JP2019203445A - Smoke estimation device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のスモーク推定装置に関する。 The present invention relates to a smoke estimation device for an internal combustion engine.
従来から、圧縮自着火式内燃機関について、燃焼室内で発生するスモーク発生量を推定すると共に、推定したスモーク発生量が予め定められた許容上限値以下になるように燃料噴射弁からの噴射パラメータを制御することが提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載の装置では、当量比が局所的に1以上となっている燃料量と、燃料噴射後の所定時期における燃料噴霧を含む領域の体積と、燃料噴射弁からの燃料噴射期間とに基づいてスモーク発生量が推定される。 Conventionally, for a compression ignition type internal combustion engine, the amount of smoke generated in the combustion chamber is estimated, and the injection parameter from the fuel injection valve is set so that the estimated amount of smoke generated is equal to or less than a predetermined allowable upper limit value. Control is proposed (for example, patent document 1). In the device described in Patent Document 1, the amount of fuel whose equivalence ratio is locally 1 or more, the volume of a region including fuel spray at a predetermined time after fuel injection, the fuel injection period from the fuel injection valve, The smoke generation amount is estimated based on the above.
また、スモーク発生量は、例えば、燃料噴射弁の噴孔の形状、燃料噴射開始時期から燃料が着火した時期までの噴霧先端の移動距離、燃料が着火した時期における混合気の当量比等に応じて変化するとされている(例えば、特許文献2、3)。 In addition, the amount of smoke generated depends on, for example, the shape of the nozzle hole of the fuel injection valve, the travel distance of the spray tip from the fuel injection start timing to the fuel ignition timing, the equivalence ratio of the air-fuel mixture at the fuel ignition timing (For example, Patent Documents 2 and 3).
ところで、従来のスモーク量の推定手法では、燃料噴射弁からの燃料噴霧をマクロ的に捉えて、燃焼室から排出される排気ガス中のスモーク量が推定されている。例えば、特許文献1に記載の装置では、燃料噴射弁からの燃料噴霧のうち当量比が1以上である噴霧と1未満となっている噴霧とをマクロ的に区別し、このうち当量比が1以上となっている噴霧に含まれる燃料量に基づいてスモーク量を推定している。 By the way, in the conventional smoke amount estimation method, the amount of smoke in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is estimated by macroscopically capturing the fuel spray from the fuel injection valve. For example, in the apparatus described in Patent Document 1, a fuel spray from the fuel injection valve is macroscopically distinguished from a spray having an equivalence ratio of 1 or more and a spray having a ratio of less than 1, among which the equivalence ratio is 1 The smoke amount is estimated based on the amount of fuel contained in the spray as described above.
しかしながら、燃料噴射弁からの燃料噴霧をマクロ的にのみ捉えたスモーク量の推定手法では必ずしも高い精度で排気ガス中のスモーク量を推定することができない。したがって、より高い精度でスモーク量を推定するには、燃料噴射弁からの燃料噴霧をミクロ的にも捉えて推定を行うことが必要である。 However, the smoke amount estimation method that captures the fuel spray from the fuel injector only in a macro manner cannot always estimate the smoke amount in the exhaust gas with high accuracy. Therefore, in order to estimate the smoke amount with higher accuracy, it is necessary to estimate the fuel spray from the fuel injection valve even on a microscopic level.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料噴射弁からの燃料噴霧をミクロ的にも捉えて推定を行うことにより、内燃機関の排気ガス中のスモーク濃度又はスモーク量をより高い精度で推定することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to estimate the smoke concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine by estimating the fuel spray from the fuel injection valve microscopically. The purpose is to estimate the smoke amount with higher accuracy.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。 The present invention has been made to solve the above problems, and the gist thereof is as follows.
(1)燃焼室内に燃料が直接噴射される内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中のスモーク濃度又はスモーク量を推定する、内燃機関のスモーク推定装置であって、前記燃焼室内に噴射された燃料の液滴の総表面積に応じて変化するパラメータの値を推定し、推定された前記パラメータの値に基づいて、燃料の液滴の総表面積が大きくなるほど燃焼室から排出される排気ガス中のスモーク濃度又はスモーク量が小さくなるものとして、スモーク濃度又はスモーク量を算出する、内燃機関のスモーク推定装置。 (1) A smoke estimation device for an internal combustion engine for estimating a smoke concentration or a smoke amount in exhaust gas discharged from a combustion chamber of an internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber, the fuel being injected into the combustion chamber In the exhaust gas discharged from the combustion chamber, the larger the total surface area of the fuel droplets, the larger the total surface area of the fuel droplets. A smoke estimation device for an internal combustion engine that calculates the smoke concentration or the smoke amount on the assumption that the smoke concentration or the smoke amount becomes small.
(2)燃焼室内で混合気が燃焼したときの燃焼室内の温度を推定し、推定された前記燃焼室内の温度に基づいて、燃焼室内の温度が高くなるほど燃焼室から排出される排気ガス中のスモーク濃度又はスモーク量が小さくなるものとして、スモーク濃度又はスモーク量を算出する、上記(1)に記載の内燃機関のスモーク推定装置。 (2) Estimating the temperature in the combustion chamber when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber, and based on the estimated temperature in the combustion chamber, the higher the temperature in the combustion chamber, the higher the temperature in the exhaust gas discharged from the combustion chamber. The smoke estimation device for an internal combustion engine according to (1), wherein the smoke concentration or the smoke amount is calculated assuming that the smoke concentration or the smoke amount is small.
本発明によれば、内燃機関の排気ガス中のスモーク濃度又はスモーク量をより高い精度で推定することができる。 According to the present invention, the smoke concentration or the smoke amount in the exhaust gas of the internal combustion engine can be estimated with higher accuracy.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
<第一実施形態>
≪内燃機関全体の説明≫
まず、図1及び図2を参照して本実施形態に係るスモーク推定装置が用いられる内燃機関1の構成について説明する。図1は、内燃機関1の概略的な構成図である。図2は、内燃機関1の機関本体10の概略的な断面図である。本実施形態の内燃機関は、燃料として軽油が用いられる圧縮自着火式内燃機関である。
<First embodiment>
≪Description of the internal combustion engine as a whole≫
First, the configuration of the internal combustion engine 1 in which the smoke estimation device according to the present embodiment is used will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine 1. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the engine body 10 of the internal combustion engine 1. The internal combustion engine of this embodiment is a compression self-ignition internal combustion engine in which light oil is used as fuel.
図1及び図2に示したように、内燃機関1は、機関本体10、燃料供給装置30、吸気系40、排気系50、EGR機構60、及び制御装置70を備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, the internal combustion engine 1 includes an engine body 10, a fuel supply device 30, an intake system 40, an exhaust system 50, an EGR mechanism 60, and a control device 70.
機関本体10は、複数の気筒11が形成されたシリンダブロック12と、シリンダヘッド13とを備える。各気筒11内には、各気筒11内を往復運動するピストン14が配置されている。ピストン14とシリンダヘッド13との間の気筒11内には混合気が燃焼する燃焼室15が形成されている。ピストン14の頂面には凹状に形成されたキャビティ16が形成される。 The engine body 10 includes a cylinder block 12 in which a plurality of cylinders 11 are formed, and a cylinder head 13. A piston 14 that reciprocates in each cylinder 11 is disposed in each cylinder 11. A combustion chamber 15 in which the air-fuel mixture burns is formed in the cylinder 11 between the piston 14 and the cylinder head 13. A cavity 16 formed in a concave shape is formed on the top surface of the piston 14.
図2に示したように、シリンダヘッド13には、吸気ポート17及び排気ポート18が形成されている。これら吸気ポート17及び排気ポート18は各気筒11の燃焼室15に連通している。燃焼室15と吸気ポート17との間には吸気弁21が配置されて、この吸気弁21が吸気ポート17を開閉する。同様に、燃焼室15と排気ポート18との間には排気弁22が配置されて、この排気弁22が排気ポート18を開閉する。 As shown in FIG. 2, the cylinder head 13 is formed with an intake port 17 and an exhaust port 18. The intake port 17 and the exhaust port 18 communicate with the combustion chamber 15 of each cylinder 11. An intake valve 21 is disposed between the combustion chamber 15 and the intake port 17, and the intake valve 21 opens and closes the intake port 17. Similarly, an exhaust valve 22 is disposed between the combustion chamber 15 and the exhaust port 18, and the exhaust valve 22 opens and closes the exhaust port 18.
図1に示したように、燃料供給装置30は、燃料噴射弁31、コモンレール32、燃料供給管33、燃料ポンプ34、及び燃料タンク35を備える。燃料噴射弁31は、各気筒11の燃焼室15内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド13に配置されている。特に、本実施形態では、各燃料噴射弁31は各燃焼室15の上壁面の中央に配置されており、燃料噴射弁31からはピストン14に形成されたキャビティ16内の周辺部に向けて燃料Fが噴射されるように構成されている(図2)。 As shown in FIG. 1, the fuel supply device 30 includes a fuel injection valve 31, a common rail 32, a fuel supply pipe 33, a fuel pump 34, and a fuel tank 35. The fuel injection valve 31 is disposed in the cylinder head 13 so as to inject fuel directly into the combustion chamber 15 of each cylinder 11. In particular, in the present embodiment, each fuel injection valve 31 is disposed at the center of the upper wall surface of each combustion chamber 15, and fuel is directed from the fuel injection valve 31 toward the peripheral portion in the cavity 16 formed in the piston 14. It is comprised so that F may be injected (FIG. 2).
燃料噴射弁31は、コモンレール32及び燃料供給管33を介して燃料タンク35に連結されている。燃料供給管33には、燃料タンク35内の燃料を圧送する燃料ポンプ34が配置される。燃料ポンプ34によって圧送された燃料は、燃料供給管33を介してコモンレール32に供給され、燃料噴射弁31が開弁されるのに伴って燃料噴射弁31から燃焼室15内に直接噴射される。本実施形態では、燃料噴射弁31から燃焼室15内に噴射されるときの燃料の圧力(噴射圧)は、燃料ポンプ34によって調整される。 The fuel injection valve 31 is connected to a fuel tank 35 via a common rail 32 and a fuel supply pipe 33. A fuel pump 34 that pumps the fuel in the fuel tank 35 is disposed in the fuel supply pipe 33. The fuel pumped by the fuel pump 34 is supplied to the common rail 32 via the fuel supply pipe 33 and is directly injected into the combustion chamber 15 from the fuel injection valve 31 as the fuel injection valve 31 is opened. . In the present embodiment, the fuel pressure (injection pressure) when the fuel is injected from the fuel injection valve 31 into the combustion chamber 15 is adjusted by the fuel pump 34.
吸気系40は、吸気マニホルド41、吸気管43、エアクリーナ44、排気ターボチャージャ5のコンプレッサ5a、インタークーラ45、及びスロットル弁46を備える。各気筒11の吸気ポート17は吸気マニホルド41に連通しており、吸気マニホルド41は吸気管43を介してエアクリーナ44に連通している。吸気管43には、吸気管43内を流通する吸入空気を圧縮して吐出する排気ターボチャージャ5のコンプレッサ5aと、コンプレッサ5aによって圧縮された空気を冷却するインタークーラ45とが設けられている。インタークーラ45は、吸入空気の流れ方向においてコンプレッサ5aの下流側に配置されている。スロットル弁46は、インタークーラ45と吸気マニホルド41との間の吸気管43内に配置されている。スロットル弁46は、スロットル弁駆動アクチュエータ47によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。なお、吸気ポート17、吸気マニホルド41、及び吸気管43は、燃焼室15に吸気ガスを供給する吸気通路を形成する。 The intake system 40 includes an intake manifold 41, an intake pipe 43, an air cleaner 44, a compressor 5a of an exhaust turbocharger 5, an intercooler 45, and a throttle valve 46. The intake port 17 of each cylinder 11 communicates with an intake manifold 41, and the intake manifold 41 communicates with an air cleaner 44 via an intake pipe 43. The intake pipe 43 is provided with a compressor 5a of an exhaust turbocharger 5 that compresses and discharges intake air flowing through the intake pipe 43, and an intercooler 45 that cools the air compressed by the compressor 5a. The intercooler 45 is disposed on the downstream side of the compressor 5a in the flow direction of the intake air. The throttle valve 46 is disposed in the intake pipe 43 between the intercooler 45 and the intake manifold 41. The throttle valve 46 is rotated by a throttle valve drive actuator 47, whereby the opening area of the intake passage can be changed. The intake port 17, the intake manifold 41, and the intake pipe 43 form an intake passage that supplies intake gas to the combustion chamber 15.
排気系50は、排気マニホルド51、排気管52、排気ターボチャージャ5のタービン5b、及び排気後処理装置53を備える。各気筒11の排気ポート18は、排気マニホルド51に連通しており、排気マニホルド51は排気管52に連通している。排気管52には、排気ターボチャージャ5のタービン5bが設けられている。タービン5bは、排気ガスのエネルギによって回転駆動せしめられる。排気ターボチャージャ5のコンプレッサ5aとタービン5bとは回転軸によって接続されており、タービン5bが回転駆動せしめられると、これに伴ってコンプレッサ5aが回転し、よって吸入空気が圧縮せしめられる。また、排気管52にはタービン5bの排気流れ方向下流側において排気後処理装置53が設けられている。排気後処理装置53は、排気ガスを浄化した上で外気中に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。なお、排気ポート18、排気マニホルド51、及び排気管52は、燃焼室15から排気ガスを排出する排気通路を形成する。 The exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51, an exhaust pipe 52, a turbine 5 b of the exhaust turbocharger 5, and an exhaust aftertreatment device 53. The exhaust port 18 of each cylinder 11 communicates with an exhaust manifold 51, and the exhaust manifold 51 communicates with an exhaust pipe 52. The exhaust pipe 52 is provided with a turbine 5 b of the exhaust turbocharger 5. The turbine 5b is driven to rotate by the energy of the exhaust gas. The compressor 5a of the exhaust turbocharger 5 and the turbine 5b are connected by a rotating shaft. When the turbine 5b is driven to rotate, the compressor 5a rotates with this, and the intake air is compressed. The exhaust pipe 52 is provided with an exhaust aftertreatment device 53 on the downstream side in the exhaust flow direction of the turbine 5b. The exhaust aftertreatment device 53 is a device for purifying exhaust gas and discharging it into the outside air, and includes various exhaust purification catalysts for purifying harmful substances, filters for collecting harmful substances, and the like. The exhaust port 18, the exhaust manifold 51, and the exhaust pipe 52 form an exhaust passage for exhausting exhaust gas from the combustion chamber 15.
EGR機構60は、EGR管61と、EGR制御弁62と、EGRクーラ63とを備える。EGR管61は、排気マニホルド51と吸気マニホルド41とに連結され、これらを互いに連通させる。EGR管61には、EGR管61内を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ63が設けられている。加えて、EGR管61には、EGR管61によって形成されるEGR通路の開口面積を変更することができるEGR制御弁62が設けられている。EGR制御弁62の開度を制御することによって、排気マニホルド51から吸気マニホルド41へ還流せしめられるEGRガスの流量が調整される。 The EGR mechanism 60 includes an EGR pipe 61, an EGR control valve 62, and an EGR cooler 63. The EGR pipe 61 is connected to the exhaust manifold 51 and the intake manifold 41 so as to communicate with each other. The EGR pipe 61 is provided with an EGR cooler 63 that cools the EGR gas flowing in the EGR pipe 61. In addition, the EGR pipe 61 is provided with an EGR control valve 62 that can change the opening area of the EGR passage formed by the EGR pipe 61. By controlling the opening degree of the EGR control valve 62, the flow rate of EGR gas recirculated from the exhaust manifold 51 to the intake manifold 41 is adjusted.
制御装置70は、電子制御ユニット(ECU)71及び各種センサを備える。ECU71は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス72を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)73、ROM(リードオンリメモリ)74、CPU(マイクロプロセッサ)75、入力ポート76、及び出力ポート77を備える。 The control device 70 includes an electronic control unit (ECU) 71 and various sensors. The ECU 71 is composed of a digital computer, and is connected to each other via a bidirectional bus 72, a RAM (random access memory) 73, a ROM (read only memory) 74, a CPU (microprocessor) 75, an input port 76, and An output port 77 is provided.
コモンレール32には、コモンレール32内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射弁31から燃焼室15内に噴射される燃料の圧力(噴射圧)を検出するための燃圧センサ82が設けられている。吸気管43には、排気ターボチャージャ5のコンプレッサ5aの吸気流れ方向上流側に、吸気管43内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ84が設けられている。スロットル弁46には、その開度(スロットル開度)を検出するためのスロットル開度センサ85が設けられている。これら、燃圧センサ82、エアフロメータ84及びスロットル開度センサ85の出力は、対応するAD変換器78を介して入力ポート76に入力される。 The common rail 32 is provided with a fuel pressure sensor 82 for detecting the pressure of fuel in the common rail 32, that is, the pressure of fuel injected from the fuel injection valve 31 into the combustion chamber 15 (injection pressure). The intake pipe 43 is provided with an air flow meter 84 for detecting the flow rate of the air flowing through the intake pipe 43 on the upstream side of the compressor 5a of the exhaust turbocharger 5 in the intake flow direction. The throttle valve 46 is provided with a throttle opening sensor 85 for detecting the opening (throttle opening). The outputs of the fuel pressure sensor 82, the air flow meter 84, and the throttle opening degree sensor 85 are input to the input port 76 via the corresponding AD converter 78.
また、アクセルペダル88にはアクセルペダル88の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ89が接続され、負荷センサ89の出力電圧は対応するAD変換器78を介して入力ポート76に入力される。したがって、本実施形態では、アクセルペダル88の踏み込み量が機関負荷として用いられる。クランク角センサ90は機関本体10のクランクシャフトが例えば10度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート76に入力される。CPU75ではこのクランク角センサ90の出力パルスから機関回転速度が計算される。 A load sensor 89 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 88 is connected to the accelerator pedal 88, and the output voltage of the load sensor 89 is input to the input port 76 via the corresponding AD converter 78. The Therefore, in this embodiment, the depression amount of the accelerator pedal 88 is used as the engine load. The crank angle sensor 90 generates an output pulse every time the crankshaft of the engine body 10 rotates, for example, 10 degrees, and this output pulse is input to the input port 76. The CPU 75 calculates the engine speed from the output pulse of the crank angle sensor 90.
一方、ECU71の出力ポート77は、対応する駆動回路79を介して、内燃機関1の運転を制御する各アクチュエータに接続される。図1及び図2に示した例では、出力ポート77は、燃料噴射弁31、燃料ポンプ34、スロットル弁駆動アクチュエータ47、及びEGR制御弁62に接続されている。ECU71は、これらアクチュエータを制御する制御信号を出力ポート77から出力して、内燃機関1の運転を制御する。 On the other hand, the output port 77 of the ECU 71 is connected to each actuator that controls the operation of the internal combustion engine 1 via a corresponding drive circuit 79. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the output port 77 is connected to the fuel injection valve 31, the fuel pump 34, the throttle valve drive actuator 47, and the EGR control valve 62. The ECU 71 outputs a control signal for controlling these actuators from the output port 77 to control the operation of the internal combustion engine 1.
≪燃料噴射制御≫
次に、図3を参照して、燃料噴射弁31からの燃料噴射制御について説明する。このように構成された内燃機関1では、基本的に、機関運転状態を表すパラメータ(以下、「運転パラメータ」ともいう)の値に基づいて、噴射パラメータの値が設定される。運転パラメータとしては、例えば、機関負荷や機関回転速度等が挙げられる。一方、噴射パラメータとしては、例えば、燃料噴射量(複数回の燃料噴射を行う場合には各燃料噴射における噴射量)、燃料噴射時期(複数回の燃料噴射を行う場合には各燃料噴射の噴射時期)、燃料噴射回数、燃料噴射圧等が挙げられる。
≪Fuel injection control≫
Next, fuel injection control from the fuel injection valve 31 will be described with reference to FIG. In the internal combustion engine 1 configured as described above, the value of the injection parameter is basically set based on the value of a parameter representing the engine operating state (hereinafter also referred to as “operation parameter”). As an operation parameter, engine load, engine speed, etc. are mentioned, for example. On the other hand, as injection parameters, for example, fuel injection amount (injection amount in each fuel injection when performing multiple fuel injections), fuel injection timing (injection of each fuel injection when performing multiple fuel injections) Timing), number of fuel injections, fuel injection pressure, and the like.
運転パラメータと噴射パラメータとの関係は予め実験的に求められ、マップとして又は計算式としてECU71のROM74に保存される。基本的には、運転パラメータと噴射パラメータとの関係は、各機関運転状態において内燃機関1の出力が機関負荷に対応する適切な値となりつつ、内燃機関1の燃費や内燃機関1からの排気エミッションが良好になるように設定される。内燃機関の運転中には、内燃機関1の各種運転パラメータの値が検出されると共に、検出された運転パラメータの値に基づいて、予め求められていた上記関係に基づいて、噴射パラメータの各目標値が算出される。そして、実際の噴射パラメータの値がこの目標値となるように燃料噴射弁31や燃料ポンプ34が制御される。 The relationship between the operation parameter and the injection parameter is experimentally obtained in advance and is stored in the ROM 74 of the ECU 71 as a map or a calculation formula. Basically, the relationship between the operation parameter and the injection parameter is such that the output of the internal combustion engine 1 becomes an appropriate value corresponding to the engine load in each engine operation state, while the fuel consumption of the internal combustion engine 1 and the exhaust emission from the internal combustion engine 1. Is set to be good. During operation of the internal combustion engine, values of various operation parameters of the internal combustion engine 1 are detected, and each target of the injection parameter is determined based on the relationship obtained in advance based on the detected value of the operation parameter. A value is calculated. Then, the fuel injection valve 31 and the fuel pump 34 are controlled so that the actual injection parameter value becomes the target value.
ところで、圧縮自着火式内燃機関では、燃焼室15内での混合気の燃焼状態が悪化すると、燃焼室15からスモークを含む排気ガスが排出される。上述した運転パラメータと噴射パラメータとの関係は、燃焼室15から排出される排気ガス中のスモークの濃度(以下、「スモーク濃度」ともいう)が、内燃機関1の出力や燃費を適切に維持しつつ、可能な限り小さくなるように設定される。 By the way, in the compression ignition type internal combustion engine, when the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber 15 deteriorates, exhaust gas containing smoke is discharged from the combustion chamber 15. The relationship between the operation parameter and the injection parameter described above is that the smoke concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 15 (hereinafter also referred to as “smoke concentration”) appropriately maintains the output and fuel consumption of the internal combustion engine 1. However, it is set to be as small as possible.
しかしながら、例えば、噴射パラメータの目標値を算出するために用いられる運転パラメータが、例えば、機関負荷と機関回転速度のみであるような場合、必ずしも全ての機関運転状態において排気ガスのスモーク濃度を小さく維持するのは困難である。一方、噴射パラメータの目標値を算出するために用いられる運転パラメータが、機関負荷及び機関回転速度以外の様々な多くのパラメータを含む場合、これら運転パラメータに定まる各運転状態毎に最適な噴射パラメータを設定するためには膨大な適合工数が必要になる。 However, for example, when the operating parameters used for calculating the target value of the injection parameter are only the engine load and the engine speed, for example, the smoke concentration of the exhaust gas is not necessarily kept small in all engine operating states. It is difficult to do. On the other hand, when the operation parameter used to calculate the target value of the injection parameter includes many various parameters other than the engine load and the engine speed, the optimum injection parameter is determined for each operation state determined by these operation parameters. Enormous man-hours are required for setting.
そこで、本実施形態では、噴射パラメータの目標値を算出するために用いられる運転パラメータの数を比較的少なくして適合工数を削減するようにしている。加えて、本実施形態では、内燃機関の運転中に排気ガスのスモーク濃度を推定し、推定されたスモーク濃度が予め設定されたスモーク上限濃度よりも大きい場合には、運転パラメータに基づいて設定された噴射パラメータの値を、スモーク濃度が小さくなるように補正するようにしている。 Therefore, in the present embodiment, the number of operation parameters used for calculating the target value of the injection parameter is relatively reduced to reduce the adaptation man-hour. In addition, in the present embodiment, the smoke concentration of the exhaust gas is estimated during operation of the internal combustion engine, and when the estimated smoke concentration is larger than a preset smoke upper limit concentration, it is set based on the operation parameter. The injection parameter value is corrected so that the smoke density becomes small.
図3は、噴射パラメータの目標値を設定する目標設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。 FIG. 3 is a flowchart showing a control routine for target setting control for setting the target value of the injection parameter. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.
図3に示したように、まず、ステップS11において、各種パラメータの値が検出又は算出される。このパラメータには、噴射パラメータの目標値を算出するために用いられる運転パラメータの他、スモーク排出濃度の推定値を算出するために用いられる運転パラメータの値が検出又は算出される。 As shown in FIG. 3, first, in step S11, values of various parameters are detected or calculated. As this parameter, in addition to the operation parameter used for calculating the target value of the injection parameter, the value of the operation parameter used for calculating the estimated value of the smoke emission concentration is detected or calculated.
具体的には、例えば、負荷センサ89によって機関負荷が検出され、クランク角センサ90の出力に基づいて機関回転速度が算出され、また、燃圧センサ82の出力に基づいて燃料の噴射圧が検出される。加えて、エアフロメータ84の出力に基づいて算出された吸入空気量とEGR制御弁62の開度とに基づいて、燃焼室15内に供給される酸素の質量が算出される。具体的には、エアフロメータ84によって算出された吸入空気量が多くなるほど燃焼室15内に供給される酸素の質量が多くなり、EGR制御弁62の開度が大きくなるほど燃焼室15内に供給される酸素の質量が少なくなるものとして酸素の質量が算出される。 Specifically, for example, the engine load is detected by the load sensor 89, the engine rotation speed is calculated based on the output of the crank angle sensor 90, and the fuel injection pressure is detected based on the output of the fuel pressure sensor 82. The In addition, the mass of oxygen supplied into the combustion chamber 15 is calculated based on the intake air amount calculated based on the output of the air flow meter 84 and the opening degree of the EGR control valve 62. Specifically, as the amount of intake air calculated by the air flow meter 84 increases, the mass of oxygen supplied into the combustion chamber 15 increases, and as the opening degree of the EGR control valve 62 increases, it is supplied into the combustion chamber 15. The mass of oxygen is calculated on the assumption that the mass of oxygen decreases.
次いで、ステップS12では、ステップS11で検出又は算出された運転パラメータの値に基づいて、噴射パラメータの目標値が算出される。本実施形態では、機関負荷及び機関回転速度に基づいて、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射圧、燃料噴射回数等の目標値が算出される。具体的には、燃料噴射量は、例えば、機関負荷が高くなるほど、1サイクルにおける総燃料噴射量が増大するように設定される。また、燃料噴射時期は、例えば、機関回転速度が高くなるほど、各燃料噴射の噴射時期が進角側になるように設定される。燃料噴射圧は、例えば、筒内圧が高くなっても適切な噴射を維持することができるように、機関負荷が高くなるほど高くなるように設定される。 Next, in step S12, the target value of the injection parameter is calculated based on the value of the operation parameter detected or calculated in step S11. In the present embodiment, target values such as the fuel injection amount, the fuel injection timing, the fuel injection pressure, and the number of fuel injections are calculated based on the engine load and the engine speed. Specifically, for example, the fuel injection amount is set such that the total fuel injection amount in one cycle increases as the engine load increases. Further, the fuel injection timing is set so that, for example, the injection timing of each fuel injection is advanced as the engine speed increases. For example, the fuel injection pressure is set so as to increase as the engine load increases so that appropriate injection can be maintained even when the in-cylinder pressure increases.
次いで、ステップS13では、ステップS11で検出又は算出された運転パラメータの値に基づいて、スモーク上限濃度mslimが算出される。本実施形態では、機関負荷及び機関回転速度に基づいてスモーク上限濃度mslimが算出される。機関負荷や機関回転速度とスモーク上限濃度mslimとの関係は内燃機関1の種類毎に異なるが、例えば、機関回転速度が低くなるほどスモーク上限濃度mslimも小さく設定される。これは、機関回転速度が低くなると排気ガスの流速が遅くなり、排気管52や排気ターボチャージャ5のタービン5bに微粒子が付着しやすくなるためである。 Next, in step S13, the smoke upper limit concentration m s lim is calculated based on the value of the operation parameter detected or calculated in step S11. In the present embodiment, the smoke upper limit concentration m s lim is calculated based on the engine load and the engine speed. The relationship between the engine load and the engine speed and the smoke upper limit concentration m s lim differs depending on the type of the internal combustion engine 1. For example, the smoke upper limit concentration m s lim is set smaller as the engine speed decreases. This is because when the engine rotational speed is low, the flow rate of the exhaust gas is slowed down, and fine particles are likely to adhere to the exhaust pipe 52 and the turbine 5b of the exhaust turbocharger 5.
次いで、ステップS14では、ステップS11で検出又は算出された運転パラメータの値に基づいて、スモーク濃度の推定値msが算出される。具体的な推定方法については後述する。 Next, in step S14, an estimated value m s of smoke concentration is calculated based on the value of the operating parameter detected or calculated in step S11. A specific estimation method will be described later.
次いで、ステップS15では、ステップS14で算出されたスモーク濃度の推定値msが、ステップS13で算出されたスモーク上限濃度mslimよりも大きいか否かが判定される。スモーク濃度の推定値msがスモーク上限濃度mslim以下であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。したがって、燃料噴射弁31からの燃料噴射は、ステップS12において算出された噴射パラメータの目標値に基づいて行われる。 Next, in step S15, it is determined whether or not the smoke concentration estimated value m s calculated in step S14 is larger than the smoke upper limit concentration m s lim calculated in step S13. When it is determined that the smoke density estimated value m s is equal to or less than the smoke upper limit density m s lim, the control routine is terminated. Therefore, fuel injection from the fuel injection valve 31 is performed based on the target value of the injection parameter calculated in step S12.
一方、ステップS15において、スモーク濃度の推定値msがスモーク上限濃度mslimよりも大きいと判定された場合には、ステップS16へと進む。ステップS16では、ステップS12で算出された噴射パラメータの目標値が、スモークの排出量が少なくなるように補正される。具体的には、例えば、燃料噴射弁31から噴射される燃料の噴射圧が増大せしめられたり、主噴射の後にアフター噴射が追加されるように燃料噴射回数が増大せしめられたりする。 On the other hand, when it is determined in step S15 that the smoke density estimated value m s is larger than the smoke upper limit density m s lim, the process proceeds to step S16. In step S16, the target value of the injection parameter calculated in step S12 is corrected so that the amount of smoke discharged is reduced. Specifically, for example, the injection pressure of the fuel injected from the fuel injection valve 31 is increased, or the number of fuel injections is increased so that after injection is added after the main injection.
≪スモーク濃度の推定≫
次に、図3のステップS14におけるスモーク濃度の推定方法について説明する。本実施形態では、スモーク濃度の推定は、ECU71において行われる。したがって、ECU71は、燃焼室15から排出されるスモーク濃度を推定する、スモーク推定装置として機能する。
≪Smoke concentration estimation≫
Next, the smoke concentration estimation method in step S14 of FIG. 3 will be described. In the present embodiment, the smoke concentration is estimated in the ECU 71. Therefore, the ECU 71 functions as a smoke estimation device that estimates the smoke concentration discharged from the combustion chamber 15.
本実施形態ではスモーク濃度の推定値msは、下記式(1)によって算出される。
加えて、式(1)中のIsmdは、燃料噴射弁31から燃焼室15内へ噴射された燃料の全液滴の総表面積に比例する係数(以下、「液滴表面積係数」という)であり、下記式(2)によって算出される。
式(2)で用いられる燃料液滴の平均粒径SMDは、下記式(3)によって算出される。
SMD=72.36×Pcr-0.38×do …(3)
式(3)中のPcrは、燃料噴射弁31から燃料が燃焼室15内へ噴射されるときの噴射圧を表している。また、式(3)中のdoは、燃料噴射弁31の噴孔径を表している。噴孔径は燃料噴射弁31の構造によって決まり、内燃機関1の運転中には変化しない。したがって、噴孔径doは燃料噴射弁31の形式毎に定まる定数と考えることができる。
The average particle diameter SMD of the fuel droplets used in the formula (2) is calculated by the following formula (3).
SMD = 72.36 × Pcr -0.38 × do (3)
Pcr in the formula (3) represents an injection pressure when fuel is injected from the fuel injection valve 31 into the combustion chamber 15. Further, do in the expression (3) represents the diameter of the injection hole of the fuel injection valve 31. The nozzle hole diameter is determined by the structure of the fuel injection valve 31 and does not change during operation of the internal combustion engine 1. Therefore, the nozzle hole diameter do can be considered as a constant determined for each type of the fuel injection valve 31.
内燃機関1の運転中には、スモーク濃度の推定は、これら式(1)〜(3)を用いて以下のように行われる。まず、燃圧センサ82によって検出された燃圧が上記式(3)に代入され、これにより燃料液滴の平均粒径SMDが算出される。その後、このようにして算出された平均粒径SMDを上記式(2)に代入することにより、液滴表面積係数Ismdが算出される。 During the operation of the internal combustion engine 1, the smoke concentration is estimated as follows using these equations (1) to (3). First, the fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 82 is substituted into the above equation (3), whereby the average particle diameter SMD of the fuel droplets is calculated. Thereafter, the droplet surface area coefficient Ismd is calculated by substituting the average particle size SMD calculated in this way into the above equation (2).
一方、上述したように、エアフロメータ84の出力に基づいて算出された吸入空気量とEGR制御弁62の開度とに基づいて燃焼室15内に供給される酸素の質量mO2が算出される(図3のステップS11)。加えて、上述したようにして算出された燃料噴射量の目標値(図3のステップS12)から燃料噴射弁31からの主噴射の燃料噴射量(目標値)Qmが取得される。そして、これら酸素の質量mO2及び主噴射の燃料噴射量Qmに加えて、式(2)を用いて算出された液滴表面積係数Ismdを式(1)に代入することによって、スモーク濃度の推定値msが算出される。 On the other hand, as described above, the mass m O2 of oxygen supplied into the combustion chamber 15 is calculated based on the intake air amount calculated based on the output of the air flow meter 84 and the opening degree of the EGR control valve 62. (Step S11 in FIG. 3). In addition, the fuel injection amount (target value) Qm of the main injection from the fuel injection valve 31 is acquired from the target value (step S12 in FIG. 3) of the fuel injection amount calculated as described above. Then, in addition to the mass m O2 of oxygen and the fuel injection amount Qm of the main injection, the droplet surface area coefficient Ismd calculated using the equation (2) is substituted into the equation (1) to estimate the smoke concentration. The value m s is calculated.
≪作用・効果≫
本実施形態によれば、上述したようにしてスモーク濃度を推定することによって、高い精度でスモーク濃度を推定することができる。以下では、その理由について、図4を参照して説明する。
≪Action ・ Effect≫
According to the present embodiment, the smoke concentration can be estimated with high accuracy by estimating the smoke concentration as described above. Hereinafter, the reason will be described with reference to FIG.
図4は、各種パラメータとスモーク濃度との関係を示す図である。特に、図4は、機関回転速度が1250rpmであり、1サイクルにおける主噴射の燃料噴射量が30mm3である場合の関係を示している。また、図4は、異なる噴射圧における関係を示しており、例えば菱形は噴射圧が140MPaの場合を、白抜きの三角は噴射圧が90MPaの場合を示している。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between various parameters and smoke density. In particular, FIG. 4 shows the relationship when the engine speed is 1250 rpm and the fuel injection amount of the main injection in one cycle is 30 mm 3 . FIG. 4 shows the relationship at different injection pressures. For example, the rhombus indicates the case where the injection pressure is 140 MPa, and the white triangle indicates the case where the injection pressure is 90 MPa.
図4(A)は、酸素の質量を主噴射の燃料噴射量で除算した値mO2/Qmとスモーク濃度との関係を示している。図4(A)からわかるように、mO2/Qmが同じであっても噴射圧が異なるとスモーク濃度に大きなバラツキが生じる。特に、mO2/Qmが小さい領域、すなわち酸素の質量が少なく且つ主噴射の燃料噴射量が多い領域ではその傾向が顕著である。したがって、mO2/Qmに基づいてスモーク濃度を推定すると、推定値には大きな誤差が生じうることがわかる。 FIG. 4A shows the relationship between the smoke concentration and the value m O2 / Qm obtained by dividing the mass of oxygen by the fuel injection amount of the main injection. As can be seen from FIG. 4 (A), even if m O2 / Qm is the same, if the injection pressure is different, the smoke density varies greatly. In particular, the tendency is remarkable in the region where m O2 / Qm is small, that is, the region where the mass of oxygen is small and the fuel injection amount of the main injection is large. Therefore, it can be seen that if the smoke concentration is estimated based on m O2 / Qm, a large error may occur in the estimated value.
図4(B)は、酸素の質量を主噴射の燃料噴射量で除算し且つ噴射圧を乗算した値mO2/Qm×Pcrとスモーク濃度との関係を示している。図4(B)からわかるように、図4(A)に示したmO2/Qmの場合よりもバラツキは小さくなっているものの、mO2/Qm×Pcrが同じであっても噴射圧が異なるとスモーク濃度に或る程度のバラツキが生じる。特に、mO2/Qm×Pcrが小さい領域では、その傾向が顕著である。したがって、mO2/Qm×Pcrに基づいてスモーク濃度を推定しても、推定値には比較的大きな誤差が生じうることがわかる。 FIG. 4B shows the relationship between the smoke concentration and the value m O2 / Qm × Pcr obtained by dividing the mass of oxygen by the fuel injection amount of the main injection and multiplying by the injection pressure. As can be seen from FIG. 4 (B), the though variation is smaller than in the case of m O2 / Qm shown in FIG. 4 (A), even m O2 / Qm × Pcr is the same the injection pressure differs Some variation occurs in the smoke concentration. In particular, this tendency is remarkable in the region where m O2 / Qm × Pcr is small. Therefore, it can be seen that even if the smoke concentration is estimated based on m O2 / Qm × Pcr, a relatively large error can occur in the estimated value.
図4(C)は、酸素の質量を主噴射の燃料噴射量で除算し且つIsmdを乗算した値mO2/Qm×Ismdとスモーク濃度との関係を示している。図4(C)からわかるように、mO2/Qm×Ismdが同じであると噴射圧が異なる値をとってもスモーク濃度に生じるバラツキは小さい。したがって、mO2/Qm×Ismdに基づいてスモーク濃度を推定すると、推定値に生じる誤差を小さくすることができることがわかる。 FIG. 4C shows the relationship between the smoke concentration and the value m O2 / Qm × Ismd obtained by dividing the mass of oxygen by the fuel injection amount of the main injection and multiplying by Ismd. As can be seen from FIG. 4 (C), when m O2 / Qm × Ismd is the same, the variation in the smoke concentration is small even if the injection pressure has a different value. Therefore, it can be seen that if the smoke concentration is estimated based on m O2 / Qm × Ismd, an error occurring in the estimated value can be reduced.
ここで、Ismdは、燃料噴射弁31から燃焼室15内へ噴射された燃料の全液滴の総表面積に比例する係数である。そして、図4(C)からわかるように、Ismdが大きくなるほど、すなわち燃料の全液滴の総表面積が大きくなるほどスモーク濃度が小さくなる。本実施形態では、この傾向に合わせて式(1)における定数As1、As2が適切に設定され、これによりスモーク濃度を精度良く推定することができる。 Here, Ismd is a coefficient proportional to the total surface area of all droplets of fuel injected from the fuel injection valve 31 into the combustion chamber 15. As can be seen from FIG. 4C, the smoke concentration decreases as Ismd increases, that is, as the total surface area of all droplets of fuel increases. In the present embodiment, the constants A s1 and A s2 in Equation (1) are appropriately set according to this tendency, so that the smoke density can be estimated with high accuracy.
≪変形例≫
なお、上記実施形態では、主に拡散燃焼により混合気が燃焼する内燃機関を前提としている。しかしながら、予混合燃焼により混合気が燃焼する内燃機関においても上述したような手法でスモーク濃度を推定することができる。ただし、予混合燃焼により混合気が燃焼する場合、燃料噴射弁から燃料が噴射されてから混合気が自着火するまでの着火遅れ時間が比較的長く、着火遅れ時間がスモーク濃度に影響を及ぼす。
≪Modification≫
Note that the above embodiment is premised on an internal combustion engine in which an air-fuel mixture burns mainly by diffusion combustion. However, even in an internal combustion engine in which the air-fuel mixture burns by premixed combustion, the smoke concentration can be estimated by the method described above. However, when the air-fuel mixture burns by premixed combustion, the ignition delay time from when the fuel is injected from the fuel injection valve until the air-fuel mixture self-ignites is relatively long, and the ignition delay time affects the smoke concentration.
特に、着火遅れ時間が長くなると、混合気中の燃料と空気とが混ざりやすくなり、その結果、スモークが発生しにくくなる。したがって、予混合燃焼により混合気が燃焼する内燃機関では、下記式(4)によりスモーク濃度msが算出される。
また、上記実施形態では、スモーク濃度を算出しているが、代わりに、燃焼室15から排出される排気ガス中のスモーク量を算出するようにしてもよい。スモーク量は、排気ガス流量に排出ガスの濃度を乗算することによって算出することができる。 In the above embodiment, the smoke concentration is calculated, but instead, the amount of smoke in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 15 may be calculated. The smoke amount can be calculated by multiplying the exhaust gas flow rate by the concentration of the exhaust gas.
また、上記実施形態では、スモーク濃度を推定するにあたって、液滴表面係数Ismdを用いている。しかしながら、燃焼室15内に噴射された燃料の液滴の総表面積に応じて変化するパラメータの値であれば、他のパラメータを用いてもよい。具体的には、例えば、Ismdの代わりに、ザウター平均粒径等、燃料の液滴の平均粒径を表すパラメータ等を用いることができる。 In the above embodiment, the droplet surface coefficient Ismd is used to estimate the smoke concentration. However, other parameters may be used as long as the parameter values change according to the total surface area of the fuel droplets injected into the combustion chamber 15. Specifically, for example, a parameter indicating the average particle diameter of fuel droplets such as Sauter average particle diameter can be used instead of Ismd.
<第二実施形態>
次に、図5及び図6を参照して、第二実施形態に係る制御装置について説明する。第二実施形態に係る制御装置の構成及び制御は、基本的に第一実施形態に係る制御装置の構成及び制御と同様である。以下では、第一実施形態に係る制御装置と異なる部分を中心に説明する。
<Second embodiment>
Next, with reference to FIG.5 and FIG.6, the control apparatus which concerns on 2nd embodiment is demonstrated. The configuration and control of the control device according to the second embodiment are basically the same as the configuration and control of the control device according to the first embodiment. Below, it demonstrates focusing on a different part from the control apparatus which concerns on 1st embodiment.
ところで、図4(C)は、機関回転速度が1250rpmであり、1サイクルにおける主噴射の燃料噴射量が30mm3である場合のmO2/Qm×Ismdとスモーク濃度との関係を示している。しかしながら、機関回転速度や機関負荷が変化すると、mO2/Qm×Ismdとスモーク濃度との関係も変化する。 Incidentally, FIG. 4C shows the relationship between m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration when the engine speed is 1250 rpm and the fuel injection amount of the main injection in one cycle is 30 mm 3 . However, as the engine speed and engine load change, the relationship between m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration also changes.
図5は、mO2/Qm×Ismdとスモーク濃度との関係を示す、図4と同様な図である。機関回転速度が1250rpmであり、1サイクルにおける主噴射の噴射量が30mm3である場合、mO2/Qm×Ismdとスモーク濃度とは平均的に図5に破線で示したような関係を有する。しかしながら、機関負荷が高くなり主噴射の噴射量が60mm3になった場合には、mO2/Qm×Ismdとスモーク濃度とは図5に実線で示したような関係を有する。 FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 showing the relationship between m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration. When the engine speed is 1250 rpm and the injection amount of the main injection in one cycle is 30 mm 3 , m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration have an average relationship as shown by a broken line in FIG. However, when the engine load increases and the injection amount of the main injection reaches 60 mm 3 , m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration have the relationship shown by the solid line in FIG.
図5からわかるように、機関運転状態が変化すると、それに伴ってmO2/Qm×Ismdとスモーク濃度との関係も変化する。したがって、スモーク濃度を正確に推定するためには、内燃機関1の各機関運転状態毎に、すなわち各機関回転速度及び各機関負荷毎にmO2/Qm×Ismdとスモーク濃度との関係を適合により求める必要がある。しかしながら、このように機関運転状態を変化させて各機関運転状態毎にmO2/Qm×Ismdとスモーク濃度との関係を求めるには膨大な適合工数が必要となる。 As can be seen from FIG. 5, when the engine operating state changes, the relationship between m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration also changes accordingly. Therefore, in order to accurately estimate the smoke concentration, the relationship between m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration is adapted for each engine operating state of the internal combustion engine 1, that is, for each engine speed and each engine load. Need to ask. However, in order to obtain the relationship between m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration for each engine operating state by changing the engine operating state in this way, a huge amount of man-hours is required.
ところで、本願の発明者の研究によれば、mO2/Qm×Ismdとスモーク濃度との関係が、機関負荷及び機関回転速度に応じて変化する主な要因は、スモークの再酸化にあることがわかった。すなわち、燃焼室15内で一旦生成されたスモークの一部は燃焼室15内で再び酸化されて浄化されるが、このときに再酸化されるスモークの量は機関負荷や機関回転速度等によって表される機関運転状態に応じて変化する。しかしながら、mO2/Qm×Ismdにはこのスモークの再酸化の影響が考慮されておらず、よってmO2/Qm×Ismdのみからでは機関運転状態が変化するとスモーク濃度を正確に推定することができなかった。 By the way, according to the research of the inventors of the present application, the main factor that changes the relationship between m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration depending on the engine load and the engine speed is smoke reoxidation. all right. That is, part of the smoke once generated in the combustion chamber 15 is oxidized and purified again in the combustion chamber 15, and the amount of smoke reoxidized at this time depends on the engine load, engine speed, and the like. It changes according to the engine operating state. However, m O2 / Qm × influence of reoxidation of the smoke not taken into account in Ismd, thus m O2 / Qm × Ismd from only able to accurately estimate the smoke density when changing the engine operating condition There wasn't.
そこで、本実施形態では、燃焼室15内で一旦生成されたスモークの一部が燃焼室15内で再び酸化される再酸化の影響を考慮して、スモーク濃度を算出するようにしている。具体的には、本実施形態では、スモーク濃度の推定値ms ’は、下記式(5)によって算出される。
また、上記式(5)中のfTcylは、下記式(6)によって算出される第1再酸化項であり、上記式(5)中のfNeは、下記式(7)によって算出される第2再酸化項である。
また、式(7)において、Neは機関回転速度(rpm)を表している。機関回転速度Neは、クランク角センサ90の出力に基づいて算出される。加えて、式(7)中のAne1、Ane2は、正の定数であり、実機の計測結果等に基づいて同定される。 In the formula (7), Ne represents the engine speed (rpm). The engine speed Ne is calculated based on the output of the crank angle sensor 90. In addition, A ne1 and A ne2 in equation (7) are positive constants, and are identified based on the measurement results of the actual machine.
上記式(6)及び(7)によって表される第1再酸化項fTcyl及び第2再酸化項fNeは、スモークの再酸化を表現している。すなわち、筒内最高温度Tcylが高くなるほど燃焼室15内で生成されたスモークは燃焼室15内で再酸化され易くなる。式(6)で表される第1再酸化項fTcylの値は筒内最高温度Tcylが高くなるほど大きくなり、よって式(5)によって算出されるスモーク濃度の推定値ms ’が小さくなる。したがって、第1再酸化項fTcylは、筒内最高温度Tcylが高くなるほどスモークが再酸化され易くなり、燃焼室15から排出される排気ガス中のスモーク濃度が小さくなることを表現しているといえる。 The first reoxidation term f Tcyl and the second reoxidation term f Ne represented by the above formulas (6) and (7) express smoke reoxidation. That is, as the in-cylinder maximum temperature Tcyl increases, the smoke generated in the combustion chamber 15 is more easily reoxidized in the combustion chamber 15. The value of the first reoxidation term f Tcyl represented by the equation (6) increases as the in-cylinder maximum temperature Tcyl increases, and thus the estimated smoke concentration value m s ′ calculated by the equation (5) decreases. Therefore, the first reoxidation term f Tcyl expresses that the smoke is more easily reoxidized as the in-cylinder maximum temperature Tcyl is higher, and the smoke concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 15 is reduced. I can say that.
また、機関回転速度が高くなるほど燃焼室15内でスモークの再酸化にかけられる時間が短くなり、よって燃焼室15内で生成されたスモークは燃焼室15内で再酸化されにくくなる。式(7)で表される第2再酸化項fNeの値は機関回転速度が高くなるほど大きくなり、よって式(5)によって算出されるスモーク濃度の推定値ms ’が大きくなる。したがって、第2再酸化項fNeは、機関回転速度Neが高くなるほどスモークが再酸化されにくくなり、燃焼室15から排出される排気ガス中のスモーク濃度が大きくなることを表現しているといえる。 Further, the higher the engine speed, the shorter the time required for smoke reoxidation in the combustion chamber 15, and the smoke generated in the combustion chamber 15 is less likely to be reoxidized in the combustion chamber 15. The value of the second reoxidation term f Ne expressed by the equation (7) increases as the engine speed increases, and thus the smoke concentration estimated value m s ′ calculated by the equation (5) increases. Therefore, it can be said that the second reoxidation term f Ne expresses that the smoke is less likely to be reoxidized as the engine rotational speed Ne increases, and that the smoke concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 15 increases. .
図6は、スモーク濃度の実測値と推定値との関係を示す図である。特に、図6は、機関回転速度及び機関負荷(燃料噴射量)を異なる複数の値に設定したときの関係を示している。図6(A)は、機関回転速度及び機関負荷に応じて定数を変更することなく、式(1)に基づいてスモーク濃度を推定した場合を示している。一方、図6(B)は、式(5)に基づいてスモーク濃度を推定した場合を示している。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the measured value and the estimated value of the smoke concentration. In particular, FIG. 6 shows the relationship when the engine speed and the engine load (fuel injection amount) are set to a plurality of different values. FIG. 6A shows a case where the smoke concentration is estimated based on the equation (1) without changing the constant according to the engine speed and the engine load. On the other hand, FIG. 6B shows a case where the smoke concentration is estimated based on the equation (5).
図6(A)に示したように、式(1)に基づいてスモーク濃度を推定した場合、一部の運転状態においては、スモーク濃度の推定値と実測値とは比較的近い値をとる(例えば、機関回転速度が1250rpmであって燃料噴射量が30mm3である場合等)。しかしながら、多くの運転状態において、スモーク濃度の推定値と実測値とは大きく異なる値をとる。 As shown in FIG. 6A, when the smoke concentration is estimated based on the equation (1), the estimated value of the smoke concentration and the actual measurement value are relatively close in some operating states ( For example, when the engine rotational speed is 1250 rpm and the fuel injection amount is 30 mm 3 ). However, in many operating states, the estimated value of smoke concentration and the actually measured value are very different.
これに対して、図6(B)に示したように、式(5)に基づいてスモーク濃度を推定した場合、ほとんどの運転状態において、スモーク濃度の推定値と実測値とは比較的近い値をとる。したがって、式(5)に基づいてスモーク濃度を推定することによって、機関運転状態にかかわらずスモーク濃度を正確に推定することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the smoke concentration is estimated based on the equation (5), the estimated value and the measured value of the smoke concentration are relatively close in most operating states. Take. Therefore, by estimating the smoke concentration based on the equation (5), the smoke concentration can be accurately estimated regardless of the engine operating state.
特に、本実施形態では、機関運転状態毎にmO2/Qm×Ismdとスモーク濃度との関係を求める必要がないため、適合工数を減らすことができる。すなわち、本実施形態では、適合工数を減少させつつスモーク濃度を正確に推定することができるようになる。 In particular, in the present embodiment, since it is not necessary to obtain the relationship between m O2 / Qm × Ismd and the smoke concentration for each engine operating state, the number of man-hours for adaptation can be reduced. That is, in the present embodiment, it is possible to accurately estimate the smoke concentration while reducing the adaptation man-hours.
1 内燃機関
10 機関本体
15 燃焼室
30 燃料供給装置
31 燃料噴射弁
34 燃料ポンプ
70 制御装置
71 電子制御ユニット(ECU)
82 燃圧センサ
84 エアフロメータ
89 負荷センサ
90 クランク角センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 10 Engine main body 15 Combustion chamber 30 Fuel supply apparatus 31 Fuel injection valve 34 Fuel pump 70 Control apparatus 71 Electronic control unit (ECU)
82 Fuel pressure sensor 84 Air flow meter 89 Load sensor 90 Crank angle sensor
Claims (2)
前記燃焼室内に噴射された燃料の液滴の総表面積に応じて変化するパラメータの値を推定し、推定された前記パラメータの値に基づいて、燃料の液滴の総表面積が大きくなるほど燃焼室から排出される排気ガス中のスモーク濃度又はスモーク量が小さくなるものとして、スモーク濃度又はスモーク量を算出する、内燃機関のスモーク推定装置。 A smoke estimation device for an internal combustion engine for estimating a smoke concentration or a smoke amount in exhaust gas discharged from a combustion chamber of an internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber,
A value of a parameter that changes in accordance with the total surface area of the fuel droplets injected into the combustion chamber is estimated. Based on the estimated value of the parameter, the larger the total surface area of the fuel droplets, the greater the distance from the combustion chamber. A smoke estimation device for an internal combustion engine, which calculates a smoke concentration or a smoke amount on the assumption that a smoke concentration or a smoke amount in exhaust gas discharged becomes small.
推定された前記燃焼室内の温度に基づいて、燃焼室内の温度が高くなるほど燃焼室から排出される排気ガス中のスモーク濃度又はスモーク量が小さくなるものとして、スモーク濃度又はスモーク量を算出する、請求項1に記載の内燃機関のスモーク推定装置。 Estimate the temperature in the combustion chamber when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber,
The smoke concentration or the smoke amount is calculated on the basis of the estimated temperature in the combustion chamber, assuming that the smoke concentration or the smoke amount in the exhaust gas discharged from the combustion chamber decreases as the temperature in the combustion chamber increases. Item 2. The smoke estimation device for an internal combustion engine according to Item 1.
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