WO2020183210A1 - 燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量の推定方法、燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法及び燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御装置 - Google Patents
燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量の推定方法、燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法及び燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御装置 Download PDFInfo
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- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
Definitions
- the present invention uses a method for estimating the amount of fuel adhering to the tip of the nozzle of the fuel injection valve, a method for controlling an internal combustion engine using the amount of adhering fuel to the tip of the nozzle of the fuel injection valve, and the amount of fuel adhering to the tip of the nozzle of the fuel injection valve. Regarding the control device of an internal combustion engine.
- Patent Document 1 no consideration is given to the amount of fuel that wets the nozzle tip of the fuel injection valve when the fuel is injected, that is, the fuel (Tip-wet) that adheres to the nozzle tip of the fuel injection valve.
- the tip of the nozzle is easily affected by flames during combustion. Therefore, in the fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber, the exhaust performance may be deteriorated by the exhaust fine particles (Particulate Matter) generated due to the fuel adhering to the tip of the nozzle.
- the amount of fuel adhering to the nozzle tip of the fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber is calculated using the temperature index value f0 according to the temperature of the nozzle tip.
- the temperature index value f0 has a characteristic that when the temperature of the nozzle tip of the fuel injection valve is equal to or higher than the predetermined temperature A, the amount of fuel adhering to the nozzle tip decreases as the temperature of the nozzle tip increases.
- the amount of fuel adhering to the nozzle tip of the fuel injection valve can be estimated accurately by using the temperature index value f0.
- the internal combustion engine 1 is an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine, which is mounted on a vehicle such as an automobile as a drive source or the like.
- the internal combustion engine 1 has an intake passage 3 and an exhaust passage 4.
- the intake passage 3 is connected to the combustion chamber 2 via an intake valve 5.
- the exhaust passage 4 is connected to the combustion chamber 2 via an exhaust valve 6.
- An exhaust catalyst such as a three-way catalyst is provided in the exhaust passage 4.
- the internal combustion engine 1 includes a cylinder head 7, a cylinder block 8, a piston 10 that reciprocates in the cylinder 9 of the cylinder block 8, and a fuel injection valve 11 that directly injects fuel into the combustion chamber 2 (inside the cylinder). And have.
- the fuel injection timing IT is a timing at which the fuel injection valve 11 starts fuel injection in one combustion cycle including intake, compression, expansion, and exhaust.
- the control unit 21 calculates the required load (engine load) of the internal combustion engine 1 using the detection value of the accelerator opening sensor 24.
- the crank angle sensor 23 can detect the engine speed Ne of the internal combustion engine 1.
- the fuel pressure sensor 27 detects the pressure of the fuel supplied to the fuel injection valve 11 (fuel pressure Pfuel). In the fuel injection valve 11, the higher the fuel pressure Pfeel, the higher the pressure of the injected fuel.
- the deposit in the present specification is a porous deposit in which a part of the injected fuel or the like is solidified.
- the fuel adhesion index value F may be a value that can be converted into the fuel amount (fuel adhesion amount) that adheres to the nozzle tip of the fuel injection valve 11 when fuel is injected, for example, by multiplying by a predetermined coefficient. Good.
- the nozzle tip temperature index value f0 has a characteristic that when the nozzle tip temperature Tinj is equal to or higher than the predetermined temperature A, the fuel adhesion index value F is calculated as a smaller value as the nozzle tip temperature Tinj increases. ing. That is, when the nozzle tip temperature index value f0 is equal to or higher than the predetermined temperature A, the higher the nozzle tip temperature Tinj, the smaller the amount of fuel (fuel adhesion amount) adhering to the nozzle tip of the fuel injection valve 11. It has the characteristics to be calculated.
- the higher the engine speed Ne the shorter the interval from the injection of fuel by the fuel injection valve 11 to the ignition. That is, the fuel adhering to the tip of the nozzle of the fuel injection valve 11 can be vaporized (drying time) as the engine speed Ne increases. Therefore, the fuel adhesion index value F increases as the engine speed Ne increases.
- the control unit 21 corrects so that the fuel adhesion index value F becomes larger as the fuel pressure Pfeel becomes smaller.
- the fuel adhesion amount index value F can be calculated accurately by using the fuel pressure index value f3 corresponding to the fuel pressure Pfuel.
- the cooling water temperature index value f4 has a characteristic that the fuel adhesion amount index value F is calculated as a larger value as the cooling water temperature Tw becomes lower.
- the control unit 21 corrects the fuel adhesion index value F to become larger as the cooling water temperature Tw becomes lower.
- the temperature of the internal combustion engine 1 increases as the cooling water temperature Tw increases. That is, the fuel adhering to the tip of the nozzle of the fuel injection valve 11 is more likely to evaporate as the cooling water temperature Tw increases. Therefore, the fuel adhesion index value F becomes smaller as the cooling water temperature Tw becomes higher.
- the ignition timing index value f5 is set to become smaller as the ignition timing IGN is retarded, as shown in FIG. 7, for example. More specifically, the ignition timing index value f5 is set so as to decrease as the ignition timing IGN retards from the top dead center timing, and increases as the ignition timing IGN advances from the top dead center timing. It has been set.
- the ignition timing index value f5 has a characteristic that the fuel adhesion amount index value F is calculated as a larger value as the ignition timing IGN advances.
- the control unit 21 corrects the fuel adhesion index value F to become larger as the ignition timing IGN advances.
- the fuel adhesion amount index value F can be calculated accurately by using the ignition timing index value f5 corresponding to the ignition timing IGN.
- the fuel adhesion index value F can be calculated more accurately by considering the ignition timing IGN.
- the fuel injection timing index value f6 is set so as to increase as the fuel injection timing IT retards.
- the control unit 21 corrects the fuel adhesion amount index value F to become larger as the fuel injection timing IT is retarded.
- the fuel adhesion index value F can be calculated more accurately by considering the fuel injection timing of the internal combustion engine 1.
- the injection frequency index value f7 is set to increase as the number of injections of the fuel injection valve 11 in one cycle increases.
- the characteristic line is drawn in a straight line for convenience, but in reality, the number of injections and the injection number index value f7 have a one-to-one relationship, and the actual characteristic line is on the right. It becomes a rising step.
- the injection frequency index value f7 has a characteristic that the fuel adhesion amount index value F is calculated as a larger value as the number of injections of the fuel injection valve 11 in one cycle increases.
- the fuel adhesion amount index value F can be accurately calculated by using the injection frequency index value f7 according to the injection frequency of the fuel injection valve 11 in one cycle.
- the deposit amount D can be estimated by using the integrated value of the fuel adhesion amount index value F.
- the estimated deposit value E which is the integrated value of the fuel adhesion amount index value F
- the threshold value S which is a preset predetermined value
- the internal combustion engine 1 removes the deposit when the integrated value (estimated deposit value E) of the fuel adhesion index value F becomes larger than the preset threshold value S, and suppresses the deterioration of the exhaust performance. Shift to mode (cleaning mode). That is, the control unit 21 controls the internal combustion engine 1 so that deterioration of the exhaust performance is suppressed when the integrated value (deposit estimated value E) of the fuel adhesion amount index value F becomes larger than the preset threshold value S. ..
- the amount of fuel adhering to the tip of the nozzle of the fuel injection valve 11 (fuel adhering amount) can be relatively reduced. Therefore, it is possible to suppress the so-called PN drift in which the PN emission amount increases during the operation of the internal combustion engine 1.
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Abstract
コントロールユニット（21)は、燃料噴射弁（11)のノズル先端に付着する燃料付着量の指標である燃料付着量指標値（F)を、ノズル先端の温度（Tinj)に応じたノズル先端温度指標値（f0)を用いて算出する。ノズル先端温度指標値（f0)は、燃料噴射弁（11)のノズル先端の温度（Tinj)が所定温度（A)以上の場合、ノズル先端の温度（Tinj)が高くなるほどノズル先端に付着した燃料量が少なく算出されるような特性を有する。これによつて、ノズル先端に付着する燃料付着量を精度良く推定できる。
Description
本発明は、燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量の推定方法、燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法及び燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御装置に関する。
例えば、特許文献１には、燃料噴射弁の先端温度に応じて燃料噴射弁の先端に付着したデポジット量を算出し、算出したデポジット量に応じて燃料噴射量を補正する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１においては、燃料を噴射した際に燃料噴射弁のノズル先端を濡らす燃料量、すなわち燃料噴射弁のノズル先端に付着する燃料（Ｔｉｐ−ｗｅｔ）に関する考慮はなされていない。
燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁の場合には、燃焼時にノズル先端が火炎の影響を受けやすい。そのため、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁においては、ノズル先端に付着した燃料に起因して生成される排気微粒子（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）によって排気性能が悪化する虞がある。
本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁のノズル先端に付着する燃料量をノズル先端の温度に応じた温度指標値ｆ０を用いて算出する。上記温度指標値ｆ０は、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が所定温度Ａ以上の場合、ノズル先端の温度が高くなるほどノズル先端に付着した燃料量が少なく算出されるような特性を有する。
これによって、燃料噴射弁のノズル先端に付着する燃料付着量は、温度指標値ｆ０を用いることで精度良く推定することができる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関１の燃焼室２周辺の概略を模式的に示した説明図である。なお、図１は、便宜上、１つの気筒についてのみ記しているが、内燃機関１は単気筒であっても多気筒であってもよい。
内燃機関１は、筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、駆動源等として自動車等の車両に搭載されるものである。
内燃機関１は、吸気通路３と排気通路４とを有している。吸気通路３は、吸気弁５を介して燃焼室２に接続されている。排気通路４は、排気弁６を介して燃焼室２に接続されている。排気通路４には、三元触媒等の排気触媒が設けられている。
また、内燃機関１は、シリンダヘッド７と、シリンダブロック８と、シリンダブロック８のシリンダ９内を往復動するピストン１０と、燃焼室２内（筒内）に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１と、を有している。
ピストン１０は、コネクティングロッド１２を介して図示せぬクランクシャフトと連結されている。
燃料噴射弁１１は、ノズル先端に複数の噴射口（図示せず）を有している。燃料噴射弁１１から噴射された燃料は、燃焼室２内で点火プラグ１３により点火される。
燃料噴射弁１１の燃料噴射量、燃料噴射弁１１の燃料噴射時期ＩＴ、点火プラグ１３の点火時期ＩＧＮ、燃料噴射弁１１に供給される燃料の圧力等は、制御部としてのコントロールユニット２１によって制御される。
上記燃料噴射時期ＩＴとは、吸気、圧縮、膨張、排気からなる１つの燃焼サイクルにおいて、燃料噴射弁１１が燃料噴射を開始するタイミングである。
なお、本発明は、１燃焼サイクルあたりに必要な燃料量を１回で噴射するものや、１燃焼サイクルあたりに必要な燃料量を複数回に分けて噴射するものに適用可能である。
燃料噴射弁１１の燃料噴射量、上記燃料噴射時期ＩＴ及び上記点火時期ＩＧＮは、内燃機関１の運転条件（機関運転条件）に応じて制御される。
コントロールユニット２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。
コントロールユニット２１には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２２、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ２３、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ２４、内燃機関１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ２５、圧力センサ２６、燃料圧力Ｐｆｕｅｌを検出する燃料圧センサ２７、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを検出する温度センサとしてのノズル先端温度センサ２８等の各種センサ類の検出信号が入力されている。
コントロールユニット２１は、アクセル開度センサ２４の検出値を用いて、内燃機関１の要求負荷（エンジン負荷）が算出する。
また、コントロールユニット２１は、クランク角センサ２３の検出値を用いて、内燃機関１の始動後の燃焼サイクル数を算出する。
エアフローメータ２２は、温度センサを内蔵したものであって、吸気温度を検出可能なものである。
クランク角センサ２３は、内燃機関１の機関回転数Ｎｅを検出可能なものである。
圧力センサ２６は、例えば、インテークマニホールド内における吸気通路３の吸気圧Ｂｏｏｓｔを検出するものである。なお、圧力センサ２６としては、例えば、燃焼室２内の圧力を直接検出するものであってもよい。
燃料圧センサ２７は、燃料噴射弁１１に供給される燃料の圧力（燃料圧力Ｐｆｕｅｌ）を検出するものである。燃料噴射弁１１は、上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌが高くなるほど、噴射される燃料の圧力が高くなる。
ノズル先端温度センサ２８は、ノズル先端温度検出部に相当するものである。なお、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊは、例えば、燃料噴射弁１１に供給される燃料の温度と、燃焼室２内のガス温度等から推定することも可能である。すなわち、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊは、上述した特許文献１等に開示される既知の方法で推定することも可能である。
コントロールユニット２１は、各種センサ類の検出信号に基づいて、燃料噴射弁１１の燃料噴射量、上記燃料噴射時期ＩＴ及び上記点火時期ＩＧＮ等を最適に制御している。
ここで、燃料噴射弁１１は、燃焼室２に燃料を直接噴射するものであるため、ノズル先端が燃焼の際の火炎の影響を受けやすい。従って、内燃機関１においては、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料に起因する排気微粒子（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の低減が課題となる。なお、本願明細書において、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料とは、燃料噴射弁１１から噴射された燃料のうち、燃焼の際に燃料噴射弁１１のノズル先端の外側を濡らしている燃料（Ｔｉｐ−ｗｅｔ）である。
この燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料には、燃料噴射弁１１のノズル先端の内側の図示せぬサック部内から燃料噴射弁１１の閉弁後に外部に滲み出たものも含まれる。上記サック部は、燃料噴射弁１１の弁体（図示せず）の先端がノズルボディ１１ａの内部に形成されたテーパ面（図示せず）に着座した際に、当該弁体の先端と燃料噴射弁１１のノズル先端の噴射口との間に形成される内部空間である。燃料噴射弁１１は、燃料噴射弁１１の上記弁体（例えばニードル弁）の先端がノズルボディ１１ａの上記テーパ面から離間すると燃料を噴射する。
燃料噴射弁１１のノズル先端にデポジットが付着していない初期状態では、燃料が噴射されると、燃料噴射弁１１のノズル先端に噴射された燃料の一部が付着する。すなわち、燃料噴射弁１１のノズル先端にデポジットが付着していない初期状態では、燃料が噴射されると、燃料噴射弁１１のノズル先端が噴射された燃料の一部によって濡れた状態となる。
燃料噴射弁１１のノズル先端に付着している燃料は、燃焼の火炎により焼かれると、一部が噴射口周りでデポジットとなり堆積するとともに、残りが排気微粒子となってして排気中に放出される。ここで、本願明細書におけるデポジットとは、噴射された燃料等の一部が固形化した多孔質の堆積物である。
次のサイクルでは、燃料が噴射されると、同様に燃料噴射弁１１のノズル先端に燃料が付着することになるが、デポジットに燃料がしみ込むことになる。そのため、燃料噴射弁１１は、噴射口周りに直前のサイクルのときよりも多くの燃料が存在することなる。
従って、燃焼室２に燃料噴射弁１１で燃料を直接噴射する内燃機関１では、燃焼室２内に燃料を噴射して燃焼させる毎に、噴射口周りのデポジットの堆積量が増加するとともに、排気中の排気微粒子が増加する虞がある。
ここで、燃料噴射弁１１は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高いほど噴霧が広がるため、噴射口周りに燃料が広がりやすくなり、ノズル先端に燃料が付着しやすくなる。つまり、燃料噴射弁１１は、噴射する燃料の温度が上昇するほど噴霧が広がるため、噴射口周りに燃料が広がりやすくなり、ノズル先端に燃料が付着しやすくなる。燃料噴射弁１１は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高いほど噴射する燃料の温度が高くなる。
そして、燃料噴射弁１１は、噴射する燃料の噴霧の広がり（噴射角度）がさらに大きくなると、噴射された噴霧の気化性能が悪化する。
これは、燃料噴射弁１１のノズル先端に形成された複数の噴射口から噴射された燃料噴霧が互いに干渉しあい、複数の噴霧が１本の太い噴霧となるためである。その結果、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）がさらに多くなる。
しかしながら、燃料噴射弁１１は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高温になるほど、燃料がノズル先端に付着しても蒸発しやすくなる。
すなわち、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ（例えば、概ね９０℃）以上となる温度領域では、ノズル先端の温度が高くなるほど、ノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）が減少する。
これは、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ以上の高温となると、ノズル先端から蒸発する燃料量が、噴射の際にノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）よりも多くなるためと考えられる。
そこで、コントロールユニット２１は、燃料を噴射した際に燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）の指標（Ｔｉｐ−ｗｅｔ−ＩＮＤＥＸ）である燃料付着量指標値Ｆを、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊと内燃機関１の運転状態とに応じて算出する。換言すれば、コントロールユニット２１は、燃料を噴射した際に燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）を、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊと内燃機関１の運転状態とに応じて推定する。
燃料付着量指標値Ｆは、燃料を噴射した際に燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）と相関関係にある値である。燃料付着量指標値Ｆは、燃料を噴射した際に燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）が多いほど大きな値となり、燃料を噴射した際に燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）が少ないほど小さい値となる。
燃料付着量指標値Ｆは、例えば、所定の係数を乗じることで、燃料を噴射した際に燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）に換算可能な値であってもよい。
つまり、燃料を噴射した際に燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）は、燃料付着量指標値Ｆを用いて推定可能である。
燃料付着量指標値Ｆは、具体的には、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊに応じたノズル先端温度指標値ｆ０（温度指標値ｆ０）と、内燃機関１の運転状態に応じた各種指標値ｆ１~ｆ７を用いて算出される。詳述すると、燃料付着量指標値Ｆは、ノズル先端温度指標値ｆ０に、各種指標値ｆ１~ｆ７を乗じることによって算出される。つまり、コントロールユニット２１は、燃料付着量推定部に相当する。なお、ノズル先端温度指標値ｆ０及び各種指標値ｆ１~ｆ７は、例えば「１」とよりも大きい値として与えられる。
ノズル先端温度指標値ｆ０は、例えば図２に示すように、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊに対して放物線状の特性を有している。すなわち、ノズル先端温度指標値ｆ０は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ（例えば９０℃）以上の場合には、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高くなるほど小さくなるよう設定されている。
また、ノズル先端温度指標値ｆ０は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ（例えば９０℃）以下の場合には、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高くなるほど大きくなるよう設定されている。
つまり、ノズル先端温度指標値ｆ０は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ以上の場合、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高くなるほど燃料付着量指標値Ｆが小さな値として算出されるような特性を有している。すなわち、ノズル先端温度指標値ｆ０は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ以上の場合、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高くなるほど燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）が少なく算出されるような特性を有している。
また、ノズル先端温度指標値ｆ０は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ以下の場合、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高くなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値として算出されるような特性を有している。すなわち、ノズル先端温度指標値ｆ０は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ以下の場合、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高くなるほど燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）が多く算出されるような特性を有している。
換言すれば、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ以上の場合、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度が高くなるほど燃料付着量指標値Ｆが小さな値となるよう補正する。また、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ以下の場合、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度が高くなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値となるよう補正する。
燃料付着量指標値Ｆは、ノズル先端温度指標値ｆ０が大きくなるほど大きくなる。
これによって、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料量（燃料付着量）は、ノズル先端温度指標値ｆ０を用いることで精度良く推定することができる。
また、燃料付着量指標値Ｆは、ノズル先端温度指標値ｆ０を用いることで精度良く算出することができる。そのため、内燃機関１は、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料量（燃料付着量）に起因するＰＮ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｎｕｍｂｅｒ）の排出を低減させるように精度良く制御することが可能となる。
吸気圧指標値ｆ１は、例えば図３に示すように、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが高いとき小さい値となり、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが大気圧よりも低い所定値以下の場合に急激に大きな値となるような特性を有している。詳述すると、吸気圧指標値ｆ１は、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以上の領域において上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが小さくなるほど小さな値となっている。また、吸気圧指標値ｆ１は、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以上の領域において総じて小さい値となっている。そして、吸気圧指標値ｆ１は、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以下の領域において上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが小さくなるほど急激に大きな値となっている。
つまり、吸気圧指標値ｆ１は、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以上の領域では、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低くなるほど燃料付着量指標値Ｆが小さい値として算出されるような特性を有している。また、吸気圧指標値ｆ１は、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以下の領域では、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低くなるほど燃料付着量指標値Ｆが急激に大きな値として算出されるような特性を有している。
換言すれば、コントロールユニット２１は、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以上の領域では、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低くなるほど燃料付着量指標値Ｆが小さい値となるよう補正する。また、コントロールユニット２１は、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以下の領域では、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低くなるほど燃料付着量指標値Ｆが急激に増加するよう補正する。
燃料付着量指標値Ｆは、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以下となる領域では、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値よりも大きい領域に比べて、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔの変化に対する感度が相対的に大きくなる。
燃料噴射弁１１から噴射された燃料は、背圧（上記吸気圧Ｂｏｏｓｔ）が低いほど気化しやすい。つまり、燃料噴射弁１１から噴射された燃料は、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低いほど液相から気相へとなりやすい。そのため、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔのみに着目すれば、燃料噴射弁１１から噴射された燃料は、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低いほど燃料噴射弁１１のノズル先端に付着しにくくなる。
一方、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低くなって燃料噴射弁１１から噴射された燃料の気化が促進されると、燃料噴射弁１１は、噴射口から噴射された燃料の噴霧の広がり（噴射角度）が大きくなる。また、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低くなって減圧沸騰が生じると、燃料噴射弁１１は、噴射口から噴射された燃料の噴霧の広がり（噴射角度）がさらに大きくなる。つまり、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低下して噴射された燃料が減圧沸騰する条件では、噴射された燃料の気化は促進されるものの、噴射された燃料の噴霧の広がり（噴射角度）が拡大してそれぞれの噴霧が互いに干渉するため、総じて燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）が多くなる。そのため、燃料付着量指標値Ｆは、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以上の領域おいて上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低くなるほど小さくなる。また、燃料付着量指標値Ｆは、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが上記所定値以下の領域おいて上記吸気圧Ｂｏｏｓｔが低くなるほど急激に大きくなる。
従って、燃料付着量指標値Ｆは、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔに応じた吸気圧指標値ｆ１を用いることで一層精度良く算出することができる。
つまり、燃料付着量指標値Ｆは、上記吸気圧Ｂｏｏｓｔを考慮することで、一層精度良く算出することができる。
なお、吸気圧指標値ｆ１は、燃焼室２内の圧力が高いとき小さい値となり、燃焼室２内の圧力が大気圧よりも低い所定値以下の場合に急激に大きな値となるような特性を有するものであってもよい。詳述すると、吸気圧指標値ｆ１は、燃焼室２内の圧力が上記所定値以上の領域では総じて小さい値となり、かつ燃焼室２内の圧力が上記所定値以上の領域では燃焼室２内の圧力が低くなるほど小さな値となるような特性を有するものであってもよい。そして、吸気圧指標値ｆ１は、燃焼室２内の圧力が上記所定値以下の領域では、燃焼室２内の圧力が低くなるほど急激に大きな値となるような特性を有するものであってもよい。
機関回転数指標値ｆ２は、例えば図４に示すように、上記機関回転数Ｎｅが高くなるほど大きくなるような特性を有している。
つまり、機関回転数指標値ｆ２は、上記機関回転数Ｎｅが高くなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値として算出されるような特性を有している。
換言すれば、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって、上記機関回転数Ｎｅが高くなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値となるよう補正する。
内燃機関１は、上記機関回転数Ｎｅが高くなるほど、燃料噴射弁１１で燃料を噴射してから点火されるまでの間隔が短くなる。つまり、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料は、上記機関回転数Ｎｅが高くなるほど、気化可能な時間（乾く時間）が短くなる。そのため、燃料付着量指標値Ｆは、上記機関回転数Ｎｅが高くなるほど大きくなる。
従って、燃料付着量指標値Ｆは、上記機関回転数Ｎｅに応じた機関回転数指標値ｆ２を用いることで精度良く算出することができる。
つまり、燃料付着量指標値Ｆは、上記機関回転数Ｎｅを考慮することで、一層精度良く算出することができる。
燃料圧力指標値ｆ３は、例えば図５に示すように、上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌが高くなるほど小さくなるような特性を有している。
つまり、燃料圧力指標値ｆ３は、上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌが小さくなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値として算出されるような特性を有している。
換言すれば、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって、上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌが小さくなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値となるよう補正する。
燃料噴射弁１１から噴射される燃料は、上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌが高くなるほど高くなる。そして、燃料噴射弁１１から噴射される燃料は、燃料噴射弁１１から噴射される燃料の圧力が高くなるほど気化しやすい。そのため、燃料付着量指標値Ｆは、上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌが高くなるほど小さくなる。
従って、燃料付着量指標値Ｆは、上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌに応じた燃料圧力指標値ｆ３を用いることで精度良く算出することができる。
つまり、燃料付着量指標値Ｆは、上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌを考慮することで、一層精度良く算出することができる。
冷却水温度指標値ｆ４は、例えば図６に示すように、上記冷却水温度Ｔｗが高くなるほど小さくなるような特性を有している。
つまり、冷却水温度指標値ｆ４は、上記冷却水温度Ｔｗが低くなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値として算出されるような特性を有している。
換言すれば、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって、上記冷却水温度Ｔｗが低くなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値となるよう補正する。
内燃機関１は、上記冷却水温度Ｔｗが高くなるほど温度が高い。つまり、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料は、上記冷却水温度Ｔｗが高くなるほど、蒸発しやすくなる。そのため、燃料付着量指標値Ｆは、上記冷却水温度Ｔｗが高くなるほど小さくなる。
従って、燃料付着量指標値Ｆは、上記冷却水温度Ｔｗに応じた冷却水温度指標値ｆ４を用いることで精度良く算出することができる。
つまり、燃料付着量指標値Ｆは、上記冷却水温度Ｔｗを考慮することで、一層精度良く算出することができる。
点火時期指標値ｆ５は、例えば図７に示すように、上記点火時期ＩＧＮが遅角するほど小さくなるよう設定されている。詳述すると、点火時期指標値ｆ５は、上記点火時期ＩＧＮが上死点のタイミングから遅角するほど小さくなるよう設定され、上記点火時期ＩＧＮが上死点のタイミングから進角するほど大きくなるよう設定されている。
つまり、点火時期指標値ｆ５は、上記点火時期ＩＧＮが進角するなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値として算出されるような特性を有している。
換言すれば、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって、上記点火時期ＩＧＮが進角するほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値となるよう補正する。
内燃機関１は、上記点火時期ＩＧＮが遅くなる（遅角する）ほど、燃料噴射弁１１で燃料を噴射してから点火されるまでの間隔が長くなる。つまり、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料は、上記点火時期ＩＧＮが遅くなるほど、気化可能な時間（乾く時間）が長くなる。そのため、燃料付着量指標値Ｆは、上記点火時期ＩＧＮが遅くなるほど小さくなる。
従って、燃料付着量指標値Ｆは、上記点火時期ＩＧＮに応じた点火時期指標値ｆ５を用いることで精度良く算出することができる。
つまり、燃料付着量指標値Ｆは、上記点火時期ＩＧＮを考慮することで、一層精度良く算出することができる。
燃料噴射時期指標値ｆ６は、例えば図８に示すように、上記燃料噴射時期ＩＴが遅角するほど大きくなるよう設定されている。
つまり、燃料噴射時期指標値ｆ６は、上記燃料噴射時期ＩＴが遅角するほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値として算出されるような特性を有している。
換言すれば、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって、上記燃料噴射時期ＩＴが遅角するほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値となるよう補正する。
内燃機関１は、上記燃料噴射時期ＩＴが遅くなるほど、燃料噴射弁１１で燃料を噴射してから点火されるまでの間隔が短くなる。つまり、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料は、上記燃料噴射時期ＩＴが遅くなるほど、気化可能な時間（乾く時間）が短くなる。そのため、燃料付着量指標値Ｆは、上記燃料噴射時期ＩＴが遅くなるほど大きくなる。
従って、燃料付着量指標値Ｆは、内燃機関１の燃料噴射時期に応じた燃料噴射時期指標値ｆ６を用いることで精度良く算出することができる。
つまり、燃料付着量指標値Ｆは、内燃機関１の燃料噴射時期を考慮することで、一層精度良く算出することができる。
噴射回数指標値ｆ７は、例えば図９に示すように、１サイクルでの燃料噴射弁１１の噴射回数が多くなるほど大きくなるよう設定されている。なお、図９においては、便宜的に特性線を直線状に記しているが、実際は、噴射回数と噴射回数指標値ｆ７とが一対一の関係性を有しており、実際の特性線は右上がりの階段状となる。
つまり、噴射回数指標値ｆ７は、１サイクルでの燃料噴射弁１１の噴射回数が多くなるほど、燃料付着量指標値Ｆが大きな値として算出されるような特性を有している。
換言すれば、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを算出するにあたって、上記噴射回数指標値ｆ７が大きくなるほど燃料付着量指標値Ｆが大きな値となるよう補正する。
燃料噴射弁１１は、閉弁時に燃料噴射の勢いが弱まるため、閉弁時にノズル先端へ燃料が付着しやすくなる。そのため、内燃機関１は、一回の燃焼に必要な燃料量を複数回に分けて噴射すると、噴射する回数が多くなるほどノズル先端に多くの燃料が付着する。つまり、燃料付着量指標値Ｆは、１サイクルでの燃料噴射弁１１の噴射回数が多くなるほど増加する。
従って、燃料付着量指標値Ｆは、１サイクルでの燃料噴射弁１１の噴射回数に応じた噴射回数指標値ｆ７を用いることで精度良く算出することができる。
つまり、燃料付着量指標値Ｆは、１サイクルでの燃料噴射弁１１の噴射回数を考慮することで、一層精度良く算出することができる。
また、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを用いて燃料噴射弁１１のノズル先端に付着したデポジット量Ｄを推定する。つまり、コントロールユニット２１は、デポジット量推定部に相当する。
デポジット量Ｄは、燃料付着量指標値Ｆの積算値を用いて推定可能である。上述した実施例では、燃料付着量指標値Ｆの積算値であるデポジット推定値Ｅが予め設定された所定値である閾値Ｓよりも大きくなると、デポジット量Ｄが大きくなったものと推定する。
詳述すると、内燃機関１は、燃料付着量指標値Ｆの積算値（デポジット推定値Ｅ）が予め設定された閾値Ｓよりも大きくなると、デポジットを除去して排気性能の悪化を抑制するデポジット除去モード（クリーニングモード）へ移行する。つまり、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆの積算値（デポジット推定値Ｅ）が予め設定された閾値Ｓよりも大きくなると、排気性能の悪化が抑制されるように内燃機関１を制御する。
コントロールユニット２１は、デポジット除去モードにおいて、燃料噴射弁１１に供給される上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌを高くする。
これによって、燃料噴射弁１１から噴射される燃料の噴射圧力が高くなり、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着したデポジットを吹き飛ばす（脱落させる）ことができる。そのため、内燃機関１の運転中にＰＮ排出量が増加するいわゆるＰＮドリフト（ＰＮｄｒｉｆｔ）を抑制することができる。
つまり、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを精度良く算出することで、内燃機関１の排気性能の悪化を精度良く回避するように内燃機関１を制御することができる。
コントロールユニット２１は、デポジット除去モードにおいて、内燃機関１の運転点を低回転高負荷運転に変更する。
上記機関回転数Ｎｅを低下させることで、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料を乾かす時間が増加する。
これによって、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着する燃料量（燃料付着量）を相対的に減少させることができる。そのため、内燃機関１の運転中にＰＮ排出量が増加するいわゆるＰＮドリフト（ＰＮｄｒｉｆｔ）を抑制することができる。
つまり、コントロールユニット２１は、燃料付着量指標値Ｆを精度良く算出することで、内燃機関１の排気性能の悪化を精度良く回避するように内燃機関１を制御することができる。
デポジット除去モードは、例えば、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着したデポジットが全て除去されるように実施される。具体的には、デポジット除去モードは、例えば、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した全てのデポジットの除去が予想される所定期間（所定時間）連続して実施される。全てのデポジットの除去が予想される所定期間（所定時間）は、予め実験等により求めておけばよい。なお、デポジット除去モードは、例えば、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着したデポジットが所定量以下になるように実施してもよい。
なお、燃料付着量指標値Ｆの積算値（デポジット推定値Ｅ）が予め設定された閾値Ｓよりも大きくなった際や、デポジット除去モード中は、警告灯を点灯して運転者に告知するようにしてもよい。
図１０は、上述した実施例における内燃機関１の制御の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１では、内燃機関１の運転状態を検出する。
ステップＳ２では、上述した各種指標値ｆ０~ｆ７を算出する。
ステップＳ３では、各種指標値ｆ０~ｆ７を用いて燃料付着量指標値Ｆを算出する。すなわち、ステップＳ３では、ノズル先端温度指標値ｆ０に各種指標値ｆ１~ｆ７を乗じて燃料付着量指標値Ｆを算出する。
ステップＳ４では、前回までの燃料付着量指標値Ｆの積算値に、今回のステップＳ３で算出された燃料付着量指標値Ｆを加算した値をデポジット推定値Ｅとして算出する。デポジット推定値Ｅは、デポジット推定値Ｅの前回値に今回のステップＳ３で算出された燃料付着量指標値Ｆを加算した値である。換言すれば、ステップＳ４では、燃料付着量指標値Ｆを用いて燃料噴射弁１１のノズル先端に付着したデポジット量Ｄを推定している。
ステップＳ５では、デポジット推定値Ｅが予め設定された閾値Ｓよりも大きいか否かを判定する。換言すれば、ステップＳ５では、ノズル先端に付着したデポジット量Ｄが所定量よりも多いか否かを判定している。デポジット推定値Ｅが予め設定された閾値Ｓよりも大きい場合には、ステップＳ６に進む。デポジット推定値Ｅが予め設定された閾値Ｓ以下の場合には、今回のルーチンを終了する。
ステップＳ６では、内燃機関１の運転モードを通常モードから通常モードよりも燃料噴射弁１１に供給される燃料の圧力を高くするデポジット除去モードへ切り替える。デポジット除去モードにおいては、内燃機関１の運転点が低回転高負荷運転に変更される。ステップＳ６では、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着したデポジットが除去されるまでデポジット除去モードを実施する。
ステップＳ７では、デポジット推定値Ｅを「０」に書き替える。
以上、本発明の具体的な実施例を説明してきたが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、燃料付着量指標値Ｆは、ノズル先端温度指標値ｆ０及び各種指標値ｆ１~ｆ７のうち少なくともノズル先端温度指標値ｆ０を使って算出するようにしてもよい。
なお、上述した実施例は、燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量の推定方法、燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関１の制御方法及び燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関１の制御装置に関するものである。
Claims (9)
- 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁のノズル先端に付着した燃料付着量は、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度に応じた温度指標値ｆ０を用いて推定し、
上記温度指標値ｆ０は、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が所定温度Ａ以上の場合、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が高くなるほど上記燃料付着量が少なく算出されるような特性を有する、
燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量の推定方法。 - 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法であって、
上記燃料付着量は、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度に応じた温度指標値ｆ０を用いて推定し、
上記温度指標値ｆ０は、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が所定温度Ａ以上の場合、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が高くなるほど上記燃料付着量が少なく算出されるような特性を有する、
燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法。 - 上記温度指標値ｆ０は、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が所定温度Ａ以下の場合には、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が高くなるほど上記燃料付着量が多くなるような特性を有する、
請求項２に記載の燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法。 - 上記燃料付着量は、上記温度指標値ｆ０と、内燃機関の運転状態と、に応じて推定する、
請求項２または３に記載の燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法。 - 上記運転状態は、内燃機関の吸気圧である、
請求項４に記載の燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法。 - 上記運転状態は、内燃機関の機関回転数、上記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力、内燃機関の冷却水の温度、内燃機関の点火時期、上記燃料噴射弁の燃料噴射時期、一回の燃焼に必要な燃料量を上記燃料噴射弁が噴射する回数、のうちの少なくとも一つを含む、
請求項５に記載の燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法。 - 上記温度指標値ｆ０を用いて上記燃料噴射弁のノズル先端に付着したデポジットの堆積量を推定し、
上記デポジットの堆積量が予め設定された所定値を超えた場合に、上記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を高くする、
請求項２~６のいずれかに記載の燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法。 - 上記温度指標値ｆ０を用いて上記燃料噴射弁のノズル先端に付着したデポジットの堆積量を推定し、
上記デポジットの堆積量が予め設定された所定値を超えた場合に、内燃機関の運転点を低回転高負荷運転に変更する、
請求項２~７のいずれかに記載の燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法。 - 筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁のノズル先端の温度を検出するノズル先端温度検出部と、
上記燃料噴射弁のノズル先端の温度に応じた温度指標値ｆ０を用いて上記燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を推定する燃料付着量推定部と、
上記燃料付着量推定部で算出された上記燃料付着量に応じて内燃機関を制御する制御部と、を有し、
上記温度指標値ｆ０は、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が所定温度Ａ以上の場合、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が高くなるほど上記燃料付着量が少なく算出されるような特性を有する、
燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御装置。
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| JP2021504585A JP7160176B2 (ja) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | 燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量の推定方法、燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御方法及び燃料噴射弁のノズル先端の燃料付着量を用いた内燃機関の制御装置 |
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- 2019-03-13 JP JP2021504585A patent/JP7160176B2/ja active Active
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