JP3684973B2

JP3684973B2 - Fuel injection device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3684973B2
Application number: JP2000005897A
Authority: JP
Inventors: 清藤原; 一郎阪田; 暁生川口; 晋岡田; 嘉紀太長根; 孝小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2020-01-07
Also published as: JP2001193537A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、１燃焼サイクル内において主噴射から時期的間隔を隔てて副噴射、即ち例えばパイロット噴射を行うようにしたディーゼル機関の燃料噴射装置が知られている。
ところで、一般的なディーゼル機関では機関出力を要求出力に一致させるために必要な要求燃料噴射量を算出し、この要求燃料噴射量を主噴射の燃料噴射量としている。ところがパイロット噴射を行うようにした場合にはパイロット噴射の燃料が機関出力の発生に寄与するので、要求燃料噴射量を主噴射の燃料噴射量とすると実際の機関出力が要求出力よりも大きくなってしまう。そこで、要求燃料噴射量からパイロット噴射の燃料噴射量を差し引いたものを主噴射の燃料噴射量としたディーゼル機関の燃料噴射装置が公知である（特開平６−１２９２９６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして主噴射の燃料噴射量を算出するのはパイロット噴射の燃料の全てが機関出力発生に寄与するものと考えているからである。しかしながら、パイロット噴射のように主噴射から時期的間隔を隔てて噴射された燃料は燃焼室内に拡散するので、必ずしもその全てが機関出力発生に寄与するとは限らない。従って、上述の公報の方法では要求燃料噴射量から余分に差し引いていることになり、その結果実際の機関出力が要求出力よりも小さくなるという問題点がある。言い換えると、このようにして求められた主噴射の燃料噴射量はもはや最適なものとは言えない。
【０００４】
そこで、本発明の目的は主噴射の燃料噴射量を最適に維持することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、１燃焼サイクル内において主噴射から時期的間隔を隔てて副噴射を行うようにし、機関出力を要求出力に一致させるのに１燃焼サイクル当たりに必要な基本燃料噴射量を算出し、副噴射の燃料噴射量を算出し、これら基本燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とから、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにした内燃機関の燃料噴射装置において、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量が、基本燃料噴射量から副噴射の燃料噴射量を差し引いたものよりも大きくなるようにして実際の機関出力が要求出力に一致するようにしている。即ち１番目の発明では、例えば実際の機関出力が要求出力よりも小さくなるのが阻止され、従って主噴射の燃料噴射量が最適に維持される。
【０００６】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記基本燃料噴射量から、前記副噴射の燃料噴射量を減量補正したものを差し引くことにより、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにしている。即ち２番目の発明でも、主噴射の燃料噴射量が最適に維持される。
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、主噴射の燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とを合計することにより１燃焼サイクルに機関に供給される総燃料噴射量を算出するようにしている。即ち３番目の発明では、１燃焼サイクルに機関に供給される総燃料噴射量が正確に求められる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、機関本体１は例えば４つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４を具備する。各気筒はそれぞれ対応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４及びインタークーラ５を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ６のコンプレッサ６ｃの出口部に接続される。コンプレッサ６ｃの入口部は空気吸い込み管７を介してエアクリーナ８に接続される。サージタンク３とインタークーラ５間の吸気ダクト４内にはアクチュエータ９により駆動されるスロットル弁１０が配置される。なお、排気タービン６ｔの排気流入口にはその開口面積を変更可能な可変ノズル機構６ｖが取り付けられている。可変ノズル機構６ｖにより排気タービン６ｔの排気流入口面積を小さくすれば排気圧力が低い機関低回転運転時にも過給圧を高めることができる。
【０００８】
一方、各気筒は排気マニホルド１１及び排気管１２を介して排気ターボチャージャ６の排気タービン６ｔの入口部に接続され、排気タービン６ｔの出口部は排気管１３を介してＮＯ_X還元触媒１４を収容したケーシング１５に接続され、ケーシング１５は排気管１６に接続される排気管１３内にはアクチュエータ１７により駆動される排気絞り弁１８が配置される。ＮＯ_X還元触媒１４は例えば銅を担持したゼオライトを具備する。このＮＯ_X還元触媒１４は流入する排気中にＨＣ，ＣＯのような還元剤が含まれていると酸化雰囲気でもＮＯ_Xを還元することができる。なお、機関１の燃焼順序は＃１−＃３−＃４−＃２である。
【０００９】
各気筒は筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２０を具備する。各燃料噴射弁２０は共通の燃料用蓄圧室又はコモンレール２１を介し吐出量を制御可能な燃料ポンプ２２に接続される。燃料ポンプ２２は低圧ポンプ（図示しない）を介して燃料タンク（図示しない）に接続されており、燃料ポンプ２２から吐出された燃料はコモンレール２１に供給され、次いで各燃料噴射弁２０に供給される。燃料ポンプ２２はコモンレール２１内の燃料圧が予め定められた目標燃料圧になるように吐出量が制御される。なお、この目標燃料圧は例えば機関運転状態に応じて定めることができる。
【００１０】
さらに図１を参照すると、排気マニホルド１１とスロットル弁１０下流の吸気ダクト４とが排気再循環（以下ＥＧＲと称す）通路２３を介して互いに接続され、ＥＧＲ通路２３内にはアクチュエータ２４により駆動されるＥＧＲ制御弁２５が配置される。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。機関本体１には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８が取り付けられる。スロットル弁１０下流の吸気ダクト４内には吸気ダクト４内の圧力に比例した出力電圧を発生する吸気圧力センサ３９と、吸気ダクト４内の吸入空気温度に比例した出力電圧を発生する吸気温センサ４０とが配置される。排気管１６にはＮＯ_X還元触媒１４から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する排気温度センサ４１が配置される。コモンレール２１にはコモンレール２１内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４２が取り付けられる。また、踏み込み量センサ４３はアクセルペダル（図示しない）の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する。これらセンサ３８，３９，４０，４１，４２，４３の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４４を介して入力ポート３６に入力される。また、入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４５が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４５の出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出され、吸気圧力センサ３９の出力電圧に基づいて吸入空気量Ｇａが算出される。
【００１１】
一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４６を介して可変ノズル機構６ｖ、各アクチュエータ９，１７，２４、各燃料噴射弁２０、及び燃料ポンプ２２にそれぞれ接続される。
ところで、コモンレール２１を設けると各気筒の１燃焼サイクル内に燃料を複数回噴射することが可能になる。そこで本実施態様では、機関出力トルクを発生させるべく概ね圧縮上死点周りで行われる主噴射とは別に、主噴射から進角側又は遅角側に時期的間隔を隔てて副噴射を行うようにしている。副噴射としてはパイロット噴射、後噴射、及びＨＣ供給用噴射が挙げられる。
【００１２】
パイロット噴射は主噴射に先立って少量の燃料を噴射するものである。このパイロット噴射は例えば主噴射よりも前の圧縮行程、即ち例えば圧縮上死点前（以下ＢＴＤＣと称する）７０から０°クランク角（以下ＣＡと称する）程度で行われ、主噴射に対する時期的間隔が大きいときには予混合気を形成し、小さいときは主噴射による燃料を着火燃焼させるための着火源を形成する。また、複数回のパイロット噴射を行うことも可能であり、従って予混合気形成用のパイロット噴射と着火源形成用のパイロット噴射との両方を行うこともできるし、予混合気形成用のパイロット噴射を複数回行うこともできる。本実施態様では２回のパイロット噴射を行うことが可能であり、先に行われるパイロット噴射を第１のパイロット噴射、後に行われるパイロット噴射を第２のパイロット噴射と称する。
【００１３】
後噴射は燃焼ガス又は排気ガス中のＨＣを完全燃焼させて機関から排出されるすすを低減するために、主噴射が完了した後に行われるものである。この後噴射は燃焼室内に燃焼火炎が残存している間に行われるのが好ましく、例えば主噴射完了後のＢＴＤＣ０から−３０°ＣＡ（圧縮上死点後０から３０°ＣＡ）程度に行われる。
【００１４】
ＨＣ供給用噴射はＮＯ_X還元触媒１４に還元剤としてＨＣ（炭化水素）を供給するためのものである。このＨＣ供給用噴射は例えば主噴射又は後噴射完了後のＢＴＤＣ−１５０から−２１０°ＣＡ程度に行われる。ＨＣ供給用噴射による燃料は完全燃焼することなくＮＯ_X還元触媒１４に到り、流入するＮＯ_Xを還元する。
【００１５】
図２（Ａ）には各燃料噴射作用の燃料噴射時期が矢印でもって概略的に示されている。ここでｊは各気筒の１燃焼サイクルで行われうる燃料噴射の順番又は種類を表しており、即ちｊ＝１は第１のパイロット噴射を、ｊ＝２は第２のパイロット噴射を、ｊ＝３は主噴射を、ｊ＝４は後噴射を、ｊ＝５はＨＣ供給用噴射をそれぞれ表している。
【００１６】
各気筒の１燃焼サイクルにおいて主噴射が必ず行われるのに対し、パイロット噴射、後噴射、及びＨＣ供給用噴射が行われるか否かはそれぞれ機関運転状態により定められる。従って、各気筒の１燃焼サイクルに行われる燃料噴射回数は１回から５回の間で変更されうることになる。例えば図２（Ｂ）に示す例では各気筒の１燃焼サイクルに燃料噴射が４回だけ行われ、図２（Ｃ）に示す例では３回だけ行われる。
【００１７】
各気筒の１燃焼サイクルにおけるｊ番目の燃料噴射作用（ｊ＝１，２，３，４，５）の燃料噴射時間及び燃料噴射時期をそれぞれＴＡＵ（ｊ），ＩＴ（ｊ）で表すとすると、例えば主噴射の燃料噴射時間はＴＡＵ（３）で表され、後噴射の燃料噴射時期はＩＴ（４）で表されることになる。ここで燃料噴射時期ＩＴ（ｊ）は各気筒の圧縮上死点を基準として表されている。また、副噴射を行わないときにはＴＡＵ（ｊ）＝０とされるので、燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）は副噴射の有無も表している。
【００１８】
主噴射及び副噴射の燃料噴射時期、並びに副噴射の燃料噴射時間はそれぞれ機関運転状態に基づいて算出される。具体的に説明すると、第１及び第２のパイロット噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（１），ＴＡＵ（２）及び基本燃料噴射時期ＩＴ（１），ＩＴ（２）は良好な予混合気又は着火源を形成するのに必要な燃料噴射時間及び燃料噴射時期であって、機関運転状態例えば機関回転数Ｎ及びアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。後噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（４）及び燃料噴射時期ＩＴ（４）は気筒から排出されるＨＣを低減するのに必要な燃料噴射時間及び燃料噴射時期であって、機関回転数Ｎ及びアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。ＨＣ供給用噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（５）及び燃料噴射時期ＩＴ（５）はＮＯ_X還元触媒１４から排出されるＮＯ_X量を低減するのに必要な燃料噴射時間及び燃料噴射時期であって、単位時間当たりＮＯ_X還元触媒１４に流入するＮＯ_X量を表す吸入空気量Ｇａ及び機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。また、主噴射の燃料噴射時期ＩＴ（３）は機関出力トルクを要求トルクに一致させるのに最適な燃料噴射時期であって、機関回転数Ｎ及びアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。
【００１９】
一方、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）は例えば次式に基づいて算出される。
ＴＡＵ（３）＝ＴＡＵＢ−ＴＴＣ
ここでＴＡＵＢは基本燃料噴射時間、ＴＴＣは合計トルク発生寄与値をそれぞれ表している。
【００２０】
基本燃料噴射時間ＴＡＵＢは機関出力トルクを要求出力トルクに一致させるのに１燃焼サイクル当たりに必要な燃料噴射時間である。この基本燃料噴射時間ＴＡＵＢは機関運転状態例えばアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験により算出されている。上述したように主噴射は機関出力トルクを発生させるためのものであるので、基本燃料噴射時間ＴＡＵＢは主噴射のみが行われると仮定したときの主噴射の燃料噴射時間を表していることになる。
【００２１】
合計トルク発生寄与値ＴＴＣは各副噴射のトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）を合計したものであり、このトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）は対応する副噴射のうち機関出力トルク発生に寄与する分を表している。次に、このトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）について詳細に説明する。
仮に、副噴射による燃料の全てが機関出力トルクの発生に寄与すると考えると、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）を、基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから副噴射の燃料噴射時間の合計を差し引いたものにすべきである（ＴＡＵ（３）＝ＴＡＵＢ−（ＴＡＵ（１）＋ＴＡＵ（２）＋ＴＡＵ（４）＋ＴＡＵ（５）））。さもなければ、実際の機関出力トルクが要求出力トルクよりも大きくなるからである。
【００２２】
しかしながら、主噴射から時期的間隔を隔てて行われる副噴射の燃料は燃焼室内に拡散するので、必ずしもその全てが機関出力トルク発生に寄与するとは限らない。従って、ただ単に差し引いた結果を主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）とすると余分に差し引いたことになり、斯くして実際の機関出力トルクが要求出力トルクよりも小さくなる。
【００２３】
とすると、副噴射のうち機関出力トルク発生に寄与する分だけを基本燃料噴射時間から差し引けば、実際の機関出力トルクを過不足なく要求出力トルクに一致させるのに必要な主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）を求めることができることになる。
そこで本実施態様では、各副噴射について機関出力トルク発生に寄与する分を表すトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）を求め、これを合計して得られる合計トルク発生寄与値ＴＴＣを基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから差し引いたものを主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）としている。
【００２４】
本実施態様では、トルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）は次式により算出される。
ＴＣ（ｊ）＝ＴＡＵ（ｊ）・ｋＣ
ここでｋＣはトルク発生寄与率を表している。
トルク発生寄与率ｋＣ（≦１．０）は副噴射の燃料噴射時間のうち機関出力トルク発生に寄与する割合を表すものであり、予め実験により求められている。このトルク発生寄与率ｋＣは図３に示されるように、主噴射の燃料噴射時期ＩＴ（３）からの副噴射の燃料噴射時期ＩＴ（ｊ）の時期的間隔ＤＩＦ（＝｜ＩＴ（３）−ＩＴ（ｊ）｜）が小さいときには１．０に維持され、時期的間隔ＤＩＦが大きくなるにつれて小さくなる。また、副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）が大きいときには小さいときに比べてトルク発生寄与率ｋＣが大きくなる。なお、トルク発生寄与率ｋＣは図３に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２５】
従って一般的に言うと、基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから、副噴射の燃料噴射時間を減量補正したものを差し引くことにより主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）を算出しているということになる。このようにして算出された主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）は基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから副噴射の燃料噴射時間の合計を差し引いたものよりも大きくなっている。
【００２６】
さらに、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）と副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）とを合計することにより１燃焼サイクルの総燃料噴射時間ＴＴＡＵが算出される。この総燃料噴射時間ＴＴＡＵに基づいて例えばコモンレール２１内の目標燃料圧、各燃料噴射作用の燃料噴射時期、ＥＧＲ制御弁２５の開度などが算出又は補正される。
【００２７】
図４は主噴射及び副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）及び燃料噴射時期ＩＴ（ｊ）（ｊ＝１，２，３，４，５）、並びに総燃料噴射時間ＴＴＡＵの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図４を参照すると、まずステップ１００では現在が燃料噴射時間などの算出タイミングであるか否かが判別される。現在、算出タイミングでないときには処理サイクルを終了し、算出タイミングであるときには次いでステップ１０１に進み、総燃料噴射時間ＴＴＡＵ及び合計トルク発生寄与値ＴＴＣが零に戻される。続くステップ１０２では全ての燃料噴射時期ＩＴ（ｉ）が算出される。続くステップ１０３では基本燃料噴射時間ＴＡＵＢが算出される。
【００２８】
続くステップ１０４ではパラメータｊに順次１，２，４，５が代入される。続くステップ１０５ではｊ番目の副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）が算出される。続くステップ１０６では総燃料噴射時間ＴＴＡＵにＴＡＵ（ｊ）が加算される。続くステップ１０７では時期的間隔ＤＩＦが算出される（ＤＩＦ＝｜ＩＴ（３）−ＩＴ（ｊ）｜）。続くステップ１０８では図３のマップからトルク発生寄与率ｋＣが算出される。続くステップ１０９ではトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）が算出される（ＴＣ（ｊ）＝ＴＡＵ（ｊ）・ｋＣ）。続くステップ１１０では合計トルク発生寄与値ＴＴＣにトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）が加算される。
【００２９】
続くステップ１１１ではパラメータｊが５であるか、即ち全ての副噴射の燃料噴射時間の算出が完了したか否かが判別される。ｊ＝５でないときにはステップ１０４に戻り、ｊ＝５のときには次いでステップ１１２に進み、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）が算出される（ＴＡＵ（３）＝ＴＡＵＢ−ＴＴＣ）。続くステップ１１３では最終的な総燃料噴射時間ＴＴＡＵが算出される（ＴＴＡＵ＝ＴＴＡＵ＋ＴＡＵ（３））。
【００３０】
【発明の効果】
主噴射の燃料噴射量を最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃料噴射時期及び気筒の１燃焼サイクルで行われる燃料噴射の数を説明するための図である。
【図３】トルク発生寄与率を示す線図である。
【図４】燃料噴射時間、燃料噴射時期、総燃料噴射時間の算出ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２０…燃料噴射弁
２１…コモンレール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a fuel injection device for a diesel engine that performs sub-injection, that is, for example, pilot injection at a time interval from main injection within one combustion cycle.
By the way, in a general diesel engine, a required fuel injection amount necessary to make the engine output coincide with the required output is calculated, and this required fuel injection amount is set as the fuel injection amount of the main injection. However, when the pilot injection is performed, the fuel of the pilot injection contributes to the generation of the engine output. Therefore, when the required fuel injection amount is the fuel injection amount of the main injection, the actual engine output becomes larger than the required output. End up. Therefore, a fuel injection device for a diesel engine is known in which the fuel injection amount for main injection is obtained by subtracting the fuel injection amount for pilot injection from the required fuel injection amount (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-129296).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The reason why the fuel injection amount of the main injection is calculated in this way is that it is considered that all of the fuel of the pilot injection contributes to the engine output generation. However, since fuel injected at a time interval from the main injection as in pilot injection diffuses into the combustion chamber, not all of it necessarily contributes to generation of engine output. Therefore, in the method of the above-mentioned publication, there is a problem that the actual engine output becomes smaller than the required output as a result of extra subtraction from the required fuel injection amount. In other words, the fuel injection amount of the main injection obtained in this way is no longer optimal.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel injection device for an internal combustion engine that can maintain the fuel injection amount of the main injection optimally.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, the sub-injection is performed at a time interval from the main injection within one combustion cycle, and the engine output matches the required output per combustion cycle. The basic fuel injection amount necessary for the sub-injection is calculated, the fuel injection amount of the sub-injection is calculated, and the fuel injection amount of the main injection when the sub-injection is performed is calculated from the basic fuel injection amount and the fuel injection amount of the sub-injection the fuel injection system of an internal combustion engine so as to calculate the fuel injection amount of the main injection when the sub injection is performed, to be greater than minus fuel injection amount of the auxiliary injection from the basic fuel injection amount The actual engine output matches the required output . That is, in the first invention, for example, the actual engine output is prevented from becoming smaller than the required output, and therefore the fuel injection amount of the main injection is optimally maintained.
[0006]
According to the second invention, in the first invention, the fuel of the main injection when the sub-injection is performed by subtracting the fuel injection amount of the sub-injection that has been reduced from the basic fuel injection amount. The injection amount is calculated. Ie, in the second invention, the fuel injection amount of main injection is optimally maintained.
According to the third invention, in the first invention, the total fuel injection amount supplied to the engine in one combustion cycle is calculated by summing the fuel injection amount of the main injection and the fuel injection amount of the sub-injection. I am doing so. That is, in the third invention, the total fuel injection amount supplied to the engine in one combustion cycle is accurately obtained.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a diesel engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition engine.
Referring to FIG. 1, the engine body 1 includes, for example, four cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4. Each cylinder is connected to a common surge tank 3 via a corresponding intake branch pipe 2, and the surge tank 3 is connected to an outlet of a compressor 6 c of a supercharger, for example, an exhaust turbocharger 6, via an intake duct 4 and an intercooler 5. Connected to the part. An inlet portion of the compressor 6 c is connected to an air cleaner 8 through an air suction pipe 7. A throttle valve 10 driven by an actuator 9 is disposed in the intake duct 4 between the surge tank 3 and the intercooler 5. A variable nozzle mechanism 6v whose opening area can be changed is attached to the exhaust inlet of the exhaust turbine 6t. If the exhaust nozzle area of the exhaust turbine 6t is reduced by the variable nozzle mechanism 6v, the supercharging pressure can be increased even during low engine speed operation where the exhaust pressure is low.
[0008]
Each cylinder is connected to an inlet of the exhaust turbine 6t of the exhaust turbocharger 6 through an exhaust manifold 11 and an exhaust pipe 12, the outlet portion of the exhaust turbine 6t is an NO _X reduction catalyst 14 via the exhaust pipe 13 houses An exhaust throttle valve 18 driven by an actuator 17 is disposed in the exhaust pipe 13 connected to the exhaust pipe 16. The NO _x reduction catalyst 14 comprises, for example, a zeolite supporting copper. The NO _x reduction catalyst 14 can reduce NO _x even in an oxidizing atmosphere if the reducing exhaust gas such as HC and CO is contained in the inflowing exhaust gas. The combustion order of the engine 1 is # 1- # 3- # 4- # 2.
[0009]
Each cylinder includes a fuel injection valve 20 that directly injects fuel into the cylinder. Each fuel injection valve 20 is connected to a fuel pump 22 through which a discharge amount can be controlled via a common fuel accumulator chamber or common rail 21. The fuel pump 22 is connected to a fuel tank (not shown) via a low pressure pump (not shown), and the fuel discharged from the fuel pump 22 is supplied to the common rail 21 and then supplied to each fuel injection valve 20. . The discharge amount of the fuel pump 22 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 21 becomes a predetermined target fuel pressure. The target fuel pressure can be determined according to, for example, the engine operating state.
[0010]
Further, referring to FIG. 1, the exhaust manifold 11 and the intake duct 4 downstream of the throttle valve 10 are connected to each other via an exhaust recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 23, and are driven by an actuator 24 in the EGR passage 23. An EGR control valve 25 is disposed.
The electronic control unit (ECU) 30 is a digital computer, and is connected to each other via a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, and a constant time. A B-RAM (backup RAM) 35 connected to a power source, an input port 36, and an output port 37 are provided. A water temperature sensor 38 that generates an output voltage proportional to the engine cooling water temperature is attached to the engine body 1. An intake pressure sensor 39 for generating an output voltage proportional to the pressure in the intake duct 4 in the intake duct 4 downstream of the throttle valve 10 and an intake temperature sensor for generating an output voltage proportional to the intake air temperature in the intake duct 4 40 is arranged. An exhaust temperature sensor 41 that generates an output voltage proportional to the temperature of the exhaust gas flowing out from the NO _x reduction catalyst 14 is disposed in the exhaust pipe 16. A fuel pressure sensor 42 that generates an output voltage proportional to the fuel pressure in the common rail 21 is attached to the common rail 21. Further, the depression amount sensor 43 generates an output voltage proportional to the depression amount of an accelerator pedal (not shown). The output voltages of these sensors 38, 39, 40, 41, 42 and 43 are input to the input port 36 via the corresponding AD converters 44. The input port 36 is connected to a crank angle sensor 45 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. The CPU 34 calculates the engine speed N based on the output pulse of the crank angle sensor 45, and calculates the intake air amount Ga based on the output voltage of the intake pressure sensor 39.
[0011]
On the other hand, the output port 37 is connected to the variable nozzle mechanism 6v, the actuators 9, 17, 24, the fuel injection valves 20, and the fuel pump 22 via the corresponding drive circuits 46, respectively.
By the way, when the common rail 21 is provided, it becomes possible to inject fuel a plurality of times within one combustion cycle of each cylinder. Therefore, in this embodiment, in addition to the main injection that is performed around the compression top dead center so as to generate the engine output torque, the sub-injection is performed at a time interval from the main injection to the advance side or the retard side. I have to. Examples of the sub-injection include pilot injection, post-injection, and HC supply injection.
[0012]
Pilot injection injects a small amount of fuel prior to main injection. The pilot injection is performed, for example, at a compression stroke before the main injection, that is, for example, at a compression top dead center (hereinafter referred to as BTDC) 70 to 0 ° crank angle (hereinafter referred to as CA), and a time interval with respect to the main injection. When the value is large, a premixed gas is formed, and when the value is small, an ignition source for igniting and burning fuel by main injection is formed. It is also possible to perform a plurality of pilot injections. Therefore, it is possible to perform both pilot injection for premixed gas formation and pilot injection for forming an ignition source, and pilot for premixed gas formation. It is also possible to perform the injection multiple times. In this embodiment, two pilot injections can be performed. The pilot injection performed first is referred to as a first pilot injection, and the pilot injection performed later is referred to as a second pilot injection.
[0013]
The post-injection is performed after the main injection is completed in order to completely burn HC in the combustion gas or exhaust gas and reduce soot discharged from the engine. This post-injection is preferably performed while the combustion flame remains in the combustion chamber. For example, the post-injection is performed from BTDC 0 after the completion of main injection to about −30 ° CA (0 to 30 ° CA after compression top dead center). .
[0014]
The HC supply injection is for supplying HC (hydrocarbon) as a reducing agent to the NO _x reduction catalyst 14. This HC supply injection is performed, for example, from about BTDC-150 after completion of main injection or post-injection to about -210 ° CA. The fuel from the HC supply injection reaches the NO _x reduction catalyst 14 without complete combustion, and reduces the inflow NO _x .
[0015]
FIG. 2A schematically shows the fuel injection timing of each fuel injection action with arrows. Here, j represents the order or type of fuel injection that can be performed in one combustion cycle of each cylinder, that is, j = 1 is the first pilot injection, j = 2 is the second pilot injection, and j = 3 represents main injection, j = 4 represents post-injection, and j = 5 represents HC supply injection.
[0016]
While main injection is always performed in one combustion cycle of each cylinder, whether or not pilot injection, post-injection, and HC supply injection are performed is determined by the engine operating state. Therefore, the number of fuel injections performed in one combustion cycle of each cylinder can be changed between 1 and 5. For example, in the example shown in FIG. 2B, fuel injection is performed only four times in one combustion cycle of each cylinder, and in the example shown in FIG. 2C, it is performed only three times.
[0017]
If the fuel injection time and the fuel injection timing of the jth fuel injection action (j = 1, 2, 3, 4, 5) in one combustion cycle of each cylinder are represented by TAU (j) and IT (j), respectively. For example, the fuel injection time of the main injection is represented by TAU (3), and the fuel injection timing of the post injection is represented by IT (4). Here, the fuel injection timing IT (j) is expressed with reference to the compression top dead center of each cylinder. Further, since TAU (j) = 0 when the sub-injection is not performed, the fuel injection time TAU (j) also indicates the presence or absence of the sub-injection.
[0018]
The fuel injection timing of the main injection and the sub injection, and the fuel injection time of the sub injection are calculated based on the engine operating state. More specifically, the fuel injection times TAU (1) and TAU (2) and the basic fuel injection timings IT (1) and IT (2) for the first and second pilot injections are good premixed gas or ignition. The fuel injection time and fuel injection timing required to form the source are stored in advance in the ROM 32 as functions of the engine operating state, for example, the engine speed N and the accelerator pedal depression amount DEP. The post-injection fuel injection time TAU (4) and the fuel injection timing IT (4) are the fuel injection time and the fuel injection timing necessary for reducing the HC discharged from the cylinder, and the engine speed N and the accelerator pedal. Is stored in advance in the ROM 32 as a function of the stepping amount DEP. The fuel injection time TAU (5) and the fuel injection timing IT (5) of the HC supply injection are the fuel injection time and the fuel injection timing necessary for reducing the amount of NO _x discharged from the NO _x reduction catalyst 14. The intake air amount Ga representing the amount of NO _x flowing into the NO _x reduction catalyst 14 per unit time and the function of the engine speed N are stored in advance in the ROM 32, respectively. The fuel injection timing IT (3) of the main injection is an optimal fuel injection timing for making the engine output torque coincide with the required torque, and is previously stored in the ROM 32 as a function of the engine speed N and the accelerator pedal depression amount DEP. Is stored in each.
[0019]
On the other hand, the fuel injection time TAU (3) of the main injection is calculated based on the following equation, for example.
TAU (3) = TAUB-TTC
Here, TAUB represents the basic fuel injection time, and TTC represents the total torque generation contribution value.
[0020]
The basic fuel injection time TAUB is the fuel injection time required per combustion cycle to make the engine output torque coincide with the required output torque. This basic fuel injection time TAUB is calculated in advance by experiments as a function of the engine operating state, for example, the accelerator pedal depression amount DEP and the engine speed N. As described above, since the main injection is for generating the engine output torque, the basic fuel injection time TAUB represents the fuel injection time of the main injection when it is assumed that only the main injection is performed. .
[0021]
The total torque generation contribution value TTC is the sum of the torque generation contribution values TC (j) (j = 1, 2, 4, 5) of each sub-injection, and this torque generation contribution value TC (j) It represents the portion of the injection that contributes to the generation of engine output torque. Next, the torque generation contribution value TC (j) will be described in detail.
Assuming that all of the fuel from the secondary injection contributes to the generation of the engine output torque, the fuel injection time TAU (3) of the main injection is obtained by subtracting the total fuel injection time of the sub injection from the basic fuel injection time TAUB. (TAU (3) = TAUB− (TAU (1) + TAU (2) + TAU (4) + TAU (5))). Otherwise, the actual engine output torque is larger than the required output torque.
[0022]
However, since the fuel of the sub-injection performed at a time interval from the main injection diffuses into the combustion chamber, not all of it necessarily contributes to the generation of the engine output torque. Accordingly, if the result of simply subtracting is the fuel injection time TAU (3) of the main injection, it is subtracted and the actual engine output torque becomes smaller than the required output torque.
[0023]
Then, if only the amount of sub-injection that contributes to engine output torque generation is subtracted from the basic fuel injection time, the fuel injection of the main injection required to make the actual engine output torque match the required output torque without excess or deficiency The time TAU (3) can be obtained.
Therefore, in the present embodiment, a torque generation contribution value TC (j) (j = 1, 2, 4, 5) representing the amount contributing to engine output torque generation is obtained for each sub-injection, and the total obtained by summing these values. The fuel injection time TAU (3) of the main injection is obtained by subtracting the torque generation contribution value TTC from the basic fuel injection time TAUB.
[0024]
In the present embodiment, the torque generation contribution value TC (j) (j = 1, 2, 4, 5) is calculated by the following equation.
TC (j) = TAU (j) · kC
Here, kC represents a torque generation contribution rate.
The torque generation contribution rate kC ( ≦ 1.0) represents the ratio of the sub-injection fuel injection time that contributes to engine output torque generation, and is obtained in advance by experiments. As shown in FIG. 3, this torque generation contribution rate kC is a time interval DIF (= | IT (3) −) between the fuel injection timing IT (j) of the sub injection from the fuel injection timing IT (3) of the main injection. When IT (j) |) is small, it is maintained at 1.0, and decreases as the time interval DIF increases. Further, when the fuel injection time TAU (j) of the secondary injection is large, the torque generation contribution rate kC is larger than when it is small. The torque generation contribution rate kC is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map shown in FIG.
[0025]
Therefore, generally speaking, the fuel injection time TAU (3) for the main injection is calculated by subtracting the fuel injection time for sub-injection that has been corrected for reduction from the basic fuel injection time TAUB. The fuel injection time TAU (3) of the main injection calculated in this way is longer than the basic fuel injection time TAUB minus the sum of the sub-injection fuel injection times.
[0026]
Further, the total fuel injection time TTAU of one combustion cycle is obtained by adding the fuel injection time TAU (3) of the main injection and the fuel injection time TAU (j) (j = 1, 2, 4, 5) of the sub injection. Calculated. Based on the total fuel injection time TTAU, for example, the target fuel pressure in the common rail 21, the fuel injection timing of each fuel injection action, the opening degree of the EGR control valve 25, and the like are calculated or corrected.
[0027]
FIG. 4 shows a routine for calculating the fuel injection time TAU (j) and fuel injection timing IT (j) (j = 1, 2, 3, 4, 5) for the main injection and the sub-injection, and the total fuel injection time TTAU. Yes. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 4, first, at step 100, it is determined whether or not the present time is a calculation timing such as a fuel injection time. At the present time, when it is not the calculation timing, the processing cycle is ended, and when it is the calculation timing, the process proceeds to step 101, where the total fuel injection time TTAU and the total torque generation contribution value TTC are returned to zero. In subsequent step 102, all fuel injection timings IT (i) are calculated. In the subsequent step 103, the basic fuel injection time TAUB is calculated.
[0028]
In the subsequent step 104, 1, 2, 4, and 5 are sequentially substituted for the parameter j. In the following step 105, the fuel injection time TAU (j) of the jth sub-injection is calculated. In the subsequent step 106, TAU (j) is added to the total fuel injection time TTAU. In the subsequent step 107, the time interval DIF is calculated (DIF = | IT (3) −IT (j) |). In the following step 108, the torque generation contribution rate kC is calculated from the map of FIG. In the subsequent step 109, a torque generation contribution value TC (j) is calculated (TC (j) = TAU (j) · kC). In the subsequent step 110, the torque generation contribution value TC (j) is added to the total torque generation contribution value TTC.
[0029]
In the following step 111, it is determined whether or not the parameter j is 5, that is, whether or not the calculation of the fuel injection time for all the sub-injections has been completed. When j = 5 is not true, the routine returns to step 104, and when j = 5, the routine proceeds to step 112 where the fuel injection time TAU (3) for main injection is calculated (TAU (3) = TAUB−TTC). In the following step 113, the final total fuel injection time TTAU is calculated (TTAU = TTAU + TAU (3)).
[0030]
【The invention's effect】
The fuel injection amount of the main injection can be maintained optimally.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram for explaining a fuel injection timing and the number of fuel injections performed in one combustion cycle of a cylinder.
FIG. 3 is a diagram showing a torque generation contribution rate.
FIG. 4 is a flowchart showing a routine for calculating fuel injection time, fuel injection timing, and total fuel injection time.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body 20 ... Fuel injection valve 21 ... Common rail

Claims

１燃焼サイクル内において主噴射から時期的間隔を隔てて副噴射を行うようにし、機関出力を要求出力に一致させるのに１燃焼サイクル当たりに必要な基本燃料噴射量を算出し、副噴射の燃料噴射量を算出し、これら基本燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とから、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにした内燃機関の燃料噴射装置において、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量が、基本燃料噴射量から副噴射の燃料噴射量を差し引いたものよりも大きくなるようにして実際の機関出力が要求出力に一致するようにした内燃機関の燃料噴射装置。The sub-injection is performed at a time interval from the main injection within one combustion cycle, the basic fuel injection amount per one combustion cycle required to match the engine output with the required output is calculated, and the fuel of the sub-injection In a fuel injection device for an internal combustion engine, an injection amount is calculated, and a fuel injection amount of a main injection when sub injection is performed is calculated from the basic fuel injection amount and the sub fuel injection amount. An internal combustion engine in which the actual engine output matches the required output so that the fuel injection amount of the main injection when the engine is performed is greater than the basic fuel injection amount minus the fuel injection amount of the sub-injection Engine fuel injection device.

前記基本燃料噴射量から、前記副噴射の燃料噴射量を減量補正したものを差し引くことにより、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection amount of the main injection when the sub-injection is performed is calculated by subtracting from the basic fuel injection amount the fuel injection amount of the sub-injection corrected for reduction. Engine fuel injection device.

主噴射の燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とを合計することにより１燃焼サイクルに機関に供給される総燃料噴射量を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 2. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the total fuel injection amount supplied to the engine in one combustion cycle is calculated by summing the fuel injection amount of the main injection and the fuel injection amount of the sub injection. .