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JP2017180140A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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JP2017180140A
JP2017180140A JP2016064336A JP2016064336A JP2017180140A JP 2017180140 A JP2017180140 A JP 2017180140A JP 2016064336 A JP2016064336 A JP 2016064336A JP 2016064336 A JP2016064336 A JP 2016064336A JP 2017180140 A JP2017180140 A JP 2017180140A
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injection
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陽一 津田
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract

【課題】パイロット噴射による燃焼に起因する燃焼騒音を低減する。【解決手段】メイン噴射とパイロット噴射とを行う内燃機関の制御装置であって、内燃機関の回転数を算出するエンジン回転数算出部と、パイロット噴射の仮の噴射時期を設定する仮パイロット噴射時期設定部と、仮の噴射時期にパイロット噴射を行った場合の気筒内の温度を推定する筒内温度推定部と、仮の噴射時期にパイロット噴射を行った場合の気筒内の酸素密度を推定する酸素密度推定部と、推定された気筒内の温度、推定された酸素密度、及び内燃機関の回転数から、着火遅れ期間を算出する着火遅れ期間算出部と、燃料の着火時期を算出する着火時期算出部と、着火遅れ期間が許容値以下であり、かつ、燃料の着火時期が筒内圧力変化率が最大となる時期以降となる場合、仮の噴射時期をパイロット噴射の噴射時期に設定するパイロット噴射時期設定部と、を備える。【選択図】図1Combustion noise caused by combustion by pilot injection is reduced. A control device for an internal combustion engine that performs main injection and pilot injection, an engine rotational speed calculation unit that calculates the rotational speed of the internal combustion engine, and a temporary pilot injection timing that sets a temporary injection timing of the pilot injection A setting unit, an in-cylinder temperature estimation unit for estimating the temperature in the cylinder when the pilot injection is performed at the temporary injection timing, and the oxygen density in the cylinder when the pilot injection is performed at the temporary injection timing An oxygen density estimation unit, an ignition delay period calculation unit that calculates an ignition delay period from the estimated cylinder temperature, the estimated oxygen density, and the rotational speed of the internal combustion engine, and an ignition timing that calculates the fuel ignition timing When the calculation unit and the ignition delay period are less than the allowable value and the fuel ignition timing is after the time when the in-cylinder pressure change rate is the maximum, the temporary injection timing is set as the pilot injection timing. It includes a lot injection timing setting unit, the. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

ディーゼル内燃機関の燃焼騒音を低減する技術として、主たる燃料噴射であるメイン噴射に先立ってパイロット噴射を行う技術が知られている。パイロット噴射を行うことによって、メイン噴射に先立ってパイロット噴射燃料による予備的な燃焼が行われ、そこにメイン噴射が行われるため、メイン噴射燃料は着火遅れの少ない状態で燃焼し、全体的に穏やかな燃焼が実現する。これにより、メイン噴射燃料の燃焼に伴う筒内圧力(燃焼室内圧力)の変化が緩慢になるので、メイン噴射燃料の燃焼による燃焼騒音は小さくなる。   As a technique for reducing combustion noise of a diesel internal combustion engine, a technique for performing pilot injection prior to main injection, which is main fuel injection, is known. By performing pilot injection, preliminary combustion with pilot injected fuel is performed prior to main injection, and main injection is performed there. Therefore, the main injected fuel burns in a state with little ignition delay, and is moderately overall. Combustion is achieved. As a result, the change in the in-cylinder pressure (combustion chamber pressure) accompanying the combustion of the main injected fuel becomes slow, so that the combustion noise due to the combustion of the main injected fuel is reduced.

しかしながら、パイロット噴射を行っても、実際にパイロット噴射燃料による燃焼が好適に行われない場合、パイロット噴射による燃焼に起因した燃焼騒音が大きくなったりする場合がある。   However, even if pilot injection is performed, combustion noise caused by combustion by pilot injection may increase if combustion by pilot injected fuel is not actually performed appropriately.

特許文献1では、パイロット噴射に基づく熱発生量を算出し、算出された熱発生量に基づいて、パイロット噴射による燃料噴射量を補正することにより、パイロット噴射による燃焼に起因する燃焼騒音を低減している。   In Patent Document 1, a heat generation amount based on pilot injection is calculated, and a fuel injection amount based on pilot injection is corrected based on the calculated heat generation amount, thereby reducing combustion noise caused by combustion by pilot injection. ing.

特開2009−281143号公報JP 2009-281143 A

ところで、パイロット噴射による燃焼に起因する燃焼騒音には、パイロット噴射の時期も影響する。したがって、特許文献1のようにパイロット噴射による燃料噴射量を補正しても、パイロット噴射による燃焼に起因する燃焼騒音が十分に低減されないおそれがある。   By the way, the timing of pilot injection also affects the combustion noise resulting from combustion by pilot injection. Therefore, even if the fuel injection amount by pilot injection is corrected as in Patent Document 1, there is a possibility that combustion noise due to combustion by pilot injection may not be sufficiently reduced.

そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、パイロット噴射を行う内燃機関において、パイロット噴射による燃焼に起因する燃焼騒音を低減することを課題とする。   Therefore, an object of the control device for an internal combustion engine disclosed in this specification is to reduce combustion noise caused by combustion by pilot injection in an internal combustion engine that performs pilot injection.

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、1サイクル中に、メイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを含む複数回の燃料噴射を気筒内に行う燃料噴射手段を備える内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、前記クランク角センサの検出値から前記内燃機関の回転数を算出するエンジン回転数算出部と、前記パイロット噴射の仮の噴射時期を設定する仮パイロット噴射時期設定部と、前記仮の噴射時期に前記パイロット噴射を行った場合の前記気筒内の温度を推定する筒内温度推定部と、前記仮の噴射時期に前記パイロット噴射を行った場合の前記気筒内の酸素密度を推定する酸素密度推定部と、推定された前記気筒内の温度、推定された前記酸素密度、及び前記内燃機関の回転数から、前記パイロット噴射によって燃料が噴射されてから前記燃料に着火するまでの着火遅れ期間を算出する着火遅れ期間算出部と、前記燃料の着火時期を算出する着火時期算出部と、前記着火遅れ期間が許容値以下であり、かつ、前記燃料の着火時期が単位時間または単位クランク角あたりの前記気筒内の圧力の変化量である筒内圧力変化率が最大となる時期以降となる場合、前記仮の噴射時期を、前記パイロット噴射の噴射時期に設定するパイロット噴射時期設定部と、を備える内燃機関の制御装置である。   In order to solve such a problem, the control device for an internal combustion engine disclosed in the present specification performs a plurality of fuel injections including a main injection and a pilot injection preceding the main injection into the cylinder during one cycle. A control device for an internal combustion engine comprising fuel injection means, a crank angle sensor for detecting a crank angle of the internal combustion engine, and an engine speed calculation unit for calculating the rotational speed of the internal combustion engine from a detection value of the crank angle sensor A temporary pilot injection timing setting unit that sets a temporary injection timing of the pilot injection, an in-cylinder temperature estimation unit that estimates a temperature in the cylinder when the pilot injection is performed at the temporary injection timing, An oxygen density estimator for estimating an oxygen density in the cylinder when the pilot injection is performed at the temporary injection timing; an estimated temperature in the cylinder; and an estimated acid An ignition delay period calculating unit that calculates an ignition delay period from when the fuel is injected by the pilot injection to when the fuel is ignited from the density and the number of revolutions of the internal combustion engine; and an ignition that calculates the ignition timing of the fuel A timing calculation unit, and the in-cylinder pressure change rate in which the ignition delay period is less than or equal to an allowable value and the ignition timing of the fuel is a change in pressure in the cylinder per unit time or unit crank angle is maximum. And a pilot injection timing setting unit that sets the temporary injection timing to the injection timing of the pilot injection.

本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、パイロット噴射を行う内燃機関において、パイロット噴射による燃焼に起因する燃焼騒音を低減することができる。   According to the control device for an internal combustion engine disclosed in this specification, in an internal combustion engine that performs pilot injection, combustion noise caused by combustion by pilot injection can be reduced.

図1は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an engine system to which a control device for an internal combustion engine according to an embodiment is applied. 図2は、ECUが実行するパイロット噴射時期制御の一例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an example of pilot injection timing control executed by the ECU. 図3(a)は、エンジン回転数が1000rpmのときの、パイロット噴射時の酸素密度と、パイロット噴射時の筒内温度と、着火遅れ期間との関係を示す等着火遅れ線図の一例であり、図3(b)は、エンジン回転数が2000rpmのときの、パイロット噴射時の酸素密度と、パイロット噴射時の筒内温度と、着火遅れ期間との関係を示す等着火遅れ線図の一例である。FIG. 3A is an example of an equal ignition delay diagram showing the relationship between the oxygen density during pilot injection, the in-cylinder temperature during pilot injection, and the ignition delay period when the engine speed is 1000 rpm. FIG. 3B is an example of an equal ignition delay diagram showing the relationship between the oxygen density during pilot injection, the in-cylinder temperature during pilot injection, and the ignition delay period when the engine speed is 2000 rpm. is there. 図4は、ECUが実行するパイロット噴射量制御の一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing an example of pilot injection amount control executed by the ECU. パイロット噴射時の酸素密度と、パイロット噴射時の筒内温度と、1mm/stあたりの発熱量との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the oxygen density at the time of pilot injection, the cylinder temperature at the time of pilot injection, and the calorific value per 1 mm 3 / st.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, and the like of each part may not be shown so as to completely match the actual ones. In some cases, details are omitted in some drawings.

まず、図1を参照し、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図1は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステム10の構成を示す概略図である。   First, an engine system to which a control device for an internal combustion engine according to an embodiment is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an engine system 10 to which a control device for an internal combustion engine according to an embodiment is applied.

エンジンシステム10は、ディーゼルエンジンからなる内燃機関としてのエンジン100を備えている。なお、図1では4気筒エンジンを例示したが、本発明は、任意の気筒数の内燃機関に適用することができる。エンジン100の各気筒は、燃焼室内(筒内)に燃料を噴射する燃料噴射弁12、吸気バルブ14、排気バルブ16等を備えている。また、エンジン100は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路18と、各気筒から排気ガスを排出する排気通路20とを備えている。吸気通路18には、吸入空気量を調整するスロットル弁22が設けられている。排気通路20には、排気ガスを浄化する触媒24が設けられている。   The engine system 10 includes an engine 100 as an internal combustion engine that is a diesel engine. Although FIG. 1 illustrates a four-cylinder engine, the present invention can be applied to an internal combustion engine having an arbitrary number of cylinders. Each cylinder of the engine 100 includes a fuel injection valve 12, an intake valve 14, an exhaust valve 16, and the like that inject fuel into a combustion chamber (inside the cylinder). The engine 100 also includes an intake passage 18 that sucks intake air into each cylinder, and an exhaust passage 20 that discharges exhaust gas from each cylinder. The intake passage 18 is provided with a throttle valve 22 that adjusts the amount of intake air. A catalyst 24 for purifying exhaust gas is provided in the exhaust passage 20.

エンジン100は、排気ガスの一部をEGRガスとして吸気系に還流するEGR機構26を備えている。EGR機構26は、吸気通路18と排気通路20とを接続するEGR通路28と、EGR通路28を介して排気系から吸気系に還流されるEGRガスの還流量(EGR量)を調整するEGR弁30とを備えている。また、エンジン100には、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機32が搭載されている。なお、本発明は、過給機32を搭載していない内燃機関にも適用可能である。   The engine 100 includes an EGR mechanism 26 that recirculates a part of the exhaust gas as EGR gas to the intake system. The EGR mechanism 26 includes an EGR passage 28 that connects the intake passage 18 and the exhaust passage 20, and an EGR valve that adjusts the recirculation amount (EGR amount) of EGR gas recirculated from the exhaust system to the intake system via the EGR passage 28. 30. The engine 100 is equipped with a supercharger 32 that supercharges intake air using exhaust pressure. The present invention is also applicable to an internal combustion engine that is not equipped with the supercharger 32.

また、エンジンシステム10は、ECU(Electronic Control Unit)200を備えている。ECU200は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び記憶装置等を備える。ECU200は、ROMや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより後述するパイロット噴射時期制御を実行する。ECU200は、エンジン回転数算出部、仮パイロット噴射時期設定部、筒内温度推定部、酸素密度推定部、着火遅れ期間算出部、着火時期算出部、及びパイロット噴射時期設定部の一例である。   The engine system 10 includes an ECU (Electronic Control Unit) 200. The ECU 200 includes a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and a storage device. ECU 200 executes pilot injection timing control, which will be described later, by executing a program stored in a ROM or a storage device. ECU 200 is an example of an engine speed calculation unit, a temporary pilot injection timing setting unit, an in-cylinder temperature estimation unit, an oxygen density estimation unit, an ignition delay period calculation unit, an ignition timing calculation unit, and a pilot injection timing setting unit.

ECU200の出力側には、前述の燃料噴射弁12、スロットル弁22、EGR弁30等の種々のアクチュエータが接続されている。   Various actuators such as the fuel injection valve 12, the throttle valve 22, and the EGR valve 30 are connected to the output side of the ECU 200.

ECU200の入力側には、エンジン100のクランク角を検出するクランク角センサ41、吸入空気量を検出するエアフローメータ42、及びスロットル弁22の上流に作用する過給圧を計測する過給圧センサ43が接続されている。また、ECU200の入力側には、排気マニホールドにおける排気の圧力であるエキゾーストマニホールド圧力を検出するエキマニ圧力センサ44と、排気マニホールドにおける排気の温度であるエキゾーストマニホールド温度を検出するエキマニ温度センサ45と、吸気マニホールド内の圧力を検出するインマニ圧力センサ46と、が接続されている。さらに、ECU200の入力側には、エンジン100の空燃比を検出する空燃比センサ47と、エンジン水温を検出するエンジン水温センサ48と、が接続されている。   On the input side of the ECU 200, a crank angle sensor 41 that detects the crank angle of the engine 100, an air flow meter 42 that detects the intake air amount, and a boost pressure sensor 43 that measures the boost pressure acting upstream of the throttle valve 22. Is connected. Further, on the input side of the ECU 200, an exhaust manifold pressure sensor 44 that detects an exhaust manifold pressure that is an exhaust pressure in the exhaust manifold, an exhaust manifold temperature sensor 45 that detects an exhaust manifold temperature that is an exhaust temperature in the exhaust manifold, and an intake air An intake manifold pressure sensor 46 for detecting the pressure in the manifold is connected. Further, an air-fuel ratio sensor 47 that detects the air-fuel ratio of the engine 100 and an engine water temperature sensor 48 that detects the engine water temperature are connected to the input side of the ECU 200.

ECU200は、クランク角センサの検出値からエンジン100の回転数(エンジン回転数)を算出する。さらに、ECU200は、各センサから入力されるエンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報及び信号に基づいて、パイロット噴射に起因する燃焼騒音を低減するために、以下のパイロット噴射時期制御を実行する。   ECU 200 calculates the rotational speed of engine 100 (engine rotational speed) from the detected value of the crank angle sensor. Furthermore, the ECU 200 executes the following pilot injection timing control in order to reduce combustion noise caused by pilot injection based on various information and signals regarding the operating state and operating conditions of the engine input from each sensor. .

図2は、ECU200が実行するパイロット噴射時期制御の一例を示すフローチャートである。図2の処理は、所定時間毎(例えば、8msec)に実行される。   FIG. 2 is a flowchart showing an example of pilot injection timing control executed by the ECU 200. The process in FIG. 2 is executed at predetermined time intervals (for example, 8 msec).

ECU200は、まず、仮パイロット噴射時期を設定する(ステップS11)。本実施形態では図2の処理の開始時、ECU200は、仮パイロット噴射時期にデフォルト値を設定する。デフォルト値は、例えば、メイン噴射時期−α−β(例えば、α=3、β=8)である。   ECU 200 first sets a temporary pilot injection timing (step S11). In the present embodiment, at the start of the process of FIG. 2, ECU 200 sets a default value for the temporary pilot injection timing. The default value is, for example, main injection timing−α−β (for example, α = 3, β = 8).

次に、ECU200は、仮パイロット噴射時期にパイロット噴射を行った場合のパイロット噴射時の筒内温度及び酸素密度を算出する(ステップS13)。例えば、ECU200は、下記数1〜数3の式に示す計算モデルの一例に基づいて、パイロット噴射時の筒内温度を算出する。より詳細に述べると、まず、数1の式を用いて、下死点圧力、下死点容積、シリンダガス総量、及び気体定数に基づいて、下死点筒内温度を算出する。本実施形態では、下死点圧力として過給圧センサ43から取得される過給圧を用いるが、下死点圧力は、筒内に圧力センサを設け、当該圧力センサから取得してもよい。シリンダガス総量は、例えば、吸入空気量、エキゾーストマニホールド圧力、TDC時容積、エキゾーストマニホールド温度等に基づいて算出される。   Next, the ECU 200 calculates the in-cylinder temperature and oxygen density at the time of pilot injection when pilot injection is performed at the temporary pilot injection timing (step S13). For example, the ECU 200 calculates the in-cylinder temperature at the time of pilot injection based on an example of a calculation model represented by the following equations 1 to 3. More specifically, first, the bottom dead center in-cylinder temperature is calculated based on the bottom dead center pressure, the bottom dead center volume, the total cylinder gas amount, and the gas constant using the formula (1). In this embodiment, the supercharging pressure acquired from the supercharging pressure sensor 43 is used as the bottom dead center pressure. However, the bottom dead center pressure may be acquired from a pressure sensor provided in the cylinder. The total cylinder gas amount is calculated based on, for example, the intake air amount, the exhaust manifold pressure, the TDC capacity, the exhaust manifold temperature, and the like.

Figure 2017180140
Figure 2017180140

次に、数2の式を用いて、圧縮端筒内温度、下死点筒内温度、及び圧縮比に基づいて、ポリトロープ指数を算出する。数2の式は、ポリトロープ指数の算出方法の一例を示すものである。なお、圧縮端筒内温度は、断熱変化時の圧縮端筒内温度、ボア壁温等に基づいて算出される。断熱変化時の圧縮端筒内温度は、例えば断熱圧縮端圧力、TDC時容積、シリンダガス総量、及び気体定数等に基づいて算出される。断熱圧縮端圧力は、例えば下死点圧力と圧縮比とに基づいて算出される。本実施形態では、ボア壁温としてエンジン水温センサ48から取得されるエンジン水温を用いるが、ボア壁温は、シリンダ壁温を直接検出する温度センサを設け、当該温度センサから取得してもよいし、潤滑油の温度などで代用してもよい。   Next, the polytropic index is calculated based on the compression end in-cylinder temperature, the bottom dead center in-cylinder temperature, and the compression ratio, using the equation (2). Formula 2 shows an example of a method for calculating the polytropic index. Note that the compression end in-cylinder temperature is calculated based on the compression end in-cylinder temperature, the bore wall temperature, and the like at the time of adiabatic change. The compression end in-cylinder temperature at the time of adiabatic change is calculated based on, for example, the adiabatic compression end pressure, the TDC volume, the cylinder gas total amount, the gas constant, and the like. The adiabatic compression end pressure is calculated based on, for example, the bottom dead center pressure and the compression ratio. In this embodiment, the engine water temperature acquired from the engine water temperature sensor 48 is used as the bore wall temperature. However, the bore wall temperature may be obtained from a temperature sensor that directly detects the cylinder wall temperature. Alternatively, the temperature of the lubricating oil may be substituted.

Figure 2017180140
Figure 2017180140

次に、上記下死点筒内温度及びポリトロープ指数と、下死点容積と、パイロット噴射時容積と、を用いて、数3の式によりパイロット噴射時筒内温度を算出する。   Next, the in-cylinder temperature at the time of pilot injection is calculated by the following equation using the bottom dead center in-cylinder temperature and the polytropic index, the bottom dead center volume, and the pilot injection volume.

Figure 2017180140
Figure 2017180140

パイロット噴射時の酸素密度は、例えば、下記数4の式により算出される。数4の式では、シリンダガス総量、筒内の酸素質量割合、及びパイロット噴射時のシリンダ容積に基づいて、パイロット噴射時の酸素密度が算出される。   The oxygen density at the time of pilot injection is calculated by, for example, the following equation (4). In Equation 4, the oxygen density at the time of pilot injection is calculated based on the total amount of cylinder gas, the oxygen mass ratio in the cylinder, and the cylinder volume at the time of pilot injection.

Figure 2017180140
Figure 2017180140

筒内の酸素質量割合は、燃料1分子あたりの排気CO質量と、EGR率と、燃料1分子あたりの筒内総質量と、に基づいて算出される。燃料1分子あたりの筒内総質量は、燃料1分子あたりの吸気ガス質量と、EGR率と、燃料1分子あたりの排気ガス質量と、に基づいて算出される。吸気ガス質量は、例えば、インマニ圧力センサ46によって検出される吸気マニホールド内の圧力に基づいて算出される。排気ガス質量は、例えば、吸入空気質量と、エンジン100の空燃比と、に基づいて算出される。 The oxygen mass ratio in the cylinder is calculated based on the exhaust CO 2 mass per molecule of fuel, the EGR rate, and the total mass in cylinder per molecule of fuel. The in-cylinder total mass per fuel molecule is calculated based on the intake gas mass per fuel molecule, the EGR rate, and the exhaust gas mass per fuel molecule. The intake gas mass is calculated based on the pressure in the intake manifold detected by the intake manifold pressure sensor 46, for example. The exhaust gas mass is calculated based on the intake air mass and the air-fuel ratio of the engine 100, for example.

次にECU200は、ステップS13で算出したパイロット噴射時の筒内温度と、パイロット噴射時の酸素密度と、現在のエンジン回転数と、に基づいて、着火遅れ期間を算出する(ステップS15)。具体的には、ECU200は、図3(a)及び図3(b)に示す、エンジン回転数ごとに用意された、パイロット噴射時の筒内温度と酸素密度とから着火遅れ期間を求める等着火遅れ線図を用いて、着火遅れ時期を算出する。   Next, ECU 200 calculates the ignition delay period based on the in-cylinder temperature at the time of pilot injection calculated at step S13, the oxygen density at the time of pilot injection, and the current engine speed (step S15). Specifically, the ECU 200 obtains the ignition delay period from the in-cylinder temperature and the oxygen density at the time of pilot injection, which is prepared for each engine speed, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). The ignition delay time is calculated using the delay diagram.

次に、ECU200は、仮パイロット噴射時期に着火遅れ期間を加算して、着火時期を算出する(ステップS17)。   Next, the ECU 200 calculates the ignition timing by adding the ignition delay period to the temporary pilot injection timing (step S17).

次に、ECU200は、着火遅れ期間が許容値以下であり、かつ、着火時期が、筒内圧力変化率dp/dθがピーク値をとる時期よりも遅角側にあるか否かを判断する(ステップS19)。なお、許容値には、着火遅れ期間が許容値以下であれば、メイン噴射までにパイロット噴射による燃料が燃焼することができる値が設定される。   Next, the ECU 200 determines whether or not the ignition delay period is equal to or less than an allowable value and the ignition timing is on the retard side with respect to the timing at which the in-cylinder pressure change rate dp / dθ takes a peak value ( Step S19). In addition, if the ignition delay period is equal to or less than the allowable value, the allowable value is set such that the fuel by the pilot injection can be combusted before the main injection.

ステップS19の判断が肯定された場合には、ECU200は、ステップS11で設定した仮パイロット噴射時期をパイロット噴射時期に設定し(ステップS21)、図2の処理を終了する。   If the determination in step S19 is affirmative, the ECU 200 sets the temporary pilot injection timing set in step S11 as the pilot injection timing (step S21), and ends the process of FIG.

一方、ステップS19の判断が否定された場合には、ECU200は、ステップS11において、仮パイロット噴射時期を設定しなおし、ステップS13からの処理を実行する。例えば、ECU200は、ステップS19において着火遅れ時期が許容値以下の場合には、仮パイロット噴射時期を、着火遅れが長くなる、現在の仮パイロット噴射時期よりも進角側に設定し、着火遅れ時期が許容値よりも大きい場合には、仮パイロット噴射時期を、着火遅れが短くなる、現在の仮パイロット噴射時期よりも遅角側に設定する。   On the other hand, if the determination in step S19 is negative, the ECU 200 resets the temporary pilot injection timing in step S11 and executes the processing from step S13. For example, when the ignition delay time is equal to or less than the allowable value in step S19, the ECU 200 sets the temporary pilot injection time to an advance side with respect to the current temporary pilot injection time, in which the ignition delay becomes longer, and the ignition delay time. Is larger than the allowable value, the temporary pilot injection timing is set to the retard side of the current temporary pilot injection timing at which the ignition delay is shortened.

筒内圧力変化率dp/dθがピーク値をとる時期とパイロット燃焼とが重なると、筒内の圧力上昇が大きくなるため燃焼音が大きくなるが、上記のパイロット噴射時期制御によれば、パイロット噴射による燃料を筒内圧力変化率dp/dθがピーク値をとる時期よりも後ろで燃焼させることができるため、燃焼音を低減することができる。また、パイロットの着火遅れ期間が長いと燃焼音が大きくなるが、上記のパイロット噴射時期制御では、着火遅れ期間を許容値以下にしているため、燃焼音を低減することができる。   If the timing at which the in-cylinder pressure change rate dp / dθ takes a peak value and the pilot combustion overlap, the increase in the in-cylinder pressure increases and the combustion noise increases. However, according to the pilot injection timing control described above, pilot injection Can be burned after the time when the in-cylinder pressure change rate dp / dθ takes a peak value, so that combustion noise can be reduced. Further, if the pilot ignition delay period is long, the combustion noise increases. However, in the above pilot injection timing control, the ignition delay period is set to the allowable value or less, so the combustion noise can be reduced.

上述の説明から明らかなように、エンジンシステム10は、1サイクル中に、メイン噴射とメイン噴射に先立つパイロット噴射とを含む複数回の燃料噴射を気筒内に行う燃料噴射弁12を備えるエンジン100のクランク角を検出するクランク角センサ41と、ECU200と、を備える。ECU200は、クランク角センサの検出値からエンジン100の回転数を算出し、パイロット噴射の仮の噴射時期を設定し、仮の噴射時期にパイロット噴射を行った場合のパイロット噴射時の気筒内の温度を推定し、仮の噴射時期にパイロット噴射を行った場合のパイロット噴射時の気筒内の酸素密度を推定する。ECU200は、推定されたパイロット噴射時の気筒内の温度、推定されたパイロット噴射時の酸素密度、及びエンジン100の回転数から、パイロット噴射によって燃料が噴射されてから燃料に着火するまでの着火遅れ期間を算出し、着火遅れ期間に基づいて燃料の着火時期を算出し、着火遅れ期間が許容値以下であり、かつ、燃料の着火時期が筒内圧力変化率が最大となる時期以降となる場合、仮の噴射時期を、パイロット噴射の噴射時期に設定する。これにより、パイロット噴射による燃料を筒内圧力変化率dp/dθがピーク値をとる時期よりも後ろで燃焼させることができるため、燃焼音を低減することができる。また、パイロットの着火遅れ期間が長いと燃焼音が大きくなるが、着火遅れ期間を許容値以下にしているため、燃焼音を低減することができる。   As is apparent from the above description, the engine system 10 includes an engine 100 including a fuel injection valve 12 that performs a plurality of fuel injections, including main injection and pilot injection preceding the main injection, in a cylinder during one cycle. A crank angle sensor 41 that detects the crank angle and an ECU 200 are provided. ECU 200 calculates the rotational speed of engine 100 from the detected value of the crank angle sensor, sets a temporary injection timing for pilot injection, and the temperature in the cylinder at the time of pilot injection when pilot injection is performed at the temporary injection timing , And the oxygen density in the cylinder at the time of pilot injection when pilot injection is performed at the temporary injection timing is estimated. ECU 200 determines the ignition delay from when the fuel is injected by pilot injection until the fuel is ignited based on the estimated temperature in the cylinder at the time of pilot injection, the estimated oxygen density at the time of pilot injection, and the rotational speed of engine 100. When the ignition timing of the fuel is calculated based on the ignition delay period, the ignition delay period is less than the allowable value, and the fuel ignition timing is after the period when the in-cylinder pressure change rate is maximum The temporary injection timing is set as the pilot injection timing. Thereby, fuel by pilot injection can be burned after the time when the in-cylinder pressure change rate dp / dθ takes a peak value, so that combustion noise can be reduced. Further, if the pilot ignition delay period is long, the combustion noise increases. However, since the ignition delay period is set to an allowable value or less, the combustion noise can be reduced.

前述したように、燃焼音は、筒内圧力変化率(dp/dθ)が大きいと大きくなる。燃焼には、予混合燃焼と拡散燃焼とがあるが、予混合燃焼は、着火遅れ期間が長く、着火温度に達すると急激に燃焼する燃焼であるため、筒内圧力変化率が大きくなり、燃焼音が大きくなる。一方、高温場に燃料を供給すると着火遅れ期間が短い拡散燃焼となるため、筒内圧力変化率が小さく燃焼音が小さくなる。したがって、ECU200は、上記パイロット噴射時期制御に加えて、パイロット噴射量を制御することにより、メイン噴射時の筒内温度をメイン噴射による燃料が拡散燃焼できる温度とすることで、燃焼音を低減するパイロット噴射量制御を行ってもよい。   As described above, the combustion noise increases as the in-cylinder pressure change rate (dp / dθ) increases. There are two types of combustion: premixed combustion and diffusion combustion. Premixed combustion is a combustion that has a long ignition delay period and burns rapidly when the ignition temperature is reached. The sound becomes louder. On the other hand, if fuel is supplied to a high temperature field, diffusion combustion has a short ignition delay period, so that the in-cylinder pressure change rate is small and the combustion noise is small. Therefore, the ECU 200 controls the pilot injection amount in addition to the pilot injection timing control, thereby reducing the combustion noise by setting the in-cylinder temperature at the time of main injection to a temperature at which fuel from the main injection can be diffusely burned. Pilot injection amount control may be performed.

図4は、パイロット噴射量制御の一例を示すフローチャートである。図4の処理は、所定時間毎(例えば、8msec)に実行される。   FIG. 4 is a flowchart showing an example of pilot injection amount control. The process of FIG. 4 is executed every predetermined time (for example, 8 msec).

まず、ECU200は、パイロット噴射を行う前の圧縮のみによるメイン噴射時の筒内温度を推定する(ステップS31)。メイン噴射時の筒内温度は、下記数5の式より算出される。より詳細に述べると、数5の式では、下死点筒内温度、下死点容積、及びメイン噴射時容積に基づいて、メイン噴射時筒内温度を算出する。

Figure 2017180140
First, the ECU 200 estimates the in-cylinder temperature at the time of main injection by only compression before performing pilot injection (step S31). The in-cylinder temperature at the time of main injection is calculated by the following equation (5). More specifically, in the equation (5), the in-cylinder temperature during main injection is calculated based on the in-cylinder temperature in bottom dead center, the bottom dead center volume, and the main injection volume.
Figure 2017180140

続いて、ECU200は、要求発熱量を算出する(ステップS33)。要求発熱量は、例えば、シリンダガス総量、パイロット噴射時定圧比熱、メイン噴射時筒内温度の目標値である目標温度、及び、ステップS31で推定したメイン噴射時筒内温度を用い、下記数6の式より算出される。パイロット噴射時定圧比熱は、パイロット噴射時筒内温度における各成分(CO、HO、N、O)の定圧比熱と、筒内の各成分の質量割合と、に基づいて算出される。

Figure 2017180140
Subsequently, the ECU 200 calculates a required heat generation amount (step S33). The required calorific value is, for example, the following equation 6 using the total amount of cylinder gas, the constant pressure specific heat at the time of pilot injection, the target temperature that is the target value of the in-cylinder temperature during main injection, and the in-cylinder temperature during main injection estimated in step S31. It is calculated from the following formula. The constant pressure specific heat at the time of pilot injection is calculated based on the constant pressure specific heat of each component (CO 2 , H 2 O, N 2 , O 2 ) at the cylinder temperature at the time of pilot injection and the mass ratio of each component in the cylinder. The
Figure 2017180140

続いて、ECU200は、1mm/stあたりの発熱量とステップS33で算出した要求発熱量とから要求パイロット量を算出する(ステップS35)。この要求パイロット量がパイロット噴射量となる。要求パイロット量は、以下数7の式より算出される。ECU200は、1mm/stあたりの発熱量を、例えば、図5に示すパイロット噴射時筒内温度とパイロット噴射時酸素密度との関係を定義したマップから算出することができる。

Figure 2017180140
Subsequently, the ECU 200 calculates a required pilot amount from the heat generation amount per 1 mm 3 / st and the required heat generation amount calculated in step S33 (step S35). This required pilot amount becomes the pilot injection amount. The required pilot amount is calculated by the following equation (7). The ECU 200 can calculate the calorific value per 1 mm 3 / st from, for example, a map that defines the relationship between the pilot injection cylinder temperature and the pilot injection oxygen density shown in FIG.
Figure 2017180140

以上の処理により求めたパイロット噴射量を用いてパイロット噴射を行うことにより、メイン燃焼時の筒内温度をメイン噴射が拡散燃焼できる温度にすることができるため、燃焼音をより低減することができる。   By performing pilot injection using the pilot injection amount obtained by the above processing, the in-cylinder temperature at the time of main combustion can be set to a temperature at which main injection can be diffusely burned, so that combustion noise can be further reduced. .

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。   The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to these. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention, and It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.

10 エンジンシステム(内燃機関の制御装置)
41 クランク角センサ
100 エンジン(内燃機関)
200 ECU(エンジン回転数算出部、仮パイロット噴射時期設定部、筒内温度推定部、酸素密度推定部、着火遅れ期間算出部、着火時期算出部、パイロット噴射時期設定部)

10. Engine system (control device for internal combustion engine)
41 Crank angle sensor 100 Engine (internal combustion engine)
200 ECU (engine speed calculation unit, provisional pilot injection timing setting unit, in-cylinder temperature estimation unit, oxygen density estimation unit, ignition delay period calculation unit, ignition timing calculation unit, pilot injection timing setting unit)

Claims (1)

1サイクル中に、メイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを含む複数回の燃料噴射を気筒内に行う燃料噴射手段を備える内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、
前記クランク角センサの検出値から前記内燃機関の回転数を算出するエンジン回転数算出部と、
前記パイロット噴射の仮の噴射時期を設定する仮パイロット噴射時期設定部と、
前記仮の噴射時期に前記パイロット噴射を行った場合のパイロット噴射時の前記気筒内の温度を推定する筒内温度推定部と、
前記仮の噴射時期に前記パイロット噴射を行った場合のパイロット噴射時の前記気筒内の酸素密度を推定する酸素密度推定部と、
推定された前記パイロット噴射時の気筒内の温度、推定された前記パイロット噴射時の気筒内の酸素密度、及び前記内燃機関の回転数から、前記パイロット噴射によって燃料が噴射されてから前記燃料に着火するまでの着火遅れ期間を算出する着火遅れ期間算出部と、
前記燃料の着火時期を算出する着火時期算出部と、
前記着火遅れ期間が許容値以下であり、かつ、前記燃料の着火時期が単位時間または単位クランク角あたりの前記気筒内の圧力の変化量である筒内圧力変化率が最大となる時期以降となる場合、前記仮の噴射時期を、前記パイロット噴射の噴射時期に設定するパイロット噴射時期設定部と、
を備える内燃機関の制御装置。


A control apparatus for an internal combustion engine comprising fuel injection means for performing a plurality of fuel injections in a cylinder including a main injection and a pilot injection preceding the main injection during one cycle,
A crank angle sensor for detecting a crank angle of the internal combustion engine;
An engine speed calculating unit for calculating the speed of the internal combustion engine from a detection value of the crank angle sensor;
A provisional pilot injection timing setting unit for setting a provisional injection timing of the pilot injection;
An in-cylinder temperature estimation unit that estimates the temperature in the cylinder at the time of pilot injection when the pilot injection is performed at the temporary injection timing;
An oxygen density estimator for estimating the oxygen density in the cylinder at the time of pilot injection when the pilot injection is performed at the temporary injection timing;
From the estimated temperature in the cylinder at the time of the pilot injection, the estimated oxygen density in the cylinder at the time of the pilot injection, and the rotational speed of the internal combustion engine, the fuel is injected by the pilot injection and then the fuel is ignited. An ignition delay period calculation unit for calculating an ignition delay period until
An ignition timing calculation unit for calculating the ignition timing of the fuel;
The ignition delay period is equal to or less than an allowable value, and the ignition timing of the fuel is after the time when the in-cylinder pressure change rate, which is the amount of change in pressure in the cylinder per unit time or unit crank angle, becomes maximum. A pilot injection timing setting unit that sets the temporary injection timing to the injection timing of the pilot injection;
A control device for an internal combustion engine.


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