温度を精度良く推定したいという要求がある。しかしながら、SPCCI燃焼の実行時に、排気ガスの温度を精度良く推定する技術は、未だ確立されていない。 Even in an engine that switches between the SI combustion mode and the SPCCI combustion mode depending on the operating state, there is a demand to accurately estimate the temperature of the exhaust gas for the purpose of ensuring the reliability of the catalyst device, for example. However, no technology has yet been established for accurately estimating the temperature of the exhaust gas during execution of SPCCI combustion.
ここに開示する技術は、燃焼モードを切り替えるエンジンにおいて、排気ガスの温度を精度良く推定する。 The technology disclosed herein accurately estimates the temperature of exhaust gas in an engine that switches between combustion modes.
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。この制御装置は、
エンジンと、
前記エンジンに接続されかつ、前記エンジンの筒内から排気ガスを導出する排気通路と、
前記筒内の燃焼状態に対応した信号を出力するセンサと、
前記センサが接続されかつ、前記センサの信号に基づいて前記排気ガスの温度を推定すると共に、推定した排気ガスの温度に応じて、前記エンジンを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンの運転状態に応じて、前記筒内の混合気に強制点火を行って、火炎伝播により混合気を燃焼させる第1燃焼モードと、前記筒内の混合気に強制点火を行うと共に、混合気の一部を自己着火により燃焼させる第2燃焼モードと、を切り替え、
前記制御部は、
前記センサの信号に基づいて、前記筒内における燃焼の質量燃焼割合が10%、50%、又は、90%となるクランク角度である燃焼進行度を算出する算出部と、
燃焼進行度と排気ガスの温度との関係に基づいて、前記算出部が算出した燃焼進行度から前記排気ガスの温度を推定する推定部と、を有し、
前記推定部は、前記第1燃焼モード時は、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第1関係に基づいて前記排気ガスの温度を推定し、前記第2燃焼モード時は、前記第1関係とは異なる、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第2関係に基づいて前記排気ガスの温度を推定する。
The technology disclosed herein relates to an engine control device. This control device
engine and
an exhaust passage that is connected to the engine and guides exhaust gas from a cylinder of the engine;
a sensor that outputs a signal corresponding to the combustion state in the cylinder;
a control unit connected to the sensor, estimating the temperature of the exhaust gas based on the signal of the sensor, and controlling the engine according to the estimated temperature of the exhaust gas,
The control unit performs forced ignition of the air-fuel mixture in the cylinder and burns the air-fuel mixture by flame propagation according to the operating state of the engine. and switching between a second combustion mode in which part of the air-fuel mixture is burned by self-ignition,
The control unit
a calculation unit that calculates a combustion progress degree, which is a crank angle at which a mass combustion ratio of combustion in the cylinder is 10%, 50%, or 90%, based on the signal from the sensor;
an estimation unit that estimates the temperature of the exhaust gas from the degree of combustion progress calculated by the calculation unit based on the relationship between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas;
The estimation unit estimates the temperature of the exhaust gas based on a first relationship between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas during the first combustion mode, and estimates the temperature of the exhaust gas during the second combustion mode. estimating the temperature of the exhaust gas based on a second relationship between the degree of combustion and the temperature of the exhaust gas, different from the first relationship;
制御部は、エンジンの運転状態に応じて、第1燃焼モードと第2燃焼モードとを切り替える。第1燃焼モードは、筒内の混合気に強制点火を行って、火炎伝播により混合気を燃焼させるモードである。第1燃焼モードは、いわゆるSI燃焼を行うモードに相当する。第2燃焼モードは、筒内の混合気に強制点火を行うと共に、混合気の一部を自己着火により燃焼させるモードである。第2燃焼モードは、いわゆるSPCCI燃焼を行うモードに相当する。 The control unit switches between the first combustion mode and the second combustion mode according to the operating state of the engine. The first combustion mode is a mode in which forced ignition is performed on the air-fuel mixture in the cylinder and the air-fuel mixture is burned by flame propagation. The first combustion mode corresponds to a so-called SI combustion mode. The second combustion mode is a mode in which the air-fuel mixture in the cylinder is forcibly ignited and part of the air-fuel mixture is burned by self-ignition. The second combustion mode corresponds to a so-called SPCCI combustion mode.
この構成のエンジンの制御装置は、燃焼進行度に基づいて排気ガスの温度を推定する。具体的に、制御部の算出部は、センサの信号に基づいて、前記筒内における燃焼が特定の程度にまで進行したときのクランク角度である燃焼進行度を算出する。センサは、筒内の燃焼状態に対応した信号を出力する。センサは、筒内の圧力に対応した信号を出力する筒内圧センサとしてもよい。制御部は、筒内圧センサの信号に基づいて、筒内の燃焼状態を精度良く把握することができる。 The engine control device having this configuration estimates the temperature of the exhaust gas based on the degree of progress of combustion. Specifically, the calculation unit of the control unit calculates the degree of combustion progress, which is the crank angle when the combustion in the cylinder has progressed to a specific degree, based on the signal from the sensor. The sensor outputs a signal corresponding to the combustion state in the cylinder. The sensor may be an in-cylinder pressure sensor that outputs a signal corresponding to the pressure in the cylinder. Based on the signal from the in-cylinder pressure sensor, the control unit can accurately grasp the combustion state in the cylinder.
燃焼進行度は、燃焼が特定の程度にまで進行したときのクランク角度であるから、燃焼状態を表すパラメータとして用いることができる。質量燃焼割合が特定値となるクランク角度、例えば質量燃焼割合50%となるクランク角度(つまり、mass fraction burned 50:mfb50)を、燃焼進行度として用いてもよい。mfb50は、総噴射量の50%の燃料が燃焼するクランク角度を意味する。尚、燃焼進行度は、mfb50に限らない。排気ガスの温度との間に相関があれば、mfb10やmfb90等、任意の値を、燃焼進行度として用いることができる。 Since the degree of combustion progress is the crank angle when combustion has progressed to a specific degree, it can be used as a parameter representing the state of combustion. A crank angle at which the mass fraction burned is a specific value, for example, a crank angle at which the mass fraction burned 50% (that is, mass fraction burned 50:mfb50) may be used as the degree of combustion progress. mfb50 means the crank angle at which 50% of the total injection amount of fuel is burned. Incidentally, the degree of combustion progress is not limited to mfb50. Any value such as mfb10 or mfb90 can be used as the degree of combustion progress if there is a correlation with the exhaust gas temperature.
制御部の推定部は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係に基づいて、算出部が算出した燃焼進行度から排気ガスの温度を推定する。推定部はまた、第1燃焼モード時は、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第1関係に基づいて排気ガスの温度を推定し、第2燃焼モード時は、第1関係とは異なる第2関係に基づいて排気ガスの温度を推定する。制御部は、異なる燃焼モードに対応した、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の、異なる関係に基づいて排気ガスの温度を推定する。このことにより、制御部は、第1燃焼モード時及び第2燃焼モード時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 The estimation unit of the control unit estimates the temperature of the exhaust gas from the degree of combustion progress calculated by the calculation unit based on the relationship between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas. The estimation unit also estimates the temperature of the exhaust gas based on the first relationship between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas during the first combustion mode, and estimates the temperature of the exhaust gas based on the first relationship during the second combustion mode. Estimate the temperature of the exhaust gas based on a different second relationship. The controller estimates the temperature of the exhaust gas based on different relationships between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas corresponding to different combustion modes. As a result, the control section can accurately estimate the temperature of the exhaust gas in the first combustion mode and the second combustion mode.
前記推定部は、燃焼進行度が同一の場合、前記第1燃焼モード時は前記第2燃焼モード時よりも、前記排気ガスの温度を高く推定する、としてもよい。 The estimator may estimate the temperature of the exhaust gas to be higher in the first combustion mode than in the second combustion mode when the degree of combustion progress is the same.
前述したように、第2燃焼モードは、一部の未燃混合気を自己着火により燃焼させるため、第1燃焼モードよりも熱効率が高い。よって、第2燃焼モードは、第1燃焼モードよりも排気ガスの温度が低く、逆に第1燃焼モードは、第2燃焼モードよりも排気ガスの温度が高い。推定部が、第1燃焼モード時は第2燃焼モード時よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を高く推定することにより、制御部は、第1燃焼モード時に排気ガスの温度を精度良く推定することができると共に、第2燃焼モード時に排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 As described above, the second combustion mode burns part of the unburned air-fuel mixture by self-ignition, and therefore has higher thermal efficiency than the first combustion mode. Therefore, in the second combustion mode, the temperature of the exhaust gas is lower than in the first combustion mode, and conversely, in the first combustion mode, the temperature of the exhaust gas is higher than in the second combustion mode. The estimating unit estimates the temperature of the exhaust gas to be higher in the first combustion mode than in the second combustion mode for the same degree of combustion progress, so that the control unit accurately estimates the temperature of the exhaust gas in the first combustion mode. In addition, the temperature of the exhaust gas can be accurately estimated during the second combustion mode.
前記推定部は、前記第1燃焼モード時及び前記第2燃焼モード時のそれぞれにおいて、前記燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、前記燃焼進行度が遅角するほど、前記排気ガスの温度を線形的に高く推定する、としてもよい。 In each of the first combustion mode and the second combustion mode, when the degree of combustion progress is retarded relative to the degree of combustion progress in the MBT, the estimating unit calculates a , the temperature of the exhaust gas may be linearly estimated higher.
ここで、MBT(Minimum advance for the Best Torque)は、運転状態を固定して点火時期を変更した場合に、エンジンのトルクが最大になる点火時期である。 Here, MBT (Minimum advance for the Best Torque) is the ignition timing at which the torque of the engine becomes maximum when the ignition timing is changed while the driving state is fixed.
本願発明者らは、SI燃焼及びSPCCI燃焼の燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度と排気ガスの温度との間には、線形となる相関関係が存在することを見出した。 The inventors of the present application found that when the degree of combustion progress in SI combustion and SPCCI combustion lags behind the degree of combustion progress in MBT, there is a linear correlation between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas. found to exist.
点火時期が遅くなると排気ガスの温度が高くなる。点火時期と排気ガスの温度との間にも相関関係が存在する。しかしながら、本願発明者らの検討によると、SI燃焼及び/又はSPCCI燃焼を行うエンジン、換言すると強制点火を行うエンジンにおいて、点火時期と排気ガスの温度との間の関係は線形でなく、非線形であった。 When the ignition timing is retarded, the temperature of the exhaust gas rises. A correlation also exists between ignition timing and exhaust gas temperature. However, according to studies by the inventors of the present application, in engines that perform SI combustion and/or SPCCI combustion, in other words, engines that perform forced ignition, the relationship between the ignition timing and the temperature of the exhaust gas is non-linear rather than linear. there were.
点火時期が遅いと燃焼は膨張行程に開始する。膨張行程は、筒内の容積が拡大する行程である。容積の拡大は、クランク角度の進行に対して非線形の関係を有している。膨張行程における燃焼は、非線形的な容積の拡大の影響を受ける。そのため、筒内における燃焼状態を表す燃焼進行度は、点火時期の遅れに対して、非線形の関係(例えば二次関数)を有することになる。 With late ignition timing, combustion begins in the expansion stroke. The expansion stroke is a stroke in which the volume inside the cylinder is expanded. Volume expansion has a non-linear relationship to crank angle progression. Combustion in the expansion stroke is subject to non-linear volumetric expansion. Therefore, the degree of progress of combustion, which indicates the state of combustion in the cylinder, has a nonlinear relationship (for example, a quadratic function) with respect to the retardation of ignition timing.
燃焼進行度は燃焼状態を表すパラメータであるため、燃焼進行度とエンジンの図示仕事との間には、線形的な相関関係が成立する。また、排気ガスの温度は、筒内の燃焼により発生した熱量から、エンジンの図示仕事を差し引いた熱量から定まる。そのため、エンジンの図示仕事と排気ガスの温度との間にも、線形的な相関関係が成立する。前述したように、点火時期と燃焼進行度とは非線形の関係を有しているため、点火時期と排気ガスの温度との相関関係は非線形になるが、燃焼進行度と排気ガスの温度との相関関係は線形になる。 Since the degree of combustion progress is a parameter representing the state of combustion, there is a linear correlation between the degree of combustion progress and the indicated work of the engine. Also, the temperature of the exhaust gas is determined by the heat amount obtained by subtracting the indicated work of the engine from the heat amount generated by combustion in the cylinder. Therefore, a linear correlation is also established between the indicated work of the engine and the temperature of the exhaust gas. As described above, the ignition timing and the degree of combustion progress have a non-linear relationship, so the correlation between the ignition timing and the temperature of the exhaust gas is non-linear. The correlation becomes linear.
第1燃焼モード時の、燃焼進行度と排気ガスの温度との相関関係である第1関係、及び、第2燃焼モード時の、燃焼進行度と排気ガスの温度との相関関係である第2関係は、共に線形である。第1燃焼モード時に推定部は、燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、第1関係に基づいて、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定する。第2燃焼モード時に推定部は、燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、第2関係に基づいて燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定する。推定部は、第1燃焼モード時及び第2燃焼モード時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。第1関係及び第2関係がそれぞれ線形であるため、燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも大幅に遅角する場合でも、推定部は、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 A first relationship that is the correlation between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas during the first combustion mode, and a second correlation that is the correlation between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas during the second combustion mode. Both relationships are linear. In the first combustion mode, when the degree of combustion progresses more retarded than the degree of combustion progress in the MBT, the estimator linearly adjusts the temperature of the exhaust gas as the degree of combustion progresses more retarded based on the first relationship. estimated to be high. In the second combustion mode, when the degree of combustion progresses more retarded than the degree of combustion progress in the MBT, the estimating unit linearly adjusts the temperature of the exhaust gas as the degree of combustion progresses more retarded based on the second relationship. Estimate high. The estimator can accurately estimate the temperature of the exhaust gas during the first combustion mode and during the second combustion mode. Since the first relationship and the second relationship are linear, the estimator can accurately estimate the temperature of the exhaust gas even when the degree of combustion lags significantly behind the degree of combustion in the MBT. .
前記推定部は、前記第1燃焼モード時及び前記第2燃焼モード時のそれぞれにおいて、前記燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合に、前記燃焼進行度が遅角するほど、前記排気ガスの温度を線形的に高く推定する、としてもよい。 The estimating unit retards the degree of combustion progress when the degree of progress of combustion is retarded relative to the degree of progress of combustion at a knock limit in each of the first combustion mode and the second combustion mode. The temperature of the exhaust gas may be linearly estimated to be higher as the temperature increases.
ここで、ノック限界は、異常燃焼が生じない点火時期の進角限界である。ノック限界は、MBTよりも遅角である。 Here, the knock limit is the ignition timing advance limit at which abnormal combustion does not occur. The knock limit is more retarded than MBT.
SI燃焼及びSPCCI燃焼の燃焼進行度と排気ガスの温度との間には、燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合でも、線形的な相関関係が成立する。推定部は、センサの信号と、第1関係又は第2関係とに基づいて、第1燃焼モード時及び第2燃焼モード時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 A linear correlation is established between the degree of combustion progress in SI combustion and SPCCI combustion and the temperature of the exhaust gas even when the degree of combustion lags behind the degree of combustion progress at the knock limit. The estimator can accurately estimate the temperature of the exhaust gas in the first combustion mode and the second combustion mode based on the signal from the sensor and the first relationship or the second relationship.
前記第2関係は、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率が、前記第1関係の温度上昇率よりも高い、としてもよい。 The second relationship may be such that the temperature rise rate of the exhaust gas with respect to changes in the degree of combustion progress is higher than the temperature rise rate of the first relationship.
第2燃焼モード時は、SPCCI燃焼を行う。一部の混合気はCI燃焼する。膨張行程にて行うCI燃焼は、容積変化の影響を大きく受ける。具体的には、燃焼進行度が遅角すると、SPCCI燃焼の熱効率が大きく低下する。その結果、第2燃焼モード時は、燃焼進行度の変化に対し、排気ガスの温度が大きく変化する。 In the second combustion mode, SPCCI combustion is performed. A portion of the air-fuel mixture is CI-burned. CI combustion performed in the expansion stroke is greatly affected by changes in volume. Specifically, when the degree of combustion progress is retarded, the thermal efficiency of SPCCI combustion is greatly reduced. As a result, during the second combustion mode, the temperature of the exhaust gas changes greatly with respect to changes in the degree of combustion progress.
第1燃焼モード時は、SI燃焼を行う。火炎伝播による燃焼は、容積変化の影響を受けにくい。第1燃焼モード時に燃焼進行度が遅くなっても、SI燃焼の熱効率は大きく低下しない。第1燃焼モード時は、燃焼進行度の変化に対し、排気ガスの温度の変化が小さい。 In the first combustion mode, SI combustion is performed. Combustion by flame propagation is less sensitive to volumetric changes. Even if the degree of combustion progresses in the first combustion mode, the thermal efficiency of SI combustion does not significantly decrease. During the first combustion mode, changes in exhaust gas temperature are small with respect to changes in the degree of combustion progress.
従って、第2関係は、第1関係よりも燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が高い。制御部は、第1関係及び第2関係に基づいて、第1燃焼モード時及び第2燃焼モード時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 Therefore, in the second relationship, the temperature rise rate of the exhaust gas with respect to the change in the degree of combustion progress is higher than in the first relationship. The control unit can accurately estimate the temperature of the exhaust gas in the first combustion mode and the second combustion mode based on the first relationship and the second relationship.
前記推定部は、前記第1燃焼モード時及び前記第2燃焼モード時のそれぞれにおいて、同じ燃焼進行度に対する前記排気ガスの温度を、前記エンジンの回転数が高いときには、回転数が低いときよりも高く推定する、としてもよい。 In each of the first combustion mode and the second combustion mode, the estimating unit calculates the temperature of the exhaust gas for the same degree of combustion progress when the engine speed is high as compared to when the engine speed is low. Estimate high.
エンジンの回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも、排気ガスの温度が高くなる。これは、エンジンの回転数が高いほど、単位時間当たりの燃焼回数が増えることでシリンダ壁温が高くなる上に、筒内の燃焼時間が短いことで、冷却損失が減るためである。 When the engine speed is high, the temperature of the exhaust gas is higher than when the engine speed is low. This is because the higher the engine speed, the higher the cylinder wall temperature due to the increased number of combustions per unit time, and the shorter the combustion time in the cylinder, which reduces the cooling loss.
第1燃焼モード時及び第2燃焼モード時のそれぞれにおいて、推定部は、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、エンジンの回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも高く推定する。制御部は、エンジンの回転数が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 In each of the first combustion mode and the second combustion mode, the estimating unit estimates the exhaust gas temperature for the same degree of combustion progress to be higher when the engine speed is high than when the engine speed is low. . The control unit can accurately estimate the temperature of the exhaust gas even if the engine speed changes.
前記第1関係及び前記第2関係のそれぞれにおいて、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率は、前記エンジンの回転数が高いときには、回転数が低いときよりも高い、としてもよい。 In each of the first relationship and the second relationship, the temperature rise rate of the exhaust gas with respect to changes in the degree of combustion progress may be higher when the engine speed is high than when the engine speed is low.
前述したように、エンジンの回転数が高い場合はシリンダ壁温が高く、燃焼時の筒内温度とシリンダ壁温との差は相対的に小さい。エンジンの回転数が高い場合に、燃焼進行度の変化に伴い筒内温度が変化すると、筒内温度とシリンダ壁温との差に対する、筒内温度の変化量の割合は大きくなる。つまり、エンジンの回転数が高い場合に燃焼進行度が変化すると、冷却損失が大きく変化するため、排気ガスの温度も大きく変化する。逆に、エンジンの回転数が低い場合はシリンダ壁温が低く、燃焼時の筒内温度とシリンダ壁温との差は相対的に大きい。エンジンの回転数が低い場合に、燃焼進行度の変化に伴い筒内温度が変化しても、筒内温度とシリンダ壁温との差に対する、筒内温度の変化量の割合は小さいため、排気ガスの温度の変化が小さい。 As described above, when the engine speed is high, the cylinder wall temperature is high, and the difference between the in-cylinder temperature and the cylinder wall temperature during combustion is relatively small. When the engine speed is high and the in-cylinder temperature changes as the degree of combustion progresses, the ratio of the amount of change in the in-cylinder temperature to the difference between the in-cylinder temperature and the cylinder wall temperature increases. That is, if the degree of combustion progresses when the engine speed is high, the cooling loss will change significantly, and the temperature of the exhaust gas will also change significantly. Conversely, when the engine speed is low, the cylinder wall temperature is low, and the difference between the in-cylinder temperature during combustion and the cylinder wall temperature is relatively large. When the engine speed is low, even if the in-cylinder temperature changes as the degree of combustion progresses, the ratio of the amount of change in the in-cylinder temperature to the difference between the in-cylinder temperature and the cylinder wall temperature is small. Gas temperature change is small.
燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、エンジンの回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも高いことに基づき、推定部が排気ガスの温度を推定することにより、制御部は、第1燃焼モード時及び第2燃焼モード時に、エンジンの回転数が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 The estimating unit estimates the temperature of the exhaust gas based on the fact that the temperature rise rate of the exhaust gas with respect to the change in the degree of combustion is higher when the engine speed is high than when the engine speed is low. The part can accurately estimate the temperature of the exhaust gas in the first combustion mode and in the second combustion mode even if the engine speed changes.
前記推定部は、前記第1燃焼モード時及び前記第2燃焼モード時のそれぞれにおいて、同じ燃焼進行度に対する前記排気ガスの温度を、前記エンジンの負荷が高いときには、負荷が低いときよりも高く推定する、としてもよい。 The estimating unit estimates the temperature of the exhaust gas for the same degree of combustion progress in each of the first combustion mode and the second combustion mode to be higher when the load of the engine is high than when the load is low. You can do it.
エンジンの負荷が高いと筒内へ供給する燃料量が多いため、筒内で発生する熱量が多い。熱量が多いことに起因して、排気ガスの温度も高い。第1燃焼モード時及び第2燃焼モードのそれぞれにおいて、推定部は、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、エンジンの負荷が高い場合には、負荷が低い場合よりも高く推定する。このことによって、制御部は、エンジンの負荷が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 When the engine load is high, the amount of fuel supplied to the cylinder is large, so the amount of heat generated in the cylinder is large. Due to the large amount of heat, the temperature of the exhaust gas is also high. In each of the first combustion mode and the second combustion mode, the estimator estimates that the exhaust gas temperature for the same degree of combustion progress is higher when the engine load is high than when the engine load is low. This allows the control unit to accurately estimate the temperature of the exhaust gas even if the engine load changes.
前記第1関係及び前記第2関係のそれぞれにおいて、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率は、前記エンジンの負荷が高いときには、負荷が低いときよりも高い、としてもよい。 In each of the first relationship and the second relationship, the temperature rise rate of the exhaust gas with respect to changes in the degree of combustion progress may be higher when the load of the engine is high than when the load is low.
前述したように、エンジンの負荷が高い場合は燃料供給量が多い。エンジンの負荷が高い場合に燃焼進行度が変化すると、図示仕事の変化量が大きい。その結果、排気ガスの温度も大きく変化する。逆に、エンジンの負荷が低い場合は燃料供給量が少ないため、燃焼進行度が変化しても図示仕事の変化量は小さい。その結果、排気ガスの温度の変化は小さい。 As mentioned above, when the engine load is high, the amount of fuel supplied is large. When the engine load is high and the degree of combustion progresses, the amount of change in indicated work is large. As a result, the temperature of the exhaust gas also changes significantly. Conversely, when the engine load is low, the amount of fuel supplied is small, so even if the progress of combustion changes, the amount of change in indicated work is small. As a result, the change in temperature of the exhaust gas is small.
燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、エンジンの負荷が高い場合には、負荷が低い場合よりも高いことに基づき、推定部が排気ガスの温度を推定することにより、制御部は、第1燃焼モード時及び第2燃焼モード時に、エンジンの負荷が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 When the engine load is high, the temperature rise rate of the exhaust gas with respect to the change in the degree of combustion is higher than when the load is low. , the temperature of the exhaust gas can be accurately estimated in the first combustion mode and in the second combustion mode even if the engine load changes.
前記制御部は、前記排気ガスの温度が基準よりも高い場合には、前記筒内へ供給する燃料量を、前記基準以下の場合よりも増量する、としてもよい。 When the temperature of the exhaust gas is higher than a reference, the control unit may increase the amount of fuel supplied to the cylinder more than when the temperature is equal to or lower than the reference.
筒内へ供給する燃料量を増量すると、増量した燃料の潜熱により、筒内から排出する排気ガスの温度が下がる。排気ガスの温度を基準以下に下げることにより、例えばエンジンの排気通路に介設した触媒装置の信頼性を確保することができる。触媒装置の性能を高い状態に維持することができ、エンジンは、清浄化したガスを排出することができる。 When the amount of fuel supplied into the cylinder is increased, the latent heat of the increased amount of fuel lowers the temperature of the exhaust gas discharged from the cylinder. By lowering the temperature of the exhaust gas below the standard, it is possible to ensure the reliability of the catalyst device interposed in the exhaust passage of the engine, for example. The performance of the catalyst device can be maintained at a high level, and the engine can exhaust cleaned gas.
以上説明したように、前記のエンジンの制御装置は、第1燃焼モードと第2燃焼モードとを切り替えるエンジンにおいて、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。 As described above, the engine control device can accurately estimate the temperature of exhaust gas in an engine that switches between the first combustion mode and the second combustion mode.
以下、エンジンの制御装置に関する実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、エンジン、エンジンシステム、及び、エンジンの制御装置の一例である。 An embodiment of an engine control device will be described in detail below with reference to the drawings. The following description is an example of an engine, an engine system, and a controller for the engine.
図1は、エンジンシステムの構成を例示する図である。図2は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an engine system. FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of an engine control device.
エンジン1は、燃焼室17が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する4ストロークエンジンである。エンジン1は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン1が運転することによって、自動車は走行する。エンジン1の燃料は、この構成例のエンジンではガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えばバイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。
The
(エンジンの構成)
エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えている。シリンダブロック12の内部に複数のシリンダ11が形成されている。図1では、一つのシリンダ11のみを示す。エンジン1は、多気筒エンジンである。
(Engine configuration)
The
各シリンダ11内には、ピストン3が摺動自在に内挿されている。ピストン3は、コネクティングロッド14を介してクランクシャフト15に連結されている。ピストン3は、シリンダ11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室17を区画する。尚、「燃焼室」は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン3の位置に関わらず、ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13によって形成される空間を意味する場合がある。
A
エンジン1の幾何学的圧縮比は、10以上30以下に設定されている。後述するようにエンジン1は、一部の運転領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、CI燃焼をコントロールする。エンジン1は、圧縮着火式である。このエンジン1は、ピストン3が圧縮上死点に至った時の燃焼室17の温度(つまり、圧縮端温度)を高くする必要がない。エンジン1は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン1の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様(燃料のオクタン価が91程度の低オクタン価燃料)のエンジンは、14~17とし、ハイオク仕様(燃料のオクタン価が96程度の高オクタン価燃料)のエンジンは、15~18としてもよい。
The geometric compression ratio of the
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、吸気ポート18が形成されている。吸気ポート18は、図示は省略するが、第1吸気ポート及び第2吸気ポートを有している。吸気ポート18は、燃焼室17に連通している。吸気ポート18は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート18は、燃焼室17の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。
An
吸気ポート18には、吸気弁21が配設されている。吸気弁21は、燃焼室17と吸気ポート18との間を開閉する。吸気弁21は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図2に示すように、可変動弁機構は、吸気電動S-VT(Sequential-Valve Timing)23を有している。吸気電動S-VT23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。尚、吸気動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有していてもよい。
An
シリンダヘッド13にはまた、シリンダ11毎に、排気ポート19が形成されている。排気ポート19も、第1排気ポート及び第2排気ポートを有している。排気ポート19は、燃焼室17に連通している。
The
排気ポート19には、排気弁22が配設されている。排気弁22は、燃焼室17と排気ポート19との間を開閉する。排気弁22は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図2に示すように、可変動弁機構は、排気電動S-VT24を有している。排気電動S-VT24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。尚、排気動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有していてもよい。
An
吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、吸気弁21と排気弁22との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室17の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを燃焼室17の中に導入することができる。吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、内部EGRシステムを構成している。尚、内部EGRシステムは、S-VTによって構成されるものに限らない。
The electric intake S-VT 23 and the electric exhaust S-
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、インジェクタ6が取り付けられている。インジェクタ6は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ6は、燃料供給部の一例である。インジェクタ6は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ6は、燃焼室17の中央部に取り付けられていて、燃料噴霧が燃焼室17の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。
An
インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。燃料供給システム61は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク63と、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いに連結する燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設している。燃料ポンプ65は、コモンレール64に燃料を送る。燃料ポンプ65は、この構成例のエンジン1では、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール64は、燃料ポンプ65から送られた燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ6が開弁すると、コモンレール64に蓄えられていた燃料が、インジェクタ6の噴口から燃焼室17の中に噴射される。燃料供給システム61は、30MPa以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ6へ供給することが可能である。インジェクタ6へ供給する燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム61の構成は、前記の構成に限定されない。
A
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ25の電極は、詳細な図示は省略するが、燃焼室17の中に臨んでかつ、燃焼室17の天井面の付近に位置している。
A
エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている。吸気通路40は、各シリンダ11の吸気ポート18に連通している。燃焼室17に導入されるガスは、吸気通路40を流れる。吸気通路40の上流端部には、エアクリーナー41が配設されている。エアクリーナー41は、新気を濾過する。吸気通路40の下流端近傍には、サージタンク42が配設されている。サージタンク42よりも下流の吸気通路40は、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ11の吸気ポート18に接続されている。
An
吸気通路40におけるエアクリーナー41とサージタンク42との間には、スロットル弁43が配設されている。スロットル弁43は、弁の開度を調節することによって、燃焼室17の中への新気の導入量を調節する。
A
吸気通路40にはまた、スロットル弁43の下流に、過給機44が配設されている。過給機44は、燃焼室17に導入するガスを過給する。この構成例のエンジン1では、過給機44は、エンジン1によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機44は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式とすればよい。
A
過給機44とエンジン1との間には、電磁クラッチ45が介設している。電磁クラッチ45は、過給機44とエンジン1との間で、エンジン1から過給機44へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。ECU10が電磁クラッチ45の接続及び非接続を切り替えることによって、過給機44はオンとオフとが切り替わる。
An electromagnetic clutch 45 is interposed between the
吸気通路40における過給機44の下流には、インタークーラー46が配設されている。インタークーラー46は、過給機44が圧縮したガスを冷却する。インタークーラー46は、例えば水冷式又は油冷式に構成してもよい。
An
吸気通路40には、バイパス通路47が接続されている。バイパス通路47は、過給機44及びインタークーラー46をバイパスするよう、吸気通路40における過給機44の上流部とインタークーラー46の下流部とを互いに接続する。バイパス通路47には、エアバイパス弁48が配設されている。エアバイパス弁48は、バイパス通路47を流れるガスの流量を調節する。
A
ECU10は、過給機44をオフにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を非接続にしたとき)に、エアバイパス弁48を全開にする。吸気通路40を流れるガスは、過給機44をバイパスして、エンジン1の燃焼室17に導入される。エンジン1は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
The
過給機44をオンにすると、エンジン1は過給状態で運転する。ECU10は、過給機44をオンにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を接続したとき)に、エアバイパス弁48の開度を調節する。過給機44を通過したガスの一部は、バイパス通路47を通って過給機44の上流に逆流する。ECU10がエアバイパス弁48の開度を調節すると、燃焼室17に導入するガスの過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク42内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク42内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。
When the
この構成例のエンジン1では、過給機44とバイパス通路47とエアバイパス弁48とによって、過給システム49が構成されている。過給機44は、例えば低負荷及び低回転の運転領域ではオフにされ、それ以外の運転領域ではオンにされる。
In the
エンジン1は、燃焼室17内に、スワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、吸気通路40に取り付けられたスワールコントロール弁56を有している。スワールコントロール弁56は、詳細な図示は省略するが、二つの吸気ポート18のうちの第1吸気ポートにつながるプライマリ通路と、第2吸気ポートにつながるセカンダリ通路との内の、セカンダリ通路に配設されている。スワールコントロール弁56は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調節弁である。スワールコントロール弁56の開度が小さいと、第1吸気ポートから燃焼室17に入る吸気流量が相対的に多くかつ、第2吸気ポートから燃焼室17に入る吸気流量が相対的に少ないから、燃焼室17内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁56の開度が大きいと、第1吸気ポート及び第2吸気ポートのそれぞれから燃焼室17に入る吸気流量が略均等になるから、燃焼室17内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁56を全開にすると、スワール流が発生しない。
The
エンジン1の他側面には、排気通路50が接続されている。排気通路50は、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。排気通路50は、燃焼室17から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ11の排気ポート19に接続されている。
An
排気通路50には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス後処理システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒511と、GPF(Gasoline Particulate Filter)512とを有している。下流の触媒コンバーターもまた、エンジンルーム内に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒513を有している。尚、排気ガス後処理システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、GPFは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びGPFの並び順は、適宜変更してもよい。
An exhaust gas aftertreatment system with a plurality of catalytic converters is arranged in the
吸気通路40と排気通路50との間には、外部EGRシステムを構成するEGR通路52が接続されている。EGR通路52は、排気ガスの一部を吸気通路40に還流させるための通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における下流の触媒コンバーターよりも下流部に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40における過給機44の上流部に接続されている。
An
EGR通路52には、水冷式のEGRクーラー53が配設されている。EGRクーラー53は、排気ガスを冷却する。EGR通路52にはまた、EGR弁54が配設されている。EGR弁54は、EGR通路52を流れる排気ガスの流量を調節する。EGR弁54の開度を調節することによって、冷却した排気ガス、つまり外部EGRガスの還流量を調節することができる。
A water-cooled
この構成例のエンジン1では、EGRシステム55は、外部EGRシステムと、内部EGRシステムとによって構成されている。外部EGRシステムは、内部EGRシステムよりも低温の排気ガスを、燃焼室17へ供給することができる。
In the
エンジン1は、冷却システム70を有している。冷却システム70は、冷却液を供給するポンプ71と、ポンプ71からエンジン1のシリンダブロック12へ冷却液を流入させる入口通路72と、エンジン1内の冷却液通路を通った後、エンジン1のシリンダヘッド13からラジエータ73を経由してポンプ71へ冷却液を流入させるラジエータ通路74と、エンジン1内の冷却液通路を通った後、ラジエータ73を迂回してポンプ71に冷却液を流入させるラジエータ迂回通路75とを有している。
The
ポンプ71は、クランクシャフト15に連動して駆動される機械式のポンプである。ポンプ71の吐出口は、入口通路72に接続されている。ポンプ71には、入口通路72に吐出する冷却液の液温を検出する第1液温センサSW9が設けられている。ポンプ71の、冷却液の吐出量は、エンジン回転数とポンプ71への冷却液の還流量とにより変動する。尚、第1液温センサSW9は、入口通路72を流通する冷却液の液温を検出するように配置されていてもよい。
The
入口通路72は、ポンプ71の吐出口とシリンダブロック12の冷却液通路の入口とを連通する。
The
ラジエータ通路74は、シリンダヘッド13の冷却液通路に接続されている。ラジエータ通路74におけるラジエータ73とポンプ71との間には、サーモスタット弁76が配置されている。サーモスタット弁76は、電気式のサーモスタット弁で構成されている。具体的には、サーモスタット弁76は、一般的なサーモスタット弁に電熱線を内蔵させた弁である。サーモスタット弁76は、無通電時には、冷却液の液温が、所定液温以上であるときに、その温度に応じて開くように構成されているが、電熱線に電流を流すことで、冷却液の液温が所定液温未満のときでも開くことができるようになっている。つまり、無通電時には、所定液温でサーモスタット弁76が開くことにより、ラジエータ通路74内の冷却液の液温を所定液温付近にすることができる一方、通電時には、所定液温未満の所望の液温でサーモスタット弁76が開くことにより、ラジエータ通路74内の冷却液の液温を所望の液温にすることができる。
The
ラジエータ迂回通路75も、ラジエータ通路74と同様に、シリンダヘッド13の冷却液通路に接続されている。ラジエータ迂回通路75の途中には、流量調節弁77が配置されている。流量調節弁77は、一定開度の開き状態と、全閉の閉じ状態との間で切り替えられるオン/オフ式弁である。流量調節弁77は、開き状態の時間及び閉じ状態の時間を調整することで、より詳しくは、単位時間当たりの開き状態及び閉じ状態の割合(以下、デューティ比という)を調整することで、ラジエータ迂回通路75を通る冷却液の流量を調整する。
The
(エンジンの制御装置の構成)
エンジンの制御装置は、ECU(Engine Control Unit)10を備えている。ECU10は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図2に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU10は、制御部の一例である。
(Configuration of engine control device)
The engine control device includes an ECU (Engine Control Unit) 10 . The
ECU10には、図1及び図2に示すように、各種のセンサSW1~SW17が接続されている。センサSW1~SW17は、信号をECU10に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
Various sensors SW1 to SW17 are connected to the
エアフローセンサSW1:吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の流量を計測する
第1吸気温度センサSW2:吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の温度を計測する
第1圧力センサSW3:吸気通路40におけるEGR通路52の接続位置よりも下流でかつ、過給機44の上流に配置されかつ、過給機44に流入するガスの圧力を計測する
第2吸気温度センサSW4:吸気通路40における過給機44の下流でかつ、バイパス通路47の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機44から流出したガスの温度を計測する
第2圧力センサSW5:サージタンク42に取り付けられかつ、過給機44の下流のガスの圧力を計測する
筒内圧センサSW6:各シリンダ11に対応してシリンダヘッド13に取り付けられかつ、各燃焼室17内の圧力を計測する
リニアO2センサSW7:排気通路50における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
ラムダO2センサSW8:上流の触媒コンバーターにおける三元触媒511の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
第1液温センサSW9:前述したように、ポンプ71に取り付けられかつ、シリンダブロック12へ流入する冷却液の液温を検出する
第2液温センサSW10:エンジン1に取り付けられかつ、エンジン1と熱交換した直後の冷却液の温度を計測する
クランク角センサSW11:エンジン1に取り付けられかつ、クランクシャフト15の回転角を計測する
アクセル開度センサSW12:アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する
吸気カム角センサSW13:エンジン1に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する
排気カム角センサSW14:エンジン1に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する
EGR差圧センサSW15:EGR通路52に配置されかつ、EGR弁54の上流及び下流の差圧を計測する
燃圧センサSW16:燃料供給システム61のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ6へ供給する燃料の圧力を計測する
第3吸気温度センサSW17:サージタンク42に取り付けられかつ、サージタンク42内のガスの温度、換言すると燃焼室17に導入される吸気の温度を計測する。
Airflow sensor SW1: arranged downstream of the
ECU10は、これらのセンサSW1~SW17の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ102に記憶されている。制御ロジックは、メモリ102に記憶している運転マップを用いて、目標量及び/又は制御量を演算することを含む。
The
ECU100は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動S-VT23、排気電動S-VT24、燃料供給システム61、スロットル弁43、EGR弁54、過給機44の電磁クラッチ45、エアバイパス弁48、スワールコントロール弁56、サーモスタット弁76、及び、流量調節弁77に出力する。
The
例えば、ECU10は、アクセル開度センサSW12の信号と運転マップとに基づいて、エンジン1の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ECU10は、目標過給圧と、第1圧力センサSW3及び第2圧力センサSW5の信号から得られる過給機44の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁48の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、過給圧が目標過給圧となるようにする。
For example, the
また、ECU10は、エンジン1の運転状態と運転マップとに基づいて目標EGR率を設定する。EGR率は、燃焼室17の中の全ガスに対するEGRガスの比である。ECU10は、目標EGR率とアクセル開度センサSW12の信号に基づく吸入空気量とに基づき目標EGRガス量を決定すると共に、EGR差圧センサSW15の信号から得られるEGR弁54の前後差圧に基づいてEGR弁54の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、燃焼室17の中に導入する外部EGRガス量が目標EGRガス量となるようにする。
Further, the
さらに、ECU10は、所定の制御条件が成立している場合に空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にECU10は、リニアO2センサSW7、及び、ラムダO2センサSW8が計測した排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ6の燃料噴射量を調節する。
Furthermore, the
(SPCCI燃焼のコンセプト)
エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態にある場合に圧縮自己着火による燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
(SPCCI combustion concept)
The main purpose of the
SPCCI燃焼は、点火プラグ25が、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりSI燃焼をすると共に、SI燃焼の発熱により燃焼室17の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室17の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるCI燃焼をする形態である。
In the SPCCI combustion, the
SI燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度のばらつきを吸収することができる。ECU10が点火時期を調節することによって、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。
By adjusting the calorific value of SI combustion, it is possible to absorb temperature variations in the
SPCCI燃焼において、SI燃焼時の熱発生は、CI燃焼時の熱発生よりも穏やかである。図3はSPCCI燃焼における熱発生率の波形301を例示している。SPCCI燃焼における熱発生率の波形301は、立ち上がりの傾きが、CI燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さい。また、燃焼室17の中における圧力変動(dp/dθ)も、SI燃焼時は、CI燃焼時よりも穏やかになる。
In SPCCI combustion, the heat release during SI combustion is milder than that during CI combustion. FIG. 3 illustrates a heat
SI燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火すると、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化する場合がある。熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングθciで、変曲点Xを有する場合がある。 When the unburned air-fuel mixture self-ignites after the start of SI combustion, the slope of the heat release rate waveform may change from small to large at the timing of self-ignition. The heat release rate waveform may have an inflection point X at the timing θci at which CI combustion starts.
CI燃焼の開始後は、SI燃焼とCI燃焼とが並行して行われる。CI燃焼は、SI燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きい。しかし、CI燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。CI燃焼時の圧力変動(dp/dθ)も、比較的穏やかである。 After the start of CI combustion, SI combustion and CI combustion are performed in parallel. Since CI combustion produces more heat than SI combustion, the heat release rate is relatively high. However, since the CI combustion is performed after the top dead center of the compression stroke, the slope of the heat release rate waveform is prevented from becoming too large. The pressure fluctuation (dp/dθ) during CI combustion is also relatively mild.
圧力変動(dp/dθ)は、燃焼騒音を表す指標として用いることができる。前述の通りSPCCI燃焼は、圧力変動(dp/dθ)が小さいため、燃焼騒音が大きくなりすぎることが回避される。エンジン1の燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。
Pressure fluctuation (dp/dθ) can be used as an index representing combustion noise. As described above, the SPCCI combustion has a small pressure fluctuation (dp/dθ), so excessive combustion noise can be avoided. Combustion noise of the
CI燃焼が終了することによって、SPCCI燃焼が終了する。CI燃焼は、図3に波形302によって例示するSI燃焼のみの場合と比べて、燃焼期間が短い。SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。
The SPCCI combustion ends when the CI combustion ends. CI combustion has a shorter combustion period than SI combustion alone, illustrated by
(エンジンの運転領域)
図4は、エンジン1の制御に係る運転マップ401を例示している。運転マップ401は、ECU10のメモリ102に記憶されている。運転マップ401は、エンジン1の温間時の運転マップである。
(engine operating range)
FIG. 4 illustrates an
運転マップ401は、エンジン1の負荷及び回転数によって規定されている。運転マップ401は、図4に実線で境界を例示するように、回転数の高低及び負荷の高低によって三つの領域に分かれる。具体的に運転マップ401は、低回転及び中回転の領域における低負荷の領域A1と、低回転及び中回転の領域における中負荷及び高負荷の領域A2、A3、A4と、回転数N1以上である高回転の領域A5と、に分かれる。
The
ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にした場合の、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域としてもよい。また、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を負荷方向に、低負荷領域、中負荷領域及び高負荷領域の略三等分にした場合の、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域としてもよい。
Here, the low speed region, the middle speed region, and the high speed region are obtained by dividing the entire operating region of the
運転マップ401は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。エンジン1は、領域A1、A2、A3、A4ではSPCCI燃焼を行う。エンジン1はまた、領域A5ではSI燃焼を行う。以下、図4の運転マップ401の各領域におけるエンジン1の運転について、図5に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。図5の横軸は、クランク角である。尚、図5における符号601、602、603、604、605及び606はそれぞれ、図4の運転マップ401における符号601、602、603、604、605及び606によって示すエンジン1の運転状態に対応する。
The
(領域A1におけるエンジンの運転)
エンジン1が領域A1で運転しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。図5の符号601は、エンジン1が領域A1における運転状態601にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6011、6012)及び点火時期(符号6013)、並びに、燃焼波形(つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号6014)を示している。符号602は、エンジン1が領域A1における運転状態602にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6021、6022)及び点火時期(符号6023)、並びに、燃焼波形(符号6024)を示し、符号603は、エンジン1が領域A1における運転状態603にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6031、6032)及び点火時期(符号6033)、並びに、燃焼波形(符号6034)を示している。運転状態601、602、603は、エンジン1の回転数が同じでかつ、負荷が相違する。運転状態601が、最も負荷が低く(つまり、軽負荷)、運転状態602が、次に負荷が低く(つまり、低負荷)、運転状態603が、この中では負荷が最も高い。
(Engine operation in area A1)
When the
エンジン1の燃費性能を向上させるために、EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。具体的に、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、排気上死点付近で吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。燃焼室17から吸気ポート18及び排気ポート19に排出した排気ガスの一部は、燃焼室17の中に再導入される。燃焼室17の中に熱い排気ガスを導入するため、燃焼室17の中の温度が高くなる。SPCCI燃焼の安定化に有利になる。尚、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、吸気弁21及び排気弁22の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けてもよい。
The
また、スワール発生部は、燃焼室17の中に、強いスワール流を形成する。スワール比は、例えば4以上である。スワールコントロール弁56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート18はタンブルポートであるため、燃焼室17の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。
Also, the swirl generator forms a strong swirl flow in the
インジェクタ6は、吸気行程中に、燃料を複数回、燃焼室17の中に噴射する(符号6011、6012、6021、6022、6031、6032)。複数回の燃料噴射と、燃焼室17の中のスワール流とによって、混合気は成層化する。
The
燃焼室17の中央部における混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気の空燃比(A/F)は、20以上30以下であり、外周部の混合気のA/Fは、35以上である。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明でも同じである。点火プラグ25に近い混合気のA/Fを20以上30以下にすることにより、SI燃焼時のRawNOxの発生を抑制することができる。また、外周部の混合気のA/Fを35以上にすることで、CI燃焼が安定化する。
The fuel concentration of the air-fuel mixture in the central portion of the
混合気のA/Fは、燃焼室17の全体で理論空燃比よりもリーンである(つまり、空気過剰率λ>1)。より詳細に、燃焼室17の全体で混合気のA/Fは30以上である。こうすることで、RawNOxの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。
The A/F of the air-fuel mixture is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in the entire combustion chamber 17 (that is, excess air ratio λ>1). More specifically, the A/F of the air-fuel mixture in the
エンジン1の負荷が低いとき(つまり、運転状態601のとき)に、インジェクタ6は、吸気行程の前半に、第一噴射6011を行い、吸気行程の後半に、第二噴射6012を行う。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半、吸気行程の後半は、吸気行程を二等分したときの後半としてもよい。また、第一噴射6011と第二噴射6012との噴射量比は、例えば9:1としてもよい。
When the load of the
エンジン1の負荷が高い運転状態602のときに、インジェクタ6は、吸気行程の後半に行う第二噴射6022を、運転状態601の第二噴射6012よりも進角したタイミングで開始する。第二噴射6022を進角することによって、燃焼室17内の混合気は均質に近づく。第一噴射6021と第二噴射6022との噴射量比は、例えば7:3~8:2としてもよい。
In the
エンジン1の負荷がさらに高い運転状態603のときに、インジェクタ6は、吸気行程の後半に行う第二噴射6032を、運転状態602の第二噴射6022よりもさらに進角したタイミングで開始する。第二噴射6032をさらに進角することによって、燃焼室17内の混合気は、均質にさらに近づく。第一噴射6031と第二噴射6032との噴射量比は、例えば6:4としてもよい。
In the
燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ25は、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6013、6023、6033)。点火タイミングは、圧縮行程の終期としてもよい。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期、及び終期に三等分したときの終期としてもよい。
After the end of fuel injection, the
前述したように、中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるSI燃焼が安定化する。SI燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、CI燃焼が開始する。CI燃焼のコントロール性が向上する。燃焼騒音の発生が抑制される。また、混合気のA/FをリーンにしてSPCCI燃焼を行うことによって、エンジン1の燃費性能を、大幅に向上させることができる。
As described above, since the air-fuel mixture in the central portion has a relatively high fuel concentration, the ignitability is improved and the SI combustion due to flame propagation is stabilized. By stabilizing SI combustion, CI combustion starts at an appropriate timing. Controllability of CI combustion is improved. Generation of combustion noise is suppressed. Further, by making the A/F of the air-fuel mixture lean and performing SPCCI combustion, the fuel efficiency of the
(領域A2、A3、A4におけるエンジンの運転)
エンジン1が領域A2、A3、A4で運転している場合に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。図5の符号604は、エンジン1が領域A2における運転状態604にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6041、6042)及び点火時期(符号6043)、並びに、燃焼波形(符号6044)を示している。符号605は、エンジン1が領域A4における運転状態605にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6051)及び点火時期(符号6052)、並びに、燃焼波形(符号6053)を示している。
(Engine operation in areas A2, A3, and A4)
When the
EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。具体的に、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、排気上死点付近で吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。内部EGRガスが、燃焼室17の中に導入される。また、EGRシステム55は、EGR通路52を通じて、EGRクーラー53によって冷却した排気ガスを、燃焼室17の中に導入する。つまり、内部EGRガスに比べて温度が低い外部EGRガスを、燃焼室17の中に導入する。外部EGRガスは、燃焼室17の中の温度を、適切な温度に調節する。EGRシステム55は、エンジン1の負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。EGRシステム55は、全開負荷では、内部EGRガス及び外部EGRガスを含むEGRガスを、ゼロにしてもよい。
また、領域A2及び領域A3では、スワールコントロール弁56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。燃焼室17の中には、スワール比が4以上の、強いスワール流が形成される。一方、領域A4において、スワールコントロール弁56は開である。
Also, in the regions A2 and A3, the
混合気のA/Fは、燃焼室17の全体で理論空燃比(A/F≒14.7)である。三元触媒511、513が、燃焼室17から排出された排出ガスを清浄化することによって、エンジン1の排出ガス性能は良好になる。混合気のA/Fは、三元触媒の清浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2としてもよい。尚、エンジン1が、最高負荷を含む領域A3で運転しているときには、混合気のA/Fは、燃焼室17の全体で理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしてもよい(つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦1)。
The A/F of the air-fuel mixture in the
燃焼室17内にEGRガスを導入しているため、燃焼室17の中の全ガスと燃料との重量比であるG/Fは理論空燃比よりもリーンになる。混合気のG/Fは18以上にしてもよい。こうすることで、いわゆるノッキングの発生を回避することができる。G/Fは18以上30以下に設定してもよい。また、G/Fは18以上50以下に設定してもよい。
Since the EGR gas is introduced into the
エンジン1が運転状態604で運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程中に、複数回の燃料噴射(符号6041、6042)を行う。インジェクタ6は、第一噴射6041を吸気行程の前半に行い、第二噴射6042を吸気行程の後半に行ってもよい。
When the
また、エンジン1が運転状態605で運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程中に燃料を噴射する(符号6051)。
Further, when the
点火プラグ25は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近の所定のタイミングで混合気に点火をする(符号6043、6052)。エンジン1が運転状態604で運転しているときに、点火プラグ25は、圧縮上死点前に点火を行ってもよい(符号6043)。エンジン1が運転状態605で運転しているときに、点火プラグ25は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい(符号6052)。
The
混合気のA/Fを理論空燃比にしてSPCCI燃焼を行うことによって、三元触媒511、513を利用して、燃焼室17から排出された排出ガスを清浄することができる。また、EGRガスを燃焼室17に導入して混合気を希釈することによって、エンジン1の燃費性能が向上する。
By performing SPCCI combustion with the A/F of the air-fuel mixture at the stoichiometric air-fuel ratio, the three-
(領域A5におけるエンジンの運転)
エンジン1の回転数が高いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が短くなる。エンジン1の回転数が高くなると、燃焼室17内で混合気を成層化することが困難になって、SPCCI燃焼を行うことが困難になる。そこで、エンジン1が領域A5で運転している場合に、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。
(Engine operation in area A5)
When the rotation speed of the
図5の符号606は、エンジン1が領域A5における負荷の高い運転状態606にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6061)及び点火時期(符号6062)、並びに、燃焼波形(符号6063)を示している。
EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。EGRシステム55は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。EGRシステム55は、全開負荷では、EGRガスをゼロにしてもよい。
スワールコントロール弁56は、全開である。燃焼室17内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁56を全開にすることによって、充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。
混合気のA/Fは、基本的には、燃焼室17の全体で理論空燃比(A/F≒14.7)である。混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。尚、エンジン1が全開負荷の付近で運転しているときには、混合気の空気過剰率λは1未満であってもよい。
The A/F of the air-fuel mixture is basically the stoichiometric air-fuel ratio (A/F≈14.7) in the
インジェクタ6は、吸気行程中に燃料噴射を開始する。インジェクタ6は、燃料を一括で噴射する(符号6061)。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室17の中に、均質又は略均質な混合気が形成される。また、燃料の気化時間を長く確保することができるため、未燃損失の低減を図ることもできる。
The
点火プラグ25は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う(符号6062)。
The
(排気ガスの温度の推定)
エンジン1の制御に関し排気ガスの温度は、様々な用途に利用される。例えば排気ガス後処理システムの触媒の温度が高すぎると、触媒の信頼性が低下する。触媒に流入する排気ガスの温度を監視し、排気ガスの温度が高すぎる場合は、排気ガスの温度を低下させなければならない。また、例えばEGRガスの還流量を調整するために、ECU10は、排気ガスの温度を把握しなければならない。
(Estimation of Exhaust Gas Temperature)
Regarding the control of the
エンジン1の排気通路50に温度センサを取り付けると、コストが増大する。触媒に流入する排気ガスの温度、及び、EGR通路52の流入する排気ガスの温度のそれぞれを、複数のセンサが計測しようとすると、コストがさらに増大する。そこで、このエンジン1の制御装置は、排気通路50に温度センサを取り付けないで、筒内の混合気の燃焼状態に基づいて、排気通路50の最上流部の排気ガスの温度を推定するよう構成されている。排気通路50の最上流部の排気ガスの温度を推定すれば、制御装置は、最上流部の排気ガスの温度に基づいて、触媒に流入する排気ガスの温度や、EGR通路52に流入する排気ガスの温度等を、さらに推定することができる。
Attaching a temperature sensor to the
図6は、排気ガスの温度の推定に係るECU10の機能ブロックを例示している。ECU10は、取得部104と、算出部105と、推定部106と、補正部107と、を有している。
FIG. 6 illustrates functional blocks of the
取得部104は、筒内圧センサSW6の信号及びクランク角センサSW11の信号を取得する。
算出部105は、取得部104が取得した筒内圧センサSW6の信号及びクランク角センサSW11の信号に基づいて、筒内における燃焼が特定の程度にまで進行したときのクランク角度である燃焼進行度を算出する。算出部105は具体的に、質量燃焼割合が50%となるクランク角度、つまり、mfb50(又は燃焼重心)を算出してもよい。mfb50の算出手法は、公知の手法を利用してもよい。具体的に算出部105は、図3に例示するような、筒内圧センサSW6の信号及びクランク角センサSW11の信号から得られる熱発生率の波形301又は302の面積から、mfb50を算出することができる。尚、排気ガスの温度との間に相関があれば、燃焼進行度として用いることができる質量燃焼割合の値は、mfb10やmfb90等、任意の値にすることもできる。
Based on the signal from the in-cylinder pressure sensor SW6 and the signal from the crank angle sensor SW11 acquired by the
尚、算出部105は、例えばクランク角センサSW11の信号に基づいて、燃焼進行度としての燃焼重心を算出してもよい。例えば図3の波形303は、クランク角センサSW11の信号の時間変化を例示している。SPCCI燃焼中にCI燃焼が開始するとクランクスピードが速くなるため、変曲点Xの近傍で、クランク角センサSW11のパルス間隔が狭くなる。また、SPCCI燃焼の熱発率の波形301において、変曲点Xとmfb50とは互いに近いクランク角度である。そのため、クランク角センサSW11のパルス間隔に基づいて、mfb50を算出してもよい。
Note that the
推定部106は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係に基づいて排気ガスの温度を推定する。より詳細に、推定部106は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルを用い、算出部105が算出した燃焼進行度から排気ガスの温度を推定する。モデルは、メモリ102に記憶されている。モデルは、具体的には図8、図9及び図11に示すように構成されている。モデルの構成の詳細は、後述する。
The
補正部107は、推定部106が推定した排気ガスの温度を、エンジン1の温度に応じて補正する。補正部107による補正の詳細は、後述する。
The
次に、図7のフローチャートを参照しながら、ECU10が実行する排気ガスの温度の推定手順について説明する。尚、図7のフローチャートにおける各ステップの順番は入れ替えることも可能である。
Next, a procedure for estimating the temperature of the exhaust gas executed by the
ステップS1において、ECU10は、各センサSW1~SW17の信号を読み込み、続くステップS2において、ECU10は、エンジン1の運転状態に対応した燃料噴射及び点火を実行する(図4及び図5参照)。
In step S1, the
次いで、ECU10の取得部104は、ステップS3において、筒内の燃焼時の、筒内圧センサSW6及びクランク角センサSW11の信号を取得し、続くステップS4において、算出部105は燃焼進行度を算出する。
Next, in step S3, the
ステップS5において、ECU10の推定部106は、エンジン1の燃焼モードが、SI燃焼であったか否かを判断する。燃焼モードがSI燃焼であってステップS5の判断がYESの場合は、プロセスはステップS6に進み、燃焼モードがSPCCI燃焼であってステップS5の判断がNOの場合は、プロセスはステップS8に進む。
In step S5, the
ステップS8において、推定部106は、混合気の空燃比が理論空燃比か否かを判断する。空燃比が理論空燃比(つまりλ=1)であってステップS8の判断がYESの場合は、プロセスはステップS9に進み、空燃比がリーン(つまりλ>1)であってステップS8の判断がNOの場合は、プロセスはステップS11に進む。
In step S8, the
ステップS6において推定部106は、メモリ102に記憶しているモデルと、算出した燃焼進行度とから、排気ガスの温度を推定する。図8は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルを例示している。図8には、SI燃焼時のモデル801と、SPCCI燃焼時でかつ、空燃比が理論空燃比の時のモデル802と、SPCCI燃焼時でかつ、空燃比がリーンの時のモデル803とが例示されている。
In step S6, the
図8からわかるように、モデルは一次の関数により表される。これは、燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度と排気ガスの温度との間に、線形となる相関関係が存在することを、本願発明者らが見出したことに依る。 As can be seen from FIG. 8, the model is represented by a linear function. This is because the inventors of the present application have found that there is a linear correlation between the degree of combustion progress and the exhaust gas temperature when the degree of combustion progress is retarded relative to the degree of combustion progress in the MBT. Depends on what you find.
SI燃焼及びSPCCI燃焼は、混合気の点火を行う。点火時期が遅くなると排気ガスの温度が高くなる。点火時期と排気ガスの温度との間にも相関関係が存在する。しかしながら、本願発明者らの検討によると、SI燃焼及び/又はSPCCI燃焼を行う、いわゆる火花点火式エンジンにおいて、点火時期と排気ガスの温度との間の関係は線形でなく、非線形であった。 SI and SPCCI combustion ignite the mixture. When the ignition timing is retarded, the temperature of the exhaust gas rises. A correlation also exists between ignition timing and exhaust gas temperature. However, according to the study by the inventors of the present application, in a so-called spark ignition engine that performs SI combustion and/or SPCCI combustion, the relationship between the ignition timing and the exhaust gas temperature is not linear but nonlinear.
点火時期が遅いと燃焼は膨張行程で開始する。膨張行程は、筒内の容積が拡大する行程である。容積の拡大は、クランク角度の進行に対して非線形の関係を有している。膨張行程における燃焼は、非線形的な容積の拡大の影響を受ける。燃焼進行度は、点火時期の遅れに対して、非線形の関係(例えば二次の関数)を有する。 If the ignition timing is late, combustion starts in the expansion stroke. The expansion stroke is a stroke in which the volume inside the cylinder is expanded. Volume expansion has a non-linear relationship to crank angle progression. Combustion in the expansion stroke is subject to non-linear volumetric expansion. The degree of combustion progress has a nonlinear relationship (for example, a quadratic function) with respect to the ignition timing delay.
燃焼進行度は燃焼状態を表すパラメータであるため、燃焼進行度と、エンジン1の図示仕事との間には、線形的な相関関係が成立する。また、排気ガスの温度は、筒内の燃焼により発生した熱量から、エンジンの図示仕事を差し引いた熱量から定まる。そのため、エンジンの図示仕事と、排気ガスの温度との間にも、線形的な相関関係が成立する。点火時期と燃焼進行度とは非線形の関係を有しているため、点火時期と排気ガスの温度との相関関係は非線形になるが、燃焼進行度と排気ガスの温度との相関関係は線形になる。
Since the degree of combustion progress is a parameter representing the state of combustion, there is a linear correlation between the degree of combustion progress and the indicated work of the
そこで、モデル801、802、803はそれぞれ、燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定するように構成されている。推定部106は、モデル801、802、803に従って、燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定する。
Therefore, each of the
また、点火時期が進角し過ぎると異常燃焼が生じ得る。異常燃焼が生じない点火時期の進角限界としてノック限界が設定される。ノック限界は、MBTよりも遅角側に設定される。点火時期は、ノック限界よりも遅角するように設定される。 Also, if the ignition timing is advanced too much, abnormal combustion may occur. A knock limit is set as an ignition timing advance limit at which abnormal combustion does not occur. The knock limit is set on the retard side of MBT. The ignition timing is set to retard the knock limit.
図8に示すように、燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合でも、燃焼進行度と排気ガスの温度との間には線形的な相関関係が成立する。モデル801、802、803はそれぞれ、燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定するように構成されている。推定部106は、モデル801、802、803に従って、燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定する。
As shown in FIG. 8, even when the degree of combustion progresses more retarded than the degree of combustion progress at the knock limit, a linear correlation is established between the degree of combustion progress and the exhaust gas temperature.
モデル801、802、803が線形であるため、燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも大幅に遅角する場合でも、推定部106は、排気ガスの温度を精度良く推測することができる。
Since the
SI燃焼時のモデル801と、SPCCI燃焼時のモデル802、803とは相違する。モデル801は、SI燃焼時の燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第1関係を表す。モデル802、803は、SPCCI燃焼時の燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第2関係を表す。推定部106は、燃焼モードが切り替わることに対応してモデル801、802、803を切り替えて排気ガスの温度を推定する。このことにより、推定部106は、SI燃焼時及びSPCCI燃焼時のそれぞれについて、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
The
より詳細に、SI燃焼時のモデル801は、SPCCI燃焼時のモデル802、803よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を高く推定するように構成されている。これにより、推定部106は、燃焼進行度が同一の場合、SI燃焼時はSPCCI燃焼時よりも、排気ガスの温度を高く推定する。
More specifically, the
SPCCI燃焼は、一部の未燃混合気を自己着火により燃焼させるため、SI燃焼よりも熱効率が高い。よって、SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも排気ガスの温度が低く、逆にSI燃焼は、SPCCI燃焼よりも排気ガスの温度が高い。SI燃焼時のモデル801は、SPCCI燃焼時のモデル802、803よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を高く推定するように構成することにより、推定部106は、SI燃焼時及びSPCCI燃焼時のそれぞれについて、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
SPCCI combustion burns part of the unburned air-fuel mixture by self-ignition, and therefore has higher thermal efficiency than SI combustion. Therefore, SPCCI combustion has a lower exhaust gas temperature than SI combustion, and SI combustion has a higher exhaust gas temperature than SPCCI combustion. The
混合気の空燃比が理論空燃比であるときに、SPCCI燃焼時のモデル802は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、SI燃焼時のモデル801の温度上昇率よりも高くなるように構成されている。「燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率」とは、図8の直線の傾きである。
When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio, the temperature rise rate of the exhaust gas in the
前述したように、SPCCI燃焼時は、熱効率が高い。一方で、SPCCI燃焼は、一部の混合気がCI燃焼する。膨張行程で行うCI燃焼は、容積変化の影響を大きく受ける。具体的には、燃焼進行度が遅角すると、SPCCI燃焼の熱効率が大きく低下する。SPCCI燃焼時は、燃焼進行度の変化に対し、排気ガスの温度が大きく変化する。これに対し、火炎伝播によるSI燃焼は、容積変化の影響を受けにくい。SI燃焼時に燃焼進行度が遅くなっても、SI燃焼の熱効率は大きく低下しない。SI燃焼時は、燃焼進行度の変化に対し、排気ガスの温度の変化が小さい。 As described above, the thermal efficiency is high during SPCCI combustion. On the other hand, in SPCCI combustion, part of the air-fuel mixture undergoes CI combustion. CI combustion performed in the expansion stroke is greatly affected by changes in volume. Specifically, when the degree of combustion progress is retarded, the thermal efficiency of SPCCI combustion is greatly reduced. During SPCCI combustion, the temperature of the exhaust gas changes greatly with changes in the degree of combustion progress. In contrast, SI combustion due to flame propagation is less susceptible to volumetric changes. Even if the progress of combustion slows during SI combustion, the thermal efficiency of SI combustion does not significantly decrease. During SI combustion, the change in exhaust gas temperature is small with respect to the change in the degree of combustion progress.
そこで、SPCCI燃焼時のモデル802は、SI燃焼時のモデル801よりも燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率を高くする。つまり、モデル802は、モデル801よりも傾きが急である。このことにより、推定部106は、SI燃焼時及びSPCCI燃焼時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
Therefore, in the
また、混合気の空燃比が理論空燃比の時のモデル801、802と、リーンの時のモデル803とは相違する。さらに、SPCCI燃焼時に、混合気の空燃比が理論空燃比の時のモデル801,802と、リーンの時のモデル803とは相違する。推定部106は、SPCCI燃焼時に、混合気の空燃比が切り替わることに対応してモデル802、803を切り替えて排気ガスの温度を推定することにより、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
Also, the
より詳細に、混合気の空燃比がリーンの時のモデル803は、空燃比が理論空燃比の時のモデル802よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を低く推定するように構成されている。これにより、推定部106は、燃焼進行度が同一の場合、空燃比がリーンの時は空燃比が理論空燃比の時よりも、排気ガスの温度を低く推定する。
More specifically,
混合気の空燃比がリーンの場合、エンジン1の熱効率が相対的に高いため、排気ガスの温度がその分低くなる。リーンの時のモデル803は、理論空燃比の時のモデル801、802よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を低く推定するように構成することにより、推定部106は、空燃比が理論空燃比の時及びリーンの時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is lean, the thermal efficiency of the
混合気の空燃比がリーンの時のモデル803は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、理論空燃比の時のモデル802の温度上昇率よりも低くなるように構成されている。つまり、モデル803は、モデル802よりも傾きが緩やかである。
The
前述したように、SPCCI燃焼時は熱効率が高く、混合気の空燃比がリーンであれば、エンジン1の熱効率はさらに高い。SPCCI燃焼時であって、混合気の空燃比が理論空燃比の場合と、リーンの場合とを比較すると、リーンの場合は筒内に供給される燃料量が少なく、筒内での熱発生量も、リーンの場合は少ない。筒内での熱発生量がそもそも少ないため、混合気の空燃比がリーンの場合は、燃焼進行度が遅くなることに対する排気ガスの温度の変化が小さい。そのため、混合気の空燃比がリーンの時のモデル803は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、理論空燃比の時のモデル802の温度上昇率よりも低い。
As described above, the thermal efficiency is high during SPCCI combustion, and the thermal efficiency of the
モデルは、エンジン1の回転数に応じて変更される。図9は、エンジン1の回転数が高回転の場合のモデル901、903と、低回転の場合のモデル902、904とを例示している。図9の上図はSI燃焼時のモデルであり、下図はSPCCI燃焼時のモデルである。
The model is changed according to the rotation speed of the
図9の上図に示すように、エンジン1の回転数が高い場合のモデル901は、回転数が低い場合のモデル902よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、高く推定するように構成されている。推定部106は、燃焼進行度が同一の場合、エンジン1の回転数が高いときには、回転数が低いときよりも、排気ガスの温度を高く推定する。
As shown in the upper diagram of FIG. 9, the
エンジン1の回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも、排気ガスの温度が高くなる。これは、エンジン1の回転数が高いほど、単位時間当たりの燃焼回数が増えることでシリンダ壁温が高くなる上に、筒内の燃焼時間が短いことで、冷却損失が減るためである。
When the rotation speed of the
同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、エンジン1の回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも高く推定するように、モデル901、902を構成することにより、推定部106は、エンジン1の回転数が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
By configuring the
このことは、図9の下図に示すように、SPCCI燃焼時でも同じである。つまり、エンジン1の回転数が高い場合のモデル903は、回転数が低い場合のモデル904よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、高く推定するように構成することにより、SPCCI燃焼時にエンジン1の回転数が変わっても、推定部106は、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
This is the same during SPCCI combustion as shown in the lower diagram of FIG. In other words, the
また、図9の上図に示すように、エンジン1の回転数が高い場合のモデル901は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、回転数が低い場合のモデル902よりも高くなるように構成されている。つまり、モデル901は、モデル902よりも傾きが急である。
Further, as shown in the upper diagram of FIG. 9, the
前述したように、エンジン1の回転数が高い場合はシリンダ壁温が高く、筒内温度とシリンダ壁温との差は相対的に小さい。エンジン1の回転数が高い場合に、燃焼進行度の変化に伴い筒内温度が変化すると、燃焼時の筒内温度とシリンダ壁温との差に対する、筒内温度の変化量の割合は大きくなる。つまり、エンジン1の回転数が高い場合に燃焼進行度が変化すると、冷却損失が大きく変化するため、排気ガスの温度も大きく変化する。逆に、エンジン1の回転数が低い場合はシリンダ壁温が低く、燃焼時の筒内温度とシリンダ壁温との差は相対的に大きい。エンジン1の回転数が低い場合に、燃焼進行度が変化して筒内温度が変化しても、筒内温度とシリンダ壁温との差に対する、筒内温度の変化量の割合は小さいため、排気ガスの温度の変化が小さい。
As described above, when the rotation speed of the
燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、エンジン1の回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも高くなるように、モデル901、902を構成することにより、推定部106は、エンジン1の回転数が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
By constructing the
また、図9の下図に示すように、SPCCI燃焼時も、エンジン1の回転数が高い場合のモデル903は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、回転数が低い場合のモデル904よりも高くなるように構成されている。つまり、モデル903は、モデル904よりも傾きが急である。
Further, as shown in the lower diagram of FIG. 9, even during SPCCI combustion, the
ここで、図10は、あるエンジン負荷における、エンジン1の回転数と、推定される排気ガスの温度との関係を例示している。エンジン1の回転数N1は、図4に示すように、運転マップ401においてSPCCI燃焼とSI燃焼とを切り替える回転数である。従って、図10においてN1よりも左では、エンジン1はSPCCI燃焼を行い、N1よりも右では、エンジン1はSI燃焼を行う。
Here, FIG. 10 illustrates the relationship between the rotation speed of the
エンジン1の回転数がN1よりも低い場合、回転数が高くなるに従い、SPCCI燃焼における燃焼進行度が遅角するため、排気ガスの温度は次第に高くなる。
When the rotation speed of the
エンジン1の回転数がN1で、SPCCI燃焼とSI燃焼とが切り替わる。SI燃焼の燃焼進行度は、SPCCI燃焼の燃焼進行度に比べて進角する。そのため、排気ガスの温度は、SPCCI燃焼からSI燃焼へ切り替わる場合は低下し、SI燃焼からSPCCI燃焼へ切り替わる場合は高くなる。
When the rotation speed of the
また、エンジン1の回転数がN1以上の場合も、回転数が高くなるに従い、SI燃焼における燃焼進行度が遅角するため、排気ガスの温度は次第に高くなる。但し、エンジン1の回転数に上昇に対する排気ガス温度の上昇率は、SI燃焼時の方が、SPCCI燃焼時よりも小さい。つまり、図10における線の傾きが緩やかである。これは、SI燃焼時は、エンジン1の回転数が高くなることに対する、燃焼進行度の遅角量が小さいためである。
Further, when the rotation speed of the
筒内の温度及び圧力の状態に大きく依存するSPCCI燃焼時は、膨張行程における筒内の容積変化の影響を受けやすい。SPCCI燃焼時は、エンジン1の回転数が高くなることに対する、燃焼進行度の遅角量が大きい。このため、SPCCI燃焼時は、回転数が高くなることに対する排気ガスの温度の上昇率が大きい。つまり、図10における線の傾きが急である。 During SPCCI combustion, which greatly depends on the state of the temperature and pressure in the cylinder, it is susceptible to changes in the volume inside the cylinder during the expansion stroke. During SPCCI combustion, the retardation amount of the degree of combustion progress is large with respect to the increase in the engine speed. For this reason, during SPCCI combustion, the rate of increase in the temperature of the exhaust gas with respect to the increase in the engine speed is large. That is, the slope of the line in FIG. 10 is steep.
図11は、エンジン1の負荷が高い場合のモデル1001、1003と、低い場合のモデル1002、1004とを例示している。モデルは、エンジン1の負荷に応じて変更される。図11の上図はSI燃焼時のモデルであり、下図はSPCCI燃焼時のモデルである。
FIG. 11 illustrates
図11の上図に示すように、エンジン1の負荷が高い場合のモデル1001は、負荷が低い場合のモデル1002よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、高く推定するように構成されている。推定部106は、燃焼進行度が同一の場合、エンジン1の負荷が高いときには、負荷が低いときよりも、排気ガスの温度を高く推定する。
As shown in the upper diagram of FIG. 11, the
エンジン1の負荷が高いと筒内へ供給する燃料量が増え、筒内での発生熱量が多くなる。同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、エンジン1の負荷が高い場合には、負荷が低い場合よりも高く推定するように、モデル1001、1002を構成することによって、推定部106は、エンジン1の負荷が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
When the load of the
このことは、図11の下図に示すように、SPCCI燃焼時でも同じである。つまり、エンジン1の負荷が高い場合のモデル1003は、負荷が低い場合のモデル1004よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、高く推定するように構成している。このことにより、SPCCI燃焼時にエンジン1の負荷が変わっても、推定部106は、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
This is the same during SPCCI combustion as shown in the lower diagram of FIG. That is, the
また、図11の上図に示すように、エンジン1の負荷が高い場合のモデル1001は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、負荷が低い場合のモデル1002よりも高くなるように構成されている。つまり、モデル1001は、モデル1002よりも傾きが急である。
Further, as shown in the upper diagram of FIG. 11, the
エンジン1の負荷が高い場合は燃料供給量が多い。エンジン1の負荷が高い場合に、燃焼進行度が変化すると、図示仕事の変化量が大きい。その結果、排気ガスの温度も大きく変化する。逆に、エンジン1の負荷が低い場合は燃料供給量が少ないため、燃焼進行度が変化しても、図示仕事の変化量は小さい。その結果、排気ガスの温度の変化は小さい。
When the load of the
燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、エンジン1の負荷が高い場合には、負荷が低い場合よりも高くなるように、モデル1001、1002を構成することにより、推定部106は、エンジン1の負荷が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
By configuring the
また、図11の下図に示すように、SPCCI燃焼時も、エンジン1の負荷が高い場合のモデル1003は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、負荷が低い場合のモデル1004よりも高くなるように構成されている。つまり、モデル1003は、モデル1004よりも傾きが急である。
Also, as shown in the lower diagram of FIG. 11, even during SPCCI combustion, the
図7のフローチャートに戻り、推定部106は、ステップS6において、SI燃焼に対応するモデル(例えばモデル801)を用いて、排気ガスの温度を推定する。また、推定部106は、ステップS9において、SPCCI燃焼でかつ、混合気の空燃比が理論空燃比の場合に対応するモデル(例えばモデル802)を用いて、排気ガスの温度を推定する。さらに、推定部106は、ステップS11において、SPCCI燃焼でかつ、混合気の空燃比がリーンの場合に対応するモデル(例えばモデル803)を用いて、排気ガスの温度を推定する。
Returning to the flowchart of FIG. 7, in step S6, the
ステップS6に続くステップS7において、ECU10の補正部107は、ステップS6で推定した排気ガスの温度を、エンジン1の温度に応じて補正する。また、ステップS9に続くステップS10において、補正部は、ステップS9で推定した排気ガスの温度を、エンジン1の温度に応じて補正する。さらに、ステップS11に続くステップS12において、補正部は、ステップ11で推定した排気ガスの温度を、エンジン1の温度に応じて補正する。
In step S<b>7 following step S<b>6 , the
エンジン1の温度は、エンジン1の冷却液の温度によって代表する。補正部107は、第2液温センサSW10の信号からエンジン1の冷却液の温度を取得する。
The temperature of the
図12は、冷却液の温度と、排気ガスの温度の補正量との関係を例示している。T1は、冷却液の基準温度である。前述したモデル801、802、803、901、902、903、904、1001、1002、1003、1004は全て、冷却液が基準温度T1である場合の、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表している。
FIG. 12 illustrates the relationship between the temperature of the coolant and the amount of correction for the temperature of the exhaust gas. T1 is the reference temperature of the coolant. All of the
冷却液の温度がT1であれば、補正量はゼロである。補正部107は、ステップS6、S9、S11で推定した排気ガスの温度の補正を、実際は行わない。冷却液の温度がT1よりも高いと、補正量はゼロよりも大きい。冷却液の温度が高いほどプラスの補正量は大きい。補正部107は、ステップS6、S9、S11で推定した排気ガスの温度を高くする補正を行う。エンジン1の温度が高いほど冷却損失が小さくなるから、排気ガスの温度が高くなる。補正部107が排気ガスの温度を上げる補正をすることにより、ECU10は、排気ガスの温度を、より精度良く推定することができる。
If the coolant temperature is T1, the correction amount is zero. The
冷却液の温度がT1よりも低いと、補正量はゼロよりも小さい。冷却液の温度が低いほどマイナスの補正量は大きい。補正部107は、ステップS6、S9、S11で推定した排気ガスの温度を低くする補正を行う。エンジン1の温度が低いほど冷却損失が大きくなるから、排気ガスの温度が低くなる。補正部107が排気ガスの温度を下げる補正をすることにより、ECU10は、排気ガスの温度を、より精度良く推定することができる。
If the coolant temperature is lower than T1, the correction amount is less than zero. The lower the coolant temperature, the larger the negative correction amount. The
補正量は、混合気の空燃比に応じて変更される。具体的に、図12の直線1202は、SPCCI燃焼時でかつ、混合気の空燃比が理論空燃比である場合の補正量を示している。直線1203は、SPCCI燃焼時でかつ、混合気の空燃比がリーンである場合の補正量を示している。図12からわかるように、混合気の空燃比が理論空燃比の場合は、リーンの場合よりも、排気ガスの温度の補正量を大きくする。
The correction amount is changed according to the air-fuel ratio of the air-fuel mixture. Specifically, a
混合気の空燃比がリーンの場合は、エンジン1の熱効率が相対的に高いため、筒内へ供給される燃料量が少なくなる。そのため、燃焼時の筒内の温度は、混合気の空燃比がリーンの場合は、理論空燃比の場合よりも低くなり、冷却損失も、リーンの場合は、理論空燃比の場合よりも低くなる。逆に混合気の空燃比が理論空燃比の場合は、冷却損失が高くなる。
When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is lean, the thermal efficiency of the
補正部107は、冷却損失の影響を考慮して補正を行う。そのため、混合気の空燃比が理論空燃比の場合は、リーンの場合よりも、排気ガスの温度の補正量を大きくしている。これにより補正部107は、混合気の空燃比と冷却損失との関係を考慮して、排気ガスの温度を適切に補正することができる。
The
補正量は、燃焼モードに応じて変更される。具体的に、図12の直線1201は、SI燃焼時の補正量を示している。図12からわかるように、SI燃焼時は、SPCCI燃焼時よりも排気ガスの温度の補正量を大きくする、
SPCCI燃焼は、CI燃焼時の熱発生率が高いため、筒内のピーク温度が、SI燃焼時のピーク温度よりも高い。SPCCI燃焼は、ピーク温度と冷却液の温度との差が大きいため、冷却液の温度が変化した場合の、ピーク温度と冷却液の温度との差に対する、冷却液の温度変化量の割合は小さい。そのため、SPCCI燃焼は、冷却液の温度が変化しても冷却損失はあまり変化しない。SPCCI燃焼は、冷却液の温度が変化しても排気ガスの温度は大きく変化しない。
The correction amount is changed according to the combustion mode. Specifically, a
In SPCCI combustion, the heat release rate during CI combustion is high, so the peak temperature in the cylinder is higher than the peak temperature during SI combustion. In SPCCI combustion, the difference between the peak temperature and the coolant temperature is large, so when the coolant temperature changes, the ratio of the coolant temperature change to the difference between the peak temperature and the coolant temperature is small. . Therefore, in SPCCI combustion, the cooling loss does not change much even if the coolant temperature changes. In SPCCI combustion, even if the temperature of the coolant changes, the temperature of the exhaust gas does not change significantly.
一方、SI燃焼は、ピーク温度と冷却液の温度との差が小さいため、冷却液の温度が変化した場合の、ピーク温度と冷却液の温度との差に対する、冷却液の温度変化量の割合は大きい。SI燃焼は、冷却液の温度が変化すると冷却損失が大きく変化する。SI燃焼は、冷却液の温度が変化すると排気ガスの温度が大きく変化する。 On the other hand, in SI combustion, the difference between the peak temperature and the coolant temperature is small, so when the coolant temperature changes, the ratio of the coolant temperature change to the difference between the peak temperature and the coolant temperature is big. In SI combustion, the cooling loss changes greatly when the coolant temperature changes. In SI combustion, the temperature of the exhaust gas changes greatly when the temperature of the coolant changes.
そのため、SI燃焼時は、SPCCI燃焼時よりも、排気ガスの温度の補正量を大きくしている。これにより補正部107は、燃焼モードと冷却損失との関係を考慮して、排気ガスの温度を適切に補正することができる。
Therefore, during SI combustion, the correction amount for the temperature of the exhaust gas is made larger than during SPCCI combustion. Accordingly, the
図7のフローチャートに戻り、補正部107は、ステップS7において、SI燃焼に対応する補正量1201に従って、排気ガスの温度を補正する。また、補正部107は、ステップS10において、SPCCI燃焼でかつ、混合気の空燃比が理論空燃比の場合に対応する補正量1202に従って、排気ガスの温度を補正する。さらに、補正部107は、ステップS12において、SPCCI燃焼でかつ、混合気の空燃比がリーンの場合に対応する補正量1203に従って、排気ガスの温度を補正する。
Returning to the flowchart of FIG. 7, in step S7, the
以上の手順によって、排気ガスの温度を推定したECU10は、推定した排気ガスの温度が基準よりも高い場合には、排気ガスの温度を下げる制御を行う。ECU10は、例えば筒内へ供給する燃料量を、基準以下の場合よりも増量する。筒内へ供給する燃料量を増量すると、増量した燃料の潜熱により、筒内から排出する排気ガスの温度が下がる。排気ガスの温度を基準以下に下げることにより、エンジン1の排気通路50に介設した触媒の信頼性を確保することができる。
The
ECU10はまた、エンジン1へ供給する冷却液の温度を、基準以下の場合よりも下げてもよい。具体的にECU10は、冷却システム70のサーモスタット弁76及び流量調節弁77の制御を行うことにより、エンジン1に供給する冷却液の温度を調節する。それにより、エンジン1の冷却損失を調節することができ、筒内から排出する排気ガスの温度を下げることができる。
The
ECU10はさらに、エンジン1へ供給する冷却液の流量を、基準以下の場合よりも増やしてもよい。具体的にECU10は、冷却システム70のサーモスタット弁76及び流量調節弁77の制御を行うことにより、エンジン1に供給する冷却液の流量を調節する。それにより、エンジン1の冷却損失を調節することができ、筒内から排出する排気ガスの温度を下げることができる。
Further, the
尚、前述した排気ガスの温度を下げる制御は、組み合わせることも可能である。 It should be noted that the control for lowering the temperature of the exhaust gas described above can be combined.
また、前記の構成例では、ECU10は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルを用いて、排気ガスの温度を推定すると共に、推定した排気ガスの温度を、エンジン1の温度に応じて補正している。これとは異なり、燃焼進行度と排気ガスの温度とエンジンの温度の関係を表すモデルをつくり、ECU10は、当該モデルを用いて、燃焼進行度とエンジンの温度とから、排気ガスの温度を推定してもよい。この構成は、推定部に補正部が含まれる構成に相当する。
In the above configuration example, the
また、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルに代えて、少なくとも燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すマップを用いて、ECU10は、排気ガスの温度を推定してもよい。
In place of the model representing the relationship between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas, the
また、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン1に適用することに限定されない。エンジン1の構成は、様々な構成を採用することが可能である。例えば筒内の混合気に強制点火を行わないディーゼルエンジンに、ここに開示する技術を適用してもよい。ディーゼルエンジンでも、制御部は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルと、燃焼進行度と、から排気ガスの温度を、精度良く推定することができる。
Moreover, the technology disclosed herein is not limited to application to the
1 エンジン(エンジン)
10 ECU(制御部)
105 算出部
106 推定部
50 排気通路
801、802、803 モデル
901、902、903、904 モデル
1001、1002、1003、1004 モデル
SW6 筒内圧センサ
SW11 クランク角センサ
1 engine (engine)
10 ECU (control unit)
105
Claims (11)
前記エンジンに接続されかつ、前記エンジンの筒内から排気ガスを導出する排気通路と、
前記筒内の燃焼状態に対応した信号を出力するセンサと、
前記センサが接続されかつ、前記センサの信号に基づいて前記排気ガスの温度を推定すると共に、推定した排気ガスの温度に応じて、前記エンジンを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンの運転状態に応じて、前記筒内の混合気に強制点火を行って、火炎伝播により混合気を燃焼させる第1燃焼モードと、前記筒内の混合気に強制点火を行うと共に、混合気の一部を自己着火により燃焼させる第2燃焼モードと、を切り替え、
前記制御部は、
前記センサの信号に基づいて、前記筒内における燃焼の質量燃焼割合が10%、50%、又は、90%となるクランク角度である燃焼進行度を算出する算出部と、
燃焼進行度と排気ガスの温度との関係に基づいて、前記算出部が算出した燃焼進行度から前記排気ガスの温度を推定する推定部と、を有し、
前記推定部は、前記第1燃焼モード時は、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第1関係に基づいて前記排気ガスの温度を推定し、前記第2燃焼モード時は、前記第1関係とは異なる、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第2関係に基づいて前記排気ガスの温度を推定するエンジンの制御装置。 engine and
an exhaust passage that is connected to the engine and guides exhaust gas from a cylinder of the engine;
a sensor that outputs a signal corresponding to the combustion state in the cylinder;
a control unit connected to the sensor, estimating the temperature of the exhaust gas based on the signal of the sensor, and controlling the engine according to the estimated temperature of the exhaust gas,
The control unit performs forced ignition of the air-fuel mixture in the cylinder and burns the air-fuel mixture by flame propagation according to the operating state of the engine. and switching between a second combustion mode in which part of the air-fuel mixture is burned by self-ignition,
The control unit
a calculation unit that calculates a combustion progress degree, which is a crank angle at which a mass combustion ratio of combustion in the cylinder is 10%, 50%, or 90%, based on the signal from the sensor;
an estimation unit that estimates the temperature of the exhaust gas from the degree of combustion progress calculated by the calculation unit based on the relationship between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas;
The estimation unit estimates the temperature of the exhaust gas based on a first relationship between the degree of combustion progress and the temperature of the exhaust gas during the first combustion mode, and estimates the temperature of the exhaust gas during the second combustion mode. A controller for an engine that estimates the temperature of the exhaust gas based on a second relationship between the degree of combustion and the temperature of the exhaust gas, different from the first relationship.
前記推定部は、燃焼進行度が同一の場合、前記第1燃焼モード時は前記第2燃焼モード時よりも、前記排気ガスの温度を高く推定するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1,
The estimating unit estimates the temperature of the exhaust gas to be higher in the first combustion mode than in the second combustion mode when the degree of progress of combustion is the same.
前記推定部は、前記第1燃焼モード時及び前記第2燃焼モード時のそれぞれにおいて、前記燃焼進行度がMBTでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、前記燃焼進行度が遅角するほど、前記排気ガスの温度を線形的に高く推定するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1 or 2,
In each of the first combustion mode and the second combustion mode, when the degree of combustion progress is retarded relative to the degree of combustion progress in the MBT, the estimating unit calculates a , an engine control device for linearly estimating the temperature of the exhaust gas.
前記推定部は、前記第1燃焼モード時及び前記第2燃焼モード時のそれぞれにおいて、前記燃焼進行度がノック限界よりも遅角する場合に、前記燃焼進行度が遅角するほど、前記排気ガスの温度を線形的に高く推定するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 3,
In each of the first combustion mode and the second combustion mode, when the degree of combustion progress is retarded from a knock limit, the estimating unit increases the retardation of the degree of combustion so that the exhaust gas An engine control device that linearly estimates the temperature of the engine.
前記第2関係は、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率が、前記第1関係の温度上昇率よりも高いエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 3 or 4,
The control device for an engine, wherein the second relationship is such that the temperature rise rate of the exhaust gas with respect to the change in the degree of combustion progress is higher than the temperature rise rate of the first relationship.
前記推定部は、前記第1燃焼モード時及び前記第2燃焼モード時のそれぞれにおいて、同じ燃焼進行度に対する前記排気ガスの温度を、前記エンジンの回転数が高いときには、回転数が低いときよりも高く推定するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 5,
In each of the first combustion mode and the second combustion mode, the estimating unit calculates the temperature of the exhaust gas for the same degree of combustion progress when the engine speed is high as compared to when the engine speed is low. High estimating engine control unit.
前記第1関係及び前記第2関係のそれぞれにおいて、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率は、前記エンジンの回転数が高いときには、回転数が低いときよりも高いエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 6,
In each of the first relationship and the second relationship, a temperature rise rate of the exhaust gas with respect to a change in the degree of combustion progress is higher when the engine speed is high than when the engine speed is low.
前記推定部は、前記第1燃焼モード時及び前記第2燃焼モード時のそれぞれにおいて、同じ燃焼進行度に対する前記排気ガスの温度を、前記エンジンの負荷が高いときには、負荷が低いときよりも高く推定するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 7,
The estimating unit estimates the temperature of the exhaust gas for the same degree of combustion progress in each of the first combustion mode and the second combustion mode to be higher when the load of the engine is high than when the load is low. engine controller.
前記第1関係及び前記第2関係のそれぞれにおいて、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率は、前記エンジンの負荷が高いときには、負荷が低いときよりも高いエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 8,
In each of the first relationship and the second relationship, a temperature rise rate of the exhaust gas with respect to a change in the degree of combustion progress is higher when the load of the engine is high than when the load is low.
前記センサは、前記筒内の圧力に対応した信号を出力する筒内圧センサであるエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 9,
The engine control device, wherein the sensor is an in-cylinder pressure sensor that outputs a signal corresponding to the in-cylinder pressure.
前記制御部は、前記排気ガスの温度が基準よりも高い場合には、前記筒内へ供給する燃料量を、前記基準以下の場合よりも増量するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 10,
The control unit for an engine, wherein when the temperature of the exhaust gas is higher than a reference, the amount of fuel supplied to the cylinder is increased more than when the temperature of the exhaust gas is equal to or lower than the reference.
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