JP5962592B2 - 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 - Google Patents
内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5962592B2 JP5962592B2 JP2013120661A JP2013120661A JP5962592B2 JP 5962592 B2 JP5962592 B2 JP 5962592B2 JP 2013120661 A JP2013120661 A JP 2013120661A JP 2013120661 A JP2013120661 A JP 2013120661A JP 5962592 B2 JP5962592 B2 JP 5962592B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- fuel
- rate waveform
- amount
- heat generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 title claims description 246
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 177
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 525
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 480
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 291
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 291
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 288
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 192
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 192
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 185
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 144
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 144
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 35
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 35
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 26
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 10
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 8
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 89
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 78
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 58
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 52
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 33
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 31
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 28
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 25
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 22
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 22
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 19
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 description 16
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 15
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 7
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- DCAYPVUWAIABOU-UHFFFAOYSA-N hexadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC DCAYPVUWAIABOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
前記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、熱発生率波形を規定するパラメータとして、酸素密度に加えて二酸化炭素量を適用し、この二酸化炭素量に応じて熱発生率を規定することで、理想熱発生率波形の適正化が図れるようにしている。
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の燃焼を行う内燃機関における燃料の反応の熱発生率波形を作成する装置を対象とする。この熱発生率波形作成装置に対し、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、気筒内の酸素密度に基づいて規定された基準熱発生率を、気筒内の二酸化炭素量に応じて補正することによって理想熱発生率を算出する構成としている。
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。
ECU100は、図示しないCPU、ROM、RAM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、A/Fセンサ44a,44b、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、筒内圧センサ4A、外気温センサ4B、および、外気圧センサ4Cなどが接続されている。各センサの機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。
次に、本実施形態に係るエンジン1における燃焼室3内での燃焼形態の概略について説明する。
次に、前記インジェクタ23から噴射された燃料の気筒内における形態について説明する。
後述する燃焼状態診断に利用される理想熱発生率波形を作成する際には、燃料の反応開始時期、反応速度、反応量を規定する必要がある。そして、これら波形構成要素(反応開始時期、反応速度、反応量)を規定するためには、気筒内における燃料密度および酸素密度を求めておく必要がある。また、本実施形態では、これら燃料密度および酸素密度に加えて、気筒内における二酸化炭素密度を求め、この二酸化炭素密度に基づいた熱発生率の補正を行うことによって理想熱発生率波形を作成するようにしている。言い換えると、気筒内の酸素密度等に基づいて規定された基準熱発生率を、気筒内の二酸化炭素密度(二酸化炭素量に相関のある値)に応じて補正することによって理想熱発生率を算出し、この補正後の理想熱発生率に基づいて理想熱発生率波形を作成するようにしている。
まず、気筒内における燃料密度を求めるための手法について説明する。
気筒内における混合気の状態が均一である場合には、以下の式(1)または式(2)によって燃料密度ρfuelが算出される。
燃料密度ρfuel=燃料噴射量/燃料噴射開始時の行程容積 …(2)
ここで、燃料噴射量はインジェクタ23から噴射された燃料量(例えばメイン噴射での燃料量)である。この燃料噴射量は、レール圧センサ41によって検出された燃料噴射圧力およびインジェクタ23の開弁期間(指令噴射期間)から算出できる。また、反応開始時の行程容積は、筒内温度が後述する反応温度に達した時点での筒内容積(キャビティ内領域の容積とキャビティ外領域の容積との和)である。この筒内温度と筒内容積との関係は、外気温センサ4Bによって検出された外気温度、圧縮比、気筒内の予熱量(パイロット噴射等による予熱量)等をパラメータとし、予め実験やシミュレーションによって規定されている。燃料の各反応(気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、予混合燃焼による高温酸化反応、拡散燃焼による高温酸化反応)それぞれにおける反応開始時期、反応速度、反応量は、その反応時における燃料密度に応じて変化する。このため、各反応それぞれにおける反応開始時期、反応速度、反応量を求めるためには、その反応時における燃料密度を個別に特定しておく必要がある。本実施形態では、燃料の各反応それぞれに対応した燃料密度ρfuelの算出タイミングを設定しておき、このタイミングにおける行程容積を利用して、各反応それぞれに対応した燃料密度ρfuelを個別に特定できるようにしている。また、燃料噴射開始時の行程容積は、インジェクタ23からの燃料噴射が開始された時点(ECU100から燃料噴射指令信号が発信された時点)での筒内容積である。筒内容積はクランク角度位置に応じて決定されるため、インジェクタ23からの燃料噴射が開始された時点でのクランク角度位置に基づいて筒内容積を求めることができる。
気筒内における混合気の状態が不均一である場合には、キャビティ内領域およびキャビティ外領域それぞれに存在する燃料量を算出し、その燃料量を反応開始時における対象領域の容積(行程容積)または燃料噴射開始時における対象領域の容積によって除算することにより各領域それぞれの燃料密度を算出する。
Xie=(Aie−ACO)/(ACI−ACO) …(4)
そして、この場合のキャビティ内燃料分配率の代表値f(X)としては、以下の式(5)によって算出される。
ここで、f(Xis)はタイミングAisにおけるキャビティ内燃料分配率であり図中のYisに相当する。また、f(Xie)はタイミングAieにおけるキャビティ内燃料分配率であり図中のYieに相当する。
この式(6)における「i」は対象とする期間1〜5に対応する値である。
キャビティ内領域総燃料分配率=ΔAinj(2)×f(X(2))+ΔAinj(3)
+ΔAinj(4)×f(X(4)) …(7)
これにより、燃料噴射期間の全体を対象としたキャビティ内領域の総燃料分配率が算出されることになる。
燃料密度ρfuel=対象領域内の燃料量/燃料噴射開始時の対象領域の容積…(9)
ここで、対象領域をキャビティ内領域とした場合には、ピストン13の位置に関わりなく対象領域の容積は一定である。一方、対象領域をキャビティ外領域とした場合には、ピストン13の位置に応じて対象領域の容積は変化する。この場合、キャビティ外領域の容積はクランク角度位置に応じて決定されるため、このクランク角度位置に基づいてキャビティ外領域の容積(対象領域の容積)を求めることができる。
なお、演算式F(PCR,Fq,Ainj,Pcyl)は、予め実験やシミュレーションに基づき、燃料噴射圧力PCR、燃料噴射量Fq、燃料噴射時期Ainj、筒内圧力Pcylそれぞれの燃料密度ρfuelに対する影響度合いを考慮して規定されている。
ここで、基準PCRは、コモンレール内圧の基準となる圧力であって適宜設定される。また、AおよびBは予め実験やシミュレーションに基づいて設定された定数である。
次に、気筒内における酸素密度を求めるための手法について説明する。
酸素密度ρo2=吸気中の酸素量/反応開始時の行程容積 …(13)
ここで、吸気中の酸素量(質量)は、エアフローメータ43によって検出された吸入空気量、外気温センサ4Bによって検出された外気温度、外気圧センサ4Cによって検出された外気圧力等から算出できる。また、隙間容積の一例としては、ピストン13が圧縮上死点に達した時点の行程容積(圧縮端容積)が挙げられる。これによれば、隙間容積を固定値として扱えるため、酸素密度ρo2の算出が簡素化でき、また、その信頼性も高まることになる。式(12)で使用される隙間容積はこれに限定されるものではない。
(二酸化炭素密度)
次に、気筒内における二酸化炭素密度を求めるための手法について説明する。
二酸化炭素密度ρco2=気筒内の二酸化炭素量/反応開始時の行程容積 …(16)
ここで、気筒内の二酸化炭素量(質量)は、クランクポジションセンサ40からの出力に基づいて算出されるエンジン回転速度、EGR率等から算出できる。また、隙間容積の一例としては、ピストン13が圧縮上死点に達した時点の行程容積(圧縮端容積)が挙げられる。これによれば、隙間容積を固定値として扱えるため、二酸化炭素密度ρco2の算出が簡素化でき、また、その信頼性も高まることになる。式(15)で使用される隙間容積はこれに限定されるものではない。
吸入空気中には窒素が存在している。この窒素は大気中の約77%を占めている。そして、EGRが実施されていない場合と実施されている場合とにおける気筒内のガス組成の関係は図12から以下の式(17)のように規定できる。
この式(17)の左辺はEGRが実施されていない場合の気筒内のガス組成を表し、右辺はEGRが実施されている場合の気筒内のガス組成を表している。
次に、本実施形態の特徴である熱発生率波形の作成(理想熱発生率波形の作成)、燃焼状態診断(気筒内での燃料の各反応形態の診断)、および、その診断結果に応じて実行される制御パラメータの補正について説明する。なお、以下の説明では、気筒内における混合気の状態が不均一である場合、つまり、キャビティ内領域およびキャビティ外領域それぞれの燃料密度が互いに異なっている場合を例に挙げて説明する。
前記理想熱発生率波形の作成について説明する。まず、理想熱発生率波形の作成の概略について説明する。
なお、前記理想熱発生率波形モデル(三角形モデル)の作成の詳細については後述する。
次に、前記理想熱発生率波形の作成の第1手順である反応領域の分割について具体的に説明する。
前記キャビティ外噴射遅角限界(図8(a))よりも進角側で燃料噴射が行われた場合や、キャビティ外噴射進角限界(図8(b))よりも遅角側で燃料噴射が行われた場合には、噴射燃料の略全量がキャビティ外領域に向けて噴射されることになり、この燃料の略全量はキャビティ外領域に存在し、キャビティ内領域には殆ど噴霧が存在しないことになる。このため、インジェクタ23から筒内に噴射された燃料量がそのままキャビティ外領域に存在する燃料量となる。
前記キャビティ外領域およびキャビティ内領域それぞれの温度(燃料噴射実行時の各領域の温度)を求めるための手法としては、吸気温度、ピストン位置(吸入ガスの圧縮度合い)、前記パイロット噴射等による対象領域の予熱状態等をパラメータとし、予め実験やシミュレーションによって、これらパラメータとキャビティ外領域およびキャビティ内領域それぞれの温度との関係を求めてマップ化し、このマップを前記ROMに記憶させている。つまり、吸気温度、ピストン位置、各領域の予熱状態等のパラメータを前記マップに当て嵌めることでキャビティ外領域およびキャビティ内領域それぞれの温度が個別に求められるようになっている。また、キャビティ内領域の温度を求める際に、前記キャビティ内領域総燃料分配率を利用してもよい。具体的には、圧縮比に基づいて算出される圧縮ガス温度と、キャビティ内領域総燃料分配率から得られた燃料量と燃料の単位質量当たりの発生熱量との積で得られる温度上昇分との和をキャビティ内領域の温度として求めるものである。キャビティ外領域の温度も同様に求めることが可能である。
次に、前記理想熱発生率波形の作成の第2手順である燃料の反応形態の分離について説明する。
気化反応は、前記インジェクタ23から噴射された燃料が対象領域内の熱を受けて気化するものである。この反応は、一般的には対象領域内ガス温度が500K以上となっている環境下に燃料が晒された状態で、燃料噴霧の拡散がある程度進んだ際に開始する噴霧律速の反応となっている。
なお、この気化反応は吸熱反応であるため、この反応量(発生熱量)としては負の値となる。また、この気化反応は、反応に要する酸素量が僅かであるため、酸素密度の影響を殆ど受けないものとなっている。
低温酸化反応は、ディーゼルエンジン1の燃料である軽油中に含まれる低温酸化反応成分(n−セタン(C16H34)等の直鎖単結合組成の燃料等)が燃焼する反応である。この低温酸化反応成分は、対象領域内温度が比較的低い場合であっても着火が可能な成分であって、このn−セタン等の量が多いほど(高セタン燃料であるほど)対象領域内での低温酸化反応が進みやすく着火遅れが抑制されることになる。具体的に、n−セタン等の低温酸化反応成分は、一般的には、対象領域内温度が約750Kに達した時点で燃焼(低温酸化反応)を開始する。なお、n−セタン等以外の燃料成分(高温酸化反応成分)は対象領域内温度が約900Kに達するまで燃焼(高温酸化反応)を開始しない。
熱分解反応は、燃料成分の熱分解を行う反応であって、一般に、その反応温度は約800Kとなっている。
予混合燃焼による高温酸化反応の反応温度は、一般に約900Kとなっている。つまり、対象領域内温度が900Kに達したことで燃焼を開始する反応が、この予混合燃焼による高温酸化反応である。
拡散燃焼による高温酸化反応の反応温度は、一般に約1000Kとなっている。つまり、温度が1000K以上となっている対象領域内に向けて噴射された燃料が、噴射後、直ちに燃焼を開始する反応が、この拡散燃焼による高温酸化反応である。
Grd=GrdB×(基準エンジン回転速度/実エンジン回転速度)2
×(d/基準d)×(N/基準N) …(21)
GrdB:基準反応速度、Grd:反応速度、d:インジェクタ23の噴孔径、N:インジェクタ23の噴孔数、A,B:実験等により求められた定数
なお、前記式(21)は、インジェクタ23の基準噴孔径に対する実噴孔径の比、および、インジェクタ23の基準噴孔数に対する実噴孔数の比が乗算されていることにより、一般化された式となっている。また、この式(21)は、回転速度補正係数が乗算されていることで、エンジン回転速度に応じて補正された反応速度が求められるものとなっている。
前述したように酸素密度は燃料の各反応における反応開始時期、反応速度および反応量に影響を及ぼす。つまり、酸素密度が低くなるほど、反応開始時期は遅角側に移行し、反応速度は低くなり(反応が緩慢になり)、反応量が低下することになる。
前述したように酸素密度が低くなるほど反応開始時期は遅角側に移行する。この場合の反応開始時期は以下の式(22)によって算出される。
ここで、基準温度到達時期は、一般に、低温酸化反応では約750K、熱分解反応では約800K、予混合燃焼による高温酸化反応では約900K、拡散燃焼による高温酸化反応では約1000Kそれぞれの温度に到達する時期(クランク角度位置)となっている。
前述したように酸素密度が低くなるほど反応速度は低くなる。つまり、反応速度勾配が小さくなる。この場合の反応速度勾配は以下の式(23)によって算出される。
ここで、基準反応速度勾配は、低温酸化反応では約40[J/CA2/mm3]、熱分解反応では約−0.2[J/CA2/mm3]となっている。NEは前記酸素密度の算出タイミングにおけるエンジン回転速度である。この式(23)では、基準回転速度を2000rpmに設定して前記酸素密度の算出タイミングにおける反応速度勾配を求めるものとなっている。
前述したように酸素密度が低くなるほど反応量は低下する。この場合の反応量効率は以下の式(24)によって算出される。
ここで、酸素密度補正係数は、酸素密度の影響による反応量効率の補正量である。この酸素密度と酸素密度補正係数との関係は、予め実験やシミュレーションによって求められて作成された酸素密度補正係数マップが前記ROMに記憶されており、この酸素密度補正係数マップから酸素密度補正係数が抽出される。
前述したように二酸化炭素密度は燃料の各反応における反応速度に影響を及ぼす。つまり、二酸化炭素密度が高くなるほど反応速度は低くなる(反応が緩慢になる)。なお、前述した如く、二酸化炭素密度は燃料の各反応における反応開始時期および反応量に対しても影響を及ぼす可能性があるが、特に、反応速度に及ぼす影響が大きいため、ここでは、この反応速度に及ぼす影響について説明する。
ここで、反応速度勾配は、前記酸素密度等の影響を考慮して求められた反応速度勾配(基準熱発生率に相関のある反応速度勾配)である(前記式(23)を参照)。また、NEは前記二酸化炭素密度の算出タイミングにおけるエンジン回転速度である。この式(25)では、基準回転速度を1600rpmに設定して前記二酸化炭素密度の算出タイミングにおける反応速度勾配を求めるものとなっている。
次に、前記キャビティ内領域およびキャビティ外領域それぞれにおいて分離された各反応形態それぞれに対する理想熱発生率波形モデルの作成について説明する。
反応速度は、前記反応速度勾配に基づいて設定され、理想熱発生率波形モデルを二等辺三角形に近似させた場合、熱発生率が上昇する期間での反応速度と、熱発生率が下降する期間での反応速度とでは、それらの絶対値は一致している。
各反応における反応量効率[J/mm3]は燃焼期間を適正化すれば定数(例えば高温酸化反応の場合は30J/mm3)と見なすことができる。このため、発生熱量としては、この反応量効率に燃料噴射量(前記有効噴射量)を乗算したものとなる。
以上の三角形の勾配(反応速度)および三角形の面積(発生熱量)から三角形の底辺の長さに相当する燃焼期間が求められる。
これより、B=A/αとなる。
よって、A=SQRT[2S/{(1+1/α)G}]となる。
L=A+B=A(1+1/α)
=(1+1/α)×SQRT[2S/{(1+1/α)G}]
理想熱発生率波形モデルが二等辺三角形の場合にはα=1であり、
L=2×SQRT(S/G)=2×SQRT(30×Fq/G)となる。
このようにして、噴射量(噴射量指令値:発生熱量に相関のある値)と勾配(反応速度)が与えられれば燃焼期間が確定されることになる。
以上のようにして理想熱発生率波形モデルを作成した後、この理想熱発生率波形モデルを周知のフィルタ処理(例えばWiebeフィルタによる処理)によって円滑化することにより、理想熱発生率波形を作成する。以下、具体的に説明する。
前記理想熱発生率波形と比較される実熱発生率波形は、前記筒内圧センサ4Aによって検出される筒内圧力の変化に応じて作成される。つまり、気筒内での熱発生率と筒内圧力との間には相関がある(熱発生率が高いほど筒内圧力は高くなる)ので、この筒内圧センサ4Aによって検出される筒内圧力から実熱発生率波形を作成することができる。この検出した筒内圧力から実熱発生率波形を作成する処理については公知であるため、ここでの説明は省略する。
燃焼状態の診断(反応形態の診断)としては、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離の大きさに基づいて行われる。例えば、その乖離が予め設定された閾値(本発明でいう異常判定乖離量)以上となっている反応形態が存在している場合には、その反応形態に異常が生じていると診断することになる。例えば熱発生率の偏差が10[J/°CA]以上となっている反応形態が存在する場合や、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形のクランク角度の偏差(進角側または遅角側の偏差)が3°CA以上となっている反応形態が存在する場合には、その反応形態に異常が生じていると診断する。これら値はこれに限定されるものではなく、実験やシミュレーションによって適宜設定される。
前記理想熱発生率波形と実熱発生率波形との比較による燃焼状態の診断において、上述した如く理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が予め設定された閾値を超える反応形態が存在する場合、その反応形態に異常が生じていると診断され、この乖離を小さくするようにエンジン1の制御パラメータが補正されることになる。
前述した如く、二酸化炭素密度は排気中におけるスモークの生成量に影響がある。このため、二酸化炭素密度を求めることによって生成されるスモークの量を予め求めることが可能である。そして、このスモーク生成量が許容範囲を超える状況となっていることが推定される場合には、スモーク生成量を抑制するべく二酸化炭素密度の低減を図る制御を行うことが可能となる。
この式(26)は、酸素過剰率λo2とスモーク指標との関係を表している。つまり、気筒内の酸素の量的な不足量(酸欠の度合い)とスモーク指標との関係を表している。この式(26)における各定数は実験またはシミュレーションによって規定されたものである。
この式(27)におけるF(PCR,Fq,ρo2,NE)は、燃料噴射圧力PCR、燃料噴射量Fq、気筒内の酸素密度ρo2、エンジン回転速度NEを変数とする演算式である。この式(27)における定数も実験またはシミュレーションによって規定されたものである。
以上説明した実施形態は、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、本発明は軽油を燃料とするディーゼルエンジンに限らず、ガソリンやその他の燃料を使用するエンジンに対しても適用が可能である。
12 シリンダボア
13 ピストン
13b キャビティ
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
3 燃焼室
4A 筒内圧センサ
100 ECU
I,I' 気化反応の理想熱発生率波形モデル
II,II' 低温酸化反応の理想熱発生率波形モデル
III,III' 熱分解反応の理想熱発生率波形モデル
IV,IV' 予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデル
V,V' 拡散燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデル
Claims (11)
- 燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の燃焼を行う内燃機関における燃料の反応の熱発生率波形を作成する装置であって、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料の反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、気筒内の酸素密度に基づいて規定された基準熱発生率を、気筒内の二酸化炭素量に応じて補正することによって理想熱発生率を算出する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。 - 請求項1記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記気筒内の酸素密度に基づいて規定された理想熱発生率波形の反応勾配を、前記気筒内の二酸化炭素量および筒内容積から求められた二酸化炭素密度に応じて補正することによって理想熱発生率波形を作成する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。 - 請求項2記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記二酸化炭素密度が高いほど理想熱発生率波形の反応勾配を小さくして前記理想熱発生率波形を作成する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。 - 請求項3記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記二酸化炭素密度が高いほど燃料の反応速度を低くし、前記気筒内の酸素密度が低いほど、二酸化炭素密度による燃料の反応速度への影響度合いを大きくして前記理想熱発生率波形を作成する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。 - 請求項1〜4のうち何れか一つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
気筒内における混合気の状態が均一である場合には、気筒内の酸素密度、酸素過剰率、二酸化炭素密度に基づいて理想熱発生率を算出する一方、
気筒内における混合気の状態が不均一である場合には、気筒内の酸素密度、酸素過剰率、二酸化炭素密度、燃料密度に基づいて理想熱発生率を算出する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。 - 請求項1〜5のうち何れか一つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記気筒内の二酸化炭素量および筒内容積から求められた二酸化炭素密度によって基準熱発生率を補正することにより理想熱発生率を算出する場合に、
前記二酸化炭素密度を求めるタイミングはピストンが圧縮上死点に達したタイミングに設定されていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。 - 請求項1〜6のうち何れか一つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記気筒内を、ピストンに設けられたキャビティの内部領域とキャビティの外部領域とに分割し、これらキャビティの内部領域およびキャビティの外部領域それぞれにおける燃料の反応の理想熱発生率波形を作成して、これら各領域それぞれの理想熱発生率波形を合成することによって気筒内全体を対象とする理想熱発生率波形を作成する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。 - 請求項1〜7のうち何れか一つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
前記理想熱発生率波形は、前記燃料の各反応の開始時期を基点として、反応速度を斜辺の勾配、反応量を面積、反応期間を底辺の長さとする三角形で成る理想熱発生率波形モデルを作成し、各反応の理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理によって円滑化することで作成されることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。 - 請求項1〜8のうち何れか一つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置によって求められた理想熱発生率波形と、気筒内で実際に燃料が反応した際の実熱発生率波形とを比較し、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定量以上となっている場合に、燃料の反応に異常が生じていると診断する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。
- 請求項9記載の内燃機関の燃焼状態診断装置において、
前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の異常判定乖離量以上となっている反応が存在しており、その反応に異常が生じていると診断された際において、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の補正可能乖離量以下である場合には、内燃機関の制御パラメータの補正を行って前記乖離を前記異常判定乖離量未満にする制御を行う一方、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が前記補正可能乖離量を超えている場合には、内燃機関に故障が生じていると診断することを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。 - 請求項9または10記載の内燃機関の燃焼状態診断装置において、
車両に実装または実験装置に搭載されていることを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013120661A JP5962592B2 (ja) | 2013-06-07 | 2013-06-07 | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013120661A JP5962592B2 (ja) | 2013-06-07 | 2013-06-07 | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014238039A JP2014238039A (ja) | 2014-12-18 |
JP5962592B2 true JP5962592B2 (ja) | 2016-08-03 |
Family
ID=52135367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013120661A Expired - Fee Related JP5962592B2 (ja) | 2013-06-07 | 2013-06-07 | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5962592B2 (ja) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4325505B2 (ja) * | 2004-08-11 | 2009-09-02 | トヨタ自動車株式会社 | 圧縮着火内燃機関の燃焼制御システム |
JP2008190403A (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の制御装置 |
JP5299181B2 (ja) * | 2009-09-07 | 2013-09-25 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の筒内ガス温度推定装置 |
JP2011106334A (ja) * | 2009-11-17 | 2011-06-02 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | Wiebe関数モデルを用いたエンジンの熱発生率の推定方法 |
JP2011163251A (ja) * | 2010-02-12 | 2011-08-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置および方法 |
KR101317413B1 (ko) * | 2011-11-22 | 2013-10-10 | 서울대학교산학협력단 | 녹스 제어 시스템 및 방법 |
-
2013
- 2013-06-07 JP JP2013120661A patent/JP5962592B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014238039A (ja) | 2014-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6070346B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP5716869B2 (ja) | 内燃機関の燃焼状態診断装置 | |
JP5853891B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
CN102797569B (zh) | 发动机瞬态操作期间对利用生物柴油的稀NOx捕集器再生的自适应控制 | |
JP5962584B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP2013224613A (ja) | 内燃機関のNOx生成量推定装置およびNOxセンサ故障診断装置 | |
JP6015563B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置及び燃焼状態診断装置 | |
JP5949675B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置及び燃焼状態診断装置 | |
EP2757238B1 (en) | Control device for an internal combustion engine | |
JP5962585B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP6036562B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP2012092748A (ja) | 内燃機関のNOx発生量推定装置及び制御装置 | |
JP5720479B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP5983560B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP5962592B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP2014202182A (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP5983559B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP2014202181A (ja) | 内燃機関の筒内温度推定装置および熱発生率波形作成装置ならびに燃焼状態診断装置 | |
JP2014214647A (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP5949676B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP5892144B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP2013224616A (ja) | 内燃機関のトルク推定装置および運転制御装置 | |
JP5949669B2 (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 | |
JP5817342B2 (ja) | 内燃機関の制御目標値設定方法及び内燃機関の制御装置 | |
JP2014190251A (ja) | 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150702 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160526 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160531 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160613 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5962592 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |