JPWO2012029180A1 - Fuel injection control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

アフタ噴射が実行されるまでの間に燃焼室(3)内に噴射された燃料の体積である「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」をクランク角度毎に算出する。また、ピストン(13)が圧縮上死点から下死点に向かって移動していくことに伴って大きくなっていく燃焼室(3)内の容積である「筒内容積Vcyl(θ)」をクランク角度毎に算出する。上記「筒内容積Vcyl(θ)」から「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」を減算することで「残存空気体積Vair(θ)」をクランク角度毎に算出する。アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射の実行終了時の「アフタ噴射噴霧体積Vafter」を算出し、上記「残存空気体積Vair(θ)」が「アフタ噴射噴霧体積Vafter」以上に達した時点でアフタ噴射を実行する。The “pre-after-injection spray occupation volume Vfuel”, which is the volume of fuel injected into the combustion chamber (3) until after-injection is executed, is calculated for each crank angle. Further, the “in-cylinder volume Vcyl (θ)”, which is the volume in the combustion chamber (3) that increases as the piston (13) moves from the compression top dead center toward the bottom dead center. Calculate for each crank angle. The “remaining air volume Vair (θ)” is calculated for each crank angle by subtracting the “pre-after-injection spray occupation volume Vfuel” from the “in-cylinder volume Vcyl (θ)”. When it is assumed that after-injection has been executed, the “after-injection spray volume Vafter” at the end of execution of the after-injection is calculated, and the “remaining air volume Vair (θ)” is equal to or greater than “after-injection spray volume Vafter”. When it reaches, after injection is executed.

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、メイン噴射(以下、主噴射と呼ぶ場合もある)の後に実施されるアフタ噴射(以下、副噴射と呼ぶ場合もある)の噴射形態を最適化するための対策に関する。   The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine represented by a diesel engine. In particular, the present invention relates to a countermeasure for optimizing the injection mode of after injection (hereinafter also referred to as sub-injection) performed after main injection (hereinafter also referred to as main injection).

従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等に応じて、燃料噴射弁(以下、インジェクタと呼ぶ場合もある)からの燃料噴射量や燃料噴射タイミングを調整する燃料噴射制御が行われている。   As is well known in the art, in a diesel engine used as an automobile engine or the like, a fuel injection valve (hereinafter referred to as an injector) may be used depending on the engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, intake air temperature, and the like. The fuel injection control for adjusting the fuel injection amount and the fuel injection timing is performed.

ところで、上記ディーゼルエンジンの膨張(燃焼)行程において、燃焼室内で混合気の不完全燃焼が生じた場合、排気ガス中にSootが発生し、排気エミッションの悪化を招いてしまう。例えばエンジンの要求トルクが増加し(アクセルペダルの踏み込み等により要求トルクが増加し)、インジェクタからの燃料噴射量を増量させる状況において、メイン噴射のみで目標燃料噴射量(上記要求トルクが発生する燃料噴射量)が得られるように燃料噴射を行うと、燃焼場での酸素不足に起因して許容量を超えたSootが発生してしまう可能性がある。   By the way, in the expansion (combustion) stroke of the diesel engine, when incomplete combustion of the air-fuel mixture occurs in the combustion chamber, soot is generated in the exhaust gas, leading to deterioration of exhaust emission. For example, in a situation where the required torque of the engine increases (the required torque increases due to depression of the accelerator pedal, etc.) and the fuel injection amount from the injector is increased, the target fuel injection amount (the fuel that generates the required torque is generated only by main injection) If fuel injection is performed so that an injection amount) can be obtained, soot exceeding the allowable amount may occur due to insufficient oxygen in the combustion field.

この点に鑑み、メイン噴射での燃料噴射量をSootが抑制できる量(例えばSoot発生量を許容量以下に抑えることができる燃料噴射量)に規定し、このメイン噴射で発生するトルクの不足分を補うためにアフタ噴射を実行することが行われている。つまり、メイン噴射の実行後に所定の燃料噴射停止期間(インターバル)を経てアフタ噴射を実行し、燃焼室内での空気利用率を高めてSootの発生を抑制しながらも、このアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼によってトルクを発生させ、上記メイン噴射での燃焼により発生するトルクの不足分を補って上記要求トルクが得られるようにしている。   In view of this point, the fuel injection amount in the main injection is defined as an amount that can be controlled by the soot (for example, a fuel injection amount that can suppress the soot generation amount to an allowable amount or less), and a shortage of torque generated in the main injection In order to compensate for this, after-injection is performed. That is, after the main injection is performed, after injection is performed after a predetermined fuel injection stop period (interval), and the air utilization rate in the combustion chamber is increased to suppress the generation of soot, but the injection is performed by this after injection. Torque is generated by fuel combustion, and the required torque is obtained by compensating for the shortage of torque generated by combustion in the main injection.

このようなアフタ噴射を実行する場合、このアフタ噴射で噴射された燃料により生成された混合気の不完全燃焼が生じないように、つまりSootが発生しないようにアフタ噴射の噴射形態を適切に設定することが必要になる。   When such after-injection is executed, the after-injection injection mode is appropriately set so that incomplete combustion of the air-fuel mixture generated by the fuel injected by this after-injection does not occur, that is, soot does not occur. It becomes necessary to do.

この点に鑑みられたものとして、例えば下記の特許文献1では、メイン噴射後に実施される燃料噴射の噴射時期を筒内温度が目標温度となった時点とすることで排気エミッションの改善を図るようにしている。また、特許文献2では、1つの気筒に対して複数のインジェクタを備えさせ、燃焼室内の空気利用率を高めることでSootの発生を抑制している。   In view of this point, for example, in Patent Document 1 below, exhaust emission is improved by setting the injection timing of fuel injection performed after main injection to the time when the in-cylinder temperature reaches the target temperature. I have to. In Patent Document 2, the generation of soot is suppressed by providing a plurality of injectors for one cylinder and increasing the air utilization rate in the combustion chamber.

また、その他の技術として、燃圧の異なる複数の燃料供給系を備えさせ、使用する燃料供給系を選択することで燃料噴射率を適宜変更し、これによってSootの抑制が可能な噴霧を生成する手法なども提案されている。   In addition, as another technique, a method of providing a plurality of fuel supply systems having different fuel pressures and appropriately changing the fuel injection rate by selecting a fuel supply system to be used, thereby generating a spray capable of suppressing soot. Etc. are also proposed.

特開2000−45828号公報JP 2000-45828 A 特開2009−30517号公報JP 2009-30517 A

ところで、上述したようなSoot抑制のための燃料噴射タイミング及び燃料噴射量(上述したアフタ噴射の噴射タイミング及び噴射量)は、試行錯誤で適合(エンジンの種類毎に、それに適した噴射パターンを構築すること)を実施して取得していた。   By the way, the fuel injection timing and fuel injection amount (injection timing and injection amount of the above-described after injection) as described above are adapted by trial and error (construction of an injection pattern suitable for each engine type). To obtain).

このため、上記試行錯誤でアフタ噴射を実行していき、Sootの低減が図れる燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を適合値として取得しているに過ぎなかった。   For this reason, after-injection is executed by the above-described trial and error, and only the fuel injection timing and the fuel injection amount capable of reducing the soot are acquired as the appropriate values.

このように、排気ガス中のSoot量を低減するための燃料噴射形態として、種々のエンジンに共通した体系的な燃料噴射制御手法は未だ構築されていないのが実情であった。   As described above, as a fuel injection mode for reducing the soot amount in the exhaust gas, a systematic fuel injection control method common to various engines has not yet been established.

また、上記特許文献2に開示されている技術や、燃圧の異なる複数の燃料供給系を備えさせるものでは、燃料供給システムの複雑化や製造コストの高騰を招いてしまうため実用性に欠けるものであった。   In addition, the technique disclosed in Patent Document 2 and the apparatus provided with a plurality of fuel supply systems having different fuel pressures are not practical because the fuel supply system becomes complicated and the manufacturing cost increases. there were.

そこで、本発明の発明者は、燃焼室内における空気の利用を定量的に扱えるようにし、種々のエンジンに共通した体系的なアフタ噴射の噴射形態の設定手法を構築することに鑑み本発明に至った。   In view of the above, the inventor of the present invention has made it possible to quantitatively handle the use of air in the combustion chamber and to construct a systematic after-injection mode setting method common to various engines. It was.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼室内における空気の利用を定量的に扱うことによりSootの発生を抑制可能とするアフタ噴射の噴射形態を得ることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to obtain an after-injection injection mode that can suppress the generation of soot by quantitatively handling the use of air in the combustion chamber. An object of the present invention is to provide a fuel injection control device for an internal combustion engine.

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、アフタ噴射が実行される前に筒内に噴射された燃料の燃焼に使用された空間の体積を求めておく。そして、ピストンの下死点側への移動に伴って拡大する残存空気体積(燃焼に未使用の空間の体積)が、アフタ噴射が実行される場合の噴霧の体積以上になったタイミングでは、このアフタ噴射での噴霧の略全量が筒内の残存空気を利用可能である(既に燃焼に使用された空間にアフタ噴射の噴霧が及ぶことがない)として、このタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。
-Principle of solving the problem-
The solution principle of the present invention taken in order to achieve the above object is to determine the volume of the space used for the combustion of the fuel injected into the cylinder before the after injection is performed. And at the timing when the residual air volume (volume of unused space for combustion) that expands as the piston moves toward the bottom dead center side becomes equal to or higher than the spray volume when after injection is performed, Assuming that almost the entire amount of spray in the after-injection can use the remaining air in the cylinder (after-spray spray does not reach the space already used for combustion), the after-injection is executed at this timing. ing.

−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の1サイクル中に、燃料噴射弁から、トルク発生のための燃料噴射であるメイン噴射と、このメイン噴射の実行後に行われる燃料噴射であるアフタ噴射とを含む複数回の燃料噴射が実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、アフタ噴射前噴霧占有体積算出手段、残存空気体積算出手段、アフタ噴射噴霧体積算出手段、アフタ噴射許可手段を備えさせている。アフタ噴射前噴霧占有体積算出手段は、上記アフタ噴射が実行されるまでに、このアフタ噴射と同一サイクル中に燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧が燃焼室内の空間を占有する体積である「アフタ噴射前噴霧占有体積」をクランク角度毎に算出する。残存空気体積算出手段は、各クランク角度毎に算出された「筒内容積」から、それに対応する各クランク角度毎の上記「アフタ噴射前噴霧占有体積」を減算することにより、クランク角度毎の「残存空気体積」を算出する。アフタ噴射噴霧体積算出手段は、上記アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射実行終了時におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室内の空間を占有する体積である「アフタ噴射噴霧体積」を算出する。アフタ噴射許可手段は、上記残存空気体積算出手段により算出された「残存空気体積」が、上記アフタ噴射噴霧体積算出手段により算出された「アフタ噴射噴霧体積」以上に達した場合に燃料噴射弁からのアフタ噴射を許可する。
-Solution-
Specifically, according to the present invention, during one cycle of the internal combustion engine, the fuel injection valve performs main injection, which is fuel injection for generating torque, and after injection, which is fuel injection performed after execution of the main injection. A fuel injection control device for a compression self-ignition internal combustion engine capable of performing a plurality of fuel injections is included. The fuel injection control device of the internal combustion engine is provided with a pre-after-injection spray occupied volume calculation means, a remaining air volume calculation means, an after-injection spray volume calculation means, and an after-injection permission means. The pre-after-injection spray occupancy volume calculating means is a volume in which the fuel spray injected from the fuel injection valve during the same cycle as the after-injection occupies the space in the combustion chamber before the after-injection is executed. “Spray occupied volume before after injection” is calculated for each crank angle. The residual air volume calculation means subtracts the “spray occupancy volume before after injection” for each crank angle from the “in-cylinder volume” calculated for each crank angle, thereby obtaining “ “Remaining air volume” is calculated. When it is assumed that the after-injection has been executed, the after-injection spray volume calculating means is the volume that occupies the space in the combustion chamber when the spray of fuel injected by the after-injection is completed. The “spraying spray volume” is calculated. The after-injection permitting means is configured so that when the “residual air volume” calculated by the residual air volume calculating means reaches or exceeds the “after-injection spray volume” calculated by the after-injection spray volume calculating means, the fuel injection valve Allow after-injection.

この特定事項により、メイン噴射の実行後に行われるアフタ噴射は、上記「残存空気体積」が上記「アフタ噴射噴霧体積」以上に達した場合(「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」に達した時点、または、「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」に達した後)に許可される。このタイミングでアフタ噴射が実行されると、このアフタ噴射での噴霧の略全量が筒内の残存空気(上記「残存空気体積」の空気)を利用可能となる。つまり、アフタ噴射が実行されるまでに筒内に噴射された燃料の燃焼場の体積である上記「アフタ噴射前噴霧占有体積」の空間にアフタ噴射での噴霧が及ぶことがなく、このアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼場での酸素不足は生じず、その結果、このアフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されることになる。   Due to this specific matter, after-injection performed after execution of main injection is performed when the “remaining air volume” exceeds the “after-injection spray volume” (the “remaining air volume” reaches the “after-injection spray volume”). Or after the “residual air volume” reaches the “after spray spray volume”. When after-injection is executed at this timing, substantially the entire amount of spray in this after-injection can use the remaining air in the cylinder (the “remaining air volume” air). In other words, the after-injection spray does not reach the space of the “pre-after-injection spray occupied volume”, which is the volume of the combustion field of the fuel injected into the cylinder until after-injection is executed. Oxygen shortage does not occur in the combustion field of the fuel injected at, and as a result, the generation of soot due to this after injection is suppressed.

上記アフタ噴射の噴射量を設定する手法としては以下のものが挙げられる。つまり、上記メイン噴射の噴射量を、燃焼室内での燃焼に伴って発生するSoot量が予め設定されたSoot発生許容量以下となる量に設定する一方、アフタ噴射の噴射量を、上記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼により発生するトルクと、内燃機関に要求されているトルクとの差である不足分のトルクを得るための量として設定している。   Examples of the method for setting the injection amount of the after injection include the following. In other words, the injection amount of the main injection is set to an amount in which the soot amount generated by combustion in the combustion chamber is equal to or less than a preset soot generation allowable amount, while the injection amount of the after injection is set to the main injection amount. This is set as an amount for obtaining a deficient torque, which is the difference between the torque generated by the combustion of the fuel injected in step 1 and the torque required for the internal combustion engine.

これによれば、メイン噴射で噴射された燃料に起因するSoot発生量を許容量以下に抑えながらも、アフタ噴射で噴射された燃料により発生するトルクによって、内燃機関に要求されているトルクを得ることができる。また、上述したように、アフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されているため、内燃機関の性能の確保と排気エミッションの改善とを両立することが可能となる。   According to this, the torque required for the internal combustion engine is obtained by the torque generated by the fuel injected by the after-injection while suppressing the amount of soot generated due to the fuel injected by the main injection to an allowable amount or less. be able to. Further, as described above, since the generation of soot due to after-injection is suppressed, it is possible to ensure both the performance of the internal combustion engine and the improvement of exhaust emission.

実際にアフタ噴射が実行されるタイミングとしては、上記メイン噴射の終了後に設定される燃料噴射禁止期間の経過後であって、上記「残存空気体積」が上記「アフタ噴射噴霧体積」以上にある時点として設定される。つまり、燃料噴射弁の応答性(開閉動作の速さ)によって決定される上記燃料噴射禁止期間を考慮し、この燃料噴射禁止期間の経過後で、且つ「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」以上にあるタイミングでアフタ噴射が実行されることになる。   The timing at which the after injection is actually executed is after the fuel injection prohibition period set after the end of the main injection and when the “remaining air volume” is equal to or greater than the “after injection spray volume”. Set as That is, in consideration of the fuel injection prohibition period determined by the responsiveness of the fuel injection valve (the speed of the opening / closing operation), after the fuel injection prohibition period has elapsed, the “remaining air volume” becomes “after injection spray volume” After-injection is executed at a certain timing.

上記アフタ噴射によって噴射された燃料の燃焼場として具体的には以下のものが挙げられる。先ず、上記燃料噴射弁は、燃焼室内の中央部から外周部に向けて燃料を噴射するように配設され、上記アフタ噴射が実行されるまでに燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧が、燃焼室内の外周部において上記「アフタ噴射前噴霧占有体積」を有している一方、上記アフタ噴射として燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧は、燃焼室内の中央部において上記「アフタ噴射噴霧体積」を有している。   Specific examples of the combustion field of the fuel injected by the after injection include the following. First, the fuel injection valve is disposed so as to inject fuel from the central portion of the combustion chamber toward the outer peripheral portion, and the spray of fuel injected from the fuel injection valve until the after injection is executed, The fuel spray injected from the fuel injection valve as the after-injection has the above-mentioned “after-injection spray volume” at the central portion in the combustion chamber, while having the “pre-after-injection spray occupied volume” in the outer periphery of the combustion chamber. "have.

つまり、アフタ噴射が実行されるまでに噴射された燃料の燃焼場よりも燃焼室内の中央部に、アフタ噴射で噴射された燃料の燃焼場が存在することになり、この燃焼室内の中央部において上記「残存空気体積」が上記「アフタ噴射噴霧体積」以上になった時点でアフタ噴射が実行されることになる。   In other words, the combustion field of the fuel injected by the after-injection is present in the center of the combustion chamber rather than the combustion field of the fuel injected until after-injection is executed. After-injection is executed when the “remaining air volume” becomes equal to or greater than the “after-injection spray volume”.

メイン噴射の終了後に発生する燃料圧力の変動を考慮した構成として以下のものが挙げられる。つまり、上記アフタ噴射噴霧体積算出手段が、メイン噴射の実行に伴う燃料圧力の変動に基づいて、上記アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射実行終了時におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室内の空間を占有する体積である「アフタ噴射噴霧体積」を算出する構成としている。   The following can be cited as a configuration that takes into account fluctuations in fuel pressure that occur after the end of main injection. That is, when it is assumed that the after-injection spray volume calculating means has executed the after-injection based on the fluctuation of the fuel pressure accompanying the execution of the main injection, the after-injection is completed. Further, the “after-injection spray volume”, which is the volume in which the fuel spray occupies the space in the combustion chamber, is calculated.

より具体的には、上記アフタ噴射噴霧体積算出手段が、上記メイン噴射の終了後において変動する燃料噴射弁内部の燃料圧力に基づいて「アフタ噴射噴霧体積」を算出する構成としている。   More specifically, the after-injection spray volume calculating means calculates the “after-injection spray volume” based on the fuel pressure inside the fuel injection valve that fluctuates after the end of the main injection.

メイン噴射の終了後に発生する燃料圧力の変動によりクランク角度毎の「アフタ噴射噴霧体積」も変動することになる。つまり、「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」以上にある状態と、逆に「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」未満にある状態とが交互に発生する可能性がある。そして、「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」未満にある状態でアフタ噴射を実行してしまうと、このアフタ噴射で噴射された燃料が上記「アフタ噴射前噴霧占有体積」の空間に及んでしまってSootの発生量が増大してしまう可能性がある。このため、このように「アフタ噴射噴霧体積」が変動する状況においては、メイン噴射の終了後に発生する燃料圧力の変動を考慮して「アフタ噴射噴霧体積」を算出し、「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」以上にある状態の時点でアフタ噴射を実行するようにしている。これにより、燃料圧力の変動が生じていてもアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼場での酸素不足は生じないことになり、その結果、このアフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されることになる。   The “after-injection spray volume” for each crank angle also varies due to the variation in fuel pressure generated after the end of main injection. That is, there is a possibility that a state where the “remaining air volume” is greater than or equal to the “after-injection spray volume” and a state where the “remaining air volume” is less than the “after-injection spray volume” may occur alternately. If after-injection is executed in a state where the “remaining air volume” is less than the “after-injection spray volume”, the fuel injected by the after-injection reaches the space of the “pre-after-injection spray occupied volume”. There is a possibility that the amount of generated Soot will increase. For this reason, in such a situation where the “after-injection spray volume” fluctuates, the “after-injection spray volume” is calculated in consideration of the fluctuation of the fuel pressure that occurs after the end of the main injection. After-injection is executed at a time when the state is equal to or greater than the “after-injection spray volume”. As a result, even if the fuel pressure fluctuates, there is no shortage of oxygen in the combustion field of fuel injected by after injection, and as a result, the generation of soot due to this after injection is suppressed. become.

本発明では、アフタ噴射が実行される前に筒内に噴射された燃料の燃焼に使用された空間の体積を求めておき、燃焼に未使用の空間の体積が、アフタ噴射が実行される場合の噴霧の体積以上になったタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。このため、アフタ噴射に起因するSootの発生を抑制することができる。   In the present invention, the volume of the space used for the combustion of the fuel injected into the cylinder is calculated before the after injection is performed, and the volume of the space unused for the combustion is executed after the injection. After spraying is executed at a timing when the volume of the spray becomes equal to or greater than the spray volume. For this reason, generation | occurrence | production of Soot resulting from after injection can be suppressed.

図1は、実施形態に係るエンジン及びその制御系統の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an engine and a control system thereof according to the embodiment. 図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a combustion chamber of a diesel engine and its peripheral part. 図3は、ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control system such as an ECU. 図4は、燃焼室内での燃焼形態の概略を説明するための吸排気系及び燃焼室の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an intake / exhaust system and a combustion chamber for explaining the outline of the combustion mode in the combustion chamber. 図5は、燃料噴射時における燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the combustion chamber and its surroundings during fuel injection. 図6は、燃料噴射時における燃焼室の平面図である。FIG. 6 is a plan view of the combustion chamber during fuel injection. 図7は、第1実施形態におけるアフタ噴射実行タイミング制御の手順を示すフローチャート図である。FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of after injection execution timing control in the first embodiment. 図8(a)は、総燃料噴射量とSoot発生量との関係を示し、図8(b)は、要求トルクとメイン及びアフタの各噴射における燃料噴射量との関係を示す図である。FIG. 8A shows the relationship between the total fuel injection amount and the soot generation amount, and FIG. 8B shows the relationship between the required torque and the fuel injection amount in each of the main and after injections. 図9は、燃料噴射圧と噴霧体積との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the fuel injection pressure and the spray volume. 図10は、第1実施形態における筒内容積、アフタ噴射前噴霧占有体積、残存空気体積、アフタ噴射噴霧体積の変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating changes in the in-cylinder volume, the pre-after-injection spray occupation volume, the remaining air volume, and the after-injection spray volume in the first embodiment. 図11は、第2実施形態におけるアフタ噴射実行タイミング制御の手順を示すフローチャート図である。FIG. 11 is a flowchart showing a procedure of after injection execution timing control in the second embodiment. 図12は、メイン噴射の実行に伴う燃料噴射圧力の変動状態を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a variation state of the fuel injection pressure accompanying the execution of the main injection. 図13(a)は、第2実施形態における筒内容積、アフタ噴射前噴霧占有体積、残存空気体積、アフタ噴射噴霧体積の変化を示す図であり、図13(b)は、アフタ噴射の実行タイミングを説明するための残存空気体積及びアフタ噴射噴霧体積の変化を示す図である。FIG. 13A is a diagram illustrating changes in the in-cylinder volume, the pre-after-injection spray occupation volume, the remaining air volume, and the after-injection spray volume in the second embodiment, and FIG. 13B is a diagram illustrating the execution of after-injection. It is a figure which shows the change of the residual air volume for explaining a timing, and an after injection spray volume.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.

−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成について説明する。図1は本実施形態に係るエンジン1及びその制御系統の概略構成図である。また、図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室3及びその周辺部を示す断面図である。
-Engine configuration-
First, a schematic configuration of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 and its control system according to the present embodiment. Moreover, FIG. 2 is sectional drawing which shows the combustion chamber 3 of a diesel engine, and its peripheral part.

図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。   As shown in FIG. 1, the engine 1 according to the present embodiment is configured as a diesel engine system having a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake system 6, an exhaust system 7 and the like as main parts.

燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、遮断弁24、燃料添加弁26、機関燃料通路27、添加燃料通路28等を備えて構成されている。   The fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, a shutoff valve 24, a fuel addition valve 26, an engine fuel passage 27, an addition fuel passage 28, and the like.

上記サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路27を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、サプライポンプ21から供給された高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23は、その内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して燃焼室3内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ23の燃料噴射制御の詳細については後述する。   The supply pump 21 pumps fuel from the fuel tank, makes the pumped fuel high pressure, and supplies it to the common rail 22 via the engine fuel passage 27. The common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 21 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 23. The injector 23 includes a piezoelectric element (piezo element) therein, and is configured by a piezo injector that is appropriately opened to supply fuel into the combustion chamber 3. Details of the fuel injection control of the injector 23 will be described later.

また、上記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路28を介して燃料添加弁26に供給する。添加燃料通路28には、緊急時において添加燃料通路28を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁24が備えられている。   The supply pump 21 supplies a part of the fuel pumped from the fuel tank to the fuel addition valve 26 via the addition fuel passage 28. The added fuel passage 28 is provided with the shutoff valve 24 for shutting off the added fuel passage 28 and stopping fuel addition in an emergency.

また、上記燃料添加弁26は、ECU100による添加制御動作によって排気系7への燃料添加量が目標添加量(排気A/Fが目標A/Fとなるような添加量)となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁26から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系7(排気ポート71から排気マニホールド72)に噴射供給される構成となっている。   Further, the fuel addition valve 26 is configured so that the fuel addition amount to the exhaust system 7 becomes a target addition amount (addition amount at which the exhaust A / F becomes the target A / F) by the addition control operation by the ECU 100. The valve opening timing is controlled so that the fuel addition timing becomes a predetermined timing. That is, a desired fuel is injected and supplied from the fuel addition valve 26 to the exhaust system 7 (from the exhaust port 71 to the exhaust manifold 72) at an appropriate timing.

吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド63を備え、この吸気マニホールド63に、吸気通路を構成する吸気管64が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ65、エアフローメータ43、スロットルバルブ(吸気絞り弁)62が配設されている。上記エアフローメータ43は、エアクリーナ65を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。   The intake system 6 includes an intake manifold 63 connected to an intake port 15a formed in the cylinder head 15 (see FIG. 2), and an intake pipe 64 that constitutes an intake passage is connected to the intake manifold 63. Further, an air cleaner 65, an air flow meter 43, and a throttle valve (intake throttle valve) 62 are arranged in this intake passage in order from the upstream side. The air flow meter 43 outputs an electrical signal corresponding to the amount of air flowing into the intake passage via the air cleaner 65.

また、この吸気系6には、燃焼室3内でのスワール流(水平方向の旋回流)を可変とするためのスワールコントロールバルブ66が備えられている(図2参照)。具体的に、上記吸気ポート15aとしては、ノーマルポート及びスワールポートの2系統が各気筒毎に備えられており、そのうち図2に示されているノーマルポート15aに、開度調整可能なバタフライバルブで成るスワールコントロールバルブ66が配置されている。このスワールコントロールバルブ66には図示しないアクチュエータが連繋されており、このアクチュエータの駆動によって調整されるスワールコントロールバルブ66の開度に応じてノーマルポート15aを通過する空気の流量が変更できるようになっている。そして、スワールコントロールバルブ66の開度が大きいほど、ノーマルポート15aから気筒内に吸入される空気量が増加する。このため、スワールポート(図2では図示省略)により発生したスワールは相対的に弱まり、気筒内は低スワール(スワール流速が低い状態)となる。逆に、スワールコントロールバルブ66の開度が小さいほど、ノーマルポート15aから気筒内に吸入される空気量が減少する。このため、スワールポートにより発生したスワールは相対的に強められ、気筒内は高スワール(スワール流速が高い状態)となる。   The intake system 6 is provided with a swirl control valve 66 for making the swirl flow (horizontal swirl flow) in the combustion chamber 3 variable (see FIG. 2). Specifically, as the intake port 15a, two systems, a normal port and a swirl port, are provided for each cylinder. Of these, a normal valve 15a shown in FIG. A swirl control valve 66 is disposed. An actuator (not shown) is connected to the swirl control valve 66, and the flow rate of air passing through the normal port 15a can be changed according to the opening of the swirl control valve 66 adjusted by driving the actuator. Yes. The larger the opening of the swirl control valve 66, the greater the amount of air taken into the cylinder from the normal port 15a. For this reason, the swirl generated by the swirl port (not shown in FIG. 2) is relatively weakened, and the inside of the cylinder becomes low swirl (a state where the swirl flow rate is low). Conversely, the smaller the opening of the swirl control valve 66, the smaller the amount of air drawn into the cylinder from the normal port 15a. For this reason, the swirl generated by the swirl port is relatively strengthened, and the inside of the cylinder becomes a high swirl (a state where the swirl flow rate is high).

排気系7は、シリンダヘッド15に形成された上記排気ポート71に接続される排気マニホールド72を備え、この排気マニホールド72に対して、排気通路を構成する排気管73,74が接続されている。また、この排気通路には、NOx吸蔵触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction触媒)75及びDPNR触媒(Diesel Paticulate−NOx Reduction触媒)76を備えたマニバータ(排気浄化装置)77が配設されている。以下、これらNSR触媒75及びDPNR触媒76について説明する。   The exhaust system 7 includes an exhaust manifold 72 connected to the exhaust port 71 formed in the cylinder head 15, and exhaust pipes 73 and 74 constituting an exhaust passage are connected to the exhaust manifold 72. In addition, a maniverter (exhaust gas purification device) 77 including a NOx storage catalyst (NSR catalyst: NOx Storage Reduction catalyst) 75 and a DPNR catalyst (Diesel Particle-NOx Reduction catalyst) 76 is disposed in the exhaust passage. Hereinafter, the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 will be described.

NSR触媒75は、吸蔵還元型NOx触媒であって、例えばアルミナ(Al23)を担体とし、この担体上に例えばカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類、ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類と、白金(Pt)のような貴金属とが担持された構成となっている。The NSR catalyst 75 is an NOx storage reduction catalyst. For example, alumina (Al 2 O 3 ) is used as a support, and potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), for example, is supported on this support. Alkali metal such as barium (Ba), alkaline earth such as calcium (Ca), rare earth such as lanthanum (La) and yttrium (Y), and noble metal such as platinum (Pt) were supported. It has a configuration.

このNSR触媒75は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはNOxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分(例えば燃料の未燃成分(HC))が多量に存在している状態においてはNOxをNO2若しくはNOに還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気中のHCやCOと速やかに反応することによってさらに還元されてN2となる。また、HCやCOは、NO2やNOを還元することで、自身は酸化されてH2OやCO2となる。即ち、NSR触媒75に導入される排気中の酸素濃度やHC成分を適宜調整することにより、排気中のHC、CO、NOxを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やHC成分の調整を上記燃料添加弁26からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。The NSR catalyst 75 occludes NOx in a state where a large amount of oxygen is present in the exhaust gas, has a low oxygen concentration in the exhaust gas, and a large amount of reducing component (for example, an unburned component (HC) of the fuel). In the existing state, NOx is reduced to NO 2 or NO and released. NO NOx released as NO 2 or NO, the N 2 is further reduced due to quickly reacting with HC or CO in the exhaust. Further, HC and CO are oxidized to H 2 O and CO 2 by reducing NO 2 and NO. That is, by appropriately adjusting the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas introduced into the NSR catalyst 75, HC, CO, and NOx in the exhaust gas can be purified. In the present embodiment, the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas can be adjusted by the fuel addition operation from the fuel addition valve 26.

一方、DPNR触媒76は、例えば多孔質セラミック構造体にNOx吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のPMは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したNOxは還元・放出される。さらに、DPNR触媒76には、捕集したPMを酸化・燃焼する触媒(例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒)が担持されている。   On the other hand, the DPNR catalyst 76 is, for example, a porous ceramic structure carrying a NOx storage reduction catalyst, and PM in the exhaust gas is collected when passing through the porous wall. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst, and when the air-fuel ratio becomes rich, the stored NOx is reduced and released. Further, the DPNR catalyst 76 carries a catalyst that oxidizes and burns the collected PM (for example, an oxidation catalyst mainly composed of a noble metal such as platinum).

ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室3及びその周辺部の構成について、図2を用いて説明する。この図2に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎に円筒状のシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。   Here, the structure of the combustion chamber 3 of a diesel engine and its peripheral part is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 2, a cylinder block 11 constituting a part of the engine body is formed with a cylindrical cylinder bore 12 for each cylinder (four cylinders), and a piston 13 is formed inside each cylinder bore 12. Is accommodated so as to be slidable in the vertical direction.

ピストン13の頂面13aの上側には上記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部にガスケット14を介して取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ(凹陥部)13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。   The combustion chamber 3 is formed above the top surface 13 a of the piston 13. That is, the combustion chamber 3 is defined by the lower surface of the cylinder head 15 attached to the upper part of the cylinder block 11 via the gasket 14, the inner wall surface of the cylinder bore 12, and the top surface 13 a of the piston 13. A cavity (concave portion) 13 b is formed in a substantially central portion of the top surface 13 a of the piston 13, and this cavity 13 b also constitutes a part of the combustion chamber 3.

尚、このキャビティ13bの形状としては、その中央部分(シリンダ中心線P上)では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図2に示すようにピストン13が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ13bによって形成される燃焼室3としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される(拡大空間とされる)構成となっている。   As for the shape of the cavity 13b, the concave dimension is small in the central portion (on the cylinder center line P), and the concave dimension is increased toward the outer peripheral side. That is, as shown in FIG. 2, when the piston 13 is in the vicinity of the compression top dead center, the combustion chamber 3 formed by the cavity 13b is a narrow space having a relatively small volume at the center portion, and is directed toward the outer peripheral side. Thus, the space is gradually enlarged (expanded space).

上記ピストン13は、コネクティングロッド18の小端部18aがピストンピン13cにより連結されており、このコネクティングロッド18の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア12内でのピストン13の往復移動がコネクティングロッド18を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。このグロープラグ19は、エンジン1の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。   The piston 13 has a small end portion 18a of a connecting rod 18 connected by a piston pin 13c, and a large end portion of the connecting rod 18 is connected to a crankshaft which is an engine output shaft. As a result, the reciprocating movement of the piston 13 in the cylinder bore 12 is transmitted to the crankshaft via the connecting rod 18, and the engine output is obtained by rotating the crankshaft. Further, a glow plug 19 is disposed toward the combustion chamber 3. The glow plug 19 functions as a start-up assisting device that is heated red when an electric current is applied immediately before the engine 1 is started and a part of the fuel spray is blown onto the glow plug 19 to promote ignition and combustion.

上記シリンダヘッド15には、燃焼室3へ空気を導入する上記吸気ポート15aと、燃焼室3から排気ガスを排出する上記排気ポート71とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16及び排気ポート71を開閉する排気バルブ17が配設されている。これら吸気バルブ16及び排気バルブ17はシリンダ中心線Pを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン1はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド15には、燃焼室3の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ23が取り付けられている。このインジェクタ23は、シリンダ中心線Pに沿う起立姿勢で燃焼室3の略中央上部に配設されており、上記コモンレール22から導入される燃料を燃焼室3に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。   The cylinder head 15 is formed with the intake port 15a for introducing air into the combustion chamber 3 and the exhaust port 71 for exhausting exhaust gas from the combustion chamber 3, and intake air for opening and closing the intake port 15a. An exhaust valve 17 that opens and closes the valve 16 and the exhaust port 71 is provided. The intake valve 16 and the exhaust valve 17 are disposed to face each other with the cylinder center line P interposed therebetween. That is, the engine 1 is configured as a cross flow type. The cylinder head 15 is provided with the injector 23 that directly injects fuel into the combustion chamber 3. The injector 23 is disposed at a substantially upper center of the combustion chamber 3 in a standing posture along the cylinder center line P, and injects fuel introduced from the common rail 22 toward the combustion chamber 3 at a predetermined timing. It has become.

更に、図1に示す如く、このエンジン1には、過給機(ターボチャージャ)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52及びコンプレッサホイール53を備えている。コンプレッサホイール53は吸気管64内部に臨んで配置され、タービンホイール52は排気管73内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ5は、タービンホイール52が受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサホイール53を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構(図示省略)が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 1, the engine 1 is provided with a supercharger (turbocharger) 5. The turbocharger 5 includes a turbine wheel 52 and a compressor wheel 53 that are connected via a turbine shaft 51. The compressor wheel 53 is disposed facing the intake pipe 64, and the turbine wheel 52 is disposed facing the exhaust pipe 73. For this reason, the turbocharger 5 performs a so-called supercharging operation in which the compressor wheel 53 is rotated using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the turbine wheel 52 to increase the intake pressure. The turbocharger 5 in the present embodiment is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism (not shown) is provided on the turbine wheel 52 side. By adjusting the opening of the variable nozzle vane mechanism, the engine 1 supercharging pressure can be adjusted.

吸気系6の吸気管64には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。   An intake pipe 64 of the intake system 6 is provided with an intercooler 61 for forcibly cooling the intake air whose temperature has been raised by supercharging in the turbocharger 5.

このインタークーラ61よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ62は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有している。   The throttle valve 62 provided further downstream than the intercooler 61 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted steplessly. It has a function of narrowing down the area and adjusting (reducing) the supply amount of the intake air.

また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続する排気還流通路(EGR通路)8が設けられている。このEGR通路8は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、このEGR通路8には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるEGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられている。これらEGR通路8、EGRバルブ81、EGRクーラ82等によってEGR装置(排気還流装置)が構成されている。   Further, the engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 8 that connects the intake system 6 and the exhaust system 7. The EGR passage 8 is configured to reduce the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas to the intake system 6 and supplying it again to the combustion chamber 3, thereby reducing the amount of NOx generated. In addition, the EGR passage 8 is opened and closed steplessly by electronic control, and the exhaust gas passing through the EGR passage 8 (recirculating) is cooled by an EGR valve 81 that can freely adjust the exhaust flow rate flowing through the passage. An EGR cooler 82 is provided. The EGR passage 8, the EGR valve 81, the EGR cooler 82, and the like constitute an EGR device (exhaust gas recirculation device).

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

例えば、上記エアフローメータ43は、吸気系6内のスロットルバルブ62上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ49は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ48は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。A/F(空燃比)センサ44は、排気系7のマニバータ77の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ45は、同じく排気系7のマニバータ77の下流において排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ41はコモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ42はスロットルバルブ62の開度を検出する。   For example, the air flow meter 43 outputs a detection signal corresponding to the flow rate of intake air (intake air amount) upstream of the throttle valve 62 in the intake system 6. The intake air temperature sensor 49 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the temperature of the intake air. The intake pressure sensor 48 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure. The A / F (air-fuel ratio) sensor 44 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7. Similarly, the exhaust temperature sensor 45 outputs a detection signal corresponding to the temperature of the exhaust gas (exhaust temperature) downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7. The rail pressure sensor 41 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 22. The throttle opening sensor 42 detects the opening of the throttle valve 62.

−ECU−
ECU100は、図3に示すように、CPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
-ECU-
As shown in FIG. 3, the ECU 100 includes a CPU 101, a ROM 102, a RAM 103, a backup RAM 104, and the like. The ROM 102 stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU 101 executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM 102. The RAM 103 is a memory that temporarily stores calculation results in the CPU 101, data input from each sensor, and the like. The backup RAM 104 is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped, for example.

以上のCPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104は、バス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105及び出力インターフェース106と接続されている。   The CPU 101, the ROM 102, the RAM 103, and the backup RAM 104 are connected to each other via the bus 107, and are connected to the input interface 105 and the output interface 106.

入力インターフェース105には、上記レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、A/Fセンサ44、排気温センサ45、吸気圧センサ48、吸気温センサ49が接続されている。さらに、この入力インターフェース105には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ46、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ47、及び、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力するクランクポジションセンサ40などが接続されている。   The input interface 105 is connected with the rail pressure sensor 41, the throttle opening sensor 42, the air flow meter 43, the A / F sensor 44, the exhaust temperature sensor 45, the intake pressure sensor 48, and the intake temperature sensor 49. Further, the input interface 105 includes a water temperature sensor 46 that outputs a detection signal corresponding to the cooling water temperature of the engine 1, an accelerator opening sensor 47 that outputs a detection signal corresponding to the depression amount of the accelerator pedal, and the engine 1. A crank position sensor 40 that outputs a detection signal (pulse) each time the output shaft (crankshaft) rotates by a certain angle is connected.

一方、出力インターフェース106には、上記サプライポンプ21、インジェクタ23、燃料添加弁26、スロットルバルブ62、スワールコントロールバルブ66、及び、EGRバルブ81などが接続されている。また、出力インターフェース106には、その他に、上記ターボチャージャ5の可変ノズルベーン機構に備えられたアクチュエータ(図示省略)も接続されている。   On the other hand, the output interface 106 is connected to the supply pump 21, the injector 23, the fuel addition valve 26, the throttle valve 62, the swirl control valve 66, the EGR valve 81, and the like. In addition, an actuator (not shown) provided in the variable nozzle vane mechanism of the turbocharger 5 is also connected to the output interface 106.

そして、ECU100は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、上記ROM102に記憶された各種マップに基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。   Then, the ECU 100 executes various controls of the engine 1 based on outputs from the various sensors described above, calculated values obtained by arithmetic expressions using the output values, or various maps stored in the ROM 102. .

例えば、ECU100は、エンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ81の開度を制御し、吸気マニホールド63に向けての排気還流量(EGR量)を調整する。このEGR量は、上記ROM102に予め記憶されたEGRマップに従って設定される。具体的に、このEGRマップは、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとしてEGR量(EGR率)を決定するためのマップである。尚、このEGRマップは、予め実験やシミュレーション等によって作成されたものとなっている。つまり、上記クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されたエンジン回転数及びスロットル開度センサ42によって検出されたスロットルバルブ62の開度(エンジン負荷に相当)とをEGRマップに当て嵌めることでEGR量(EGRバルブ81の開度)が得られるようになっている。   For example, the ECU 100 controls the opening degree of the EGR valve 81 according to the operating state of the engine 1 and adjusts the exhaust gas recirculation amount (EGR amount) toward the intake manifold 63. The EGR amount is set according to an EGR map stored in advance in the ROM 102. Specifically, this EGR map is a map for determining the EGR amount (EGR rate) using the engine speed and the engine load as parameters. This EGR map is created in advance by experiments, simulations, or the like. That is, by applying the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 40 and the opening of the throttle valve 62 (corresponding to the engine load) detected by the throttle opening sensor 42 to the EGR map. An EGR amount (opening degree of the EGR valve 81) is obtained.

更に、ECU100は、上記スワールコントロールバルブ66の開度制御を実行する。このスワールコントロールバルブ66の開度制御としては、燃焼室3内に噴射された燃料の噴霧の単位時間当たり(または単位クランク回転角度当たり)における気筒内の周方向の移動量を変更するように行われる。   Further, the ECU 100 executes the opening degree control of the swirl control valve 66. In order to control the opening degree of the swirl control valve 66, the amount of movement of the fuel spray injected into the combustion chamber 3 per unit time (or per unit crank rotation angle) in the circumferential direction in the cylinder is changed. Is called.

また、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御として、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射(主噴射)、アフタ噴射(副噴射)、ポスト噴射等を実行する。   Further, the ECU 100 executes pilot injection, pre-injection, main injection (main injection), after injection (sub-injection), post injection, and the like as fuel injection control of the injector 23.

−燃料噴射形態−
以下、本実施形態における上記パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射の各動作の概略について説明する。
-Fuel injection mode-
Hereinafter, an outline of each operation of the pilot injection, pre-injection, main injection, after-injection, and post-injection in the present embodiment will be described.

(パイロット噴射)
パイロット噴射は、インジェクタ23からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度(気筒内温度)を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するようにしている。即ち、この実施形態におけるパイロット噴射の機能は、気筒内の予熱に特化したものとなっている。言い換えれば、この実施形態におけるパイロット噴射は、燃焼室3内でのガスの予熱を行うための噴射動作(予熱用燃料の供給動作)となっている。
(Pilot injection)
The pilot injection is an operation for injecting a small amount of fuel in advance prior to the main injection from the injector 23. That is, after the pilot injection is performed, the fuel injection is temporarily interrupted, and the compressed gas temperature (in-cylinder temperature) is sufficiently increased until the main injection is started to reach the fuel self-ignition temperature. This ensures good ignitability of the fuel injected in the main injection. That is, the pilot injection function in this embodiment is specialized for preheating in the cylinder. In other words, the pilot injection in this embodiment is an injection operation (preheating fuel supply operation) for preheating the gas in the combustion chamber 3.

(プレ噴射)
プレ噴射は、インジェクタ23からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。プレ噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作である。また、本実施形態におけるプレ噴射は、上述したメイン噴射による初期燃焼速度を抑制する機能ばかりでなく、気筒内温度を高める予熱機能をも有するものとなっている。これにより、メイン噴射による初期燃焼速度の抑制を確実に行って、安定した拡散燃焼に導くことができる。
(Pre-injection)
Pre-injection is an injection operation in which a small amount of fuel is injected in advance prior to main injection from the injector 23. The pre-injection is an injection operation for suppressing the ignition delay of the fuel due to the main injection and leading to stable diffusion combustion. Further, the pre-injection in the present embodiment has not only a function of suppressing the initial combustion speed by the main injection described above but also a preheating function of increasing the in-cylinder temperature. Thereby, it is possible to reliably suppress the initial combustion speed by the main injection and lead to stable diffusion combustion.

(メイン噴射)
メイン噴射は、エンジン1のトルク発生のための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数(クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数)が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度センサ47により検出されるアクセルペダルの踏み込み量)が大きいほど(アクセル開度が大きいほど)エンジン1のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。
(Main injection)
The main injection is an injection operation (torque generation fuel supply operation) for generating torque of the engine 1. The injection amount in the main injection is basically determined so as to obtain the required torque according to the operation state such as the engine speed, the accelerator operation amount, the coolant temperature, the intake air temperature, and the like. For example, the higher the engine speed (the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 40), the larger the accelerator operation amount (the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 47). As the accelerator opening becomes larger, the required torque value of the engine 1 is higher, and accordingly, the fuel injection amount in the main injection is also set higher.

また、このメイン噴射での燃料噴射量は、燃焼室3内での混合気の燃焼によって発生するSootの発生量が所定の許容限界量以下となるように制限されている。このメイン噴射での燃料噴射量の制限については後述する。   Further, the fuel injection amount in the main injection is limited so that the amount of soot generated by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is equal to or less than a predetermined allowable limit amount. The limitation on the fuel injection amount in the main injection will be described later.

(アフタ噴射)
アフタ噴射は、本実施形態において特徴とする燃料噴射動作である。詳しくは後述するが、エンジン1に要求されるトルクを得るための燃料噴射量の全てを上記メイン噴射で実行した場合に、Sootの発生量が上記許容限界量を超えてしまう状況では排気エミッションの悪化を招いてしまう。このため、メイン噴射での燃料噴射量をSootが抑制される量(Soot発生量を許容限界量以下に抑えることができる燃料噴射量)に抑え、このメイン噴射で発生するトルクの不足分を補うための燃料噴射としてアフタ噴射が実行される。つまり、メイン噴射の実行後に所定の燃料噴射停止期間(インターバル)を経た後の所定タイミングでアフタ噴射を実行し、燃焼室3内での空気利用率を高めてSootの発生を抑制しながらも、このアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼によってトルクを発生させ、上記メイン噴射での燃焼により発生するトルクの不足分を補って上記要求トルクが得られるようにしている。このアフタ噴射の噴射タイミング制御の詳細については後述する。
(After spray)
After-injection is a fuel injection operation characterized in this embodiment. As will be described in detail later, when all of the fuel injection amount for obtaining the torque required for the engine 1 is executed by the main injection, in a situation where the generated amount of soot exceeds the allowable limit amount, the exhaust emission is reduced. It will worsen. For this reason, the fuel injection amount in the main injection is suppressed to an amount that suppresses the soot (a fuel injection amount that can suppress the soot generation amount to an allowable limit amount or less), and the shortage of the torque generated in the main injection is compensated. After-injection is executed as fuel injection for the purpose. In other words, after executing the main injection, after injection is performed at a predetermined timing after a predetermined fuel injection stop period (interval), while increasing the air utilization rate in the combustion chamber 3 and suppressing the generation of soot, Torque is generated by the combustion of the fuel injected by the after injection, and the required torque is obtained by compensating for the shortage of the torque generated by the combustion by the main injection. Details of the injection timing control of the after injection will be described later.

また、このアフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させて各触媒75,76の温度を活性温度まで高める機能や、PM再生時にDPNR触媒76の温度をフィルタ再生温度まで上昇させる機能や、NOx還元時に各触媒75,76に未燃燃料成分を供給する機能を必要に応じて発揮する。   In addition, this after injection increases the exhaust gas temperature to raise the temperature of each of the catalysts 75 and 76 to the activation temperature, raises the temperature of the DPNR catalyst 76 to the filter regeneration temperature during PM regeneration, The function of supplying unburned fuel components to the catalysts 75 and 76 is exhibited as necessary.

(ポスト噴射)
ポスト噴射は、排気系7に燃料を直接的に導入して上記マニバータ77の昇温を図るための噴射動作である。例えば、DPNR触媒76に捕集されているPMの堆積量が所定量を超えた場合(例えばマニバータ77の前後の差圧を検出することにより検知)、ポスト噴射が実行されるようになっている。
(Post injection)
The post-injection is an injection operation for directly introducing fuel into the exhaust system 7 to increase the temperature of the manipulator 77. For example, when the accumulated amount of PM trapped in the DPNR catalyst 76 exceeds a predetermined amount (for example, detected by detecting a differential pressure before and after the manipulator 77), post injection is performed. .

−燃料噴射圧−
上述した各燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、及び、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室3内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ23から燃焼室3内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。尚、この目標レール圧は例えば上記ROM102に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ23の開弁期間(噴射率波形)が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。尚、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が30MPa〜200MPaの間で調整されるようになっている。
-Fuel injection pressure-
The fuel injection pressure at the time of executing each fuel injection described above is determined by the internal pressure of the common rail 22. As the common rail internal pressure, generally, the target value of the fuel pressure supplied from the common rail 22 to the injector 23, that is, the target rail pressure, increases as the engine load (engine load) increases and the engine speed (engine speed) increases. It will be expensive. That is, when the engine load is high, the amount of air sucked into the combustion chamber 3 is large. Therefore, a large amount of fuel must be injected from the injector 23 into the combustion chamber 3, and therefore the injection from the injector 23 is performed. The pressure needs to be high. Further, when the engine speed is high, the injection period is short, so the amount of fuel injected per unit time must be increased, and therefore the injection pressure from the injector 23 needs to be increased. . Thus, the target rail pressure is generally set based on the engine load and the engine speed. The target rail pressure is set according to a fuel pressure setting map stored in the ROM 102, for example. That is, by determining the fuel pressure according to this fuel pressure setting map, the valve opening period (injection rate waveform) of the injector 23 is controlled, and the fuel injection amount during the valve opening period can be defined. In the present embodiment, the fuel pressure is adjusted between 30 MPa and 200 MPa according to the engine load and the like.

上記パイロット噴射やメイン噴射などの燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン運転状態や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。   Regarding the fuel injection parameters such as the pilot injection and the main injection, the optimum values differ depending on the engine operating state and the temperature conditions such as intake air.

例えば、上記ECU100は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ21の燃料吐出量を調量する。また、ECU100はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射形態を決定する。具体的には、ECU100は、クランクポジションセンサ40の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ47の検出値に基づいてアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を求め、このエンジン回転速度及びアクセル開度に基づいてパイロット噴射やメイン噴射等における燃料噴射タイミングや燃料噴射量を決定する。   For example, the ECU 100 adjusts the fuel discharge amount of the supply pump 21 so that the common rail pressure becomes equal to the target rail pressure set based on the engine operating state, that is, the fuel injection pressure matches the target injection pressure. To measure. Further, the ECU 100 determines the fuel injection amount and the fuel injection form based on the engine operating state. Specifically, the ECU 100 calculates the engine rotation speed based on the detection value of the crank position sensor 40, obtains the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening) based on the detection value of the accelerator opening sensor 47, Based on the engine speed and the accelerator opening, fuel injection timing and fuel injection amount in pilot injection, main injection, and the like are determined.

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

図4は、エンジン1の一つの気筒に対して吸気マニホールド63及び吸気ポート15aを経てガス(空気)が吸入され、燃焼室3内へインジェクタ23からの燃料噴射によって燃焼が行われると共に、その燃焼後のガスが排気ポート71を経て排気マニホールド72へ排出される様子を模式的に示した図である。   In FIG. 4, gas (air) is sucked into one cylinder of the engine 1 through the intake manifold 63 and the intake port 15 a, and combustion is performed by fuel injection from the injector 23 into the combustion chamber 3. FIG. 6 is a diagram schematically showing how the subsequent gas is discharged to the exhaust manifold 72 through the exhaust port 71.

この図4に示すように、気筒内に吸入されるガスには、吸気管64からスロットルバルブ62を介して吸入された新気と、上記EGRバルブ81が開弁された場合にEGR通路8から吸入されるEGRガスとが含まれる。吸入される新気量(質量)と吸入されるEGRガス量(質量)との和に対するEGRガス量の割合(即ち、EGR率)は、運転状態に応じて上記ECU100により適宜制御されるEGRバルブ81の開度に応じて変化する。   As shown in FIG. 4, the gas sucked into the cylinder includes fresh air sucked from the intake pipe 64 through the throttle valve 62 and from the EGR passage 8 when the EGR valve 81 is opened. Inhaled EGR gas is included. The ratio of the amount of EGR gas to the sum of the amount of fresh air (mass) to be sucked and the amount of mass of EGR (mass) to be sucked (that is, the EGR rate) is appropriately controlled by the ECU 100 according to the operating state. It changes according to the opening degree of 81.

このようにして気筒内に吸入された新気及びEGRガスは、吸気行程において開弁している吸気バルブ16を介し、ピストン13(図4では図示省略)の下降に伴って気筒内に吸入されて筒内ガスとなる。この筒内ガスは、エンジン1の運転状態に応じて決定されるバルブ閉弁時にて吸気バルブ16が閉弁することにより筒内に密閉され(筒内ガスの閉じ込め状態)、その後の圧縮行程においてピストン13の上昇に伴って圧縮される。そして、ピストン13が上死点近傍に達すると、上述したECU100による噴射量制御によって所定時間だけインジェクタ23が開弁されることで燃料を燃焼室3内に直接噴射する。具体的には、ピストン13が上死点に達する前に上記パイロット噴射等が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て、ピストン13が上死点近傍に達した時点で上記メイン噴射が実行されることになる。また、このメイン噴射が実行された後、必要に応じて所定のインターバルを経て上記アフタ噴射やポスト噴射が行われる。   The fresh air and EGR gas sucked into the cylinder in this way are sucked into the cylinder as the piston 13 (not shown in FIG. 4) descends via the intake valve 16 which is opened in the intake stroke. It becomes in-cylinder gas. This in-cylinder gas is sealed in the cylinder by closing the intake valve 16 when the valve is determined according to the operating state of the engine 1 (in-cylinder gas confinement state), and in the subsequent compression stroke The piston 13 is compressed as the piston 13 moves up. When the piston 13 reaches the vicinity of the top dead center, the injector 23 is opened for a predetermined time by the injection amount control by the ECU 100 described above, so that the fuel is directly injected into the combustion chamber 3. Specifically, the pilot injection is performed before the piston 13 reaches the top dead center, and after the fuel injection is temporarily stopped, after a predetermined interval, the piston 13 reaches the vicinity of the top dead center. The main injection is executed. Moreover, after this main injection is performed, the said after injection and post injection are performed through a predetermined interval as needed.

図5は、この燃料噴射(メイン噴射)時における燃焼室3及びその周辺部を示す断面図であり、図6は、この燃料噴射時における燃焼室3の平面図(ピストン13の上面を示す図)である。図6に示すように、本実施形態に係るエンジン1のインジェクタ23には、周方向に亘って等間隔に8個の噴孔が設けられており、これら噴孔からそれぞれ均等に燃料が噴射されるようになっている。尚、この噴孔数としては8個に限るものではない。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the combustion chamber 3 and its peripheral part at the time of this fuel injection (main injection), and FIG. ). As shown in FIG. 6, the injector 23 of the engine 1 according to the present embodiment is provided with eight injection holes at equal intervals in the circumferential direction, and fuel is injected equally from these injection holes. It has become so. The number of nozzle holes is not limited to eight.

そして、この各噴孔から噴射された燃料の噴霧A,A,…は略円錐状に拡散していく。また、各噴孔からの燃料噴射(特に、メイン噴射)は、ピストン13が圧縮上死点近傍に達した時点で行われるため、図5に示すように、各燃料の噴霧A,A,…は上記キャビティ13b内で拡散していくことになる。   The fuel sprays A, A,... Injected from the nozzle holes diffuse in a substantially conical shape. Further, since fuel injection from each nozzle hole (particularly main injection) is performed when the piston 13 reaches the vicinity of compression top dead center, as shown in FIG. Will diffuse in the cavity 13b.

このように、インジェクタ23に形成されている各噴孔から噴射された燃料の噴霧A,A,…は、時間の経過に伴って筒内ガスと混ざり合いながら混合気となって筒内においてそれぞれ円錐状に拡散していき、自己着火によって燃焼する。つまり、この各燃料の噴霧A,A,…は、それぞれ筒内ガスと共に略円錐状の燃焼場を形成し、その燃焼場(本実施形態では8箇所の燃焼場)でそれぞれ燃焼が開始されることになる。   As described above, the fuel sprays A, A,... Injected from the respective injection holes formed in the injector 23 are mixed with the in-cylinder gas with the passage of time and become air-fuel mixtures in the cylinder. It diffuses in a conical shape and burns by self-ignition. That is, each of the fuel sprays A, A,... Forms a substantially conical combustion field together with the in-cylinder gas, and combustion is started in each of the combustion fields (eight combustion fields in this embodiment). It will be.

そして、この燃焼により発生したエネルギの大部分はピストン13を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ(エンジン出力となるエネルギ)として得られる。   And most of the energy generated by this combustion is obtained as kinetic energy (energy that becomes engine output) for pushing down the piston 13 toward the bottom dead center.

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

−アフタ噴射実行タイミング制御−
次に、本実施形態の特徴とする動作であるアフタ噴射実行タイミング制御についての複数の実施形態を説明する。上述したように、エンジン1に要求されるトルク(要求トルク)を得るための燃料噴射量の全てをメイン噴射で実行した場合に許容限界量を超えるSootが発生する状況では、排気エミッションの悪化を招いてしまう。このため、メイン噴射での燃料噴射量をSootが抑制される量(Soot発生量を許容限界量以下に抑えることができる燃料噴射量)に抑え、このメイン噴射で発生するトルクの不足分を補うための燃料噴射としてアフタ噴射を実行する。
-After injection execution timing control-
Next, a plurality of embodiments of after injection execution timing control, which is an operation characteristic of the present embodiment, will be described. As described above, when all of the fuel injection amount required to obtain the torque required for the engine 1 (requested torque) is executed by the main injection, in a situation where soot exceeding the allowable limit amount occurs, the exhaust emission is deteriorated. I will invite you. For this reason, the fuel injection amount in the main injection is suppressed to an amount that suppresses the soot (a fuel injection amount that can suppress the soot generation amount to an allowable limit amount or less), and the shortage of the torque generated in the main injection is compensated. After-injection is executed as fuel injection for the purpose.

そして、本実施形態におけるアフタ噴射実行タイミング制御は、このアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼によって要求トルクが得られるようにしながらも(メイン噴射で発生するトルクの不足分を補えるようにしながらも)、このアフタ噴射により燃焼室3内に噴射された燃料の燃焼に伴うSootの発生量を抑制(許容限界量以下に抑制)するためのものである。   The after injection execution timing control in the present embodiment allows the required torque to be obtained by combustion of the fuel injected by the after injection (while making up for the shortage of torque generated by the main injection). This is to suppress the generation amount of soot accompanying the combustion of the fuel injected into the combustion chamber 3 by this after injection (suppress to below the allowable limit amount).

(第1実施形態)
先ず、第1実施形態について説明する。この第1実施形態におけるアフタ噴射実行タイミング制御の概略について説明すると、先ず、アフタ噴射が実行されるまでの間に燃焼室3内に噴射された燃料(主にメイン噴射で噴射された燃料(上記パイロット噴射やプレ噴射が実行された場合には、これらで噴射された燃料も含む))が燃焼室3内において占有する体積(以下、「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」と呼ぶ)をクランク角度毎に算出する(アフタ噴射前噴霧占有体積算出手段による「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」の算出動作)。この「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」を有する噴霧は、インジェクタ23から燃料が噴射された際のペネトーレーション(貫徹力)によって燃焼室3内(例えば上記キャビティ13b内)を外周側に向かって拡がっていく。つまり、この「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」を有する噴霧は、燃焼室3内の中央部ではなく、この燃焼室3内の比較的外周側の空間を占有することになる。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. The outline of the after-injection execution timing control in the first embodiment will be described. First, fuel injected into the combustion chamber 3 until after-injection is executed (mainly fuel injected in the main injection (the above-described fuel injection) When pilot injection or pre-injection is executed, the volume occupied by the fuel in the combustion chamber 3 (hereinafter referred to as “spray occupied volume before after-injection Vfuel”) is crank angle. It is calculated every time (the operation of calculating “spray occupied volume before fuel injection Vfuel” by the pre-after spray spray occupied volume calculating means). The spray having the “spread occupied volume Vfuel before after-injection” is directed toward the outer peripheral side in the combustion chamber 3 (for example, in the cavity 13b) by penetration (penetration force) when fuel is injected from the injector 23. It will expand. That is, the spray having the “spray occupied volume Vfuel before after injection” occupies the space on the relatively outer peripheral side in the combustion chamber 3 instead of the central portion in the combustion chamber 3.

また、ピストン13が圧縮上死点から下死点に向かって移動していくことに伴って大きくなっていく燃焼室3内の容積(以下、「筒内容積Vcyl(θ)」と呼ぶ)をクランク角度毎に算出する。   Further, the volume in the combustion chamber 3 that increases as the piston 13 moves from the compression top dead center toward the bottom dead center (hereinafter referred to as “cylinder volume Vcyl (θ)”). Calculate for each crank angle.

そして、上記「筒内容積Vcyl(θ)」から「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」を減算することで、燃焼室3内のうち未だ燃焼に寄与していない空気が存在する空間の体積(以下、「残存空気体積Vair(θ)」と呼ぶ)をクランク角度毎に算出する(残存空気体積算出手段による「残存空気体積Vair(θ)」の算出動作)。上述した如く「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」を有する噴霧は燃焼室3内の比較的外周側の空間を占有しているのに対し、この「残存空気体積Vair(θ)」を有する空気は燃焼室3内の中央部の空間を占有している。   Then, by subtracting “pre-after-spray occupancy volume Vfuel” from the “in-cylinder volume Vcyl (θ)”, the volume of the space in the combustion chamber 3 where the air that has not yet contributed to the combustion exists (hereinafter referred to as the volume before fuel injection). , Referred to as “residual air volume Vair (θ)”) for each crank angle (calculation operation of “residual air volume Vair (θ)” by the residual air volume calculating means). As described above, the spray having the “spray occupied volume Vfuel before after-injection” occupies a relatively outer space in the combustion chamber 3, whereas the air having the “remaining air volume Vair (θ)” A space in the center of the combustion chamber 3 is occupied.

更に、アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射の実行終了時(アフタ噴射の噴き終わり時)におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室3内の空間を占有する体積(以下、「アフタ噴射噴霧体積Vafter」と呼ぶ)を算出する(アフタ噴射噴霧体積算出手段による「アフタ噴射噴霧体積Vafter」の算出動作)。そして、上記「残存空気体積Vair(θ)」と「アフタ噴射噴霧体積Vafter」とをクランク角度毎に比較していき、「残存空気体積Vair(θ)」が、「アフタ噴射噴霧体積Vafter」以上に達した時点でインジェクタ23からのアフタ噴射を実行するようにしている(アフタ噴射許可手段によるアフタ噴射の許可)。   Further, when it is assumed that after injection has been executed, the volume in which the spray of fuel injected by this after injection at the end of execution of the after injection (at the end of after injection) occupies the space in the combustion chamber 3 (Hereinafter referred to as “after-injection spray volume Vafter”) (calculation operation of “after-injection spray volume Vafter” by the after-injection spray volume calculating means). Then, the “remaining air volume Vair (θ)” and the “after-injection spray volume Vafter” are compared for each crank angle, and the “remaining air volume Vair (θ)” is equal to or greater than the “after-injection spray volume Vafter”. After injection, after-injection from the injector 23 is executed (after-injection permission by after-injection permission means).

以下、本実施形態におけるアフタ噴射実行タイミング制御について具体的に説明する。図7は、このアフタ噴射実行タイミング制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、各気筒の燃焼行程が実施される度に実行され、その燃焼行程でアフタ噴射が実施される場合にそのアフタ噴射実行タイミングを算出し、その算出結果に従ってアフタ噴射を実行するようになっている。   Hereinafter, after injection execution timing control in the present embodiment will be specifically described. FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the after injection execution timing control. This flowchart is executed every time the combustion stroke of each cylinder is performed. When after injection is performed in the combustion stroke, the after injection execution timing is calculated, and the after injection is executed according to the calculation result. It has become.

先ず、ステップST1において、アフタ噴射実行要求が有るか否かを判定する。このアフタ噴射実行要求は、上述した如く、エンジン1に要求されるトルクを得るための燃料噴射量の全てをメイン噴射で実行したと仮定した場合に、Sootの発生量が許容限界量を超える状況にある場合に生じる。つまり、メイン噴射での燃料噴射量をSoot発生量が許容限界量以下となるように抑えたことに伴ってアフタ噴射実行要求が生じ、このアフタ噴射の実行により、メイン噴射で発生するトルクの不足分を補うことになる。   First, in step ST1, it is determined whether there is an after injection execution request. This after-injection execution request is a situation where the amount of generated Soot exceeds the allowable limit amount when it is assumed that all of the fuel injection amount for obtaining the torque required for the engine 1 is executed by the main injection as described above. Occurs when In other words, after the fuel injection amount in the main injection is suppressed so that the soot generation amount is less than or equal to the allowable limit amount, an after injection execution request is generated, and the execution of the after injection causes a shortage of torque generated in the main injection. Will make up for the minute.

図8(a)は、総燃料噴射量とSoot発生量との関係を示し、図8(b)は、要求トルクと、メイン噴射及びアフタ噴射それぞれの燃料噴射量との関係を示す図である。これらの図に示すように、総燃料噴射量の増加に伴って増加していくSoot発生量がSoot発生量許容限界付近にまで達すると、アフタ噴射が実行(アフタ噴射ON)されることになる。つまり、総燃料噴射量(上記筒内予熱のための燃料噴射量と上記要求トルクを得るための燃料噴射量との合算噴射量)が所定量(図中に破線で示す総燃料噴射量)を超えている場合には、メイン噴射での噴射量を一定量に抑え(Soot発生量がSoot発生量許容限界以下に抑えられるようにし:図8(b)に一点鎖線で示すメイン噴射量を参照)、アフタ噴射を実行することで(図8(b)に二点鎖線で示すアフタ噴射量を参照)、総燃料噴射量を確保してトルクの不足分を補うようにしている。   FIG. 8A shows the relationship between the total fuel injection amount and the soot generation amount, and FIG. 8B shows the relationship between the required torque and the fuel injection amounts of the main injection and the after injection. . As shown in these figures, when the soot generation amount that increases as the total fuel injection amount increases reaches the soot generation amount allowable limit, the after injection is executed (after injection ON). . That is, the total fuel injection amount (the total injection amount of the fuel injection amount for in-cylinder preheating and the fuel injection amount for obtaining the required torque) is a predetermined amount (total fuel injection amount indicated by a broken line in the figure). If it exceeds, the injection amount in the main injection is suppressed to a constant amount (so that the soot generation amount can be suppressed below the allowable limit of soot generation amount: refer to the main injection amount indicated by a one-dot chain line in FIG. 8B) ) By executing after injection (refer to the after injection amount indicated by a two-dot chain line in FIG. 8B), the total fuel injection amount is secured to compensate for the shortage of torque.

より具体的には、アフタ噴射の噴射タイミングはメイン噴射の噴射タイミングよりも遅角側に設定されるため、このアフタ噴射では、単位燃料噴射量に対するトルク発生量(トルクへの変換効率)がメイン噴射に比べて低下することになる。このため、上記要求トルクを得るために、アフタ噴射の噴射タイミングが遅角側に設定されるほど、このアフタ噴射での燃料噴射量は増量補正されることになる。つまり、総燃料噴射量としては、このアフタ噴射の増量補正分だけ増量されることになる。   More specifically, since the injection timing of the after injection is set to be retarded from the injection timing of the main injection, in this after injection, the torque generation amount (conversion efficiency to torque) with respect to the unit fuel injection amount is the main. It will be lower than the injection. For this reason, in order to obtain the required torque, the fuel injection amount in the after injection is corrected to increase as the injection timing of the after injection is set to the retard side. That is, the total fuel injection amount is increased by an amount corresponding to the increase correction of the after injection.

アフタ噴射実行要求が無い場合、つまり、エンジン1に要求されるトルクを得るための燃料噴射量の全てをメイン噴射で実行した場合であってもSootの発生量が抑制できる(Soot発生量を許容限界以下に抑えることができる)場合には、ステップST1でNO判定され、アフタ噴射を実行することなく、次の燃焼行程が実施されるまで(次に燃焼行程を迎える気筒のピストン13が圧縮上死点近傍に達するまで)待機する。   Even when there is no after injection execution request, that is, when all of the fuel injection amount for obtaining the torque required for the engine 1 is executed by the main injection, the generation amount of the soot can be suppressed (the soot generation amount is allowed). If it can be suppressed below the limit), a NO determination is made in step ST1, and after-injection is not executed, until the next combustion stroke is performed (the piston 13 of the cylinder that reaches the next combustion stroke is compressed) Wait until it reaches near the dead center.

アフタ噴射実行要求が有り、ステップST1でYES判定された場合には、ステップST2に移り、上記アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelを算出する。このアフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelは、上述したパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射(以下、メイン噴射等と呼ぶ)のようにアフタ噴射が実行されるまでに燃焼室3内に噴射された燃料の噴霧(燃焼場)が燃焼室3内において占有する体積である。このアフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelは、メイン噴射等で噴射された燃料がそのペネトーレーション(貫徹力)により、クランク角度が進むに従って燃焼室3内を外周側に向かって拡がっていく。尚、インジェクタ23から噴射された燃料の噴霧は、燃焼室3内の中央部から外周部に向かって移動することになるが、この噴霧が燃焼室3内の中央部にある状態では、未だ燃焼は開始されておらず(可燃空燃比にはなっておらず)、この燃焼室3内の中央部に存在する空気(酸素)が消費されることはない。   If there is an after injection execution request and the determination in step ST1 is YES, the process proceeds to step ST2 to calculate the pre-after injection spray occupation volume Vfuel. The pre-after-injection spray occupation volume Vfuel is the amount of fuel injected into the combustion chamber 3 until after-injection is executed, such as the pilot injection, pre-injection, and main injection (hereinafter referred to as main injection). The volume occupied by the spray (combustion field) in the combustion chamber 3. The pre-after-injection spray occupation volume Vfuel expands in the combustion chamber 3 toward the outer peripheral side as the crank angle advances due to penetration of the fuel injected by main injection or the like. Note that the spray of fuel injected from the injector 23 moves from the central portion in the combustion chamber 3 toward the outer peripheral portion. However, in the state where the spray is in the central portion in the combustion chamber 3, the fuel is still burned. Is not started (the combustible air-fuel ratio is not reached), and the air (oxygen) existing in the center of the combustion chamber 3 is not consumed.

上記アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelの算出手法として具体的には、例えば以下の式(1)〜式(4)(広安の式)が使用可能である。尚、式(1)及び式(2)はメイン噴射等で噴射された燃料の噴霧長さSの算出式であり、式(1)は燃料噴射開始からの経過時間tが液滴分裂時間tbに達するまでの噴霧長さSの算出式であって、式(2)は燃料噴射開始からの経過時間tが液滴分裂時間tbを経過した後における噴霧長さSの算出式である。また、式(3)はメイン噴射等で噴射された燃料の噴霧角度θの算出式である。また、式(4)は上記式(1)〜式(3)により得られた噴霧長さS及び噴霧角度θを用いて噴霧体積V(上記アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelに相当)を算出する式である。Specifically, for example, the following formulas (1) to (4) (Guang's formula) can be used as a method of calculating the spray occupied volume Vfuel before after-injection. Equations (1) and (2) are equations for calculating the spray length S of fuel injected by main injection or the like. Equation (1) shows that the elapsed time t from the start of fuel injection is the droplet breakup time t. a calculation formula for the spray length S to reach b, equation (2) is a calculation formula of the spray length S in after the elapsed time t from the start of fuel injection has passed a droplet splitting time t b . Equation (3) is a formula for calculating the spray angle θ of fuel injected by main injection or the like. Moreover, Formula (4) calculates the spray volume V (equivalent to the said spray occupation volume Vfuel before after injection) using the spray length S and spray angle (theta) obtained by said Formula (1)-Formula (3). It is a formula.

Figure 2012029180
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Figure 2012029180
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Figure 2012029180
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また、上記式(1)〜式(4)に代えて、図9に示す噴霧体積マップ(噴射圧に基づいて噴霧体積を求めるマップ)を上記ROM102に記憶させておき、この噴霧体積マップからアフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelを求めることも可能である。   Further, instead of the above formulas (1) to (4), the spray volume map (map for obtaining the spray volume based on the injection pressure) shown in FIG. It is also possible to determine the pre-injection spray occupation volume Vfuel.

このようにしてアフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelを算出した後、ステップST3に移り、上記筒内容積Vcyl(θ)を算出する。この筒内容積Vcyl(θ)は、ピストン13が圧縮上死点から下死点に向かって移動していくことに伴って次第に大きくなっていく。つまり、シリンダボア12の内径寸法、及び、クランクシャフトの単位クランク角度回転毎におけるピストン13の移動距離(下死点に向かって移動していく距離)をエンジン諸元から求め、これにより、クランク角度毎の筒内容積Vcyl(θ)を算出することができる。   After calculating the spray occupation volume Vfuel before after injection in this way, the process proceeds to step ST3, where the in-cylinder volume Vcyl (θ) is calculated. This in-cylinder volume Vcyl (θ) gradually increases as the piston 13 moves from the compression top dead center toward the bottom dead center. That is, the inner diameter dimension of the cylinder bore 12 and the moving distance of the piston 13 (the distance moving toward the bottom dead center) for each rotation of the crankshaft by the unit crank angle are obtained from the engine specifications. The in-cylinder volume Vcyl (θ) can be calculated.

図10は、筒内容積Vcyl(θ)、アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel、残存空気体積Vair(θ)、アフタ噴射噴霧体積Vafterの変化を示す図である。この図10では、クランク角度に対する筒内容積Vcyl(θ)、アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel、残存空気体積Vair(θ)、アフタ噴射噴霧体積Vafterの変化を示している。   FIG. 10 is a diagram showing changes in the in-cylinder volume Vcyl (θ), the pre-after-injection spray occupation volume Vfuel, the remaining air volume Vair (θ), and the after-injection spray volume Vafter. FIG. 10 shows changes in the cylinder volume Vcyl (θ), the pre-after-injection spray occupation volume Vfuel, the remaining air volume Vair (θ), and the after-injection spray volume Vafter with respect to the crank angle.

この図10からも判るように、筒内容積Vcyl(θ)はピストン13の圧縮上死点(TDC)では最も小さく、ピストン13が下死点に向かって移動していくに従って(クランク角度が進んでいくに従って)次第に大きくなっていく。   As can be seen from FIG. 10, the in-cylinder volume Vcyl (θ) is the smallest at the compression top dead center (TDC) of the piston 13, and the crank angle advances as the piston 13 moves toward the bottom dead center. It grows gradually as you go).

以上のようにしてアフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel及び筒内容積Vcyl(θ)を算出した後、ステップST4に移り、上記筒内容積Vcyl(θ)からアフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelを減算することで(Vcyl(θ)−Vfuel)、残存空気体積Vair(θ)を算出する。この残存空気体積Vair(θ)は、上記メイン噴射等で噴射された燃料の燃焼に寄与していない空気が残存する空間の体積である。   After calculating the pre-after-injection spray occupied volume Vfuel and the in-cylinder volume Vcyl (θ) as described above, the process proceeds to step ST4, and the pre-after-injection spray occupied volume Vfuel is subtracted from the in-cylinder volume Vcyl (θ). (Vcyl (θ) −Vfuel) to calculate the remaining air volume Vair (θ). This remaining air volume Vair (θ) is the volume of the space in which air that does not contribute to the combustion of the fuel injected by the main injection or the like remains.

図10からも判るように、この残存空気体積Vair(θ)は、ピストン13が下死点に向かって移動していくに従って、つまり上記筒内容積Vcyl(θ)が大きくなっていくに従って次第に大きくなっていく。また、上述した如く、アフタ噴射前噴霧体積Vfuelを有する噴霧が燃焼室3内の比較的外周側の空間を占有していることに伴い、この残存空気体積Vair(θ)を有する空気は燃焼室3内の中央部の空間を占有している。   As can be seen from FIG. 10, the remaining air volume Vair (θ) gradually increases as the piston 13 moves toward the bottom dead center, that is, as the in-cylinder volume Vcyl (θ) increases. It will become. Further, as described above, as the spray having the spray volume Vfuel before after injection occupies the space on the relatively outer peripheral side in the combustion chamber 3, the air having the remaining air volume Vair (θ) becomes the combustion chamber. 3 occupies a central space.

また、ステップST5では、アフタ噴射噴霧体積Vafterを算出する。このアフタ噴射噴霧体積Vafterは、アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射の実行終了時(アフタ噴射の噴き終わり時)におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室3内の空間を占有する体積である。このアフタ噴射噴霧体積Vafterも上記式(1)〜式(4)から算出することが可能である。また、図9に示す噴霧体積マップからアフタ噴射噴霧体積Vafterを求めることも可能である。   In step ST5, the after spray volume Vafter is calculated. When it is assumed that after-injection has been executed, this after-injection spray volume Vafter indicates that fuel spray injected by this after-injection at the end of execution of the after-injection (at the end of after-injection) It is the volume that occupies the space. This after-injection spray volume Vafter can also be calculated from the above formulas (1) to (4). Moreover, it is also possible to obtain the after-injection spray volume Vafter from the spray volume map shown in FIG.

このアフタ噴射で噴射される燃料はペネトーレーション(貫徹力)が比較的小さいため(メイン噴射での噴射量に比べて噴射量が少ないためペネトーレーションは小さくなっている)、燃焼室3内の中央部に存在することになる。つまり、上記残存空気体積Vair(θ)を有する空気が存在している空間と略重なり合うようにアフタ噴射での燃料が供給されることになる。   The fuel injected by this after injection has a relatively small penetration (penetration), so the penetration is small because the injection amount is smaller than the injection amount in the main injection). Will exist in the center of the. That is, the fuel in the after injection is supplied so as to substantially overlap the space where the air having the residual air volume Vair (θ) exists.

そして、ステップST6では、アフタ噴射の噴射時期を算出する。具体的には、上記ステップST4で算出された残存空気体積Vair(θ)が上記ステップST5で算出されたアフタ噴射噴霧体積Vafter以上になった時点(Vair(θ)≧Vafter)をアフタ噴射の噴射時期として算出する。図10にあっては、ピストン13の圧縮上死点(TDC)からクランク角度が進むに従って拡大していく残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafterに一致した時点(図中のタイミングT1)がアフタ噴射の噴射時期として求められることになる。   In step ST6, the injection timing of after injection is calculated. Specifically, when the remaining air volume Vair (θ) calculated in step ST4 becomes equal to or greater than the after-injection spray volume Vafter calculated in step ST5 (Vair (θ) ≧ Vafter), the injection of after-injection Calculate as time. In FIG. 10, when the remaining air volume Vair (θ) that expands as the crank angle advances from the compression top dead center (TDC) of the piston 13 coincides with the after-injection spray volume Vafter (timing T1 in the figure). ) Is obtained as the injection timing of the after injection.

より具体的には、アフタ噴射は、メイン噴射の実行後に所定インターバル(インジェクタ23の応答性(開閉動作の速さ)によって決定されるインターバル(燃料噴射禁止期間))を経過した後に実行されるため、このアフタ噴射の噴射時期としては、このインターバルの経過後であって、且つ残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上になったタイミングとして算出される。言い換えると、上記所定インターバルを経過した時点、及び、残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上になった時点のうちの遅い方の時点としてアフタ噴射の噴射時期は算出されることになる。   More specifically, after-injection is executed after elapse of a predetermined interval (interval determined by the responsiveness of the injector 23 (speed of opening / closing operation) (fuel injection inhibition period)) after execution of main injection. The injection timing of this after injection is calculated as the timing after the elapse of this interval and the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. In other words, the injection timing of the after injection is calculated as the later time of the time when the predetermined interval has passed and the time when the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after-injection spray volume Vafter. Become.

このようにしてアフタ噴射の噴射時期を算出した後、ステップST7では、現在のクランク回転角度がアフタ噴射の噴射時期(ステップST6で算出されたアフタ噴射の噴射時期)となったか否かを判定する。未だクランク回転角度がアフタ噴射の噴射時期に達しておらずステップST7でNO判定された場合には、クランク回転角度がアフタ噴射の噴射時期に達するのを待つ。そして、クランク回転角度がアフタ噴射の噴射時期に達し、ステップST7でYES判定されると、ステップST8に移り、アフタ噴射を実行する。   After calculating the injection timing of after injection in this way, in step ST7, it is determined whether or not the current crank rotation angle has become the injection timing of after injection (the injection timing of after injection calculated in step ST6). . If the crank rotation angle has not yet reached the injection timing of the after injection and it is determined NO in step ST7, it waits for the crank rotation angle to reach the injection timing of the after injection. When the crank rotation angle reaches the injection timing of after injection and YES is determined in step ST7, the process proceeds to step ST8, and after injection is executed.

以上のような動作が各気筒の燃焼行程毎に実行されていく。   The operation as described above is executed for each combustion stroke of each cylinder.

このようにしてアフタ噴射の噴射時期が設定されるため、アフタ噴射での噴霧の略全量が筒内の残存空気(上記「残存空気体積Vair(θ)」の空気)を利用可能となる。つまり、アフタ噴射が実行されるまでに筒内に噴射された燃料の燃焼場の体積である上記「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」の空間にアフタ噴射での噴霧が及ぶことがなく、このアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼場での酸素不足は生じず、このアフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されることになる。その結果、アフタ噴射で噴射された燃料により発生するトルクによって、上記要求トルクを得ることができ、且つメイン噴射及びアフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されて排気エミッションの改善を図ることができる。   Since the injection timing of the after injection is set in this way, substantially the entire amount of the spray in the after injection can use the remaining air in the cylinder (the air having the “residual air volume Vair (θ)”). In other words, the after-injection spray does not reach the space of the “pre-after-injection spray occupied volume Vfuel”, which is the volume of the combustion field of the fuel injected into the cylinder before the after-injection is executed. Oxygen deficiency in the combustion field of the fuel injected by injection does not occur, and the generation of soot due to this after injection is suppressed. As a result, the required torque can be obtained by the torque generated by the fuel injected by the after injection, and the generation of soot due to the main injection and the after injection is suppressed, and the exhaust emission can be improved. .

また、上述した如く、上記所定インターバルの経過後であって、且つ残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上になった時点としてアフタ噴射の噴射時期は算出される。つまり、これら両条件が成立する期間の最も進角側でアフタ噴射は実行される。このため、アフタ噴射における単位燃料噴射量に対するトルク発生量(トルクへの変換効率)を高く確保することができ、アフタ噴射の実行による燃料消費率の悪化を最小限に抑えることができる。尚、本発明の技術的思想は、これに限定されるものではなく、残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上にある期間にアフタ噴射を実行すればSoot発生量の低減効果を得ることができるので、この期間の何れのタイミングでアフタ噴射が実行されても本発明の技術的思想の範疇に含まれる。   Further, as described above, the injection timing of the after injection is calculated after the elapse of the predetermined interval and when the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. That is, after injection is executed on the most advanced side of the period in which both of these conditions are satisfied. For this reason, it is possible to secure a high torque generation amount (conversion efficiency to torque) with respect to the unit fuel injection amount in the after injection, and it is possible to minimize the deterioration of the fuel consumption rate due to the execution of the after injection. Note that the technical idea of the present invention is not limited to this, and the effect of reducing the generation of soot can be achieved by performing after injection during a period in which the remaining air volume Vair (θ) is equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. Therefore, even if after injection is executed at any timing during this period, it is included in the scope of the technical idea of the present invention.

尚、アフタ噴射での噴射量が比較的多く設定された場合(メイン噴射での噴射量が大きく制限されたことに伴ってアフタ噴射での噴射量が多く設定された場合)、1回のアフタ噴射で、その噴射量を噴射した場合には燃料のペネトーレーションが大きくなり、既に燃焼に使用された空間(燃焼室13内の外周側の空間)にアフタ噴射の噴霧が及んでしまう可能性がある。つまり、上記残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter(1回のアフタ噴射を実行した場合のアフタ噴射噴霧体積Vafter)以上にならない可能性がある。このため、この場合には、アフタ噴射を複数回の分割噴射(以下、それぞれを「分割アフタ噴射」と呼ぶ)とし、これら分割アフタ噴射の噴射タイミングを上述したアフタ噴射実行タイミング制御によって設定することになる。例えば、2回の分割アフタ噴射が実行される場合、第2回目の分割アフタ噴射の噴射タイミングを設定するに当たっては、第1回目の分割アフタ噴射で噴射された燃料の噴霧の体積を上記アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelとして扱って第2回目の分割アフタ噴射の噴射タイミングを設定することになる。   When the after-injection amount is set relatively large (when the main-injection amount is largely limited, the after-injection amount is set large), one after When the injection amount is injected, the fuel penetration increases, and the after-injection spray may reach the space already used for combustion (the outer space in the combustion chamber 13). There is. That is, the residual air volume Vair (θ) may not be equal to or greater than the after-injection spray volume Vafter (the after-injection spray volume Vafter when one after-injection is executed). Therefore, in this case, the after injection is divided into a plurality of divided injections (hereinafter referred to as “divided after injection”), and the injection timing of these divided after injections is set by the above-described after injection execution timing control. become. For example, when two split after injections are executed, when setting the injection timing of the second split after injection, the volume of the fuel spray injected in the first split after injection is set to the above after injection. The injection timing of the second divided after injection is set by treating it as the pre-spray occupied volume Vfuel.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。この第2実施形態におけるアフタ噴射実行タイミング制御では、メイン噴射の実行に伴う燃料噴射圧力の変動(脈動)を考慮してアフタ噴射実行タイミングを設定するようにしている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the after injection execution timing control in the second embodiment, the after injection execution timing is set in consideration of the fluctuation (pulsation) of the fuel injection pressure accompanying the execution of the main injection.

この第2実施形態におけるアフタ噴射実行タイミング制御の概略について説明すると、上述した第1実施形態の場合と同様に、上記「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」、「筒内容積Vcyl(θ)」、「残存空気体積Vair(θ)」をクランク角度毎に算出する。また、メイン噴射の実行に伴う燃料噴射圧力の変動を考慮して「燃料噴射圧力Pcyl(θ)」をクランク角度毎に算出する。そして、この「燃料噴射圧力Pcyl(θ)」に基づき、アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射の実行終了時(アフタ噴射の噴き終わり時)におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室3内の空間を占有する体積である「アフタ噴射噴霧体積Vafter」を算出し、上記「残存空気体積Vair(θ)」が、上記「アフタ噴射噴霧体積Vafter」以上に達した時点でインジェクタ23からのアフタ噴射を実行するようにしている。   The outline of the after injection execution timing control in the second embodiment will be described. As in the case of the first embodiment described above, the “spray occupied volume Vfuel before after injection”, “in-cylinder volume Vcyl (θ)”, The “remaining air volume Vair (θ)” is calculated for each crank angle. In addition, “fuel injection pressure Pcyl (θ)” is calculated for each crank angle in consideration of fluctuations in fuel injection pressure accompanying the execution of main injection. When it is assumed that after-injection has been executed based on this “fuel injection pressure Pcyl (θ)”, the fuel injected by this after-injection at the end of execution of the after-injection (at the end of after-injection) The “after injection spray volume Vafter”, which is the volume that occupies the space in the combustion chamber 3, was calculated, and the “residual air volume Vair (θ)” reached the “after injection spray volume Vafter” or more. At the time, after injection from the injector 23 is executed.

以下、本実施形態におけるアフタ噴射実行タイミング制御について具体的に説明する。図11は、このアフタ噴射実行タイミング制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートも、各気筒の燃焼行程が実施される度に実行され、その燃焼行程でアフタ噴射が実施される場合にそのアフタ噴射実行タイミングを算出し、その算出結果に従ってアフタ噴射を実行するようになっている。   Hereinafter, after injection execution timing control in the present embodiment will be specifically described. FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the after injection execution timing control. This flowchart is also executed every time the combustion stroke of each cylinder is performed. When after injection is performed in the combustion stroke, the after injection execution timing is calculated, and the after injection is executed according to the calculation result. It has become.

ステップST1の判定動作(アフタ噴射実行要求が有るか否かの判定動作)、ステップST2〜ステップST4の算出動作(アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelの算出動作、筒内容積Vcyl(θ)の算出動作、残存空気体積Vair(θ)の算出動作)は、上述した第1実施形態のものと同様であるため、ここでの説明は省略する。   Determination operation of step ST1 (determination operation of whether there is an after injection execution request), calculation operation of step ST2 to step ST4 (calculation operation of spray occupied volume Vfuel before after injection, calculation operation of in-cylinder volume Vcyl (θ) The calculation operation of the residual air volume Vair (θ) is the same as that of the first embodiment described above, and the description thereof is omitted here.

ステップST10では、メイン噴射の実行に伴う燃料噴射圧力の変動を考慮して「燃料噴射圧力Pcyl(θ)」をクランク角度毎に算出する。   In step ST10, “fuel injection pressure Pcyl (θ)” is calculated for each crank angle in consideration of fluctuations in the fuel injection pressure accompanying the execution of main injection.

図12は、メイン噴射の実行に伴う燃料噴射圧力の変動(脈動)状態の一例を示している。この図12に示すように、インジェクタ23内のニードルの後退移動によって噴孔が開放されてメイン噴射が行われている状態からニードルの前進移動によって噴孔が閉鎖(インジェクタ閉弁)されて燃料噴射が停止されると、インジェクタ23内の燃料に圧力変動が生じる。この圧力変動は、上記目標レール圧(指令噴射圧)を中心圧として上昇及び下降を繰り返し、時間の経過に伴って上記目標レール圧に収束していくことになる。このため、燃料圧力が目標レール圧よりも高くなっているタイミングでアフタ噴射が行われると、アフタ噴射噴霧体積Vafterは規定量(目標レール圧で噴射した場合の噴霧体積)よりも大きくなる。逆に、燃料圧力が目標レール圧よりも低くなっているタイミングでアフタ噴射が行われると、アフタ噴射噴霧体積Vafterは規定量よりも小さくなる。   FIG. 12 shows an example of a fluctuation (pulsation) state of the fuel injection pressure accompanying the execution of the main injection. As shown in FIG. 12, the injection hole is closed (injector valve closed) by the forward movement of the needle from the state in which the injection hole is opened by the backward movement of the needle in the injector 23 and the main injection is performed, and the fuel injection is performed. When is stopped, pressure fluctuation occurs in the fuel in the injector 23. This pressure fluctuation repeatedly rises and falls with the target rail pressure (command injection pressure) as the central pressure, and converges to the target rail pressure with the passage of time. For this reason, if after-injection is performed at the timing when the fuel pressure is higher than the target rail pressure, the after-injection spray volume Vafter becomes larger than the specified amount (spray volume when injected at the target rail pressure). Conversely, when the after injection is performed at the timing when the fuel pressure is lower than the target rail pressure, the after injection spray volume Vafter becomes smaller than the specified amount.

図13(a)は、本実施形態における筒内容積Vcyl(θ)、アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel、残存空気体積Vair(θ)、アフタ噴射噴霧体積Vafterの変化を示す図である。また、図13(b)は、メイン噴射の終了直後の所定期間における残存空気体積Vair(θ)及びアフタ噴射噴霧体積Vafterの変化を拡大して示す図である。この図13に示すように、メイン噴射の終了直後の所定期間にあっては、燃料圧力の変動により、アフタ噴射噴霧体積Vafterが残存空気体積Vair(θ)に対して大きくなる状態と小さくなる状態とが繰り返されることになる。   FIG. 13A is a diagram illustrating changes in the in-cylinder volume Vcyl (θ), the pre-after-injection spray occupation volume Vfuel, the remaining air volume Vair (θ), and the after-injection spray volume Vafter in the present embodiment. FIG. 13B is an enlarged view showing changes in the remaining air volume Vair (θ) and the after-injection spray volume Vafter in a predetermined period immediately after the end of the main injection. As shown in FIG. 13, in the predetermined period immediately after the end of the main injection, the after-injection spray volume Vafter becomes larger and smaller than the remaining air volume Vair (θ) due to fluctuations in fuel pressure. Will be repeated.

ステップST5では、このような燃料圧力の変動を考慮し、アフタ噴射噴霧体積Vafterを算出する。つまり、アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射の実行終了時(アフタ噴射の噴き終わり時)におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料が燃焼室3内の空間を占有する体積としてアフタ噴射噴霧体積Vafterを算出する。より具体的には、インジェクタ23の内部に圧力センサを設置し、このインジェクタ23の内部、つまり、燃料圧力を圧力センサによってモニタする。そして、クランク角度毎に取得される燃料圧力に基づいて、上記式(1)〜式(4)または上記噴霧体積マップからアフタ噴射噴霧体積Vafterを求める。   In step ST5, the after-injection spray volume Vafter is calculated in consideration of such a change in fuel pressure. That is, when it is assumed that after-injection has been executed, the volume of fuel injected by this after-injection at the end of execution of the after-injection (at the end of after-injection injection) occupies the space in the combustion chamber 3 The spray spray volume Vafter is calculated. More specifically, a pressure sensor is installed inside the injector 23, and the inside of the injector 23, that is, the fuel pressure is monitored by the pressure sensor. Then, based on the fuel pressure acquired for each crank angle, the after injection spray volume Vafter is obtained from the above formulas (1) to (4) or the spray volume map.

そして、ステップST6では、アフタ噴射の噴射時期を算出する。具体的には、上記残存空気体積Vair(θ)が上記アフタ噴射噴霧体積Vafter以上になった時点(Vair(θ)≧Vafter)をアフタ噴射の噴射時期として算出する。図13(b)にあっては、ピストン13の圧縮上死点(TDC)からクランク角度が進むに従って拡大していく残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafterに一致した時点(図中のタイミングT2)がアフタ噴射の噴射時期として求められることになる。   In step ST6, the injection timing of after injection is calculated. Specifically, the time (Vair (θ) ≧ Vafter) when the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after-injection spray volume Vafter is calculated as the after-injection injection timing. In FIG. 13B, when the remaining air volume Vair (θ) that expands as the crank angle advances from the compression top dead center (TDC) of the piston 13 coincides with the after-injection spray volume Vafter (in the figure). This timing T2) is obtained as the after injection timing.

より具体的には、上述した如く、アフタ噴射は、メイン噴射の実行後に所定インターバル(インジェクタ23の応答性(開閉動作の速さ)によって決定されるインターバル(燃料噴射禁止期間))を経過した後に実行されるため、このアフタ噴射の噴射時期としては、このインターバルの経過後であって、且つ残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上になったタイミングとして算出される。言い換えると、上記所定インターバルを経過した時点、及び、残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上になった時点のうちの遅い方の時点としてアフタ噴射の噴射時期は算出されることになる。例えば、図13(b)において燃料噴射禁止期間の終了時点が図中のタイミングT2よりも進角側(TDC側)であった場合には、図中のタイミングT2がアフタ噴射の噴射時期として求められるのに対し、燃料噴射禁止期間の終了時点が図中のタイミングT3であった場合には、図中のタイミングT4がアフタ噴射の噴射時期として求められることになる。   More specifically, as described above, after injection, after execution of the main injection, a predetermined interval (an interval determined by the response of the injector 23 (speed of opening / closing operation) (fuel injection prohibition period)) has elapsed. Since it is executed, the injection timing of the after injection is calculated as the timing after the elapse of this interval and the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. In other words, the injection timing of the after injection is calculated as the later time of the time when the predetermined interval has passed and the time when the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after-injection spray volume Vafter. Become. For example, in FIG. 13B, when the end point of the fuel injection prohibition period is on the advance side (TDC side) from the timing T2 in the figure, the timing T2 in the figure is obtained as the injection timing of the after injection. On the other hand, when the end point of the fuel injection prohibition period is the timing T3 in the drawing, the timing T4 in the drawing is obtained as the injection timing of the after injection.

このようにしてアフタ噴射の噴射時期を算出した後、ステップST7では、現在のクランク回転角度がアフタ噴射の噴射時期(ステップST6で算出されたアフタ噴射の噴射時期)となったか否かを判定する。未だクランク回転角度がアフタ噴射の噴射時期に達しておらずステップST7でNO判定された場合には、クランク回転角度がアフタ噴射の噴射時期に達するのを待つ。そして、クランク回転角度がアフタ噴射の噴射時期に達し、ステップST7でYES判定されると、ステップST8に移り、アフタ噴射を実行する。   After calculating the injection timing of after injection in this way, in step ST7, it is determined whether or not the current crank rotation angle has become the injection timing of after injection (the injection timing of after injection calculated in step ST6). . If the crank rotation angle has not yet reached the injection timing of the after injection and it is determined NO in step ST7, it waits for the crank rotation angle to reach the injection timing of the after injection. When the crank rotation angle reaches the injection timing of after injection and YES is determined in step ST7, the process proceeds to step ST8, and after injection is executed.

以上のような動作が各気筒の燃焼行程毎に実行されていく。   The operation as described above is executed for each combustion stroke of each cylinder.

このようにしてアフタ噴射の噴射時期が設定されるため、本実施形態にあっても、アフタ噴射での噴霧の略全量が筒内の残存空気(上記「残存空気体積Vair(θ)」の空気)を利用可能となる。つまり、アフタ噴射が実行されるまでに筒内に噴射された燃料の燃焼場の体積である上記「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」の空間にアフタ噴射での噴霧が及ぶことがなく、このアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼場での酸素不足は生じず、このアフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されることになる。その結果、アフタ噴射で噴射された燃料により発生するトルクによって、上記要求トルクを得ることができ、且つメイン噴射及びアフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されて排気エミッションの改善を図ることができる。   Since the injection timing of the after injection is set in this way, even in the present embodiment, substantially the entire amount of the spray in the after injection is the remaining air in the cylinder (the air of the “residual air volume Vair (θ)”). ) Will be available. In other words, the after-injection spray does not reach the space of the “pre-after-injection spray occupied volume Vfuel”, which is the volume of the combustion field of the fuel injected into the cylinder before the after-injection is executed. Oxygen deficiency in the combustion field of the fuel injected by injection does not occur, and the generation of soot due to this after injection is suppressed. As a result, the required torque can be obtained by the torque generated by the fuel injected by the after injection, and the generation of soot due to the main injection and the after injection is suppressed, and the exhaust emission can be improved. .

また、本実施形態では、メイン噴射の実行に伴う燃料噴射圧力の変動(脈動)を考慮しているため、よりいっそう高い精度でアフタ噴射噴霧体積Vafterを算出することが可能になり、Sootの発生の抑制に加えて、燃料の壁面付着(シリンダボア壁面への付着)を確実に防止することもできる。   Further, in the present embodiment, since the fluctuation (pulsation) of the fuel injection pressure accompanying the execution of the main injection is taken into account, it becomes possible to calculate the after injection spray volume Vafter with higher accuracy, and the generation of soot. In addition to the suppression of the above, it is possible to reliably prevent fuel from adhering to the wall surface (adhering to the cylinder bore wall surface).

また、本実施形態にあっても、上記所定インターバルの経過後であって、且つ残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上になった時点としてアフタ噴射の噴射時期は算出される。このため、アフタ噴射における単位燃料噴射量に対するトルク発生量(トルクへの変換効率)を高く確保することができ、アフタ噴射の実行による燃料消費率の悪化を最小限に抑えることができる。   Also in the present embodiment, the injection timing of the after injection is calculated as the time point after the elapse of the predetermined interval and the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. For this reason, it is possible to secure a high torque generation amount (conversion efficiency to torque) with respect to the unit fuel injection amount in the after injection, and it is possible to minimize the deterioration of the fuel consumption rate due to the execution of the after injection.

尚、本実施形態にあっても、アフタ噴射を複数回に分割する場合には、各分割アフタ噴射の噴射タイミングを上述したアフタ噴射実行タイミング制御によって設定することになる。この場合も、2回の分割アフタ噴射が実行される場合、第2回目の分割アフタ噴射の噴射タイミングを設定するに当たっては、第1回目の分割アフタ噴射で噴射された燃料の噴霧の体積を上記アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelとして扱って第2回目の分割アフタ噴射の噴射タイミングを設定することになる。   Even in the present embodiment, when the after injection is divided into a plurality of times, the injection timing of each divided after injection is set by the above-described after injection execution timing control. Also in this case, when two split after injections are executed, in setting the injection timing of the second split after injection, the volume of the fuel spray injected in the first split after injection is the above The injection timing of the second divided after injection is set by treating it as the spray occupation volume Vfuel before after injection.

−他の実施形態−
以上説明した各実施形態では、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
-Other embodiments-
In each embodiment described above, the case where the present invention is applied to an in-line four-cylinder diesel engine mounted on an automobile has been described. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, etc.) are not particularly limited.

また、上記各実施形態では、マニバータ77として、NSR触媒75及びDPNR触媒76を備えたものとしたが、NSR触媒75及びDPF(Diesel Paticulate Filter)を備えたものとしてもよい。   In each of the above embodiments, the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 are provided as the manipulator 77, but the NSR catalyst 75 and a DPF (Diesel Particle Filter) may be provided.

また、上記各実施形態では、エンジン1の燃焼行程において各フローチャート(第1実施形態における図7、第2実施形態における図11)のルーチンを実行するようにしていた。本発明は、これに限らず、予め上記ROM102に記憶された制御マップのマップ値に従ってアフタ噴射の噴射タイミングを設定するようにしてもよい。例えば、アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel、筒内容積Vcyl(θ)、残存空気体積Vair(θ)、アフタ噴射噴霧体積Vafterを、エンジン1の諸元やエンジン回転数等のパラメータに従って求める各種マップを上記ROM102に記憶させておき、エンジン1の運転状態等から各マップ値を読み出してアフタ噴射の噴射タイミングを設定するようにしたものである。   In each of the above embodiments, the routine of each flowchart (FIG. 7 in the first embodiment and FIG. 11 in the second embodiment) is executed in the combustion stroke of the engine 1. The present invention is not limited to this, and the after-injection injection timing may be set according to the map value of the control map stored in advance in the ROM 102. For example, various maps for obtaining the pre-after-injection spray occupation volume Vfuel, the cylinder volume Vcyl (θ), the remaining air volume Vair (θ), and the after-injection spray volume Vafter according to parameters such as the specifications of the engine 1 and the engine speed The map is stored in the ROM 102, and each map value is read from the operating state of the engine 1 and the after injection timing is set.

また、上記第2実施形態では、圧力センサによってインジェクタ23の内部圧力を検出するようにしたが、上記レール圧センサ41によって検出されたレール内圧によってインジェクタ23の内部圧力を推定してアフタ噴射噴霧体積Vafterを算出するようにしてもよい。または、メイン噴射実行時における燃料噴射圧力と、このメイン噴射での開弁期間とをパラメータとする燃料噴射圧力マップ(変動する燃料噴射圧力の値をクランク角度毎に取得可能なマップ)を上記ROM102に記憶させておき、この燃料噴射圧力マップから各クランク角度毎の燃料噴射圧力を取得するようにしてもよい。   In the second embodiment, the internal pressure of the injector 23 is detected by the pressure sensor. However, the internal pressure of the injector 23 is estimated by the rail internal pressure detected by the rail pressure sensor 41, and the after injection spray volume. Vafter may be calculated. Alternatively, a fuel injection pressure map (a map in which the value of the fluctuating fuel injection pressure can be acquired for each crank angle) using the fuel injection pressure at the time of main injection execution and the valve opening period in the main injection as parameters is the ROM 102. The fuel injection pressure for each crank angle may be acquired from this fuel injection pressure map.

更に、上記各実施形態では、アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuelを、燃焼室3内の外周部を占有する体積とし、残存空気体積Vair(θ)及びアフタ噴射噴霧体積Vafterを、燃焼室3内の中央部を占有する体積として説明した。本発明はこれに限らず、メイン噴射等で噴射された燃料の噴霧が燃焼室3内のスワール流によって周方向に流れる場合に、各噴霧同士の間の空間(上記実施形態の場合には8箇所に生成される噴霧同士の間の空間)を残存空気体積Vair(θ)及びアフタ噴射噴霧体積Vafterが占有するものとして扱うようにしてもよい。   Further, in each of the above embodiments, the spray occupation volume Vfuel before after injection is set to a volume that occupies the outer peripheral portion in the combustion chamber 3, and the remaining air volume Vair (θ) and the after injection spray volume Vafter are set in the combustion chamber 3. It was described as a volume occupying the central part. The present invention is not limited to this, and when the fuel spray injected by the main injection or the like flows in the circumferential direction by the swirl flow in the combustion chamber 3, the space between the sprays (8 in the above embodiment) The space between the sprays generated at the location) may be handled as occupied by the remaining air volume Vair (θ) and the after spray spray volume Vafter.

本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて、要求トルクが達成でき、且つSoot発生量を許容量以下に抑えることを可能にするアフタ噴射の噴射タイミング制御に適用することが可能である。   The present invention relates to after-injection injection timing control that enables a required torque to be achieved and a soot generation amount to be kept below an allowable amount in a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder diesel engine mounted on an automobile. It is possible to apply.

1 エンジン(内燃機関)
13b キャビティ
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
3 燃焼室
100 ECU
Vfuel アフタ噴射前噴霧占有体積
Vcyl(θ) 筒内容積
Vair(θ) 残存空気体積
Vafter アフタ噴射噴霧体積
1 engine (internal combustion engine)
13b Cavity 23 Injector (fuel injection valve)
3 Combustion chamber 100 ECU
Vfuel Vapor spray volume before injection Vcyl (θ) Cylinder volume Vair (θ) Residual air volume Vafter After spray volume

−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の1サイクル中に、燃料噴射弁から、トルク発生のための燃料噴射であるメイン噴射と、このメイン噴射の実行後に行われる燃料噴射であるアフタ噴射とを含む複数回の燃料噴射が実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、上記メイン噴射の噴射量を、燃焼室内での燃焼に伴って発生するSoot量が予め設定されたSoot発生許容量以下となる量に設定する一方、アフタ噴射の噴射量を、上記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼により発生するトルクと、内燃機関に要求されているトルクとの差である不足分のトルクを得るための量として設定している。また、アフタ噴射前噴霧占有体積算出手段、残存空気体積算出手段、アフタ噴射噴霧体積算出手段、アフタ噴射許可手段を備えさせている。アフタ噴射前噴霧占有体積算出手段は、上記アフタ噴射が実行されるまでに、このアフタ噴射と同一サイクル中に燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧が燃焼室内の空間を占有する体積である「アフタ噴射前噴霧占有体積」をクランク角度毎に算出する。残存空気体積算出手段は、各クランク角度毎に算出された「筒内容積」から、それに対応する各クランク角度毎の上記「アフタ噴射前噴霧占有体積」を減算することにより、クランク角度毎の「残存空気体積」を算出する。アフタ噴射噴霧体積算出手段は、各クランク角度毎に、そのクランク角度で上記アフタ噴射を実行したと仮定した場合のそれらアフタ噴射それぞれのアフタ噴射実行終了時におけるその燃料の噴霧が燃焼室内の空間を占有する体積である「アフタ噴射噴霧体積」をそれぞれ算出する。アフタ噴射許可手段は、上記残存空気体積算出手段により算出されたクランク角度の「残存空気体積」上記アフタ噴射噴霧体積算出手段により算出された上記各仮定のアフタ噴射それぞれの「アフタ噴射噴霧体積」とを比較し、上記「残存空気体積」が上記「アフタ噴射噴霧体積」以上となる上記仮定されたアフタ噴射の実行タイミングでのアフタ噴射を許可する。
-Solution-
Specifically, according to the present invention, during one cycle of the internal combustion engine, the fuel injection valve performs main injection, which is fuel injection for generating torque, and after injection, which is fuel injection performed after execution of the main injection. A fuel injection control device for a compression self-ignition internal combustion engine capable of performing a plurality of fuel injections is included. For the fuel injection control device of the internal combustion engine, the injection amount of the main injection is set to an amount in which the soot amount generated by combustion in the combustion chamber is equal to or less than a preset soot generation allowable amount. The injection amount of the injection is set as an amount for obtaining a shortage torque that is a difference between the torque generated by the combustion of the fuel injected by the main injection and the torque required for the internal combustion engine. Further, a spray occupied volume calculating means, a remaining air volume calculating means, an after injection spray volume calculating means, and an after injection permitting means are provided. The pre-after-injection spray occupancy volume calculating means is a volume in which the fuel spray injected from the fuel injection valve during the same cycle as the after-injection occupies the space in the combustion chamber before the after-injection is executed. “Spray occupied volume before after injection” is calculated for each crank angle. The residual air volume calculation means subtracts the “spray occupancy volume before after injection” for each crank angle from the “in-cylinder volume” calculated for each crank angle, thereby obtaining “ “Remaining air volume” is calculated. The after-injection spray volume calculating means calculates the fuel spray in the space in the combustion chamber at the end of each after- injection execution assuming that the above-mentioned after-injection is executed at each crank angle. is the volume occupied "after injection spray volume" a calculated, respectively. The after-injection permission means includes a "remaining air volume" of the crank angle calculated by the remaining air volume calculating means and an "after-injection spray volume" for each of the assumed after-injections calculated by the after-injection spray volume calculating means. And after injection at the execution timing of the assumed after injection in which the “remaining air volume” is equal to or greater than the “after injection spray volume”.

この特定事項により、メイン噴射の実行後に行われるアフタ噴射は、上記「残存空気体積」が上記「アフタ噴射噴霧体積」以上となるように許可される。このタイミングでアフタ噴射が実行されると、このアフタ噴射での噴霧の略全量が筒内の残存空気(上記「残存空気体積」の空気)を利用可能となる。つまり、アフタ噴射が実行されるまでに筒内に噴射された燃料の燃焼場の体積である上記「アフタ噴射前噴霧占有体積」の空間にアフタ噴射での噴霧が及ぶことがなく、このアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼場での酸素不足は生じず、その結果、このアフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されることになる。 By this specific matter, after injection performed after execution of main injection is permitted such that the “remaining air volume” is equal to or greater than the “after injection spray volume”. When after-injection is executed at this timing, substantially the entire amount of spray in this after-injection can use the remaining air in the cylinder (the “remaining air volume” air). In other words, the after-injection spray does not reach the space of the “pre-after-injection spray occupied volume”, which is the volume of the combustion field of the fuel injected into the cylinder until after-injection is executed. Oxygen shortage does not occur in the combustion field of the fuel injected at, and as a result, the generation of soot due to this after injection is suppressed.

また、メイン噴射で噴射された燃料に起因するSoot発生量を許容量以下に抑えながらも、アフタ噴射で噴射された燃料により発生するトルクによって、内燃機関に要求されているトルクを得ることができる。また、上述したように、アフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されているため、内燃機関の性能の確保と排気エミッションの改善とを両立することが可能となる。 In addition , the torque required for the internal combustion engine can be obtained by the torque generated by the fuel injected by the after injection while suppressing the amount of soot generated due to the fuel injected by the main injection below the allowable amount. . Further, as described above, since the generation of soot due to after-injection is suppressed, it is possible to ensure both the performance of the internal combustion engine and the improvement of exhaust emission.

実際にアフタ噴射が実行されるタイミングとしては、上記メイン噴射の終了後に設定される燃料噴射禁止期間の経過後であって、上記「残存空気体積」が上記「アフタ噴射噴霧体積」以上となる上記仮定されたアフタ噴射の実行タイミングで実行される。つまり、燃料噴射弁の応答性(開閉動作の速さ)によって決定される上記燃料噴射禁止期間を考慮し、この燃料噴射禁止期間の経過後で、且つ「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」以上となるタイミングでアフタ噴射が実行されることになる。 The timing is actually after-injection is executed, even after elapse of the fuel injection prohibition period set after completion of the main injection, the "residual air volume" is the "after-injection spray volume" or the It is executed at the assumed execution timing of after injection . That is, in consideration of the fuel injection prohibition period determined by the responsiveness of the fuel injection valve (the speed of the opening / closing operation), after the fuel injection prohibition period has elapsed, the “remaining air volume” becomes “after injection spray volume” so that the after-injection is executed at the timing when the "or more.

メイン噴射の終了後に発生する燃料圧力の変動を考慮した構成として以下のものが挙げられる。つまり、上記アフタ噴射噴霧体積算出手段が、メイン噴射の実行に伴う燃料圧力の変動に基づいて、上記各仮定されたアフタ噴射毎に上記「アフタ噴射噴霧体積」を算出する構成としている。 The following can be cited as a configuration that takes into account fluctuations in fuel pressure that occur after the end of main injection. That is, the after-injection spray volume calculating means calculates the “after-injection spray volume” for each assumed after-injection based on the fluctuation of the fuel pressure accompanying the execution of the main injection.

より具体的には、上記アフタ噴射噴霧体積算出手段が、上記メイン噴射の終了後において変動する燃料噴射弁内部の燃料圧力に基づいて、上記各仮定されたアフタ噴射毎に上記「アフタ噴射噴霧体積」を算出する構成としている。 More specifically, the after-injection spray volume calculation means calculates the “after-injection spray volume” for each assumed after-injection based on the fuel pressure inside the fuel injection valve that fluctuates after the end of the main injection. ] Is calculated.

メイン噴射の終了後に発生する燃料圧力の変動によりクランク角度毎の「アフタ噴射噴霧体積」も変動することになる。つまり、「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」以上となる状態と、逆に「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」未満となる状態とが交互に発生する可能性がある。そして、「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」未満となる状態でアフタ噴射を実行してしまうと、このアフタ噴射で噴射された燃料が上記「アフタ噴射前噴霧占有体積」の空間に及んでしまってSootの発生量が増大してしまう可能性がある。このため、このように「アフタ噴射噴霧体積」が変動する状況においては、メイン噴射の終了後に発生する燃料圧力の変動を考慮して「アフタ噴射噴霧体積」を算出し、「残存空気体積」が「アフタ噴射噴霧体積」以上となるようにアフタ噴射を実行するようにしている。これにより、燃料圧力の変動が生じていてもアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼場での酸素不足は生じないことになり、その結果、このアフタ噴射に起因するSootの発生は抑制されることになる。 The “after-injection spray volume” for each crank angle also varies due to the variation in fuel pressure generated after the end of main injection. That is, there is a possibility that the state where "residual air volume" is "after-injection spray volume" or more, the state of the inverted "residual air volume" is less than "after-injection spray volume" occurs alternately. When the "residual air volume" will running after injection in a state where less than "after-injection spray volume",及fuel this injected in the after-injection is the space of the "spray volume occupied before the after-injection" There is a possibility that the amount of generated Soot will increase. For this reason, in such a situation where the “after-injection spray volume” fluctuates, the “after-injection spray volume” is calculated in consideration of the fluctuation of the fuel pressure that occurs after the end of the main injection. After-injection is executed so as to be equal to or greater than the “after-injection spray volume”. As a result, even if the fuel pressure fluctuates, there is no shortage of oxygen in the combustion field of fuel injected by after injection, and as a result, the generation of soot due to this after injection is suppressed. become.

本発明では、アフタ噴射が実行される前に筒内に噴射された燃料の燃焼に使用された空間の体積を求めておき、燃焼に未使用の空間の体積が、アフタ噴射が実行される場合の噴霧の体積以上となるタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。このため、アフタ噴射に起因するSootの発生を抑制することができる。 In the present invention, the volume of the space used for the combustion of the fuel injected into the cylinder is calculated before the after injection is performed, and the volume of the space unused for the combustion is executed after the injection. and so as to perform the after injection with the spray volume over time. For this reason, generation | occurrence | production of Soot resulting from after injection can be suppressed.

更に、アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射の実行終了時(アフタ噴射の噴き終わり時)におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室3内の空間を占有する体積(以下、「アフタ噴射噴霧体積Vafter」と呼ぶ)を算出する(アフタ噴射噴霧体積算出手段による「アフタ噴射噴霧体積Vafter」の算出動作)。そして、上記「残存空気体積Vair(θ)」と「アフタ噴射噴霧体積Vafter」とをクランク角度毎に比較していき、「残存空気体積Vair(θ)」が、「アフタ噴射噴霧体積Vafter」以上となるタイミングでインジェクタ23からのアフタ噴射を実行するようにしている(アフタ噴射許可手段によるアフタ噴射の許可)。 Further, when it is assumed that after injection has been executed, the volume in which the spray of fuel injected by this after injection at the end of execution of the after injection (at the end of after injection) occupies the space in the combustion chamber 3 (Hereinafter referred to as “after-injection spray volume Vafter”) (calculation operation of “after-injection spray volume Vafter” by the after-injection spray volume calculating means). Then, the “remaining air volume Vair (θ)” and the “after-injection spray volume Vafter” are compared for each crank angle, and the “remaining air volume Vair (θ)” is equal to or greater than the “after-injection spray volume Vafter”. After-injection from the injector 23 is executed at the timing (the after-injection permission means permits after-injection).

また、ステップST5では、アフタ噴射噴霧体積Vafterを算出する。このアフタ噴射噴霧体積Vafterは、アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射の実行終了時(アフタ噴射の噴き終わり時)におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室3内の空間を占有する体積であり、各クランク角度毎に、そのクランク角度でアフタ噴射を実行したと仮定した場合のそれぞれのアフタ噴射実行終了時におけるその燃料の噴霧が燃焼室内の空間を占有する体積である。このアフタ噴射噴霧体積Vafterも上記式(1)〜式(4)から算出することが可能である In step ST5, the after spray volume Vafter is calculated. When it is assumed that after-injection has been executed, this after-injection spray volume Vafter indicates that fuel spray injected by this after-injection at the end of execution of the after-injection (at the end of after-injection) volume der occupying the space is, for each crank angle, spray of fuel in each of the after-injection performed at the end when it is assumed that perform the after-injection at the crank angle occupies a space in the combustion chamber Volume. This after-injection spray volume Vafter can also be calculated from the above formulas (1) to (4) .

そして、ステップST6では、アフタ噴射の噴射時期を算出する。具体的には、上記ステップST4で算出された残存空気体積Vair(θ)が上記ステップST5で算出されたアフタ噴射噴霧体積Vafter以上となるように(Vair(θ)≧Vafter)アフタ噴射の噴射時期算出する。図10にあっては、ピストン13の圧縮上死点(TDC)からクランク角度が進むに従って拡大していく残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafterに一致するように(図中のタイミングT1)アフタ噴射の噴射時期求められることになる。 In step ST6, the injection timing of after injection is calculated. Specifically, as the residual air volume Vair calculated in step ST4 (theta) is the after-injection spray volume Vafter than calculated in step ST5 (Vair (θ) ≧ Vafter ), injection after injection to calculate the time. In FIG. 10, the remaining air volume Vair (θ) that expands as the crank angle advances from the compression top dead center (TDC) of the piston 13 coincides with the after-injection spray volume Vafter (timing in the figure). T1), so that the injection timing of the after-injection is required.

より具体的には、アフタ噴射は、メイン噴射の実行後に所定インターバル(インジェクタ23の応答性(開閉動作の速さ)によって決定されるインターバル(燃料噴射禁止期間))を経過した後に実行されるため、このアフタ噴射の噴射時期としては、このインターバルの経過後であって、且つ残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上となるタイミングとして算出される。言い換えると、上記所定インターバルを経過した時点、及び、残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上となる噴射タイミングのうちの遅い方の時点としてアフタ噴射の噴射時期は算出されることになる。 More specifically, after-injection is executed after elapse of a predetermined interval (interval determined by the responsiveness of the injector 23 (speed of opening / closing operation) (fuel injection inhibition period)) after execution of main injection. The injection timing of the after injection is calculated as a timing after the elapse of this interval and the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. In other words, the injection timing of the after injection is calculated as the time when the predetermined interval has passed and the later time of the injection timing at which the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. Become.

また、上述した如く、上記所定インターバルの経過後であって、且つ残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上となるようにアフタ噴射の噴射時期は算出される。つまり、これら両条件が成立する期間の最も進角側でアフタ噴射は実行される。このため、アフタ噴射における単位燃料噴射量に対するトルク発生量(トルクへの変換効率)を高く確保することができ、アフタ噴射の実行による燃料消費率の悪化を最小限に抑えることができる。尚、本発明の技術的思想は、これに限定されるものではなく、残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上となる期間にアフタ噴射を実行すればSoot発生量の低減効果を得ることができるので、この期間の何れのタイミングでアフタ噴射が実行されても本発明の技術的思想の範疇に含まれる。 Further, as described above, the injection timing of the after injection is calculated so that the remaining air volume Vair (θ) is not less than the after injection spray volume Vafter after the elapse of the predetermined interval. That is, after injection is executed on the most advanced side of the period in which both of these conditions are satisfied. For this reason, it is possible to secure a high torque generation amount (conversion efficiency to torque) with respect to the unit fuel injection amount in the after injection, and it is possible to minimize the deterioration of the fuel consumption rate due to the execution of the after injection. Note that the technical idea of the present invention is not limited to this, and the effect of reducing the generation of soot can be achieved by performing after injection during a period in which the remaining air volume Vair (θ) is equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. Therefore, even if after injection is executed at any timing during this period, it is included in the scope of the technical idea of the present invention.

この第2実施形態におけるアフタ噴射実行タイミング制御の概略について説明すると、上述した第1実施形態の場合と同様に、上記「アフタ噴射前噴霧占有体積Vfuel」、「筒内容積Vcyl(θ)」、「残存空気体積Vair(θ)」をクランク角度毎に算出する。また、メイン噴射の実行に伴う燃料噴射圧力の変動を考慮して「燃料噴射圧力Pcyl(θ)」をクランク角度毎に算出する。そして、この「燃料噴射圧力Pcyl(θ)」に基づき、アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射の実行終了時(アフタ噴射の噴き終わり時)におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室3内の空間を占有する体積である「アフタ噴射噴霧体積Vafter」を算出し、上記「残存空気体積Vair(θ)」が、上記「アフタ噴射噴霧体積Vafter」以上となるようにインジェクタ23からのアフタ噴射を実行するようにしている。 The outline of the after injection execution timing control in the second embodiment will be described. As in the case of the first embodiment described above, the “spray occupied volume Vfuel before after injection”, “in-cylinder volume Vcyl (θ)”, The “remaining air volume Vair (θ)” is calculated for each crank angle. In addition, “fuel injection pressure Pcyl (θ)” is calculated for each crank angle in consideration of fluctuations in fuel injection pressure accompanying the execution of main injection. When it is assumed that after-injection has been executed based on this “fuel injection pressure Pcyl (θ)”, the fuel injected by this after-injection at the end of execution of the after-injection (at the end of after-injection) spraying of the volume occupying the space in the combustion chamber 3 calculates the "after-injection spray volume Vafter", so that the "residual air volume Vair (theta)" becomes the above-mentioned "after-injection spray volume Vafter" more In addition, after- injection from the injector 23 is executed.

ステップST5では、このような燃料圧力の変動を考慮し、アフタ噴射噴霧体積Vafterを算出する。つまり、アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射の実行終了時(アフタ噴射の噴き終わり時)におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料が燃焼室3内の空間を占有する体積としてアフタ噴射噴霧体積Vafterを算出する。より具体的には、インジェクタ23の内部に圧力センサを設置し、このインジェクタ23の内部、つまり、燃料圧力を圧力センサによってモニタする。そして、クランク角度毎に取得される燃料圧力に基づいて、上記式(1)〜式(4)からアフタ噴射噴霧体積Vafterを求める。 In step ST5, the after-injection spray volume Vafter is calculated in consideration of such a change in fuel pressure. That is, when it is assumed that after-injection has been executed, the volume of fuel injected by this after-injection at the end of execution of the after-injection (at the end of after-injection injection) occupies the space in the combustion chamber 3 The spray spray volume Vafter is calculated. More specifically, a pressure sensor is installed inside the injector 23, and the inside of the injector 23, that is, the fuel pressure is monitored by the pressure sensor. Then, based on the fuel pressure that is acquired for each crank angle, obtaining the equations (1) to (4) or we after injection spray volume Vafter.

そして、ステップST6では、アフタ噴射の噴射時期を算出する。具体的には、上記残存空気体積Vair(θ)が上記アフタ噴射噴霧体積Vafter以上となるように(Vair(θ)≧Vafter)アフタ噴射の噴射時期算出する。図13(b)にあっては、ピストン13の圧縮上死点(TDC)からクランク角度が進むに従って拡大していく残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafterに一致するように(図中のタイミングT2)アフタ噴射の噴射時期求められることになる。 In step ST6, the injection timing of after injection is calculated. Specifically, as described above remaining air volume Vair (theta) is the after-injection spray volume Vafter more (Vair (θ) ≧ Vafter) , and calculates the injection timing of the after-injection. In FIG. 13B, the residual air volume Vair (θ) that expands as the crank angle advances from the compression top dead center (TDC) of the piston 13 matches the after-injection spray volume Vafter (FIG. 13B). Middle timing T2) , the injection timing of after-injection is determined.

より具体的には、上述した如く、アフタ噴射は、メイン噴射の実行後に所定インターバル(インジェクタ23の応答性(開閉動作の速さ)によって決定されるインターバル(燃料噴射禁止期間))を経過した後に実行されるため、このアフタ噴射の噴射時期としては、このインターバルの経過後であって、且つ残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上となるタイミングとして算出される。言い換えると、上記所定インターバルを経過した時点、及び、残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上となる噴射タイミングのうちの遅い方の時点としてアフタ噴射の噴射時期は算出されることになる。例えば、図13(b)において燃料噴射禁止期間の終了時点が図中のタイミングT2よりも進角側(TDC側)であった場合には、図中のタイミングT2がアフタ噴射の噴射時期として求められるのに対し、燃料噴射禁止期間の終了時点が図中のタイミングT3であった場合には、図中のタイミングT4がアフタ噴射の噴射時期として求められることになる。 More specifically, as described above, after injection, after execution of the main injection, a predetermined interval (an interval determined by the response of the injector 23 (speed of opening / closing operation) (fuel injection prohibition period)) has elapsed. Therefore, the injection timing of the after injection is calculated as a timing after the elapse of this interval and the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. In other words, the injection timing of the after injection is calculated as the time when the predetermined interval has passed and the later time of the injection timing at which the remaining air volume Vair (θ) becomes equal to or greater than the after injection spray volume Vafter. Become. For example, in FIG. 13B, when the end point of the fuel injection prohibition period is on the advance side (TDC side) from the timing T2 in the figure, the timing T2 in the figure is obtained as the injection timing of the after injection. On the other hand, when the end point of the fuel injection prohibition period is the timing T3 in the drawing, the timing T4 in the drawing is obtained as the injection timing of the after injection.

また、本実施形態にあっても、上記所定インターバルの経過後であって、且つ残存空気体積Vair(θ)がアフタ噴射噴霧体積Vafter以上となるようにアフタ噴射の噴射時期は算出される。このため、アフタ噴射における単位燃料噴射量に対するトルク発生量(トルクへの変換効率)を高く確保することができ、アフタ噴射の実行による燃料消費率の悪化を最小限に抑えることができる。 Also in this embodiment, the injection timing of the after injection is calculated so that the remaining air volume Vair (θ) is equal to or greater than the after injection spray volume Vafter after the elapse of the predetermined interval. For this reason, it is possible to secure a high torque generation amount (conversion efficiency to torque) with respect to the unit fuel injection amount in the after injection, and it is possible to minimize the deterioration of the fuel consumption rate due to the execution of the after injection.

Claims (6)

内燃機関の1サイクル中に、燃料噴射弁から、トルク発生のための燃料噴射であるメイン噴射と、このメイン噴射の実行後に行われる燃料噴射であるアフタ噴射とを含む複数回の燃料噴射が実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記アフタ噴射が実行されるまでに、このアフタ噴射と同一サイクル中に燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧が燃焼室内の空間を占有する体積である「アフタ噴射前噴霧占有体積」をクランク角度毎に算出するアフタ噴射前噴霧占有体積算出手段と、
各クランク角度毎に算出された「筒内容積」から、それに対応する各クランク角度毎の上記「アフタ噴射前噴霧占有体積」を減算することにより、クランク角度毎の「残存空気体積」を算出する残存空気体積算出手段と、
上記アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射実行終了時におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室内の空間を占有する体積である「アフタ噴射噴霧体積」を算出するアフタ噴射噴霧体積算出手段と、
上記残存空気体積算出手段により算出された「残存空気体積」が、上記アフタ噴射噴霧体積算出手段により算出された「アフタ噴射噴霧体積」以上に達した場合に燃料噴射弁からのアフタ噴射を許可するアフタ噴射許可手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
During one cycle of the internal combustion engine, a plurality of fuel injections including a main injection that is a fuel injection for generating torque and an after injection that is a fuel injection performed after execution of the main injection are executed from the fuel injection valve. In a possible fuel injection control device for a compression ignition type internal combustion engine,
Before the above-described after injection is performed, the crank angle is defined as the “spray occupied volume before after injection”, which is the volume in which the fuel spray injected from the fuel injection valve occupies the space in the combustion chamber during the same cycle as the after injection. Spray occupancy volume calculation means before after-injection to be calculated every time;
The “remaining air volume” for each crank angle is calculated by subtracting the “spray occupied volume before after injection” for each crank angle corresponding to the “in-cylinder volume” calculated for each crank angle. A residual air volume calculating means;
Assuming that the above-described after injection has been executed, an after-calculation for calculating the “after-injection spray volume”, which is the volume in which the fuel spray injected by the after-injection at the end of the after-injection execution occupies the space in the combustion chamber Injection spray volume calculating means;
When the "remaining air volume" calculated by the remaining air volume calculating means reaches or exceeds the "after-injection spray volume" calculated by the after-injection spray volume calculating means, after-injection from the fuel injection valve is permitted. A fuel injection control device for an internal combustion engine, comprising after-injection permission means.
請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記メイン噴射の噴射量は、燃焼室内での燃焼に伴って発生するSoot量が予め設定されたSoot発生許容量以下となる量に設定されている一方、アフタ噴射の噴射量は、上記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼により発生するトルクと、内燃機関に要求されているトルクとの差である不足分のトルクを得るための量として設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The injection amount of the main injection is set to an amount in which the soot amount generated by the combustion in the combustion chamber is equal to or less than a preset soot generation allowable amount, while the injection amount of the after injection is the main injection amount The fuel injection of the internal combustion engine, which is set as an amount for obtaining a deficient torque that is a difference between the torque generated by the combustion of the fuel injected in step 1 and the torque required for the internal combustion engine Control device.
請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記アフタ噴射は、上記メイン噴射の終了後に設定される燃料噴射禁止期間の経過後であって、上記「残存空気体積」が上記「アフタ噴射噴霧体積」以上にある時点で実行されるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The after injection is configured to be executed after a lapse of a fuel injection prohibition period set after the end of the main injection and when the “remaining air volume” is equal to or greater than the “after injection spray volume”. A fuel injection control device for an internal combustion engine.
請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記燃料噴射弁は、燃焼室内の中央部から外周部に向けて燃料を噴射するようになっており、
上記アフタ噴射が実行されるまでに燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧は、燃焼室内の外周部において上記「アフタ噴射前噴霧占有体積」を有している一方、上記アフタ噴射として燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧は、燃焼室内の中央部において上記「アフタ噴射噴霧体積」を有していることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The fuel injection valve is configured to inject fuel from the central portion of the combustion chamber toward the outer peripheral portion,
The fuel spray injected from the fuel injection valve until the after injection is performed has the “spray occupied volume before after injection” in the outer peripheral portion of the combustion chamber, while the fuel injection valve is used as the after injection. The fuel injection control device for an internal combustion engine, characterized in that the fuel spray injected from the fuel has the above-mentioned “after-injection spray volume” in the center of the combustion chamber.
請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記アフタ噴射噴霧体積算出手段は、メイン噴射の実行に伴う燃料圧力の変動に基づいて、上記アフタ噴射を実行したと仮定した場合に、そのアフタ噴射実行終了時におけるこのアフタ噴射によって噴射された燃料の噴霧が燃焼室内の空間を占有する体積である「アフタ噴射噴霧体積」を算出する構成とされていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1,
When the after-injection volume calculation means assumes that the after-injection has been executed based on the fluctuation of the fuel pressure accompanying the execution of the main injection, the fuel injected by the after-injection at the end of the after-injection execution A fuel injection control device for an internal combustion engine, characterized in that an "after-injection spray volume", which is a volume that occupies the space in the combustion chamber, is calculated.
請求項5記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記アフタ噴射噴霧体積算出手段は、上記メイン噴射の終了後において変動する燃料噴射弁内部の燃料圧力に基づいて「アフタ噴射噴霧体積」を算出するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 5,
The after-injection spray volume calculating means is configured to calculate an “after-injection spray volume” based on the fuel pressure inside the fuel injection valve that fluctuates after completion of the main injection. Fuel injection control device.
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