JP2016223387A - Pm generation amount estimation device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関のＰＭ発生量推定装置に係る。特に、本発明はＰＭ発生量の推定精度の向上を図るための対策に関する。 The present invention relates to a PM generation amount estimation device for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to a measure for improving the estimation accuracy of the PM generation amount.
従来、内燃機関（主にディーゼルエンジン）の排気系には、排気ガス中のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕集するためのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が設けられている。また、このＤＰＦに捕集されたＰＭの堆積量が所定量に達した場合には、ＤＰＦ上のＰＭを燃焼・除去するフィルタ再生処理を行うことで、ＤＰＦの詰まりを抑制するようになっている。 Conventionally, an exhaust system of an internal combustion engine (mainly a diesel engine) is provided with a DPF (Diesel Particulate Filter) for collecting PM (Particulate Matter) in the exhaust gas. In addition, when the accumulated amount of PM collected in the DPF reaches a predetermined amount, clogging of the DPF is suppressed by performing filter regeneration processing for burning and removing PM on the DPF. Yes.
フィルタ再生処理タイミングの適正化を図るための手段として、エンジンの燃焼行程において生成されるＰＭ量（ＰＭ発生量）を推定することが挙げられる。特許文献１には、エンジン回転速度とエンジン負荷とに対応する運転領域のＰＭ発生量をマップによって推定することが開示されている。
A means for optimizing the filter regeneration processing timing includes estimating the amount of PM (PM generation amount) generated in the combustion stroke of the engine.
しかしながら、実際のＰＭ発生量は、過給機の過給遅れやＥＧＲ率の変動の影響を受けるものである。これら過給遅れやＥＧＲ率の変動はエンジンの過渡運転時に生じる。 However, the actual PM generation amount is affected by the supercharging delay of the supercharger and the fluctuation of the EGR rate. These supercharging delays and fluctuations in the EGR rate occur during engine transient operation.
特許文献１に開示されている技術（エンジン回転速度とエンジン負荷とによってＰＭ発生量を推定するもの）では、エンジンの定常運転状態でのＰＭ発生量については適正に推定できるものの、過渡運転時におけるＰＭ発生量はエンジン回転速度およびエンジン負荷のみでは規定できないことから、この過渡運転時におけるＰＭ発生量の推定精度を高めることが難しい。 In the technique disclosed in Patent Document 1 (which estimates the PM generation amount based on the engine rotation speed and the engine load), the PM generation amount in the steady operation state of the engine can be properly estimated, but during transient operation, Since the PM generation amount cannot be defined only by the engine rotation speed and the engine load, it is difficult to increase the estimation accuracy of the PM generation amount during this transient operation.
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、ＰＭ発生量の推定精度の向上を図ることが可能な内燃機関のＰＭ発生量推定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 provide a PM generation amount estimation device for an internal combustion engine that can improve the estimation accuracy of the PM generation amount. .
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、内燃機関の気筒内で発生するＰＭの量を推定するＰＭ発生量推定装置を前提とする。このＰＭ発生量推定装置に対し、燃料噴射弁から前記気筒内に噴射される燃料の噴射圧力、その燃料の噴射量、および、前記燃料噴射弁から前記気筒内に燃料が噴射された際の筒内圧力に基づいて、燃料噴射完了後における燃料噴霧の体積を算出する噴霧体積算出部と、ＥＧＲ率および前記燃料噴霧の体積に基づいて、前記燃料噴霧内の空燃比を算出する噴霧内空燃比算出部と、前記燃料噴霧内の空燃比に基づいて前記気筒内で発生するＰＭの量を算出するＰＭ発生量算出部とを備えさせている。 The solution means of the present invention for achieving the above object is premised on a PM generation amount estimation device for estimating the amount of PM generated in a cylinder of an internal combustion engine. With respect to this PM generation amount estimation device, the fuel injection pressure injected from the fuel injection valve into the cylinder, the fuel injection amount, and the cylinder when the fuel is injected from the fuel injection valve into the cylinder A spray volume calculation unit that calculates the volume of the fuel spray after completion of fuel injection based on the internal pressure, and an air-fuel ratio in the spray that calculates the air-fuel ratio in the fuel spray based on the EGR rate and the volume of the fuel spray A calculation unit and a PM generation amount calculation unit that calculates the amount of PM generated in the cylinder based on the air-fuel ratio in the fuel spray are provided.
本発明の発明者は、内燃機関の過渡運転時における機関運転状態量の変動が、燃料噴霧内の空燃比に反映されることに着目し、この燃料噴霧内の空燃比に基づいてＰＭ発生量を算出するようにした。つまり、燃料の噴射圧力、その燃料の噴射量、および、気筒内に燃料が噴射された際の筒内圧力に基づいて燃料噴霧の体積を算出すると共に、この燃料噴霧の体積とＥＧＲ率とによって算出された燃料噴霧内の空燃比に基づいてＰＭ発生量を算出するようにした。これにより、内燃機関の過渡運転時においてもＰＭ発生量の推定精度の向上を図ることが可能になる。 The inventor of the present invention pays attention to the fact that the fluctuation of the engine operating state quantity during the transient operation of the internal combustion engine is reflected in the air-fuel ratio in the fuel spray, and the PM generation amount based on the air-fuel ratio in the fuel spray. Was calculated. That is, the fuel spray volume is calculated based on the fuel injection pressure, the fuel injection amount, and the in-cylinder pressure when the fuel is injected into the cylinder, and the fuel spray volume and the EGR rate are used. The PM generation amount is calculated based on the calculated air-fuel ratio in the fuel spray. Thereby, it is possible to improve the estimation accuracy of the PM generation amount even during the transient operation of the internal combustion engine.
本発明では、燃料噴霧内の空燃比に基づいてＰＭ発生量を推定するようにしている。このため、内燃機関の過渡運転時においてもＰＭ発生量の推定精度の向上を図ることが可能になる。 In the present invention, the PM generation amount is estimated based on the air-fuel ratio in the fuel spray. For this reason, it is possible to improve the estimation accuracy of the PM generation amount even during transient operation of the internal combustion engine.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、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 this 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−
図１は本実施形態に係るディーゼルエンジン１（以下、単にエンジンという）およびその制御系統の概略構成図である。
-Engine configuration-
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diesel engine 1 (hereinafter simply referred to as an engine) and its control system according to the present embodiment.
この図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
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、機関燃料通路２４等を備えている。
The
前記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２４を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、高圧燃料を各インジェクタ２３，２３，…に分配する。インジェクタ２３はピエゾインジェクタである。
The
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２を参照）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６１を備え、この吸気マニホールド６１に吸気管６２が接続されている。この吸気管６２には、上流側から順にエアクリーナ６３、エアフローメータ４３、インタークーラ６５、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６４が配設されている。
The
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート１５ｂに接続される排気マニホールド７１を備え、この排気マニホールド７１に排気管７２が接続されている。この排気管７２には、排気浄化ユニット７３が配設されている。この排気浄化ユニット７３は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒７４およびＤＰＦ７５を備えている。
The
図２に示すように、シリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎にシリンダボア１２が形成されている。各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が収容されている。
As shown in FIG. 2, the
ピストン１３の頂面１３ａの上側には前記燃焼室３が形成されている。また、ピストン１３の頂面１３ａの中央部には、キャビティ１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３を構成している。
The
前記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってクランクシャフト（図示省略）に連結されている。
The
前記シリンダヘッド１５には、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート１５ｂを開閉する排気バルブ１７が配設されている。
The
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、ターボチャージャ（過給機）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およびコンプレッサホイール５３を備えている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、ノズルベーン５４ａの開度を変更する可変ノズルベーン機構５４を備えた可変ノズル式ターボチャージャである。
Further, as shown in FIG. 1, the
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路８が設けられている。このＥＧＲ通路８には、ＥＧＲバルブ８１およびＥＧＲクーラ８２が設けられている。
Further, the
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、クランクポジションセンサ４０、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、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、水温センサ４６、アクセル開度センサ４７、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９、および、筒内圧センサ４Ａ（図２の仮想線を参照）などが接続されている。これらセンサの機能は周知であるのでここでの説明は省略する。
-ECU-
The ECU (Electronic Control Unit) 100 includes a microcomputer (not shown) such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an input / output circuit. As shown in FIG. 3, the input circuit of the
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、前記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、可変ノズルベーン機構５４、吸気絞り弁６４、および、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
On the other hand, to the output circuit of the
そして、ＥＣＵ１００は、前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、前記ＲＯＭ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。例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射およびメイン噴射等の燃料噴射制御を実行する。これら燃料噴射の機能は周知であるのでここでの説明は省略する。
Then, the
また、ＥＣＵ１００は、可変ノズルベーン機構５４によるノズルベーン５４ａの開度制御、および、ＥＧＲバルブ８１の開度制御を実行する。
Further, the
−ＰＭ発生量の推定動作−
次に、本実施形態の特徴であるＰＭ発生量の推定動作について説明する。
-Estimating PM generation amount-
Next, the PM generation amount estimation operation, which is a feature of the present embodiment, will be described.
先ず、このＰＭ発生量の推定動作の概略について説明する。このＰＭ発生量の推定動作は、エンジン１の燃焼行程において気筒内で発生するＰＭの量を推定するものである。
First, an outline of the PM generation amount estimation operation will be described. This PM generation amount estimation operation estimates the amount of PM generated in the cylinder during the combustion stroke of the
このＰＭ発生量の推定動作では、噴霧体積算出動作、噴霧内空燃比算出動作、ＰＭ発生量算出動作が順に行われる。 In this PM generation amount estimation operation, a spray volume calculation operation, an in-spray air-fuel ratio calculation operation, and a PM generation amount calculation operation are sequentially performed.
具体的に、噴霧体積算出動作では、インジェクタ２３から気筒内に噴射される燃料の噴射圧力、その燃料の噴射量、および、インジェクタ２３から気筒内に燃料が噴射された際の筒内圧力に基づいて、燃料噴射完了後における燃料噴霧の体積を算出する。噴霧内空燃比算出動作では、前記噴霧体積算出動作で算出された燃料噴霧の体積およびＥＧＲ率に基づいて、燃料噴霧内の空燃比を算出する。ＰＭ発生量算出動作では、前記噴霧内空燃比算出動作で算出された燃料噴霧内の空燃比に基づいて気筒内で発生するＰＭの量を算出する。
Specifically, in the spray volume calculation operation, based on the injection pressure of the fuel injected from the
これら動作は前記ＥＣＵ１００によって実行される。このため、ＥＣＵ１００において前記噴霧体積算出動作を実行する機能部分が本発明でいう噴霧体積算出部として構成されている。また、ＥＣＵ１００において前記噴霧内空燃比算出動作を実行する機能部分が本発明でいう噴霧内空燃比算出部として構成されている。さらに、ＥＣＵ１００において前記ＰＭ発生量算出動作を実行する機能部分が本発明でいうＰＭ発生量算出部として構成されている。また、これら噴霧体積算出部、噴霧内空燃比算出部、および、ＰＭ発生量算出部によって本発明に係るＰＭ発生量推定装置が構成されている。
These operations are executed by the
以下、ＰＭ発生量の推定動作の具体的な手順について図４のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、エンジン１の始動後、前記ＥＣＵ１００において、クランクシャフトが所定角度だけ回転する毎（より具体的には、何れかの気筒で燃焼行程が行われる毎：本実施形態に係るエンジンは４気筒であるので１８０°ＣＡ毎）に繰り返し実行される。
Hereinafter, a specific procedure of the PM generation amount estimation operation will be described with reference to the flowchart of FIG. This flowchart shows that every time the crankshaft rotates by a predetermined angle in the
先ず、ステップＳＴ１において、インジェクタ２３からの燃料噴射が実行される時期（燃料噴射時期）および吸気圧を読み込む。
First, in step ST1, the timing (fuel injection timing) when the fuel injection from the
燃料噴射時期は、例えば前記メイン噴射の噴射開始時期であって、クランク角度位置によって表される。このメイン噴射の噴射開始時期は、エンジン回転速度やエンジン負荷等の機関運転状態量に応じて設定される。例えばエンジン回転速度およびエンジン負荷それぞれをパラメータとしてメイン噴射の噴射開始時期を決定する噴射開始時期マップが実験などによって作成されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。そして、この噴射開始時期マップが参照されることでメイン噴射の噴射開始時期が決定される。また、エンジン回転速度およびエンジン負荷それぞれを変数とする所定の演算式によってメイン噴射の噴射開始時期を算出するようにしてもよい。
The fuel injection timing is, for example, the injection start timing of the main injection, and is represented by the crank angle position. The injection start timing of the main injection is set according to the engine operation state quantity such as the engine rotation speed and the engine load. For example, an injection start timing map for determining the injection start timing of the main injection using the engine rotation speed and the engine load as parameters is created by experiments and stored in the ROM of the
例えば、運転者によるアクセル踏み込み量が増大した過渡運転時等にあっては、エンジン負荷の増大に伴ってメイン噴射の噴射開始時期が進角側に移行される場合がある（燃料噴射量の増量に伴って燃料噴射期間が長くなることに従い、噴射開始時期が進角側に移行される）。 For example, during a transient operation where the amount of accelerator depression by the driver has increased, the injection start timing of the main injection may shift to the advance side as the engine load increases (increase in fuel injection amount). Accordingly, as the fuel injection period becomes longer, the injection start timing is shifted to the advance side).
このステップＳＴ１では、この決定（算出）された噴射開始時期が読み込まれる。 In step ST1, the determined (calculated) injection start timing is read.
なお、このステップＳＴ１で読み込まれる燃料噴射時期は、メイン噴射の噴射終了時期であってもよい。このメイン噴射の噴射終了時期を読み込む場合には、前述したようにエンジン回転速度およびエンジン負荷に応じて決定された噴射開始時期に対し、燃料噴射期間（燃料噴射圧力と燃料噴射量とにより決定される燃料噴射期間）が加算されることによって（燃料噴射期間だけ遅角したクランク角度位置が算出されることによって）噴射終了時期が求められ、この噴射終了時期が読み込まれることになる。 The fuel injection timing read in step ST1 may be the main fuel injection end timing. When the injection end timing of the main injection is read, it is determined by the fuel injection period (the fuel injection pressure and the fuel injection amount) with respect to the injection start timing determined according to the engine speed and the engine load as described above. (The fuel injection period) is added (by calculating the crank angle position delayed by the fuel injection period), the injection end time is obtained, and this injection end time is read.
また、吸気圧は、前記吸気圧センサ４８からの出力信号によって検知される。例えば、運転者によるアクセル踏み込み量が増大した過渡運転時等にあっては、ターボチャージャ５での過給圧が上昇することになるが、この過給圧の上昇タイミングは、アクセル踏み込み開始に対して遅れ（ターボラグによる過給遅れ）を生じる。吸気圧センサ４８からの出力信号によって検知される吸気圧は、この過給遅れを反映したものとして取得される。つまり、この吸気圧は、過渡運転時の機関運転状態を反映したものとして読み込まれる。
The intake pressure is detected by an output signal from the
ステップＳＴ２では、前記燃料噴射時期（前述した噴射開始時期または噴射終了時期）での筒内圧力を算出する。具体的に、この筒内圧力は、前記ステップＳＴ１で読み込まれた燃料噴射時期および吸気圧に基づいて算出される。つまり、吸入行程において気筒内に吸入された空気（略吸気圧となっている空気）が、吸気バルブ１６の閉弁後の圧縮行程におけるピストン１３の上昇移動によって圧縮されていく場合に、前記燃料噴射時期（燃料噴射時期でのクランク角度位置）に達した時点で幾何学的に求まるピストン位置によって前記空気の圧縮比が決まるので、これら燃料噴射時期（空気の圧縮比が決定される時期）と吸気圧（圧縮行程開始前の気筒内の圧力）とによって燃料噴射時期における筒内圧力を算出することができる。
In step ST2, an in-cylinder pressure at the fuel injection timing (the above-described injection start timing or injection end timing) is calculated. Specifically, the in-cylinder pressure is calculated based on the fuel injection timing and the intake pressure read in step ST1. That is, when the air sucked into the cylinder in the intake stroke (air substantially at the intake pressure) is compressed by the upward movement of the
または、前記燃料噴射時期における前記筒内圧センサ４Ａからの出力信号によって筒内圧力を検知するようにしてもよい。
Alternatively, the in-cylinder pressure may be detected by an output signal from the in-
ステップＳＴ３では、燃料噴射圧力および燃料噴射量を読み込む。燃料噴射圧力は、前記レール圧センサ４１からの出力信号（コモンレール２２内の燃料圧力の出力信号）によって検知される。また、燃料噴射量は、例えば前記メイン噴射での燃料噴射量であって、エンジン回転速度やエンジン負荷等の機関運転状態量に応じて設定される。 In step ST3, the fuel injection pressure and the fuel injection amount are read. The fuel injection pressure is detected by an output signal from the rail pressure sensor 41 (an output signal of fuel pressure in the common rail 22). The fuel injection amount is, for example, the fuel injection amount in the main injection, and is set according to the engine operation state amount such as the engine rotation speed and the engine load.
具体的に、燃料噴射圧力は、エンジン負荷等に応じて変更される。つまり、運転者によるアクセル踏み込み量が増大した過渡運転時等にあっては、エンジン負荷の増大に伴って前記サプライポンプ２１からの燃料吐出圧力が上昇するように制御され、コモンレール２２内の燃料圧力が高められる。このため、レール圧センサ４１からの出力信号によって検知される燃料噴射圧力も上昇することになる。
Specifically, the fuel injection pressure is changed according to the engine load and the like. In other words, during a transient operation in which the amount of accelerator depression by the driver is increased, the fuel discharge pressure from the
また、燃料噴射量は、エンジン回転速度およびエンジン負荷等に応じて決定される。例えばエンジン回転速度およびエンジン負荷それぞれをパラメータとしてメイン噴射の噴射量を決定する噴射量マップが実験などによって作成されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。そして、この噴射量マップが参照されることでメイン噴射での燃料噴射量が決定される。また、エンジン回転速度およびエンジン負荷それぞれを変数とする所定の演算式によってメイン噴射での燃料噴射量を算出するようにしてもよい。
Further, the fuel injection amount is determined according to the engine speed, the engine load, and the like. For example, an injection amount map for determining the injection amount of the main injection with the engine speed and the engine load as parameters is created by experiment and stored in the ROM of the
例えば、運転者によるアクセル踏み込み量が増大した過渡運転時等にあっては、エンジン負荷の増大に伴ってメイン噴射での燃料噴射量が増量されることになる。 For example, during a transient operation in which the amount of accelerator depression by the driver is increased, the fuel injection amount in the main injection is increased as the engine load increases.
このステップＳＴ３では、この決定（算出）された燃料噴射量が読み込まれる。 In step ST3, the determined (calculated) fuel injection amount is read.
ステップＳＴ４では、前記ステップＳＴ３で読み込まれた燃料噴射圧力および燃料噴射量、ステップＳＴ２で算出された燃料噴射時期での筒内圧力により、燃料の噴霧体積を算出する。 In step ST4, the fuel spray volume is calculated from the fuel injection pressure and the fuel injection amount read in step ST3 and the in-cylinder pressure at the fuel injection timing calculated in step ST2.
図５は、メイン噴射での燃料噴射が完了した時点（燃料噴射終了時期）における気筒内での燃料噴霧Ａの状態（燃料噴霧Ａの形状）を示す図である。ステップＳＴ４では、この状態における燃料噴霧Ａの体積（本発明でいう燃料噴射完了後における燃料噴霧の体積）を算出する。実際には、インジェクタ２３に設けられた複数の噴孔それぞれから燃料が噴射されるため、気筒内での噴霧体積は、一つの噴孔から噴射された燃料の噴霧体積に噴孔数を乗算した値として算出されることになる。
FIG. 5 is a diagram showing the state of the fuel spray A (the shape of the fuel spray A) in the cylinder when the fuel injection in the main injection is completed (fuel injection end timing). In step ST4, the volume of the fuel spray A in this state (the volume of the fuel spray after completion of fuel injection in the present invention) is calculated. Actually, since the fuel is injected from each of the plurality of nozzle holes provided in the
例えば、インジェクタ２３が８個の噴孔を備えている場合には、前記燃料噴射量の「１／８」の量の燃料が一つの噴孔から噴射されることになるので、この一つの噴孔から噴射された燃料によって形成される噴霧の体積（噴霧体積）に「８」を乗算することで気筒内全体としての噴霧体積が算出される。
For example, when the
一つの噴孔から噴射される燃料の噴霧体積は、同一燃料噴射量であったとしても、筒内圧力に対する燃料噴射圧力が高いほど大きくなる。また、筒内圧力と燃料噴射圧力との差が同一であったとしても、燃料噴射量が多いほど噴霧体積は大きくなる。このように噴霧体積が大きくなる要因は、気筒内における燃料の貫徹力に依る。つまり、筒内圧力に対する燃料噴射圧力が高いほど、また、燃料噴射量が多いほど燃料の貫徹力が高くなり、噴霧飛行距離が長くなるために、噴霧体積が大きくなる。このように、燃料の噴霧体積は、燃料噴射圧力、燃料噴射量、筒内圧力（燃料噴射時期での筒内圧力）によって変化する。このため、燃料噴射圧力、燃料噴射量、筒内圧力それぞれをパラメータとして燃料の噴霧体積を求める噴霧体積マップが実験などによって作成されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。そして、この噴霧体積マップが参照されることで噴霧体積が求められる。また、燃料噴射圧力、燃料噴射量、筒内圧力それぞれを変数とする所定の演算式によって噴霧体積を算出するようにしてもよい。そして、前述したように、一つの噴孔から噴射される燃料を対象として算出された噴霧体積に、インジェクタ２３の噴孔数を乗算することによって、気筒内全体としての噴霧体積が算出されることになる。
Even if the fuel spray volume injected from one nozzle hole is the same fuel injection amount, the fuel injection pressure with respect to the in-cylinder pressure increases as the fuel injection pressure increases. Even if the difference between the in-cylinder pressure and the fuel injection pressure is the same, the larger the fuel injection amount, the larger the spray volume. The factor that increases the spray volume in this way depends on the penetration of fuel in the cylinder. That is, the higher the fuel injection pressure with respect to the in-cylinder pressure and the larger the fuel injection amount, the higher the fuel penetration force, and the longer the spray flight distance, the larger the spray volume. Thus, the fuel spray volume varies depending on the fuel injection pressure, the fuel injection amount, and the in-cylinder pressure (in-cylinder pressure at the fuel injection timing). For this reason, a spray volume map for determining the fuel spray volume using the fuel injection pressure, the fuel injection amount, and the in-cylinder pressure as parameters is created by experiments and stored in the ROM of the
なお、前記ステップＳＴ１で読み込まれる燃料噴射時期は、噴射開始時期または噴射終了時期としていた。図５に示す燃料噴霧Ａの形状は、燃料噴射終了時期における筒内圧力に応じて変化するため、ステップＳＴ１で読み込まれる燃料噴射時期としては噴射終了時期であることが好ましい。 The fuel injection timing read in step ST1 is the injection start timing or the injection end timing. Since the shape of the fuel spray A shown in FIG. 5 changes according to the in-cylinder pressure at the fuel injection end timing, it is preferable that the fuel injection timing read in step ST1 is the injection end timing.
また、ステップＳＴ４で算出される噴霧体積としては、メイン噴射での燃料噴射が完了した時点（燃料噴射終了時期）における噴霧体積としていたが、仮に、メイン噴射での燃料噴射が完了した後に、この燃料の燃焼（例えば予混合燃焼）が開始される状況である場合には、この燃焼が開始されるタイミングにおける噴霧体積を算出するようにしてもよい。この場合にも、この燃焼が開始されるタイミングにおける噴霧体積を、燃料噴射圧力、燃料噴射量および筒内圧力（燃焼が開始されるタイミングにおける筒内圧力）により算出する。 Further, the spray volume calculated in step ST4 is the spray volume at the time when fuel injection in the main injection is completed (fuel injection end timing). However, after the fuel injection in the main injection is completed, In a situation where fuel combustion (for example, premixed combustion) is started, the spray volume at the timing when this combustion is started may be calculated. Also in this case, the spray volume at the timing when the combustion is started is calculated from the fuel injection pressure, the fuel injection amount, and the in-cylinder pressure (the in-cylinder pressure at the timing when the combustion is started).
このステップＳＴ４での処理動作が、前述した噴霧体積算出部による噴霧体積算出動作に相当する。 The processing operation in step ST4 corresponds to the spray volume calculation operation by the spray volume calculation unit described above.
ステップＳＴ５では、ＥＧＲ率が読み込まれる。具体的には、エンジン回転速度およびエンジン負荷それぞれを変数とする所定の演算式によって目標ＥＧＲ率を求め、この値をＥＧＲ率として読み込む。また、ＥＧＲガス圧力、エンジン回転速度およびＥＧＲバルブ８１の開度制御量それぞれをパラメータとしてＥＧＲ率を求めるＥＧＲマップにより求められたＥＧＲ率を読み込むようにしてもよい。
In step ST5, the EGR rate is read. Specifically, the target EGR rate is obtained by a predetermined arithmetic expression using the engine speed and the engine load as variables, and this value is read as the EGR rate. Further, the EGR rate obtained from the EGR map for obtaining the EGR rate using the EGR gas pressure, the engine rotation speed, and the opening control amount of the
例えば、運転者によるアクセル踏み込み量が増大した過渡運転時等にあっては、ＥＧＲ率が大きく変化することになる。前述の如く読み込まれるＥＧＲ率は、この過渡運転に起因するＥＧＲ率の変化を反映したものとして取得される。つまり、ＥＧＲ率は、過渡運転時の機関運転状態を反映したものとして読み込まれる。 For example, the EGR rate changes greatly during a transient operation where the amount of accelerator depression by the driver has increased. The EGR rate read as described above is acquired as a reflection of the change in the EGR rate resulting from this transient operation. That is, the EGR rate is read as a reflection of the engine operating state at the time of transient operation.
ステップＳＴ６では、前記ステップＳＴ４で算出された噴霧体積、および、ステップＳＴ５で読み込まれたＥＧＲ率により、噴霧内空燃比（噴霧内Ａ／Ｆ）を算出する。この噴霧内空燃比は、同一燃料噴射量である場合、噴霧体積が大きいほど、また、ＥＧＲ率が高いほど大きくなる。このため、噴霧体積およびＥＧＲ率それぞれをパラメータとして噴霧内空燃比を求める噴霧内空燃比マップが実験などによって作成されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。そして、この噴霧内空燃比マップが参照されることで噴霧内空燃比が求められる。また、噴霧体積およびＥＧＲ率それぞれを変数とする所定の演算式によって噴霧内空燃比を算出するようにしてもよい。
In step ST6, the in-spray air-fuel ratio (in-spray A / F) is calculated from the spray volume calculated in step ST4 and the EGR rate read in step ST5. When the fuel injection amount is the same, the in-spray air-fuel ratio increases as the spray volume increases and the EGR rate increases. For this reason, an in-spray air-fuel ratio map for determining the in-spray air-fuel ratio using the spray volume and the EGR rate as parameters is created by experiments and stored in the ROM of the
このステップＳＴ６での処理動作が、前述した噴霧内空燃比算出部による噴霧内空燃比算出動作に相当する。 The processing operation in step ST6 corresponds to the in-spray air / fuel ratio calculating operation by the in-spray air / fuel ratio calculating section.
ステップＳＴ７では、前記ステップＳＴ６で算出された噴霧内空燃比によってＰＭ発生量を算出する。具体的には、噴霧内空燃比からＰＭ発生量を求めるＰＭ発生量マップが実験などによって作成されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。そして、このＰＭ発生量マップが参照されることでＰＭ発生量が求められる。図６は、このＰＭ発生量マップの一例を示す図である。この図６に示すように、ＰＭ発生量マップでは、噴霧内空燃比（噴霧内Ａ／Ｆ）が小さいほどＰＭ発生量としては多くなるようにＰＭの発生量を規定するものとなっている。例えば、噴霧内空燃比が図中のαであった場合には、ＰＭ発生量としてはβが求められる。また、噴霧内空燃比を変数とする所定の演算式によってＰＭ発生量を算出するようにしてもよい。
In step ST7, the PM generation amount is calculated based on the in-spray air-fuel ratio calculated in step ST6. Specifically, a PM generation amount map for obtaining the PM generation amount from the air-fuel ratio in the spray is created by experiments or the like and stored in the ROM of the
このステップＳＴ７での処理動作が、前述したＰＭ発生量算出部によるＰＭ発生量算出動作に相当する。 The processing operation in step ST7 corresponds to the PM generation amount calculation operation by the PM generation amount calculation unit described above.
以上の動作が繰り返されることにより、クランクシャフトが所定角度だけ回転する毎（何れかの気筒で燃焼行程が行われる毎）にＰＭ発生量が算出されていく。このようなＰＭ発生量推定動作が行われるため、ＥＣＵ１００によって構成されている本発明に係るＰＭ発生量推定装置は、クランクポジションセンサ４０、レール圧センサ４１、アクセル開度センサ４７、吸気圧センサ４８等からの各信号を入力信号として受信する。また、このＰＭ発生量推定装置は、ＰＭ発生量を出力信号として出力する構成となっている。
By repeating the above operation, the PM generation amount is calculated every time the crankshaft rotates by a predetermined angle (each time a combustion stroke is performed in any cylinder). Since such a PM generation amount estimation operation is performed, the PM generation amount estimation device according to the present invention configured by the
そして、この出力されたＰＭ発生量は、ＥＣＵ１００に備えられたＰＭ発生量積算カウンタのカウント値に加算されていく。つまり、図４に示したＰＭ発生量推定動作が実行される度に、気筒内で新たに発生したＰＭ量が算出され、このＰＭ量を、ＰＭ発生量積算カウンタの現在のカウント値に加算することによりＰＭ発生量積算カウンタを更新していく。
The output PM generation amount is added to the count value of a PM generation amount integration counter provided in the
以上の動作が繰り返され、ＰＭ発生量積算カウンタが所定値に達した時点で、ＰＭ再生処理が実行される。このＰＭ再生処理は、インジェクタ２３からのポスト噴射が行われ、排気ガス中に燃料を供給することにより、ＤＰＦ７５に堆積したＰＭを燃焼除去するものである。また、排気管７２に添加弁を設けておき、この添加弁から添加される燃料によってＰＭを燃焼除去するものであってもよい。
When the above operation is repeated and the PM generation amount integration counter reaches a predetermined value, the PM regeneration process is executed. In this PM regeneration process, post-injection from the
以上説明したように、本実施形態では、燃料噴射圧力、燃料噴射量、および、燃料噴射時期での筒内圧力に基づいて燃料の噴霧体積を算出すると共に、この噴霧体積とＥＧＲ率とによって算出された噴霧内空燃比に基づいてＰＭ発生量を算出するようにしている。エンジン１の過渡運転時における運転状態量の変動は、噴霧内空燃比に反映されるものである。このため、エンジン１の過渡運転時においてもＰＭ発生量の推定精度の向上を図ることが可能になる。その結果、ＰＭ再生処理の開始タイミングの適正化を図ることが可能になる。
As described above, in the present embodiment, the fuel spray volume is calculated based on the fuel injection pressure, the fuel injection amount, and the in-cylinder pressure at the fuel injection timing, and is calculated from the spray volume and the EGR rate. The amount of PM generated is calculated based on the sprayed air-fuel ratio. The fluctuation of the operating state amount during the transient operation of the
また、本実施形態では、気筒内の総空気量と総燃料量とを用いて平均的な気筒内空燃比を求めるのではなく、気筒内の複数領域で形成される燃料噴霧を対象としてそれぞれの噴霧内空燃比からＰＭ発生量を推定するようにしている。つまり、実際にＰＭが発生する燃焼場のみを対象としてＰＭ発生量を推定するようにしている。このため、ＰＭ発生量の推定精度が高いものとなっている。 Further, in the present embodiment, instead of obtaining the average air-fuel ratio in the cylinder using the total air amount and the total fuel amount in the cylinder, each fuel spray formed in a plurality of regions in the cylinder is targeted. The amount of PM generated is estimated from the air-fuel ratio in the spray. That is, the PM generation amount is estimated only for the combustion field where PM is actually generated. For this reason, the estimation accuracy of the PM generation amount is high.
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼によるＰＭ発生量を推定する場合について説明した。本発明はこれに限らず、パイロット噴射等のその他の噴射タイミングで噴射された燃料の燃焼によるＰＭ発生量を推定する場合についても適用可能である。
-Other embodiments-
In the embodiment described above, the case where the PM generation amount due to the combustion of the fuel injected by the main injection is estimated has been described. The present invention is not limited to this, and can also be applied to a case where the amount of PM generated due to combustion of fuel injected at other injection timing such as pilot injection is estimated.
また、前記実施形態では、自動車に搭載された直列４気筒ディーゼルエンジン１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、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。また、本発明はディーゼルエンジンに限らず、筒内直噴型のガソリンエンジンに対しても適用が可能である。この場合、点火プラグによる点火タイミングでの燃料噴霧の体積に基づいて噴霧内空燃比を算出し、この噴霧内空燃比に基づいてＰＭ発生量を算出することになる。
Moreover, the said embodiment demonstrated the case where this invention was applied to the in-line 4
また、前記実施形態ではコンベンショナル車両（駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両）のエンジン１に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド車両（駆動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載した車両）のエンジンに対しても本発明は適用可能である。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where this invention was applied to the
本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、燃焼行程時における筒内でのＰＭ発生量の算出に適用可能である。 The present invention is applicable to the calculation of the amount of PM generated in a cylinder during a combustion stroke in a diesel engine mounted on an automobile.
１ エンジン（内燃機関）
２３ インジェクタ（燃料噴射弁）
４０ クランクポジションセンサ
４１ レール圧センサ
４７ アクセル開度センサ
４８ 吸気圧センサ
４Ａ 筒内圧センサ
１００ ＥＣＵ
1 engine (internal combustion engine)
23 Injector (fuel injection valve)
40
Claims (1)
燃料噴射弁から前記気筒内に噴射される燃料の噴射圧力、その燃料の噴射量、および、前記燃料噴射弁から前記気筒内に燃料が噴射された際の筒内圧力に基づいて、燃料噴射完了後における燃料噴霧の体積を算出する噴霧体積算出部と、
ＥＧＲ率および前記燃料噴霧の体積に基づいて、前記燃料噴霧内の空燃比を算出する噴霧内空燃比算出部と、
前記燃料噴霧内の空燃比に基づいて前記気筒内で発生するＰＭの量を算出するＰＭ発生量算出部とを備えていることを特徴とする内燃機関のＰＭ発生量推定装置。 A PM generation amount estimation device for estimating the amount of PM generated in a cylinder of an internal combustion engine,
Completion of fuel injection based on the injection pressure of fuel injected into the cylinder from the fuel injection valve, the amount of fuel injection, and the in-cylinder pressure when fuel is injected into the cylinder from the fuel injection valve A spray volume calculation unit for calculating the volume of fuel spray after,
An in-spray air-fuel ratio calculating unit that calculates an air-fuel ratio in the fuel spray based on an EGR rate and the volume of the fuel spray;
A PM generation amount estimation device for an internal combustion engine, comprising: a PM generation amount calculation unit that calculates an amount of PM generated in the cylinder based on an air-fuel ratio in the fuel spray.
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| JP2015112183A JP2016223387A (en) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | Pm generation amount estimation device for internal combustion engine |
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| JP (1) | JP2016223387A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019167958A (en) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー | Method and control device for operating engine |
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2015
- 2015-06-02 JP JP2015112183A patent/JP2016223387A/en active Pending
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