JP7699956B2 - Control device for compression ignition internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮自己着火式内燃機関を制御する、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a compression ignition type internal combustion engine.
ピストンで空気を圧縮加熱した燃焼室内に燃料を噴射して自己着火させて燃焼させる圧縮自己着火式内燃機関(例えば一般的なディーゼルエンジン)では、空気と燃料が混合された燃焼室内で点火プラグのスパークにて着火させて燃焼させる火花点火式内燃機関(例えば一般的なガソリンエンジン)と比較して燃焼時の騒音が大きく、スモークの発生量も多い。 In compression ignition internal combustion engines (such as a typical diesel engine), in which air is compressed and heated by a piston and then fuel is injected into the combustion chamber, where it ignites and burns, the noise generated during combustion is louder and more smoke is produced than in spark ignition internal combustion engines (such as a typical gasoline engine), in which air and fuel are mixed in the combustion chamber and ignited by a spark from a spark plug.
従来より、圧縮自己着火式内燃機関では、1回の燃焼サイクルにて、主となるメイン噴射の前段噴射となる複数のパイロット噴射を行った後にメイン噴射を行い、パイロット噴射によって発生した第1燃焼と、主にメイン噴射によって発生した第2燃焼と、のそれぞれの圧力波を相互干渉させることで燃焼騒音を低減する種々の方法が考案されている。 Conventionally, in compression ignition internal combustion engines, multiple pilot injections, which serve as pre-injections before the main injection, are performed in one combustion cycle, followed by a main injection, and various methods have been devised to reduce combustion noise by causing the pressure waves of the first combustion generated by the pilot injection and the second combustion generated mainly by the main injection to interfere with each other.
例えば特許文献1に記載の圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御装置では、メイン噴射の前にプレ噴射(パイロット噴射に相当)を行い、メイン噴射の後にアフター噴射を行っている。そして1回の燃焼行程におけるプレ噴射の燃焼であるプレ燃焼(第1燃焼に相当)による熱発生率のピーク位置と、メイン噴射の燃焼であるメイン燃焼(第2燃焼に相当)による熱発生率のピーク位置との時間差と、メイン燃焼による熱発生率のピーク位置と、アフター噴射の燃焼であるアフター燃焼による熱発生率のピーク位置との時間差と、を内燃機関の負荷や回転数(内燃機関の運転状態)が変動しても狙いの間隔となるように制御している。この制御により、エンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域の内、最も周波数の高い3500[Hz]近傍のピークを有する周波数帯域の共振を抑制するとともに、共振周波数帯域のうち低周波側の1300[Hz]、1700[Hz]、2500[Hz]をピークとするノック音を低減している。
For example, in the fuel injection control method and fuel injection control device for a compression self-ignition engine described in
以降では、特に記載が無ければ、メイン噴射の前に噴射されるパイロット噴射とプレ噴射を区別せず、メイン噴射の前に噴射されるパイロット噴射とプレ噴射をまとめて「パイロット噴射」と呼ぶ。そしてパイロット噴射による燃焼である第1燃焼によって発生する圧力波と、主にメイン噴射による燃焼である第2燃焼によって発生する圧力波と、にて、燃焼騒音を相殺して低減する相殺波が形成されると仮定する。 In the following, unless otherwise specified, there will be no distinction between pilot injection, which is injected before the main injection, and pre-injection, and pilot injection, which is injected before the main injection, and pre-injection will be collectively referred to as "pilot injection." It is assumed that the pressure wave generated by the first combustion, which is combustion by pilot injection, and the pressure wave generated by the second combustion, which is combustion mainly by main injection, form a cancellation wave that cancels out and reduces combustion noise.
なお、1回の燃焼行程に対して燃焼は複数発生されており、これらの複数の燃焼は、プレ燃焼と、プレ燃焼の一部に重なるようにプレ燃焼に続いて発生させる第1燃焼と、第1燃焼の一部に重なるように第1燃焼に続いて発生させる第2燃焼であって主にメイン噴射によって発生させる第2燃焼と、を有している。 It should be noted that multiple combustions are generated during one combustion stroke , and these multiple combustions include pre-combustion, a first combustion that is generated following the pre-combustion so as to overlap with part of the pre-combustion, and a second combustion that is generated following the first combustion so as to overlap with part of the first combustion, and is generated mainly by main injection.
本願発明者は、種々の実験やシミュレーションによって、圧縮自己着火式内燃機関の燃焼騒音をより低減するための相殺波は、圧縮自己着火式内燃機関に固有の共振周波数に限らず、圧縮自己着火式内燃機関の運転状態に応じて最適な相殺周波数が存在すること、さらに、最適な相殺周波数において、最適な相殺振幅が存在すること、を見い出した。つまり、圧縮自己着火式内燃機関の燃焼騒音は、固有の共振周波数以外にも影響度の大きなものがあり、共振周波数に絞った周波数の相殺波を形成するのでなく、運転領域に応じて周波数と振幅を調整した相殺波を形成することで、総合的な燃焼騒音をより低減できることを見い出した。 The inventors of the present application have found through various experiments and simulations that the offsetting wave for further reducing the combustion noise of a compression autoignition internal combustion engine is not limited to the resonant frequency specific to the compression autoignition internal combustion engine, but that there is an optimal offsetting frequency depending on the operating state of the compression autoignition internal combustion engine, and further that there is an optimal offsetting amplitude at the optimal offsetting frequency. In other words, the combustion noise of a compression autoignition internal combustion engine is greatly influenced by factors other than the specific resonant frequency, and it has been found that the overall combustion noise can be further reduced by forming an offsetting wave whose frequency and amplitude are adjusted according to the operating range, rather than forming an offsetting wave whose frequency is limited to the resonant frequency.
さらに本願発明者は、最適な相殺波を安定的に得るためには、第1燃焼の発生開始時期をより正確に目標開始時期とする必要があり、そのためには第1燃焼の直前に発生させるプレ燃焼を適切に制御する必要があることを見い出した。プレ燃焼には、要求される熱発生量や熱発生率の高さ等が存在し、それらが要求から外れると、第1燃焼の発生開始時期が不安定になったり、スモークの発生量が増加したりすることを見い出した。 The inventors of the present application further discovered that in order to stably obtain optimal countervailing waves, it is necessary to more accurately target the start timing of the first combustion, and that to achieve this, it is necessary to appropriately control the pre-combustion that occurs immediately before the first combustion. The inventors discovered that pre-combustion requires a high amount of heat generation and a high rate of heat generation, and that if these requirements are not met, the start timing of the first combustion becomes unstable and the amount of smoke generated increases.
特許文献1では、相殺波の周波数を、エンジン固有の共振周波数の1300[Hz]、1700[Hz]、2500[Hz]のノック音を相殺するように、プレ燃焼(第1燃焼に相当)の熱発生率のピーク位置とメイン燃焼(第2燃焼に相当)の熱発生率のピーク位置との時間差と、メイン燃焼の熱発生率のピーク位置とアフター燃焼の熱発生率のピーク位置との時間差と、を狙いの間隔に制御している。つまり、圧縮自己着火式内燃機関に固有の共振周波数に着目しており、運転状態に応じた最適な相殺周波数に着目していない。また、圧縮自己着火式内燃機関の運転状態に応じてプレ噴射(パイロット噴射に相当)の噴射量の増量を行っているが、燃焼しにくい運転領域において狙った位置でプレ燃焼(第1燃焼に相当)を発生させるための増量であり、最適な相殺振幅にするためのものではない。また特許文献1には、メイン噴射に対応する第2燃焼(メイン燃焼)の手前に発生させる第1燃焼のさらに直前に発生させる燃焼の適切な制御が必要である点について、記載も示唆も見受けられない。
In
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、圧縮自己着火式内燃機関における1回の燃焼行程にて発生させる複数の燃焼である、プレ燃焼、プレ燃焼の一部に重なるようにプレ燃焼に続いて発生させる第1燃焼、第1燃焼の一部に重なるように第1燃焼に続いて発生させる第2燃焼において、プレ燃焼を適切に制御することで、第1燃焼の発生開始時期をより正確かつ安定的に制御し、スモーク発生量や燃焼騒音をより低減させることができる、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。 The present invention has been devised in consideration of the above points, and has an objective of providing a control device for a compression autoignition internal combustion engine that can more accurately and stably control the start timing of first combustion by appropriately controlling pre-combustion in multiple combustions that occur in one combustion stroke in a compression autoignition internal combustion engine, namely, pre-combustion, a first combustion that occurs following the pre-combustion so as to overlap with part of the pre-combustion, and a second combustion that occurs following the first combustion so as to overlap with part of the first combustion, thereby further reducing the amount of smoke generated and combustion noise.
上記課題を解決するため、本発明の第1の発明は、圧縮自己着火式内燃機関における1回の燃焼行程に対して、主となる燃料噴射であるメイン噴射と、前記メイン噴射の前段噴射となる複数の燃料噴射であるパイロット噴射と、を筒内に噴射して、複数の燃焼を発生させる、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置である。1回の燃焼行程に対する複数の前記燃焼は、プレ燃焼と、前記プレ燃焼の一部に重なるように前記プレ燃焼に続いて発生させる第1燃焼と、前記第1燃焼の一部に重なるように前記第1燃焼に続いて発生させる第2燃焼であって主に前記メイン噴射によって発生する前記第2燃焼と、を有している。1回の燃焼行程に対して、時間に応じて変化する筒内熱発生量または筒内圧力において、前記第1燃焼に対応する前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値、あるいは、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度に応じて変化する前記筒内熱発生量または前記筒内圧力において、前記第1燃焼に対応する前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値、の発生開始時期よりも前における、前記プレ燃焼に対応する前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値、あるいは、前記プレ燃焼に対応する前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値、にて囲まれたプレ燃焼発生率面積をQp、とした場合、前記制御装置は、前記プレ燃焼発生率面積であるQpに基づいたプレ燃焼発生率面積関連量が、予め設定された目標プレ燃焼面積関連量上限以下となるように、少なくとも1つの前記パイロット噴射における噴射時期及び噴射量の少なくとも一方を調整する、燃料噴射調整部を有する、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置である。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is a control device for a compression autoignition internal combustion engine , which generates multiple combustions by injecting a main injection, which is a main fuel injection, and multiple pilot injections, which are multiple fuel injections that are pre-stage injections of the main injection, into a cylinder for one combustion stroke in the compression autoignition internal combustion engine. The multiple combustions for one combustion stroke include a pre-combustion, a first combustion that is generated following the pre-combustion so as to overlap with a portion of the pre-combustion, and a second combustion that is generated following the first combustion so as to overlap with a portion of the first combustion, the second combustion being generated mainly by the main injection. In a case where the amount of heat generation in the cylinder or the pressure in the cylinder changes with time for one combustion stroke , a time differential value of the amount of heat generation in the cylinder or a time differential value of the pressure in the cylinder corresponding to the first combustion is generated. Alternatively, in a case where the amount of heat generation in the cylinder or the pressure in the cylinder changes with a crank angle which is a rotation angle of a crankshaft, a time differential value of the amount of heat generation in the cylinder or a time differential value of the pressure in the cylinder corresponding to the pre-combustion is generated before a start time of the generation of the crank angle differential value of the amount of heat generation in the cylinder or the pressure in the cylinder corresponding to the first combustion. When a pre-combustion occurrence rate area surrounded by a time derivative value of the pressure, or a crank angle derivative value of the in-cylinder heat generation amount corresponding to the pre-combustion or a crank angle derivative value of the in-cylinder pressure is defined as Qp, the control device is a control device for a compression self-ignition internal combustion engine having a fuel injection adjustment unit that adjusts at least one of the injection timing and the injection amount in at least one pilot injection so that a pre-combustion occurrence rate area related amount based on Qp, which is the pre-combustion occurrence rate area, is equal to or less than a predetermined target pre-combustion area related amount upper limit.
次に、本発明の第2の発明は、圧縮自己着火式内燃機関における1回の燃焼行程に対して、主となる燃料噴射であるメイン噴射と、前記メイン噴射の前段噴射となる複数の燃料噴射であるパイロット噴射と、を筒内に噴射して、複数の燃焼を発生させる、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置である。1回の燃焼行程に対する複数の前記燃焼は、プレ燃焼と、前記プレ燃焼の一部に重なるように前記プレ燃焼に続いて発生させる第1燃焼と、前記第1燃焼の一部に重なるように前記第1燃焼に続いて発生させる第2燃焼であって主に前記メイン噴射によって発生する前記第2燃焼と、を有している。1回の燃焼行程に対して、時間に応じて変化する筒内熱発生量または筒内圧力において、前記第1燃焼に対応する前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値、あるいは、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度に応じて変化する前記筒内熱発生量または前記筒内圧力において、前記第1燃焼に対応する前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値、の発生開始時期における、前記プレ燃焼に対応する前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値、あるいは、前記プレ燃焼に対応する前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値、の高さであるプレ燃焼発生率高さをHpre、とした場合、前記制御装置は、前記プレ燃焼発生率高さであるHpreに基づいたプレ燃焼発生率高さ関連量が、予め設定された目標プレ燃焼高さ関連量上限以下となるように、少なくとも1つの前記パイロット噴射における噴射時期及び噴射量の少なくとも一方を調整する、燃料噴射調整部を有する、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置である。 Next, a second aspect of the present invention is a control device for a compression autoignition internal combustion engine, which generates multiple combustions by injecting a main injection , which is a main fuel injection, and multiple pilot injections, which are multiple fuel injections that are pre-stage injections of the main injection, into a cylinder for one combustion stroke in the compression autoignition internal combustion engine. The multiple combustions for one combustion stroke include a pre-combustion, a first combustion that is generated following the pre-combustion so as to overlap with a portion of the pre-combustion, and a second combustion that is generated following the first combustion so as to overlap with a portion of the first combustion, the second combustion being generated mainly by the main injection. In a case where the amount of heat generation in the cylinder or the pressure in the cylinder changes with time for one combustion stroke , a time differential value of the amount of heat generation in the cylinder or a time differential value of the pressure in the cylinder corresponding to the first combustion, or in a case where the amount of heat generation in the cylinder or the pressure in the cylinder changes with a crank angle which is a rotation angle of a crankshaft, a time differential value of the amount of heat generation in the cylinder or a time differential value of the pressure in the cylinder corresponding to the pre-combustion at a generation start time of the amount of heat generation in the cylinder or a time differential value of the pressure in the cylinder corresponding to the pre-combustion The control device is a control device for a compression self-ignition internal combustion engine having a fuel injection adjustment unit that adjusts at least one of the injection timing and the injection amount in at least one pilot injection so that a pre-combustion occurrence rate height related amount based on Hpre, which is the pre-combustion occurrence rate height, is equal to or less than a predetermined target pre-combustion height related amount upper limit, where Hpre is a pre-combustion occurrence rate height, which is the height of a crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount corresponding to the pre-combustion, or a crank angle differential value of the in-cylinder pressure corresponding to the pre-combustion.
次に、本発明の第3の発明は、上記第1の発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、1回の燃焼行程に対して噴射された前記パイロット噴射と前記メイン噴射による燃料量である総噴射量から換算した熱量である総投入熱量をQall、とした場合、前記制御装置は、前記燃料噴射調整部にて、Qp/Qallを、前記プレ燃焼発生率面積関連量とする、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置である。 Next, a third invention of the present invention is a control device for a compression autoignition internal combustion engine according to the first invention, in which, when a total input heat amount, which is a heat amount converted from a total injection amount, which is the amount of fuel injected by the pilot injection and the main injection in one combustion stroke , is Qall, the control device sets Qp/Qall as the pre-combustion occurrence rate area related amount in the fuel injection adjustment unit.
次に、本発明の第4の発明は、上記第2の発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、1回の燃焼行程に対して噴射された前記パイロット噴射と前記メイン噴射による燃料量である総噴射量をQv、とした場合、前記制御装置は、前記燃料噴射調整部にて、Hpre/Qvを、前記プレ燃焼発生率高さ関連量とする、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置である。 Next, a fourth invention of the present invention is a control device for a compression autoignition internal combustion engine related to the second invention described above, in which when a total injection amount , which is the amount of fuel injected by the pilot injection and the main injection for one combustion stroke, is Qv, the control device sets Hpre/Qv as the amount related to the pre-combustion occurrence rate height in the fuel injection adjustment unit.
次に、本発明の第5の発明は、上記第1の発明~第4の発明のいずれか1つに係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、前記制御装置は、前記燃料噴射調整部にて、前記前段噴射における少なくとも前記メイン噴射の2つ前の前記パイロット噴射の噴射量を調整する、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置である。 The fifth aspect of the present invention is a control device for a compression autoignition internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, in which the control device adjusts the injection amount of the pilot injection that is at least two injections before the main injection in the pre-stage injection by the fuel injection adjustment unit.
次に、本発明の第6の発明は、上記第1の発明~第5の発明のいずれか1つに係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、1回の燃焼行程において、前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値による複数のピーク位置の中で前記第1燃焼に対応するピーク位置である第1ピーク時間位置と、複数の前記ピーク位置の中で前記第2燃焼に対応するピーク位置である第2ピーク時間位置と、の時間差をΔt、前記第1ピーク時間位置における前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値をHp、前記第2ピーク時間位置における前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値をHm、としてピーク高さ比をHp/Hmとした場合、あるいは、1回の燃焼行程において、前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値による複数のピーク位置の中で前記第1燃焼に対応するピーク位置である第1ピーク角度位置と、複数の前記ピーク位置の中で前記第2燃焼に対応するピーク位置である第2ピーク角度位置と、の前記クランク角度の差をクランクシャフトの回転数に基づいて時間に換算した時間差をΔt、前記第1ピーク角度位置における前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値をHp、前記第2ピーク角度位置における前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値をHm、としてピーク高さ比をHp/Hmとした場合、前記制御装置は、前記圧縮自己着火式内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、前記圧縮自己着火式内燃機関の前記運転状態に応じた目標時間差または目標時間差関連量と、目標ピーク高さ比と、を求め、前記Δtが前記目標時間差に近づくようにまたは前記Δtに基づいた時間差関連量が前記目標時間差関連量に近づくように、かつ、前記Hp/Hmが前記目標ピーク高さ比に近づくように、前記前段噴射における少なくとも前記メイン噴射の1つ前の前記パイロット噴射の噴射時期及び噴射量と、前記メイン噴射の噴射時期及び噴射量を求める、燃料噴射算出部と、を有し、前記燃料噴射算出部にて求めた前記噴射時期及び前記噴射量を、前記燃料噴射調整部にて調整する、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置である。 Next, a sixth aspect of the present invention is a control device for a compression autoignition type internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, wherein, in one combustion stroke , a time difference between a first peak time position which is a peak position corresponding to the first combustion among a plurality of peak positions of a time differential value of the in-cylinder heat generation amount or a time differential value of the in-cylinder pressure and a second peak time position which is a peak position corresponding to the second combustion among the plurality of peak positions is set to Δt, and a time differential value of the in-cylinder heat generation amount or the time differential value of the in-cylinder pressure at the first peak time position is set to Δt. a peak height ratio is Hp/Hm where Hp is the time differential value of the in-cylinder heat generation amount or the time differential value of the in-cylinder pressure at the second peak time position, and Hm is the time differential value of the in-cylinder heat generation amount or the time differential value of the in-cylinder pressure at the second peak time position , or a difference in crank angle between a first peak angle position which is a peak position corresponding to the first combustion among a plurality of peak positions due to the crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount or the crank angle differential value of the in-cylinder pressure in one combustion stroke and a second peak angle position which is a peak position corresponding to the second combustion among the plurality of peak positions is calculated based on the rotation speed of the crankshaft. a time difference converted into time based on the time difference calculated ... and a fuel injection calculation unit that calculates a ratio of Δt to the target time difference or a time difference-related amount based on Δt to the target time difference-related amount, and calculates the injection timing and injection amount of at least the pilot injection that is one injection before the main injection in the pre-stage injection, and the injection timing and injection amount of the main injection, so that Δt approaches the target time difference or so that a time difference-related amount based on Δt approaches the target time difference-related amount, and so that Hp/Hm approaches the target peak height ratio, and the injection timing and injection amount calculated by the fuel injection calculation unit are adjusted by the fuel injection adjustment unit.
第1の発明によれば、プレ燃焼、第1燃焼、第2燃焼を有し、1回の燃焼行程に対する第1燃焼の発生開始時期よりも前におけるプレ燃焼発生率面積をQp(プレ熱の熱発生量(または圧力発生量)に相当)、とした場合、Qpに基づいたプレ燃焼発生率関連量が目標プレ燃焼面積関連量上限以下となるように、少なくとも1つのパイロット噴射における噴射時期及び噴射量の少なくとも一方を調整する。これにより、プレ燃焼(この場合、プレ燃焼の熱発生量(または圧力発生量))を適切に制御することで、第1燃焼の発生開始時期をより正確かつ安定的に制御し、スモーク発生量や燃焼騒音をより低減させることができる。 According to the first aspect of the present invention, there is pre-combustion, first combustion, and second combustion, and when the pre-combustion occurrence rate area before the start of the first combustion for one combustion stroke is Qp (corresponding to the amount of heat generated (or amount of pressure generated) of pre-heat), at least one of the injection timing and the injection amount of at least one pilot injection is adjusted so that the amount related to the pre-combustion occurrence rate based on Qp is equal to or less than the upper limit of the amount related to the target pre-combustion area. In this way, by appropriately controlling the pre-combustion (in this case, the amount of heat generated (or amount of pressure generated) of pre-combustion), the start of the first combustion can be controlled more accurately and stably, and the amount of smoke generated and combustion noise can be further reduced.
第2の発明によれば、プレ燃焼、第1燃焼、第2燃焼を有し、1回の燃焼行程に対する第1燃焼の発生開始時期におけるプレ燃焼発生率高さをHpre、とした場合、Hpreに基づいたプレ燃焼発生率高さ関連量が目標プレ燃焼高さ関連量上限以下となるように、少なくとも1つのパイロット噴射における噴射時期及び噴射量の少なくとも一方を調整する。これにより、プレ燃焼(この場合、プレ燃焼の熱発生率の高さ(または圧力発生率の高さ))を適切に制御することで、第1燃焼の発生開始時期をより正確かつ安定的に制御し、スモーク発生量や燃焼騒音をより低減させることができる。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus having pre-combustion, first combustion, and second combustion, and where the height of the pre-combustion occurrence rate at the start timing of the first combustion in one combustion stroke is denoted as Hpre, at least one of the injection timing and the injection amount of at least one pilot injection is adjusted so that the amount related to the pre-combustion occurrence rate height based on Hpre is equal to or less than the upper limit of the amount related to the target pre-combustion height. This makes it possible to more accurately and stably control the start timing of the first combustion by appropriately controlling the pre-combustion (in this case, the height of the heat release rate (or the height of the pressure release rate) of the pre-combustion), and to further reduce the amount of smoke generation and combustion noise.
第3の発明によれば、1回の燃焼行程での総噴射量から換算した総投入熱量をQall、とした場合、Qp/Qallをプレ燃焼発生率面積関連量とすることで、圧縮自己着火式内燃機関の排気量の大きさの違い等の影響を適切に排除して一般化することができる。 According to the third aspect of the present invention, when the total input heat amount converted from the total injection amount in one combustion stroke is Qall, by setting Qp/Qall as the pre-combustion occurrence rate area related amount, it is possible to appropriately eliminate the influence of differences in the displacement of compression ignition internal combustion engines, and generalize the amount.
第4の発明によれば、1回の燃焼行程での総噴射量をQv、とした場合、Hpre/Qvをプレ燃焼発生率高さ関連量とすることで、圧縮自己着火式内燃機関の排気量の大きさの違い等の影響を適切に排除して一般化することができる。 According to the fourth invention, when the total injection amount in one combustion stroke is Qv, by setting Hpre/Qv as the amount related to the height of the pre-combustion occurrence rate, it is possible to appropriately eliminate the influence of differences in the displacement of compression ignition internal combustion engines, and generalize the amount.
第5の発明によれば、メイン噴射の2つ前のパイロット噴射の噴射量を調整するだけで、より容易に、プレ燃焼(熱発生量(または圧力発生量)や、熱発生率の高さ(または圧力発生率の高さ))を、適切に制御することができる。 According to the fifth invention, pre-combustion (amount of heat generated (or amount of pressure generated) and rate of heat generation (or rate of pressure generation)) can be more easily and appropriately controlled by simply adjusting the injection amount of the pilot injection two injections before the main injection.
第6の発明によれば、燃料噴射算出部にて、時間差Δtが、圧縮自己着火式内燃機関の運転状態に応じた目標時間差(または目標時間差関連量)に近づくように、少なくともメイン噴射の1つ前のパイロット噴射の噴射時期及び噴射量と、メイン噴射の噴射時期及び噴射量を制御することで、相殺波の周波数を、運転状態に応じた最適な周波数に近づけることができる。また、ピーク高さ比Hp/Hmが、圧縮自己着火式内燃機関の運転状態に応じた目標ピーク高さ比に近づくように、少なくともメイン噴射の1つ前のパイロット噴射の噴射時期及び噴射量と、メイン噴射の噴射時期及び噴射量を制御することで、相殺波の振幅を、運転状態に応じた最適な振幅に近づけることができる。従って、幅広い運転状態に対して、圧縮自己着火式内燃機関の共振周波数のノック音に限らず総合的な燃焼騒音を適切に低減することができる。そして燃料噴射調整部にて、少なくとも1つのパイロット噴射における噴射時期及び噴射量の少なくとも一方を調整してプレ燃焼を適切に制御することで、第1燃焼の発生開始時期をより正確に制御し、スモーク発生量や燃焼騒音をより低減させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the fuel injection calculation unit controls the injection timing and injection amount of at least the pilot injection immediately before the main injection and the injection timing and injection amount of the main injection so that the time difference Δt approaches the target time difference (or the target time difference related amount) corresponding to the operating state of the compression self-ignition internal combustion engine, thereby making it possible to make the frequency of the offsetting wave approach the optimal frequency corresponding to the operating state. In addition, the injection timing and injection amount of at least the pilot injection immediately before the main injection and the injection timing and injection amount of the main injection are controlled so that the peak height ratio Hp/Hm approaches the target peak height ratio corresponding to the operating state of the compression self-ignition internal combustion engine, thereby making it possible to make the amplitude of the offsetting wave approach the optimal amplitude corresponding to the operating state. Therefore, it is possible to appropriately reduce the overall combustion noise, not just the knock noise at the resonant frequency of the compression self-ignition internal combustion engine, for a wide range of operating states. The fuel injection adjustment unit then adjusts at least one of the injection timing and injection amount of at least one pilot injection to appropriately control pre-combustion, thereby more accurately controlling the start timing of the first combustion, and further reducing the amount of smoke generated and combustion noise.
●[内燃機関システム1の概略構成の例(図1)]
以下に本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。まず図1を用いて、内燃機関システム1の概略構成の例について説明する。本実施の形態の説明では、圧縮自己着火式燃機関の例として、車両に搭載された内燃機関10(例えばディーゼルエンジン)を用いて説明する。以降、内燃機関10は、圧縮自己着火式内燃機関を指す。
[Example of schematic configuration of internal combustion engine system 1 (FIG. 1)]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an example of a schematic configuration of an internal
以下、システム全体について、吸気側から排気側に向かって順に説明する。吸気管11Aの流入側には、エアクリーナ(図示省略)、吸気流量検出装置21(例えば、吸気流量センサ)が設けられている。吸気流量検出装置21は、内燃機関10が吸入した空気の流量に応じた検出信号を制御装置50に出力する。また吸気流量検出装置21には、吸気温度検出装置28A(例えば、吸気温度センサ)、大気圧検出装置23(例えば、大気圧センサ)が設けられている。吸気温度検出装置28Aは、吸気流量検出装置21を通過する吸気の温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。大気圧検出装置23は、周囲の大気圧に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
The entire system will be described below, starting from the intake side and proceeding from the exhaust side. An air cleaner (not shown) and an intake air flow rate detection device 21 (e.g., an intake air flow rate sensor) are provided on the inlet side of the
吸気管11Aの流出側はコンプレッサ35の流入側に接続され、コンプレッサ35の流出側は吸気管11Bの流入側に接続されている。ターボ過給機30のコンプレッサ35は、排気ガスのエネルギーによって回転駆動されるタービン36にて回転駆動され、吸気管11Aから流入された吸気を吸気管11Bに圧送することで過給する。
The outlet side of the
コンプレッサ35の上流側となる吸気管11Aには、コンプレッサ上流圧力検出装置24A(例えば圧力センサ)が設けられている。コンプレッサ上流圧力検出装置24Aは、吸気管11A内の圧力に応じた検出信号を制御装置50に出力する。コンプレッサ35の下流側となる吸気管11B(吸気管11Bにおけるコンプレッサ35とインタークーラ16との間の位置)には、コンプレッサ下流圧力検出装置24B(例えば圧力センサ)が設けられている。コンプレッサ下流圧力検出装置24Bは、吸気管11B内の圧力に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
A compressor upstream
吸気管11Bには、上流側にインタークーラ16が配置され、インタークーラ16よりも下流側にスロットル装置47が配置されている。インタークーラ16は、コンプレッサ下流圧力検出装置24Bよりも下流側に配置されている。インタークーラ16とスロットル装置47との間には、吸気温度検出装置28B(例えば、吸気温度センサ)が設けられている。吸気温度検出装置28Bは、インタークーラ16にて温度が低下された吸気の温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
An
スロットル装置47は、制御装置50からの制御信号に基づいて吸気管11Bの開度を調整するスロットルバルブ47Vを駆動し、吸気流量を調整可能である。制御装置50は、スロットル開度検出装置47S(例えば、スロットル開度センサ)からの検出信号と目標スロットル開度に基づいて、スロットル装置47に制御信号を出力してスロットルバルブ47Vの開度を調整可能である。例えば制御装置50は、アクセルペダル踏込量検出装置25からの検出信号に基づいて検出したアクセルペダルの踏込量と内燃機関10の運転状態等に基づいて目標スロットル開度を求める。
The
アクセルペダル踏込量検出装置25は、例えばアクセルペダル踏込角度センサであり、アクセルペダルに設けられている。制御装置50は、アクセルペダル踏込量検出装置25からの検出信号に基づいて、運転者によるアクセルペダルの踏込量を検出することが可能である。
The accelerator pedal depression
吸気管11Bにおけるスロットル装置47よりも下流側には、吸気マニホルド圧力検出装置24C(例えば圧力センサ)が設けられており、EGR配管13の流出側が接続されている。そして吸気管11Bの流出側は吸気マニホルド11Cの流入側に接続されており、吸気マニホルド11Cの流出側は内燃機関10の流入側に接続されている。吸気マニホルド圧力検出装置24Cは、吸気マニホルド11Cに流入する直前の吸気の圧力に応じた検出信号を制御装置50に出力する。またEGR配管13の流出側(吸気管11Bとの接続部)からは、EGR配管13の流入側(排気管12Bとの接続部)から流入してきたEGRガスが、吸気管11B内に吐出される。
An intake manifold pressure detection device 24C (e.g., a pressure sensor) is provided downstream of the
内燃機関10は複数のシリンダ45A~45Dを有しており、インジェクタ43A~43Dが、それぞれのシリンダに設けられている。インジェクタ43A~43Dには、コモンレール41と燃料配管42A~42Dを介して燃料が供給されており、インジェクタ43A~43Dは、制御装置50からの制御信号によって駆動され、それぞれのシリンダ45A~45D内に燃料を噴射する。
The
内燃機関10には、回転検出装置22、クーラント温度検出装置28C等が設けられている。回転検出装置22は、例えば回転センサであり、内燃機関10のクランクシャフトの回転数(すなわち、エンジン回転数)に応じた検出信号を制御装置50に出力する。クーラント温度検出装置28Cは、例えば温度センサであり、内燃機関10内に循環されている冷却用クーラントの温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
The
内燃機関10の排気側には排気マニホルド12Aの流入側が接続され、排気マニホルド12Aの流出側には排気管12Bの流入側が接続されている。排気管12Bの流出側はタービン36の流入側に接続され、タービン36の流出側は排気管12Cの流入側に接続されている。
The inlet side of the
排気管12Bには、EGR配管13の流入側が接続されている。EGR配管13は、排気管12Bと吸気管11Bとを連通し、排気管12B(排気経路に相当)の排気ガスの一部を吸気管11B(吸気経路に相当)に還流させることが可能である。またEGR配管13には、EGRクーラ15、EGR弁14が設けられている。EGR弁14は、制御装置50からの制御信号に基づいて、EGR配管13の開度を調整することで、EGR配管13内を流れるEGRガスの流量を調整する。
The inlet side of the
排気管12Bには、排気温度検出装置29が設けられている。排気温度検出装置29は、例えば排気温度センサであり、排気温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
An exhaust
排気管12Bの流出側はタービン36の流入側に接続され、タービン36の流出側は排気管12Cの流入側に接続されている。タービン36には、タービン36へ導く排気ガスの流速を制御可能な(タービンへと排気ガスを導く流路の開度を調整可能な)可変ノズル33が設けられており、可変ノズル33は、ノズル駆動装置31によって開度が調整される。制御装置50は、ノズル開度検出装置32(例えば、ノズル開度センサ)からの検出信号と目標ノズル開度に基づいて、ノズル駆動装置31に制御信号を出力して可変ノズル33の開度を調整可能である。
The outlet side of the
タービン36の上流側となる排気管12Bには、タービン上流圧力検出装置26A(例えば圧力センサ)が設けられている。タービン上流圧力検出装置26Aは、排気管12B内の圧力に応じた検出信号を制御装置50に出力する。タービン36の下流側となる排気管12Cには、タービン下流圧力検出装置26B(例えば圧力センサ)が設けられている。タービン下流圧力検出装置26Bは、排気管12C内の圧力に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
A turbine upstream
排気管12Cの流出側には排気浄化装置61が接続されている。例えば内燃機関10がディーゼルエンジンの場合、排気浄化装置61には、酸化触媒、微粒子捕集フィルタ、選択式還元触媒等が含まれている。
An
車速検出装置27は、例えば車両速度検出センサであり、車両の車輪等に設けられている。車速検出装置27は、車両の車輪の回転速度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
The vehicle
制御装置50は、CPU51、RAM52、記憶装置53、タイマ54等を有している。制御装置50(CPU51)には、上述した種々の検出装置からの検出信号が入力され制御装置50(CPU51)は、上述した種々のアクチュエータへの制御信号を出力する。なお、制御装置50の入出力は、上記の検出装置やアクチュエータに限定されるものではない。また、各部の温度や圧力等はセンサを搭載せずに推定計算により算出しても良い。制御装置50は、上記の検出装置を含めた各種の検出装置からの検出信号に基づいて内燃機関10の運転状態を検出し、上記のアクチュエータを含む各種のアクチュエータを制御する。記憶装置53は、例えばFlash-ROM等の記憶装置であり、内燃機関の制御や自己診断等を実行するためのプログラムやデータ等が記憶されている。また制御装置50(CPU51)は、運転状態検出部51A、燃料噴射算出部51B、燃料噴射調整部51C等を有しているが、これらの詳細については後述する。
The
制御装置50は、内燃機関10の運転状態に基づいて、1回の燃焼行程に対して、主となる燃料噴射であるメイン噴射と、メイン噴射の前段噴射となる単数または複数の燃料噴射であるパイロット噴射とを、空気を圧縮加熱した筒内に噴射する。なお本実施の形態の説明では、1回の燃焼行程においてメイン噴射よりも前の噴射を、すべてまとめて「パイロット噴射」と呼ぶ。またパイロット噴射の数及び噴射量、メイン噴射の噴射量等は、1回の燃焼行程での総燃料噴射量と内燃機関の運転状態等に基づいて適宜算出される。
The
●[パイロット噴射とメイン噴射、筒内での圧力発生率(図2)と、熱発生率(図3)]
次に、内燃機関10の気筒(例えば1番気筒)において、1回の燃焼行程でのパイロット噴射とメイン噴射に対して、クランク角度に応じた筒内の圧力発生率(図2)、筒内の熱発生率(図3)について説明する。図2及び図3の例では、制御装置50は、対象気筒の圧縮上死点(クランク角度=0[deg]の位置)の位置よりも少し前にて、3回のパイロット噴射を実施し、圧縮上死点の位置よりも少し後にて、1回のメイン噴射を実施した例を示している。
● [Pilot injection and main injection, pressure generation rate within the cylinder (Figure 2) and heat generation rate (Figure 3)]
Next, the pressure generation rate in the cylinder (e.g., cylinder No. 1) according to the crank angle (FIG. 2) and the heat generation rate in the cylinder (FIG. 3) will be described for pilot injection and main injection in one combustion stroke in a cylinder (e.g., cylinder No. 1) of the
図2は、横軸をクランクシャフトの回転角度であるクランク角度、縦軸を筒内の圧力発生率、とした場合の実験またはシミュレーションの結果である。図2の例では、吸気(空気)をピストンにて圧縮加熱した燃焼室内に、3回のパイロット噴射で燃料を噴射して自己着火させ、メイン噴射で燃料を噴射して自己着火させている。3回のパイロット噴射によって1つの燃焼であるパイロット燃焼(第1燃焼に相当)が発生し、当該パイロット燃焼による筒内圧力は、図2中の点線にて示すパイロット燃焼圧力Ppに示すように変化する。また1回のメイン噴射によって1つの燃焼であるメイン燃焼(第2燃焼に相当)が発生し、当該メイン燃焼による筒内圧力はパイロット燃焼圧力Ppと重なり、図2中の一点鎖線にて示すメイン燃焼圧力Pmに示すように変化する。 Figure 2 shows the results of an experiment or simulation in which the horizontal axis is the crank angle, which is the rotation angle of the crankshaft, and the vertical axis is the pressure generation rate in the cylinder. In the example of Figure 2, fuel is injected into the combustion chamber in which the intake air is compressed and heated by the piston in three pilot injections to cause self-ignition, and fuel is injected in the main injection to cause self-ignition. The three pilot injections cause one combustion, pilot combustion (corresponding to the first combustion), and the cylinder pressure due to this pilot combustion changes as shown by the pilot combustion pressure Pp indicated by the dotted line in Figure 2. The main injection also causes one combustion, main combustion (corresponding to the second combustion), and the cylinder pressure due to this main combustion overlaps with the pilot combustion pressure Pp and changes as shown by the main combustion pressure Pm indicated by the dashed line in Figure 2.
図2中に実線にて示す圧力発生率f(θ)は、1回の燃焼行程において、クランク角度に応じて変化する筒内圧力のクランク角度微分値(パイロット燃焼圧力Ppとメイン燃焼圧力Pmの総合筒内圧力の変化の傾き)を示している。図2に示すように、1回の燃焼行程の圧力発生率f(θ)における複数のピーク位置の中でパイロット燃焼(第1燃焼に相当)に対応するピーク位置をパイロットピーク角度位置Pap(第1ピーク角度位置に相当)とする。同様に、1回の燃焼行程の圧力発生率f(θ)における複数のピーク位置の中でメイン燃焼(第2燃焼に相当)に対応するピーク位置をメインピーク角度位置Pam(第2ピーク角度位置に相当)とする。そして図2に示すように、パイロットピーク角度位置Papのクランク角度をθp、パイロットピーク角度位置Papの筒内圧力のクランク角度微分値をHp、とする。同様に、メインピーク角度位置Pamのクランク角度をθm、メインピーク角度位置Pamの筒内圧力のクランク角度微分値をHm、とする。そしてメインピーク角度位置Pamとパイロットピーク角度位置Papと、のクランク角度差Δθ(Δθ=θm-θp)を、クランク角度の差とクランクシャフトの回転数とに基づいて時間に換算した時間差(Δθに対応する時間差)をΔtとする。また、パイロットピーク角度位置Papにおける筒内圧力のクランク角度微分値(すなわち、圧力発生率の値)をHp、メインピーク角度位置Pamにおける筒内圧力のクランク角度微分値(すなわち、圧力発生率の値)をHm、として、さらにピーク高さ比をHp/Hmとする。 The pressure generation rate f(θ) shown by a solid line in FIG. 2 indicates the crank angle differential value of the in-cylinder pressure that changes according to the crank angle in one combustion stroke (the gradient of the change in the total in-cylinder pressure of the pilot combustion pressure Pp and the main combustion pressure Pm). As shown in FIG. 2, the peak position corresponding to the pilot combustion (corresponding to the first combustion) among the multiple peak positions in the pressure generation rate f(θ) in one combustion stroke is set as the pilot peak angle position Pap (corresponding to the first peak angle position). Similarly, the peak position corresponding to the main combustion (corresponding to the second combustion) among the multiple peak positions in the pressure generation rate f(θ) in one combustion stroke is set as the main peak angle position Pam (corresponding to the second peak angle position). As shown in FIG. 2, the crank angle of the pilot peak angle position Pap is set as θp, and the crank angle differential value of the in-cylinder pressure at the pilot peak angle position Pap is set as Hp. Similarly, the crank angle at the main peak angle position Pam is θm, and the crank angle differential of the in-cylinder pressure at the main peak angle position Pam is Hm. The crank angle difference Δθ (Δθ=θm-θp) between the main peak angle position Pam and the pilot peak angle position Pap is converted into time based on the difference in crank angle and the rotation speed of the crankshaft, and the time difference (the time difference corresponding to Δθ) is Δt. Furthermore, the crank angle differential of the in-cylinder pressure at the pilot peak angle position Pap (i.e., the value of the pressure generation rate) is Hp, the crank angle differential of the in-cylinder pressure at the main peak angle position Pam (i.e., the value of the pressure generation rate) is Hm, and the peak height ratio is Hp/Hm.
なお図示省略するが、図2に示す横軸をクランク角度[deg]から時間[sec]に変更し、縦軸を圧力発生率[MPa/deg]から圧力発生率[MPa/sec]に変更してもよい。この場合、圧力発生率(この場合、筒内圧力の時間微分値)は、図2の圧力発生率f(θ)と同様であり、圧力発生率における複数のピーク位置の中でパイロット燃焼、メイン燃焼のそれぞれに対応するピーク位置を、それぞれパイロットピーク時間位置PtP(第1ピーク時間位置に相当)、メインピーク時間位置Ptm(第2ピーク時間位置に相当)とする。そして、メインピーク時間位置Ptm(tm、Hm)、パイロットピーク時間位置Ptp(tp、Hp)とした場合、時間差Δt=tm-tpで表され、ピーク高さ比はHp/Hmと表される。 Although not shown, the horizontal axis in FIG. 2 may be changed from crank angle [deg] to time [sec], and the vertical axis may be changed from pressure development rate [MPa/deg] to pressure development rate [MPa/sec]. In this case, the pressure development rate (in this case, the time differential value of the cylinder pressure) is the same as the pressure development rate f(θ) in FIG. 2, and the peak positions corresponding to pilot combustion and main combustion among the multiple peak positions in the pressure development rate are respectively the pilot peak time position PtP (corresponding to the first peak time position) and the main peak time position Ptm (corresponding to the second peak time position). If the main peak time position Ptm (tm, Hm) and the pilot peak time position Ptp (tp, Hp) are used, the time difference Δt is expressed as tm-tp, and the peak height ratio is expressed as Hp/Hm.
図3は、筒内の圧力に着目した図2に対して、筒内の熱に着目した場合を示している。図3は、図2と同じパイロット噴射、メイン噴射を実行した場合において、横軸は図2と同様にクランク角度であり、縦軸は熱発生率(筒内熱発生量のクランク角度微分値)である点が異なる。図3は、横軸をクランクシャフトの回転角度であるクランク角度、縦軸を筒内の熱発生率、とした場合の実験またはシミュレーションの結果である。 Figure 3 shows a case where the focus is on heat inside the cylinder, as opposed to Figure 2, which focuses on pressure inside the cylinder. Figure 3 differs in that, when the same pilot injection and main injection as in Figure 2 are performed, the horizontal axis is the crank angle, just like in Figure 2, and the vertical axis is the heat release rate (the crank angle derivative of the amount of heat generated inside the cylinder). Figure 3 shows the results of an experiment or simulation where the horizontal axis is the crank angle, which is the rotation angle of the crankshaft, and the vertical axis is the heat release rate inside the cylinder.
図3中に実線にて示す熱発生率g(θ)は、1回の燃焼行程において、クランク角度に応じて変化する筒内熱発生量のクランク角度微分値(パイロット燃焼熱Epとメイン燃焼熱Emの総合筒内熱発生量の変化の傾き)を示している。図3に示すように、1回の燃焼行程の熱発生率g(θ)における複数のピーク位置の中でパイロット燃焼(第1燃焼に相当)に対応するピーク位置をパイロットピーク角度位置Eap(第1ピーク角度位置に相当)とする。同様に、1回の燃焼行程の熱発生率g(θ)における複数のピーク位置の中でメイン燃焼(第2燃焼に相当)に対応するピーク位置をメインピーク角度位置Eam(第2ピーク角度位置に相当)とする。そして図3に示すように、パイロットピーク角度位置Eapのクランク角度をθp、パイロットピーク角度位置Eapの筒内熱発生量のクランク角度微分値をHp、とする。同様に、メインピーク角度位置Eamのクランク角度をθm、メインピーク角度位置Eamの筒内熱発生量のクランク角度微分値をHm、とする。そしてメインピーク角度位置Eamとパイロットピーク角度位置Eapと、のクランク角度差Δθ(Δθ=θm-θp)を、クランク角度の差とクランクシャフトの回転数とに基づいて時間に換算した時間差(Δθに対応する時間差)をΔtとする。また、パイロットピーク角度位置Eapにおける筒内熱発生量のクランク角度微分値(すなわち、熱発生率の値)をHp、メインピーク角度位置Eamにおける筒内熱発生量のクランク角度微分値(すなわち、熱発生率の値)をHm、として、さらにピーク高さ比をHp/Hmとする。 The heat release rate g(θ) shown by a solid line in FIG. 3 indicates the crank angle differential value of the in-cylinder heat release amount that changes according to the crank angle in one combustion stroke (the gradient of the change in the total in-cylinder heat release amount of the pilot combustion heat Ep and the main combustion heat Em). As shown in FIG. 3, the peak position corresponding to the pilot combustion (corresponding to the first combustion) among the multiple peak positions in the heat release rate g(θ) in one combustion stroke is set as the pilot peak angle position Eap (corresponding to the first peak angle position). Similarly, the peak position corresponding to the main combustion (corresponding to the second combustion) among the multiple peak positions in the heat release rate g(θ) in one combustion stroke is set as the main peak angle position Eam (corresponding to the second peak angle position). As shown in FIG. 3, the crank angle of the pilot peak angle position Eap is set as θp, and the crank angle differential value of the in-cylinder heat release amount at the pilot peak angle position Eap is set as Hp. Similarly, the crank angle at the main peak angle position Eam is θm, and the crank angle differential of the in-cylinder heat generation amount at the main peak angle position Eam is Hm. The crank angle difference Δθ (Δθ=θm-θp) between the main peak angle position Eam and the pilot peak angle position Eap is converted into time based on the difference in crank angle and the rotation speed of the crankshaft, and the time difference (the time difference corresponding to Δθ) is Δt. Furthermore, the crank angle differential of the in-cylinder heat generation amount at the pilot peak angle position Eap (i.e., the value of the heat generation rate) is Hp, the crank angle differential of the in-cylinder heat generation amount at the main peak angle position Eam (i.e., the value of the heat generation rate) is Hm, and the peak height ratio is Hp/Hm.
なお図示省略するが、図3に示す横軸をクランク角度[deg]から時間[sec]に変更し、縦軸を熱発生率[J/deg]から熱発生率[J/sec]に変更してもよい。この場合、熱発生率(この場合、筒内熱発生量の時間微分値)は、図3の熱発生率g(θ)と同様であり、熱発生率における複数のピーク位置の中でパイロット燃焼、メイン燃焼のそれぞれに対応するピーク位置を、それぞれパイロットピーク時間位置EtP(第1ピーク時間位置に相当)、メインピーク時間位置Etm(第2ピーク時間位置に相当)とする。そして、メインピーク時間位置Etm(tm、Hm)、パイロットピーク時間位置Etp(tp、Hp)とした場合、時間差Δt=tm-tpで表され、ピーク高さ比はHp/Hmと表される。 Although not shown, the horizontal axis in FIG. 3 may be changed from crank angle [deg] to time [sec], and the vertical axis may be changed from heat release rate [J/deg] to heat release rate [J/sec]. In this case, the heat release rate (in this case, the time differential value of the amount of heat generated in the cylinder) is the same as the heat release rate g(θ) in FIG. 3, and the peak positions corresponding to pilot combustion and main combustion among the multiple peak positions in the heat release rate are respectively designated as pilot peak time position EtP (corresponding to the first peak time position) and main peak time position Etm (corresponding to the second peak time position). If the main peak time position Etm (tm, Hm) and the pilot peak time position Etp (tp, Hp) are used, the time difference Δt is expressed as tm-tp, and the peak height ratio is expressed as Hp/Hm.
発明者は、種々の実験及びシミュレーションにて、内燃機関の運転状態に応じた、内燃機関の燃焼騒音を低減するための最適な時間差Δt及び最適なピーク高さ比Hp/Hmが有ることを見い出した。なお、時間差Δt、ピーク高さ比Hp/Hmは、図2に示すクランク角度・圧力発生率、図3に示すクランク角度・熱発生率、図示省略した時間・圧力発生率、図示省略した時間・熱発生率、のいずれを用いてもよいが、以降の本実施の形態の説明は、図2に示すクランク角度・圧力発生率に基づいて説明する。 The inventors have found through various experiments and simulations that there is an optimal time difference Δt and an optimal peak height ratio Hp/Hm for reducing the combustion noise of an internal combustion engine, depending on the operating state of the internal combustion engine. Note that the time difference Δt and the peak height ratio Hp/Hm may be based on the crank angle and pressure generation rate shown in FIG. 2, the crank angle and heat generation rate shown in FIG. 3, the time and pressure generation rate not shown, or the time and heat generation rate not shown, but the following description of this embodiment will be based on the crank angle and pressure generation rate shown in FIG. 2.
●[各運転状態における、シミュレーション(または実験)の結果(図4~図7)]
次に図4~図7を用いて、内燃機関の各運転状態で、時間差Δt、ピーク高さ比Hp/Hmを、種々の値に変更した場合のシミュレーション(または実験)の結果を示す。なお、図4~図6に示す相殺中心周波数は、時間差Δtに基づいた時間差関連量であって、時間差Δtに基づいて算出した周波数であり、時間差Δt[sec]を1/2周期とする周波数であり、f=1/(2*Δt)となる。例えば時間差Δt=0.26[ms]の場合、周波数=1/(0.00026[sec]*2)≒1.923[KHz]となる。相殺中心周波数は、パイロット燃焼とメイン燃焼による燃焼騒音を相殺して低減する相殺周波数帯(f=0.3/Δtからf=0.7/Δt)の略中心となる周波数である。
● [Simulation (or experimental) results for each operating condition (Figures 4 to 7)]
Next, using Figures 4 to 7, the results of a simulation (or experiment) in which the time difference Δt and the peak height ratio Hp/Hm are changed to various values in each operating state of the internal combustion engine are shown. The offset center frequency shown in Figures 4 to 6 is a time difference related amount based on the time difference Δt, a frequency calculated based on the time difference Δt, a frequency with the time difference Δt [sec] as 1/2 period, and f = 1/(2 * Δt). For example, when the time difference Δt = 0.26 [ms], the frequency = 1/(0.00026 [sec] * 2) ≒ 1.923 [KHz]. The offset center frequency is a frequency that is approximately the center of the offset frequency band (f = 0.3/Δt to f = 0.7/Δt) that offsets and reduces the combustion noise due to pilot combustion and main combustion.
図4は、内燃機関の回転数Ne=1600[rpm]、1回の燃焼行程にて噴射する噴射量(負荷)Qv=30[mm3/st]、の場合において、時間差Δtとピーク高さ比Hp/Hmを、種々の値に設定(図4中の丸印の位置)したシミュレーション(または実験)の結果を示している。なお、相殺中心周波数は、上述したとおり、時間差Δtから換算した周波数である。なお、この内燃機関のアイドリング状態では、回転数Ne=約700[rpm]、噴射量(負荷)Qv=約5[mm3/st]程度である。なお「噴射量(負荷)Qv」は、1回の燃焼行程に対して噴射されたパイロット噴射とメイン噴射による燃料量である「総噴射量」に相当している。 FIG. 4 shows the results of a simulation (or experiment) in which the time difference Δt and the peak height ratio Hp/Hm are set to various values (circle positions in FIG. 4) when the internal combustion engine speed Ne is 1600 [rpm] and the injection amount (load) Qv injected in one combustion stroke is 30 [mm 3 /st]. The offset center frequency is a frequency converted from the time difference Δt, as described above. In the idling state of this internal combustion engine, the rotation speed Ne is about 700 [rpm] and the injection amount (load) Qv is about 5 [mm 3 /st]. The "injection amount (load) Qv" corresponds to the "total injection amount", which is the amount of fuel injected by pilot injection and main injection in one combustion stroke .
図4中において、一点鎖線で示す燃焼騒音レベルD1~D5の曲線は、シミュレーション(または実験)の結果、観測された燃焼騒音の0.9から5.6[KHz]の範囲で積算したオーバーオールの燃焼騒音レベルを示しており、燃焼騒音レベルD5>D4>D3>D2>D1である。なお、ピーク高さ比Hp/Hmが1.0を超える領域は、パイロット燃焼のピーク位置がメイン燃焼のピーク位置よりも高い領域であるので、現実的でない。またピーク高さ比Hp/Hmは、0.2未満はパイロット燃焼が小さ過ぎて現実的ではないので、0.2以上を考慮する。従って、ピーク高さ比Hp/Hmは、1.0以下かつ0.2以上について考慮する。また相殺中心周波数が2.2[KHz]を超える領域は、時間差Δtが約0.227[msec]よりも短くなる領域であってインジェクタと制御の限界に近い領域であり、現実的でない。また相殺中心周波数が0.6[KHz]未満の領域は、時間差Δtが約0.833[msec]よりも長くなる領域でありパイロット噴射とメイン噴射の間隔が長過ぎて相殺周波数帯の幅が短くなり相殺の効果が得られないので、0.6[KHz]以上を考慮する。従って、相殺中心周波数は、2.2[KHz]以下かつ0.6[KHz]以上について考慮する(図5、図6も同様)。 In Figure 4, the curves of combustion noise levels D1 to D5 shown by dashed lines indicate the overall combustion noise levels obtained by integrating the observed combustion noise in the range of 0.9 to 5.6 [KHz] as a result of simulation (or experiment), and the combustion noise levels are D5>D4>D3>D2>D1. Note that the region where the peak height ratio Hp/Hm exceeds 1.0 is not realistic because the peak position of the pilot combustion is higher than the peak position of the main combustion. Also, the peak height ratio Hp/Hm of less than 0.2 is not realistic because the pilot combustion is too small. Therefore, the peak height ratio Hp/Hm is considered to be 1.0 or less and 0.2 or more. Also, the region where the offset center frequency exceeds 2.2 [KHz] is the region where the time difference Δt becomes shorter than about 0.227 [msec], which is close to the limit of the injector and control, and is not realistic. In addition, in the region where the offset center frequency is less than 0.6 [KHz], the time difference Δt is longer than approximately 0.833 [msec], and the interval between the pilot injection and the main injection is too long, the offset frequency band width is short, and the offset effect cannot be obtained, so 0.6 [KHz] or more is considered. Therefore, the offset center frequency is considered to be 2.2 [KHz] or less and 0.6 [KHz] or more (same for Figures 5 and 6).
図4に示す場合の運転状態(回転数=1600[rpm]、燃料噴射量(負荷)=30[mm3/st])を、横軸を回転数、縦軸を燃料噴射量(負荷)とした運転状態を示す図7中にU1にて示す。この運転状態U1では、図4に表れているように、燃焼騒音レベルD1以下とするためには、相殺中心周波数を約1.9[KHz]~約2.2[KHz](つまり、時間差Δtを約0.227[msec]~約0.263[msec])、ピーク高さ比Hp/Hmを約0.85~約1.0にすればよいことがわかる。 The operating state shown in Figure 4 (rotation speed = 1600 [rpm], fuel injection amount (load) = 30 [ mm3 /st]) is indicated as U1 in Figure 7, which shows operating states with rotation speed on the horizontal axis and fuel injection amount (load) on the vertical axis. In this operating state U1, as shown in Figure 4, it can be seen that in order to keep the combustion noise level below D1, the offset center frequency should be about 1.9 [KHz] to about 2.2 [KHz] (i.e., the time difference Δt should be about 0.227 [msec] to about 0.263 [msec]) and the peak height ratio Hp/Hm should be about 0.85 to about 1.0.
図5は、内燃機関の回転数Ne=1600[rpm]、1回の燃焼行程にて噴射する噴射量(負荷)Qv=55[mm3/st]、の場合において、時間差Δtとピーク高さ比Hp/Hmを、種々の値に設定(図5中の丸印の位置)したシミュレーション(または実験)の結果を示している。なお、相殺中心周波数は、上述したとおり、時間差Δtから換算した周波数である。 5 shows the results of a simulation (or experiment) in which the time difference Δt and the peak height ratio Hp/Hm are set to various values (circle positions in FIG. 5) when the internal combustion engine speed Ne is 1600 [rpm] and the injection amount (load) Qv injected in one combustion stroke is 55 [ mm3 /st]. Note that the cancellation center frequency is the frequency converted from the time difference Δt, as described above.
図5中において、一点鎖線で示す燃焼騒音レベルD1~D5の曲線は、図4の場合と同様、観測されたオーバーオールの燃焼騒音のレベルを示しており、燃焼騒音レベルD5>D4>D3>D2>D1である。また、ピーク高さ比Hp/Hmについては、1.0以下かつ0.2以上について考慮し、相殺中心周波数については2.2[KHz]以下かつ0.6[KHz]以上について考慮する点も同様である。ただし、噴射量Qvが、図4の運転状態の燃料噴射量よりも増量されており、相殺中心周波数は、約0.9[KHz]以下について考慮することが現実的である。 In Figure 5, the curves of combustion noise levels D1 to D5 shown by dashed lines indicate the observed overall combustion noise levels, as in Figure 4, with the combustion noise levels being D5>D4>D3>D2>D1. Also, the peak height ratio Hp/Hm is considered to be 1.0 or less and 0.2 or more, and the offset center frequency is considered to be 2.2 [KHz] or less and 0.6 [KHz] or more, which is also the same. However, the injection amount Qv is increased from the fuel injection amount in the operating state in Figure 4, and it is realistic to consider the offset center frequency to be approximately 0.9 [KHz] or less.
図5に示す場合の運転状態(回転数=1600[rpm]、燃料噴射量(負荷)=55[mm3/st])を、横軸を回転数、縦軸を燃料噴射量(負荷)とした運転状態を示す図7中にU2にて示す。この運転状態U2では、図5及び現実的な相殺中心周波数=約0.9[KHz]以下の燃焼騒音レベルD2以下とするためには、相殺中心周波数を約0.9[KHz]以上(つまり、時間差Δtを約0.556[msec]以下)、ピーク高さ比Hp/Hmを約0.2~約0.5にすればよいことがわかる。 The operating state shown in Figure 5 (rotation speed = 1600 [rpm], fuel injection amount (load) = 55 [ mm3 /st]) is shown as U2 in Figure 7, which shows operating states with rotation speed on the horizontal axis and fuel injection amount (load) on the vertical axis. In this operating state U2, it can be seen that in order to achieve the combustion noise level D2 shown in Figure 5 and a realistic cancellation center frequency of approximately 0.9 [KHz] or less, the cancellation center frequency should be approximately 0.9 [KHz] or more (i.e., the time difference Δt should be approximately 0.556 [msec] or less) and the peak height ratio Hp/Hm should be approximately 0.2 to approximately 0.5.
図6は、内燃機関の回転数Ne=2400[rpm]、1回の燃焼行程にて噴射する噴射量(負荷)Qv=30[mm3/st]、の場合において、時間差Δtとピーク高さ比Hp/Hmを、種々の値に設定(図6中の丸印の位置)したシミュレーション(または実験)の結果を示している。なお、相殺中心周波数は、上述したとおり、時間差Δtから換算した周波数である。 6 shows the results of a simulation (or experiment) in which the time difference Δt and the peak height ratio Hp/Hm are set to various values (circle positions in FIG. 6) when the internal combustion engine speed Ne is 2400 [rpm] and the injection amount (load) Qv injected in one combustion stroke is 30 [ mm3 /st]. Note that the cancellation center frequency is the frequency converted from the time difference Δt, as described above.
図6中において、一点鎖線で示す燃焼騒音レベルD2~D5の曲線は、図4の場合と同様、観測された燃焼騒音のレベルを示しており、燃焼騒音レベルD5>D4>D3>D2である。また、ピーク高さ比Hp/Hmについては、1.0以下かつ0.2以上について考慮し、相殺中心周波数については2.2[KHz]以下かつ0.6[KHz]以上について考慮する点も同様である。ただし、回転数Neが、図4の運転状態の回転数よりも増加されており、燃焼騒音レベルD1まで低下しなかった。 In Figure 6, the curves of combustion noise levels D2 to D5 shown by dashed lines indicate the observed combustion noise levels, as in Figure 4, with the combustion noise levels being D5>D4>D3>D2. Also, the peak height ratio Hp/Hm is considered to be 1.0 or less and 0.2 or more, and the cancellation center frequency is considered to be 2.2 [KHz] or less and 0.6 [KHz] or more, which is also the same. However, the rotation speed Ne was increased from the rotation speed in the operating state in Figure 4, and did not decrease to the combustion noise level D1.
図6に示す場合の運転状態(回転数=2400[rpm]、燃料噴射量(負荷)=30[mm3/st])を、横軸を回転数、縦軸を燃料噴射量(負荷)とした運転状態を示す図7中にU3にて示す。この運転状態U3では、図6に表れているように、燃焼騒音レベルD2以下とするためには、相殺中心周波数を約1.22[KHz]~約2.2[KHz](つまり、時間差Δtを約0.227[msec]~約0.410[msec])、ピーク高さ比Hp/Hmを約0.75~約1.0にすればよいことがわかる。 The operating state shown in Figure 6 (rotation speed = 2400 [rpm], fuel injection amount (load) = 30 [ mm3 /st]) is indicated as U3 in Figure 7, which shows operating states with the rotation speed on the horizontal axis and the fuel injection amount (load) on the vertical axis. In this operating state U3, as shown in Figure 6, it can be seen that in order to keep the combustion noise level below D2, the offset center frequency should be about 1.22 [KHz] to about 2.2 [KHz] (i.e., the time difference Δt should be about 0.227 [msec] to about 0.410 [msec]) and the peak height ratio Hp/Hm should be about 0.75 to about 1.0.
以上、図7に示すように、回転数が略一定であって負荷(燃料噴射量)が低負荷から高負荷へと増量した場合、時間差Δtを長くするとともにピーク高さ比Hp/Hmを小さくすれば、燃焼騒音の低減に効果があることがわかる。また、負荷(燃料噴射量)が略一定であって回転数が低回転から高回転へと増加した場合、時間差Δtの許容範囲が長い方に拡大され、ピーク高さ比Hp/Hmの許容範囲が低い方に拡大されることがわかる。 As shown in Figure 7, when the rotation speed is approximately constant and the load (fuel injection amount) increases from low to high, it can be seen that increasing the time difference Δt and decreasing the peak height ratio Hp/Hm is effective in reducing combustion noise. It can also be seen that when the load (fuel injection amount) is approximately constant and the rotation speed increases from low to high, the allowable range of the time difference Δt is expanded to a longer range and the allowable range of the peak height ratio Hp/Hm is expanded to a lower range.
以上に説明したように、時間差Δt(または、時間差Δtから換算した相殺中心周波数(時間差関連量))とピーク高さ比Hp/Hmは、燃焼騒音の低減に大きく影響し、運転状態に応じた、最適な時間差Δt、最適なピーク高さ比Hp/Hmが存在する。 As explained above, the time difference Δt (or the offset center frequency (time difference related quantity) converted from the time difference Δt) and the peak height ratio Hp/Hm have a significant effect on reducing combustion noise, and there is an optimal time difference Δt and an optimal peak height ratio Hp/Hm depending on the operating conditions.
●[各運転状態における、最適な時間差Δtと、最適なピーク高さ比Hp/Hm(図8~図11)]
図8は、図4中のデータS1(1.9[KHz]、0.88)の場合におけるクランク角度・圧力発生率であるfs1(θ)と、図4中のデータS2(1.9[KHz]、0.58)の場合におけるクランク角度・圧力発生率であるfs2(θ)を示している。時間差Δtから換算した周波数はどちらも1.9[KHz]であるので、クランク角度差Δθは同じである。またfs1(θ)のピーク高さ比Hp(H)/Hm(H)=0.88であり、fs2(θ)のピーク高さ比Hp(L)/Hm(L)=0.58である。この場合の周波数・燃焼騒音スペクトルの観測結果を図9に示す。
[Optimal time difference Δt and optimal peak height ratio Hp/Hm in each operating state (Figures 8 to 11)]
FIG. 8 shows fs1(θ), which is the crank angle and pressure generation rate in the case of data S1 (1.9 [KHz], 0.88) in FIG. 4, and fs2(θ), which is the crank angle and pressure generation rate in the case of data S2 (1.9 [KHz], 0.58) in FIG. 4. Since the frequency converted from the time difference Δt is 1.9 [KHz] in both cases, the crank angle difference Δθ is the same. In addition, the peak height ratio Hp(H)/Hm(H) of fs1(θ) is 0.88, and the peak height ratio Hp(L)/Hm(L) of fs2(θ) is 0.58. The observation results of the frequency/combustion noise spectrum in this case are shown in FIG. 9.
図9に示すように、同一の時間差Δt(換算周波数=1.9[KHz])であるが、ピーク高さ比Hp/Hm=0.58(fs2(θ)による燃焼騒音(図9中の点線グラフ))に対して、ピーク高さ比Hp/Hm=0.88(fs1(θ)による燃焼騒音(図9中の実線グラフ))のほうが、約1.2[KHz]~約2.5[KHz]の周波数帯において燃焼騒音が比較的大きく低減されていることがわかる。 As shown in Figure 9, for the same time difference Δt (converted frequency = 1.9 [KHz]), the peak height ratio Hp/Hm = 0.88 (combustion noise due to fs1(θ) (solid line graph in Figure 9)) shows a relatively large reduction in combustion noise in the frequency band from approximately 1.2 [KHz] to approximately 2.5 [KHz] compared to the peak height ratio Hp/Hm = 0.58 (combustion noise due to fs2(θ) (dotted line graph in Figure 9)).
図10は、図5中のデータS3(0.83[KHz]、0.75)の場合におけるクランク角度・圧力発生率であるfs3(θ)と、図5中のデータS4(0.83[KHz]、0.26)の場合におけるクランク角度・圧力発生率であるfs4(θ)を示している。時間差Δtから換算した周波数はどちらも0.83[KHz]であるので、クランク角度差Δθは同じである。またfs3(θ)のピーク高さ比Hp(H)/Hm(H)=0.75であり、fs4(θ)のピーク高さ比Hp(L)/Hm(L)=0.26である。図8の条件よりもメイン噴射量が多くなる条件であるため、メインの噴射開始からメインのピークまでの時間が長くなり、パイロットとメインの噴射インターバルの制約のため、パイロットのピークとの時間差Δt(クランク角度差Δθ)を短縮することが困難になる。この場合の周波数・燃焼騒音スペクトルの観測結果を図11に示す。 Figure 10 shows fs3(θ), which is the crank angle and pressure generation rate in the case of data S3 (0.83 [KHz], 0.75) in Figure 5, and fs4(θ), which is the crank angle and pressure generation rate in the case of data S4 (0.83 [KHz], 0.26) in Figure 5. The frequencies converted from the time difference Δt are both 0.83 [KHz], so the crank angle difference Δθ is the same. In addition, the peak height ratio Hp(H)/Hm(H) of fs3(θ) is 0.75, and the peak height ratio Hp(L)/Hm(L) of fs4(θ) is 0.26. Since the main injection amount is larger than that in Figure 8, the time from the start of main injection to the main peak is longer, and it becomes difficult to shorten the time difference Δt (crank angle difference Δθ) with the pilot peak due to the constraint of the pilot and main injection interval. The observation results of the frequency and combustion noise spectrum in this case are shown in Figure 11.
図11に示すように、同一の時間差Δt(換算周波数=0.83[KHz])であるが、ピーク高さ比Hp/Hm=0.75(fs3(θ)による燃焼騒音(図11中の点線グラフ))に対して、ピーク高さ比Hp/Hm=0.26(fs4(θ)による燃焼騒音(図11中の実線グラフ))のほうが、約0.5[KHz]~約1.2[KHz]の相殺周波数帯での騒音低減効果は少ないが、約1.7[KHz]を中心とする約1.2[KHz]~約2.2[KHz]の増幅周波数帯における騒音増大効果が抑えられており、オーバーオール燃焼騒音値の積算範囲の0.9[KHz]~5.6[KHz]でのスペクトルの最大値が低くなり、燃焼騒音が比較的大きく低減されていることがわかる。 As shown in Figure 11, for the same time difference Δt (converted frequency = 0.83 [KHz]), the peak height ratio Hp/Hm = 0.26 (combustion noise due to fs4 (θ) (solid line graph in Figure 11)) has less noise reduction effect in the cancellation frequency band of about 0.5 [KHz] to about 1.2 [KHz] compared to the peak height ratio Hp/Hm = 0.75 (combustion noise due to fs3 (θ) (dotted line graph in Figure 11)), but the noise increase effect in the amplification frequency band of about 1.2 [KHz] to about 2.2 [KHz] centered around about 1.7 [KHz] is suppressed, and the maximum value of the spectrum in the accumulation range of the overall combustion noise value from 0.9 [KHz] to 5.6 [KHz] is lower, indicating a relatively large reduction in combustion noise.
●[目標時間・目標ピーク高さ比特性(図12、図13)の設定]
以上の結果から、内燃機関の運転状態(具体的には、回転数と負荷(噴射量))に応じて、最適な目標時間差(または最適な目標時間差関連量(目標相殺中心周波数))及び最適な目標ピーク高さ比を設定した、目標時間・目標ピーク高さ比特性(図12参照)を作成し、制御装置50の記憶装置53に記憶しておく。目標時間・目標ピーク高さ比特性は、目標時間差に基づいて求めた目標時間差関連量である目標相殺中心周波数(または目標時間差)と、目標ピーク高さ比と、の一方を縦軸、他方を横軸として、予め設定された複数の回転数のそれぞれに対応させて設定されている。
[Setting the target time/target peak height ratio characteristics (Figures 12 and 13)]
From the above results, a target time/target peak height ratio characteristic (see FIG. 12 ) is created in which an optimal target time difference (or an optimal target time difference related amount (target offset central frequency)) and an optimal target peak height ratio are set according to the operating state of the internal combustion engine (specifically, the rotation speed and load (injection amount)), and the target time/target peak height ratio is stored in the
目標時間・目標ピーク高さ比特性は、図12の例に示すように、回転数毎のグラフ状の特性で表現されている。図12には、Ne=1600[rpm]の場合の特性がh(1600)で表現され、Ne=2000[rpm]の場合の特性がh(2000)で表現され、Ne=2400[rpm]の場合の特性がh(2400)で表現されている。 The target time-target peak height ratio characteristic is expressed as a graph-like characteristic for each rotation speed, as shown in the example of Figure 12. In Figure 12, the characteristic when Ne = 1600 [rpm] is expressed by h (1600), the characteristic when Ne = 2000 [rpm] is expressed by h (2000), and the characteristic when Ne = 2400 [rpm] is expressed by h (2400).
また、例えば図12中のh(1600)(Ne=1600[rpm])の特性において、噴射量(負荷)Qv=30[mm3/st]の場合の位置はM11(Ne1600、Qv30)の位置で表現され、噴射量(負荷)Qv=40[mm3/st]の場合の位置はM12(Ne1600、Qv40)の位置で表現され、噴射量(負荷)Qv=55[mm3/st]の位置はM13(Ne1600、Qv55)の位置で表現されている。同様に、図12中のh(2000)(Ne=2000[rpm])の特性において、噴射量(負荷)Qv=40[mm3/st]の位置はM22(Ne2000、Qv40)の位置で表現され、噴射量(負荷)Qv=55[mm3/st]の位置はM23(Ne2000、Qv55)の位置で表現されている。同様に、図12中のh(2400)(Ne=2400[rpm])の特性において、噴射量(負荷)Qv=30[mm3/st]の位置はM31(Ne2400、Qv30)の位置で表現され、噴射量(負荷)Qv=40[mm3/st]の位置はM32(Ne2400、Qv40)の位置で表現されている。なお図12中に記載した一点鎖線は、同一負荷の位置を通る等負荷線を示している。図12に示すように、内燃機関の回転数が略一定であって内燃機関の負荷が低負荷から高負荷へと増加した場合、時間差(Δt)が長くなるように目標時間差関連量が変更され(目標相殺中心周波数が低くなるように変更され)、ピーク高さ比(Hp/Hm)が小さくなるように目標ピーク高さ比が変更される。
Also, for example, in the characteristics of h(1600) (Ne=1600 [rpm]) in Figure 12, the position when the injection amount (load) Qv=30 [ mm3 /st] is represented by the position M11 (Ne1600, Qv30), the position when the injection amount (load) Qv=40 [ mm3 /st] is represented by the position M12 (Ne1600, Qv40), and the position when the injection amount (load) Qv=55 [ mm3 /st] is represented by the position M13 (Ne1600, Qv55). Similarly, in the characteristic of h(2000) (Ne=2000[rpm]) in Fig. 12, the position of the injection amount (load) Qv=40 [mm 3 /st] is represented by the position of M22 (Ne2000, Qv40), and the position of the injection amount (load) Qv=55 [mm 3 /st] is represented by the position of M23 (Ne2000, Qv55). Similarly, in the characteristic of h(2400) ( Ne=2400[rpm]) in Fig. 12, the position of the injection amount (load) Qv=30 [mm 3 /st] is represented by the position of M31 (Ne2400, Qv30), and the position of the injection amount (load) Qv=40 [
例えば制御装置50は、検出した内燃機関の運転状態(回転数、負荷)と、記憶装置53に記憶している目標時間・目標ピーク高さ比特性(図12)を用いることで、内燃機関の運転状態(回転数、負荷)に応じた、目標時間差関連量(この場合、目標相殺中心周波数)と目標ピーク高さ比と、を求めることができる。
For example, the
図13は、図12中のh(1600)の特性における許容上限(Max)h(1600)の例と、許容下限(Min)h(1600)の例を示している。図13においてM11の例では、図4のデータS1を基に、目標ピーク高さ比に対して±0.15、目標相殺中心周波数に対して±0.2[KHz]を達成すれば、ほぼ目標騒音レベル±1[dBA]内に収めることができる。なお、図13における許容上限(Max)h(1600)、許容下限(Min)h(1600)に示すように、M11の例では、目標ピーク高さ比に対して±0.15よりも若干大きな値であっても、目標相殺中心周波数に対して±0.2[KHz]よりも若干大きな値であっても、ほぼ目標騒音レベル±1[dBA]内に収めることができる。 Figure 13 shows an example of the allowable upper limit (Max) h (1600) and the allowable lower limit (Min) h (1600) in the characteristic of h (1600) in Figure 12. In the example of M11 in Figure 13, if ±0.15 for the target peak height ratio and ±0.2 [KHz] for the target cancellation center frequency are achieved based on data S1 in Figure 4, the target noise level can be kept within approximately ±1 [dBA]. As shown by the allowable upper limit (Max) h (1600) and allowable lower limit (Min) h (1600) in Figure 13, in the example of M11, even if the value is slightly larger than ±0.15 for the target peak height ratio or slightly larger than ±0.2 [KHz] for the target cancellation center frequency, the target noise level can be kept within approximately ±1 [dBA].
また、図13においてM11より負荷の上がったM12の例では、目標ピーク高さ比に対して、±0.15、目標相殺中心周波数に対して±0.2[KHz]を達成すれば、ほぼ目標騒音レベル±1[dBA]内に収めることができる。また、図13においてM12よりさらに負荷の上がったM13の例では、図5のデータS4を基に、目標ピーク高さ比に対して±0.15よりも若干小さな値、目標相殺中心周波数に対して±0.1[KHz]を達成すれば、ほぼ目標騒音レベル±1[dBA]内に収めることができることを発明者は、種々のシミュレーションや実験の結果より確認した。図13における許容上限(Max)h(1600)、許容下限(Min)h(1600)に示すように、M13の例では、目標ピーク高さ比に対して±0.15よりも若干小さな値、目標相殺中心周波数に対して±0.2[KHz]よりも若干小さな±0.1[KHz]に設定することで、ほぼ目標騒音レベル±1[dBA]内に収めることができる。 In addition, in the example of M12 in Fig. 13, which has a higher load than M11, if the target peak height ratio is ±0.15 and the target cancellation center frequency is ±0.2 [KHz], the target noise level can be kept within approximately ±1 [dBA]. In addition, in the example of M13 in Fig. 13, which has an even higher load than M12, the inventors have confirmed from the results of various simulations and experiments that if the target peak height ratio is slightly smaller than ±0.15 and the target cancellation center frequency is ±0.1 [KHz], the target noise level can be kept within approximately ±1 [dBA] based on the data S4 in Fig. 5. As shown in FIG. 13, the upper tolerance limit (Max) h (1600) and the lower tolerance limit (Min) h (1600) in the example of M13 can be kept within the target noise level of approximately ±1 dBA by setting the target peak height ratio to a value slightly smaller than ±0.15 and the target cancellation center frequency to ±0.1 [KHz], which is slightly smaller than ±0.2 [KHz].
つまり、Hp/Hmが、目標ピーク高さ比に対して、ずれ量が許容高さ比内に収まるように制御することが好ましい。そして「許容高さ比」は、負荷(Qv)が所定負荷の近傍(この場合、Qv=40[mm3/st]の近傍)である場合では0.15(許容高さ比基準値)に設定されている。また、負荷(Qv)が所定負荷(この場合、Qv=40[mm3/st])よりも小さくなるにしたがって許容高さ比は許容高さ比基準値よりも大きくなるように設定されている(0.15よりも若干大きな値に設定されている)。また、負荷(Qv)が所定負荷(この場合、Qv=40[mm3/st])よりも大きくなるにしたがって許容高さ比は許容高さ比基準値よりも小さくなるように設定されている(0.15よりも若干小さな値に設定されている)。このため、図13において、許容上限(Max)h(1600)と許容下限(Min)h(1600)における目標ピーク高さ比の方向の間隔は、負荷(Qv)が大きくなるにしたがって狭くなるように設定され、負荷(Qv)が小さくなるにしたがって広くなるように設定されている。 In other words, it is preferable to control Hp/Hm so that the deviation amount falls within the allowable height ratio with respect to the target peak height ratio. The "allowable height ratio" is set to 0.15 (the allowable height ratio reference value) when the load (Qv) is close to a predetermined load (in this case, close to Qv = 40 [mm 3 /st]). Also, as the load (Qv) becomes smaller than the predetermined load (in this case, Qv = 40 [mm 3 /st]), the allowable height ratio is set to be larger than the allowable height ratio reference value (set to a value slightly larger than 0.15). Also, as the load (Qv) becomes larger than the predetermined load (in this case, Qv = 40 [mm 3 /st]), the allowable height ratio is set to be smaller than the allowable height ratio reference value (set to a value slightly smaller than 0.15). For this reason, in FIG. 13, the interval in the direction of the target peak height ratio at the allowable upper limit (Max) h (1600) and the allowable lower limit (Min) h (1600) is set to become narrower as the load (Qv) increases and to become wider as the load (Qv) decreases.
目標相殺中心周波数も同様に、実際の相殺中心周波数が、目標相殺中心周波数に対して、ずれ量が許容周波数内に収まるように制御することが好ましい。そして「許容周波数」は、負荷(Qv)が所定負荷の近傍(この場合、Qv=40[mm3/st]の近傍)である場合では0.2[KHz](許容周波数基準値)に設定されている。また、負荷(Qv)が所定負荷(この場合、Qv=40[mm3/st])よりも小さくなるにしたがって許容周波数は許容周波数基準値よりも大きくなるように設定されている(0.2[KHz]よりも若干大きな値に設定されている)。また、負荷(Qv)が所定負荷(この場合、Qv=40[mm3/st])よりも大きくなるにしたがって許容周波数は許容周波数基準値よりも小さくなるように設定されている(0.2[KHz]よりも若干小さな値に設定されている)。このため、図13において、許容上限(Max)h(1600)と許容下限(Min)h(1600)における目標相殺中心周波数の方向の間隔は、負荷(Qv)が大きくなるにしたがって狭くなるように設定され、負荷(Qv)が小さくなるにしたがって広くなるように設定されている。 Similarly, it is preferable to control the target cancellation center frequency so that the deviation of the actual cancellation center frequency from the target cancellation center frequency falls within the allowable frequency. The "allowable frequency" is set to 0.2 [KHz] (allowable frequency reference value) when the load (Qv) is near the predetermined load (in this case, near Qv = 40 [mm 3 /st]). Also, as the load (Qv) becomes smaller than the predetermined load (in this case, Qv = 40 [mm 3 /st]), the allowable frequency is set to be larger than the allowable frequency reference value (set to a value slightly larger than 0.2 [KHz]). Also, as the load (Qv) becomes larger than the predetermined load (in this case, Qv = 40 [mm 3 /st]), the allowable frequency is set to be smaller than the allowable frequency reference value (set to a value slightly smaller than 0.2 [KHz]). For this reason, in FIG. 13, the interval in the direction of the target cancellation center frequency at the allowable upper limit (Max) h (1600) and the allowable lower limit (Min) h (1600) is set to become narrower as the load (Qv) increases, and to become wider as the load (Qv) decreases.
以上の説明では、時間差Δtと、ピーク高さ比Hp/Hmと、に基づいて燃焼騒音をより低減させる点について説明した。以降では、上述した時間差Δtとピーク高さ比Hp/Hmの調整に加えて、さらに、上述したパイロット燃焼(第1燃焼に相当)よりも前に発生させるプレ燃焼を適切に制御することで、スモークの発生量をより低減させる点について説明する。 The above explanation has been about further reducing combustion noise based on the time difference Δt and the peak height ratio Hp/Hm. In the following, in addition to adjusting the time difference Δt and the peak height ratio Hp/Hm described above, we will further explain how the amount of smoke generated can be further reduced by appropriately controlling the pre-combustion that occurs before the above-mentioned pilot combustion (corresponding to the first combustion).
●[プレ燃焼の違いによる燃焼の違いの例(図14~図16)]
図14は、横軸をクランク角度[deg]、縦軸を熱発生率[J/deg](筒内熱発生量のクランク角度微分値)として、g1(θ)~g5(θ)の5種類の燃焼の実験結果の例を示している。g1(θ)~g5(θ)は、いずれも「P1、P2、P3」にて示す3つのパイロット噴射と、「M」にて示す1つのメイン噴射を実行して得られたものである。なお、g1(θ)~g5(θ)では、各パイロット噴射(P1、P2、P3)とメイン噴射(M)の、それぞれの噴射時期(噴射開始クランク角度位置)と噴射量は、図15に示す通りであり、メイン噴射Mの2つ前のパイロット噴射(第2パイロット噴射P2)の噴射量のみが異なる。なお、第2パイロット噴射P2の噴射量は、(Qb+β2)>(Qb+β1)>Qb>(Qb-α1)>(Qb-α2)である。
[Examples of differences in combustion due to differences in pre-combustion (Figures 14 to 16)]
FIG. 14 shows an example of experimental results of five types of combustion, g1(θ) to g5(θ), with the horizontal axis being the crank angle [deg] and the vertical axis being the heat release rate [J/deg] (crank angle derivative of the amount of heat generated in the cylinder). g1(θ) to g5(θ) are all obtained by performing three pilot injections indicated by "P1, P2, P3" and one main injection indicated by "M". Note that in g1(θ) to g5(θ), the injection timing (injection start crank angle position) and injection amount of each pilot injection (P1, P2, P3) and main injection (M) are as shown in FIG. 15, and only the injection amount of the pilot injection (second pilot injection P2) two injections before the main injection M is different. Note that the injection amount of the second pilot injection P2 is (Qb+β2)>(Qb+β1)>Qb>(Qb-α1)>(Qb-α2).
また図16は、図14に示すg1(θ)を模式図で表現した図である。図16に示すように、1回の燃焼行程に対して複数の燃焼(プレ燃焼、第1燃焼、第2燃焼)が発生している。また複数の燃焼(燃焼発生率)は、プレ燃焼発生率(第1、主プレ燃焼発生率)、第1燃焼発生率、第2燃焼発生率、を有している。図16において、第1プレ燃焼(図16中の第1プレ燃焼発生率)は主に第1パイロット噴射P1によって発生し、主プレ燃焼(図16中の主プレ燃焼発生率)は主に第2パイロット噴射P2によって発生している。また、第1燃焼(図16中の第1燃焼発生率)は主に第3パイロット噴射P3によって発生し、第2燃焼(図16中の第2燃焼発生率)は主にメイン噴射Mによって発生している。第1燃焼(第1燃焼発生率)は、プレ燃焼(この場合、主プレ燃焼発生率)の一部に重なるようにプレ燃焼(主プレ燃焼発生率)に続いて発生している。第2燃焼(第2燃焼発生率)は、第1燃焼(第1燃焼発生率)の一部に重なるように第1燃焼(第1燃焼発生率)に続いて発生している。なお図14及び図16では、縦軸を「熱発生率」(筒内熱発生量のクランク角度微分値(または時間微分値))としているが、縦軸を「圧力発生率」(筒内圧力のクランク角度微分値(または時間微分値))としてもよく、どちらの場合でも使える名称として、「燃焼発生率」としている。 FIG. 16 is a diagram showing g1(θ) in FIG. 14 in a schematic diagram. As shown in FIG. 16, multiple combustions (pre-combustion, first combustion, second combustion) occur in one combustion stroke . The multiple combustions (combustion occurrence rates) have a pre-combustion occurrence rate (first, main pre-combustion occurrence rate), a first combustion occurrence rate, and a second combustion occurrence rate. In FIG. 16, the first pre-combustion (first pre-combustion occurrence rate in FIG. 16) occurs mainly by the first pilot injection P1, and the main pre-combustion (main pre-combustion occurrence rate in FIG. 16) occurs mainly by the second pilot injection P2. The first combustion (first combustion occurrence rate in FIG. 16) occurs mainly by the third pilot injection P3, and the second combustion (second combustion occurrence rate in FIG. 16) occurs mainly by the main injection M. The first combustion (first combustion occurrence rate) occurs following the pre-combustion (main pre-combustion occurrence rate) so as to overlap with a part of the pre-combustion (in this case, the main pre-combustion occurrence rate). The second combustion (second combustion occurrence rate) occurs subsequent to the first combustion (first combustion occurrence rate) so as to overlap with a part of the first combustion (first combustion occurrence rate). Note that in Fig. 14 and Fig. 16, the vertical axis is the "heat release rate" (crank angle derivative (or time derivative) of the amount of heat release in the cylinder), but the vertical axis may be the "pressure release rate" (crank angle derivative (or time derivative) of the pressure in the cylinder), and the name "combustion occurrence rate" is used as a name that can be used in either case.
図16において、第1燃焼発生率(この場合、クランク角度に応じて変化する筒内熱発生量のクランク角度微分値)の発生開始時期は、「θs1」にて示す時期(位置)である。また図14中のg1(θ)~g5(θ)は、第1燃焼発生率(図16参照)のピーク位置(第1ピーク角度位置)と、第2燃焼発生率(図16参照)のピーク位置(第2ピーク角度位置)との角度差と回転数から換算した時間差Δt、及び、第2ピーク角度位置の高さHmに対する第1ピーク角度位置の高さHpであるHp/Hm、は上述したように調整されて、燃焼騒音が低減されている。これに加えて、以降に説明するように、プレ燃焼(図16中の第1プレ燃焼発生率と主プレ燃焼発生率)を適切に調整することで、スモーク発生量を低減することができる。スモーク発生量を低減するためのプレ燃焼発生率の調整としては、プレ燃焼発生率の面積の調整と、プレ燃焼発生率の高さの調整とがあり、以下、順に説明する。 In FIG. 16, the start time of the first combustion occurrence rate (in this case, the crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount that changes according to the crank angle) is the time (position) indicated by "θs1". Also, g1(θ) to g5(θ) in FIG. 14 are the time difference Δt converted from the angle difference and the rotation speed between the peak position (first peak angle position) of the first combustion occurrence rate (see FIG. 16) and the peak position (second peak angle position) of the second combustion occurrence rate (see FIG. 16), and Hp/Hm, which is the height Hp of the first peak angle position relative to the height Hm of the second peak angle position, are adjusted as described above to reduce the combustion noise. In addition, as described below, the amount of smoke generation can be reduced by appropriately adjusting the pre-combustion (the first pre-combustion occurrence rate and the main pre-combustion occurrence rate in FIG. 16). The adjustment of the pre-combustion occurrence rate to reduce the amount of smoke generation includes adjustment of the area of the pre-combustion occurrence rate and adjustment of the height of the pre-combustion occurrence rate, which will be described in order below.
●[プレ燃焼発生率面積Qpの調整(図16、図17)]
図16において、プレ燃焼発生率面積Qpは、第1燃焼発生率の発生開始時期θs1よりも前における、プレ燃焼発生率(第1プレ燃焼発生率、主プレ燃焼発生率)で囲まれた面積であり、塗りつぶした領域である「Qp」にて示す面積である。なお、プレ燃焼発生率は、筒内熱発生量または筒内圧力の時間微分値、あるいは、筒内熱発生量または筒内圧力のクランク角度微分値である。
[Adjustment of pre-combustion occurrence rate area Qp (FIGS. 16 and 17)]
16, the pre-combustion occurrence rate area Qp is an area surrounded by the pre-combustion occurrence rate (first pre-combustion occurrence rate, main pre-combustion occurrence rate) before the occurrence start time θs1 of the first combustion occurrence rate, and is an area indicated by the solid region "Qp." Note that the pre-combustion occurrence rate is a time differential value of the in-cylinder heat generation amount or in-cylinder pressure, or a crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount or in-cylinder pressure.
なお、プレ燃焼発生率面積Qp(発熱量)は、内燃機関の排気量の大小に応じた燃料噴射量の大小に応じて変動するので、これらの影響を排除して一般化するために、1回の燃焼行程に対して噴射したパイロット噴射とメイン噴射による燃料量である総噴射量Qvから換算した熱量である総投入熱量Qallにて除算した、Qp/Qallを算出する。なお、総投入熱量Qallは、例えば、総噴射量Qv[mm3]*燃料密度[g/mm3]*低位発熱量[MJ/Kg]にて算出することができる。 Since the pre-combustion occurrence rate area Qp (heat value) varies depending on the fuel injection amount, which corresponds to the displacement of the internal combustion engine, in order to generalize and eliminate these effects, Qp/Qall is calculated by dividing the pre-combustion occurrence rate area Qp by the total input heat value Qall, which is the heat value converted from the total injection amount Qv, which is the amount of fuel injected by the pilot injection and main injection in one combustion stroke. The total input heat value Qall can be calculated, for example, by the total injection amount Qv [ mm3 ] * fuel density [g/ mm3 ] * lower heating value [MJ/Kg].
図17は、横軸をQp/Qall、縦軸をスモーク発生量に設定し、図14に示すg1(θ)~g5(θ)のそれぞれの(Qp/Qall、スモーク発生量)をプロットした図である。図17に示す例では、g1(θ)、g2(θ)、g3(θ)はスモーク発生量の許容上限以下であるが、g4(θ)、g5(θ)は許容上限を超えている。図17より、スモーク発生量を許容上限以下にするためには、Qp/Qallを約10.5[%]以下(目標プレ燃焼面積関連量上限以下)にする必要がある。なお、g1(θ)~g5(θ)は、第2パイロット噴射の噴射量が異なるのみであるので、少なくとも第2パイロット噴射の噴射量を調整することで、Qp/Qallを比較的容易に約10.5[%]以下(目標プレ燃焼面積関連量上限以下)に調整することができる。 Figure 17 is a plot of (Qp/Qall, smoke generation amount) for each of g1(θ) to g5(θ) shown in Figure 14, with Qp/Qall set on the horizontal axis and the smoke generation amount set on the vertical axis. In the example shown in Figure 17, g1(θ), g2(θ), and g3(θ) are below the allowable upper limit of the smoke generation amount, but g4(θ) and g5(θ) exceed the allowable upper limit. From Figure 17, in order to make the smoke generation amount below the allowable upper limit, Qp/Qall needs to be about 10.5 [%] or less (below the upper limit of the target pre-combustion area related amount). Note that g1(θ) to g5(θ) only differ in the injection amount of the second pilot injection, so by adjusting at least the injection amount of the second pilot injection, Qp/Qall can be relatively easily adjusted to about 10.5 [%] or less (below the upper limit of the target pre-combustion area related amount).
また図14に示すように、g4(θ)、g5(θ)のプレ燃焼発生率面積Qpは、g1(θ)~g3(θ)のプレ燃焼発生率面積Qpよりも非常に大きく、g4(θ)の第1燃焼発生率の発生開始時期、及びg5(θ)の第1燃焼発生率の発生開始時期は、θs1よりも進角した位置となっている(第1燃焼が目標よりも早期に発生している)。このため、g4(θ)及びg5(θ)では、第1燃焼の発生開始時期が不安定になって進角しているので時間差Δtがやや長くなり、燃焼騒音の抑制の点においても、あまり好ましくない。 As shown in FIG. 14, the pre-combustion occurrence rate area Qp of g4(θ) and g5(θ) is much larger than the pre-combustion occurrence rate area Qp of g1(θ) to g3(θ), and the first combustion occurrence rate start time of g4(θ) and the first combustion occurrence rate start time of g5(θ) are more advanced than θs1 (the first combustion occurs earlier than the target). For this reason, in g4(θ) and g5(θ), the first combustion occurrence start time is unstable and advanced, so the time difference Δt is somewhat long, which is not very desirable in terms of suppressing combustion noise.
●[プレ燃焼発生率高さHpreの調整(図16、図18)]
図16において、プレ燃焼発生率高さHpreは、第1燃焼発生率の発生開始時期θs1における、プレ燃焼発生率(主プレ燃焼発生率)の高さであり、「Hpre」にて示す高さである。なお、プレ燃焼発生率は、筒内熱発生量または筒内圧力の時間微分値、あるいは、筒内熱発生量または筒内圧力のクランク角度微分値である。
[Adjustment of pre-combustion occurrence rate height Hpre (Figures 16 and 18)]
16, the pre-combustion occurrence rate height Hpre is the height of the pre-combustion occurrence rate (main pre-combustion occurrence rate) at the occurrence start time θs1 of the first combustion occurrence rate, and is the height indicated by “Hpre.” The pre-combustion occurrence rate is the time differential value of the in-cylinder heat generation amount or the in-cylinder pressure, or the crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount or the in-cylinder pressure.
なお、プレ燃焼発生率高さHpre(発熱量高さ)は、内燃機関の排気量の大小に応じた燃料噴射量の大小に応じて変動するので、これらの影響を排除して一般化するために、1回の燃焼行程に対して噴射したパイロット噴射とメイン噴射による燃料量である総噴射量Qvにて除算した、Hpre/Qvを算出する。 In addition, since the pre-combustion occurrence rate height Hpre (heat generation amount height) varies depending on the amount of fuel injection, which corresponds to the displacement of the internal combustion engine, in order to eliminate these effects and generalize the result, Hpre/Qv is calculated by dividing the pre-combustion occurrence rate height Hpre (heat generation amount height) by the total injection amount Qv, which is the amount of fuel injected by the pilot injection and main injection in one combustion stroke.
図18は、横軸をHpre/Qv、縦軸をスモーク発生量に設定し、図14に示すg1(θ)~g5(θ)のそれぞれの(Hpre/Qv、スモーク発生量)をプロットした図である。図18に示す例では、g1(θ)、g2(θ)、g3(θ)はスモーク発生量の許容上限以下であるが、g4(θ)、g5(θ)は許容上限を超えている。図17より、スモーク発生量を許容上限以下にするためには、Hpre/Qvを約1.3以下(目標プレ燃焼高さ関連量上限以下)にする必要がある。なお、g1(θ)~g5(θ)は、第2パイロット噴射の噴射量が異なるのみであるので、少なくとも第2パイロット噴射の噴射量を調整することで、Hpre/Qvを比較的容易に約1.3以下(目標プレ燃焼高さ関連量上限以下)に調整することができる。 Figure 18 is a plot of (Hpre/Qv, smoke generation amount) for each of g1(θ) to g5(θ) shown in Figure 14, with Hpre/Qv on the horizontal axis and smoke generation amount on the vertical axis. In the example shown in Figure 18, g1(θ), g2(θ), and g3(θ) are below the allowable upper limit of smoke generation amount, but g4(θ) and g5(θ) exceed the allowable upper limit. From Figure 17, in order to make the smoke generation amount below the allowable upper limit, Hpre/Qv needs to be about 1.3 or less (below the upper limit of the target pre-combustion height related amount). Note that g1(θ) to g5(θ) only differ in the injection amount of the second pilot injection, so by adjusting at least the injection amount of the second pilot injection, Hpre/Qv can be relatively easily adjusted to about 1.3 or less (below the upper limit of the target pre-combustion height related amount).
また図14に示すように、g4(θ)、g5(θ)のプレ燃焼発生率高さHpreは、g1(θ)~g3(θ)のプレ燃焼発生率高さHpreよりも非常に高く、g4(θ)の第1燃焼発生率の発生開始時期、及びg5(θ)の第1燃焼発生率の発生開始時期は、θs1よりも進角した位置となっている(第1燃焼が目標よりも早期に発生している)。このため、g4(θ)及びg5(θ)では、第1燃焼の発生開始時期が不安定になって進角しているので時間差Δtがやや長くなり、燃焼騒音の抑制の点においても、あまり好ましくない。 As shown in FIG. 14, the pre-combustion occurrence rate height Hpre for g4(θ) and g5(θ) is much higher than the pre-combustion occurrence rate height Hpre for g1(θ) to g3(θ), and the first combustion occurrence rate start time for g4(θ) and the first combustion occurrence rate start time for g5(θ) are more advanced than θs1 (the first combustion occurs earlier than the target). For this reason, the first combustion occurrence start time for g4(θ) and g5(θ) is unstable and advanced, so the time difference Δt is somewhat longer, which is not very desirable in terms of suppressing combustion noise.
●[制御装置50の処理手順(図19~図23)]
次に図19~図23に示すフローチャートを用いて、制御装置50による処理手順の例(第1、第2の実施の形態)について説明する。第1の実施の形態は、上記の「プレ燃焼発生率面積Qpの調整」を用いた制御であり、第2の実施の形態は、上記の「プレ燃焼発生率高さHpreの調整」を用いた制御である。
[Processing procedure of the control device 50 (FIGS. 19 to 23)]
Next, examples of processing procedures (first and second embodiments) by the
●[第1の実施の形態(図19~図21)]
まず図19~図21に示すフローチャートを用いて、「プレ燃焼発生率面積Qpの調整」を用いた第1の実施の形態における、制御装置50の処理手順を説明する。制御装置50(CPU51)は、例えば所定クランク角度毎(例えば4気筒の場合では180[°CA]毎)にて、図19に示す処理を起動し、ステップS010に処理を進める。
[First embodiment (FIGS. 19 to 21)]
First, the processing procedure of the
ステップS010にて制御装置50は、内燃機関の種々の運転状態を検出し、ステップS015に処理を進める。例えば制御装置50は、図1に示す各種の検出装置からの検出信号やインジェクタの制御量(前回の燃料噴射量)に基づいて、内燃機関回転数、吸気量、吸気マニホルド内圧力、可変ノズル開度量、アクセルペダル踏込量、燃料噴射量等を検出する。ステップS010の処理を実行している制御装置50(CPU51)は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部51A(図1参照)に相当している。
In step S010, the
ステップS015にて制御装置50は、検出した運転状態に基づいて、運転者からの要求トルクを算出し、ステップS020に処理を進める。例えば制御装置50は、内燃機関回転数とアクセルペダル踏込量に基づいて、記憶装置に記憶されているマップや、計算式等に基づいて、要求トルクを算出する。
In step S015, the
ステップS020にて制御装置50は、算出した要求トルクと内燃機関の運転状態と、に基づいて(次回の)総噴射量(Qv)を算出し、ステップS025に処理を進める。なお、総噴射量(Qv)の算出手順の詳細については説明を省略する。
In step S020, the
ステップS025にて制御装置50は、内燃機関の運転状態(回転数、負荷(総噴射量))と、記憶装置に記憶されている目標時間・目標ピーク高さ比特性(図12参照)と、に基づいて、目標時間差関連量(目標相殺中心周波数)と目標ピーク高さ比を求め、ステップS030に処理を進める。例えば、制御装置50は、(回転数、負荷(噴射量))が(1600[rpm]、30[mm3/st])の場合、図12に示す目標時間・目標ピーク高さ比特性の中からh(1600)を選定し、選定したh(1600)における30[mm3/st]の位置に相当するM11(Ne1600、Qv30)の位置により、目標時間差関連量(目標相殺中心周波数)と目標ピーク高さ比を求める。
In step S025, the
ステップS030にて制御装置50は、(次回の)総噴射量(Qv)、目標時間差関連量(目標相殺中心周波数)、目標ピーク高さ比、内燃機関の運転状態に基づいて、次回の燃料噴射における、パイロット噴射の仮の数、各パイロット噴射の仮噴射時期及び仮噴射量、メイン噴射の仮噴射時期及び仮噴射量を求め、ステップS040へ処理を進める。なお、1回の燃焼行程での噴射では、パイロット噴射の数は1回または複数回であり、メイン噴射の数は1回である。
In step S030, the
このとき、メイン噴射の仮噴射時期と、メイン噴射の1つ前のパイロット噴射の仮噴射時期は、目標時間差関連量(目標相殺中心周波数)に基づいて設定される。例えば、記憶装置には、目標時間差関連量(目標相殺中心周波数)に応じた目標時間間隔が、マップ等の形式にて記憶されており、制御装置50は、目標時間差関連量と当該マップを用いて目標時間間隔となるように、メイン噴射の仮噴射時期と、メイン噴射の1つ前のパイロット噴射の仮噴射時期と、を求める。なお、上記のマップは、シミュレーションや実験等を用いて作成され、記憶装置に記憶されている。
At this time, the provisional injection timing of the main injection and the provisional injection timing of the pilot injection immediately before the main injection are set based on the target time difference related amount (target offset center frequency). For example, the memory device stores a target time interval according to the target time difference related amount (target offset center frequency) in the form of a map or the like, and the
また、複数のパイロット噴射の仮噴射量の合計となる仮総パイロット噴射量と、メイン噴射の仮噴射量は、目標ピーク高さ比に基づいて、所定の計算式やマップ等にて求められる。例えば、制御装置50は、(次回の)総噴射量(Qv)を、目標ピーク高さ比に応じて、仮総パイロット噴射量と仮メイン噴射量に分割することで、仮総パイロット噴射量と仮メイン噴射量とを求める。なお、上記の所定の計算式やマップは、シミュレーションや実験等を用いて作成され、記憶装置に記憶されている。
The provisional total pilot injection amount, which is the sum of the provisional injection amounts of the multiple pilot injections, and the provisional injection amount of the main injection are calculated using a predetermined calculation formula, map, etc. based on the target peak height ratio. For example, the
ステップS040にて制御装置50は、[プレ燃焼調整]を実行してステップS050へ処理を進める。なお[プレ燃焼調整]の詳細については後述する。
In step S040, the
ステップS050にて制御装置50は、次回の燃料噴射における、パイロット噴射の最終数、各パイロット噴射の最終噴射時期及び最終噴射量、メイン噴射の最終噴射時期及び最終噴射量を求め、図19に示す処理を終了する。なお、1回の燃焼行程での噴射では、パイロット噴射の数は複数回(プレ燃焼と第1燃焼のそれぞれを発生させるために複数回)であり、メイン噴射の数は1回である。
In step S050, the
以上のように、パイロット噴射の最終数、各パイロット噴射の最終噴射時期及び最終噴射量、メイン噴射の最終噴射時期及び最終噴射量を設定すれば、図示省略するが、制御装置50によって、既存のパイロット噴射のスケジューリング処理、既存のメイン噴射のスケジューリング処理にて、狙ったタイミングにて各噴射の処理が実行される。 As described above, once the final number of pilot injections, the final injection timing and final injection amount of each pilot injection, and the final injection timing and final injection amount of the main injection are set, the control device 50 (not shown) executes the processing of each injection at the targeted timing using the existing pilot injection scheduling process and the existing main injection scheduling process.
なお、以上の説明における目標時間差関連量(目標相殺中心周波数)を、目標時間差に変更してもよい。目標時間差は、目標相殺中心周波数での1周期の半分(半波長)の時間である。例えば、図12に示す目標時間・目標ピーク高さ比特性の横軸を、目標相殺中心周波数(目標時間差関連量)から目標時間差に変更した目標時間・目標ピーク高さ比特性を記憶装置に記憶しておく。そしてステップS025にて、制御装置50は、内燃機関の運転状態(回転数、負荷(噴射量))と、記憶装置に記憶されている目標時間・目標ピーク高さ比特性と、に基づいて、目標時間差と目標ピーク高さ比を求める。そしてステップS030にて制御装置50は、メイン噴射の噴射時期と、メイン噴射の1つ前のパイロット噴射の噴射時期を、目標時間差に基づいて設定する。
The target time difference related quantity (target offset center frequency) in the above description may be changed to a target time difference. The target time difference is half the time (half wavelength) of one cycle at the target offset center frequency. For example, the horizontal axis of the target time/target peak height ratio characteristic shown in FIG. 12 is changed from the target offset center frequency (target time difference related quantity) to the target time difference, and the target time/target peak height ratio characteristic is stored in the storage device. Then, in step S025, the
以上に説明したステップS025、S030の処理を実行している制御装置50(CPU51)は、内燃機関の運転状態に応じた目標時間差または目標時間差関連量と、目標ピーク高さ比と、を求め、時間差(Δt)が目標時間差に近づくように(または時間差(Δt)に基づいた時間差関連量が目標時間差関連量に近づくように)、かつ、ピーク高さ比(Hp/Hm)が目標ピーク高さ比に近づくように前段噴射における少なくともメイン噴射の1つ前のパイロット噴射の噴射時期及び噴射量と、メイン噴射の噴射時期及び噴射量を求める、燃料噴射算出部51B(図1参照)に相当している。
The control device 50 (CPU 51) which executes the processing of steps S025 and S030 described above corresponds to a fuel
●[プレ燃焼調整の詳細1-1(図20)と詳細1-2(図21)]
次に図20を用いて、図19のステップS040の[プレ燃焼調整]の詳細(詳細1-1)について説明する。制御装置50は、図19に示すステップS040に処理を進めた場合、図20に示すステップS110へ処理を進める。
● [Details of pre-combustion adjustment 1-1 (Figure 20) and 1-2 (Figure 21)]
Next, details (Details 1-1) of [Pre-combustion adjustment] in step S040 in Fig. 19 will be described with reference to Fig. 20. When the
ステップS110にて制御装置50は、各プレ燃焼発生率(図16の第1プレ燃焼発生率、主プレ燃焼発生率)の状態を予測し、ステップS115へ処理を進める。例えば制御装置50は、内燃機関の運転状態と、パイロット噴射の仮の数、各パイロット噴射の仮噴射時期と仮噴射量に基づいて、図16に示すような第1プレ燃焼発生率の発生位置(クランク角度)と大きさ(高さ)、主プレ燃焼発生率の発生位置(クランク角度)と大きさ(高さ)、第1燃焼発生率の発生位置(クランク角度)と大きさ(高さ)、等を予測する。
In step S110, the
ステップS115にて制御装置50は、第1燃焼発生率の発生開始時期θs1(図16参照)を予測し、ステップS120へ処理を進める。例えば制御装置50は、ステップS110にて実施した予測に基づいて、第1燃焼発生率の発生開始時期θs1を予測する。
In step S115, the
ステップS120にて制御装置50は、発生開始時期θs1よりも前における、プレ燃焼発生率面積Qpを予測し、ステップS125へ処理を進める。例えば制御装置50は、ステップS110にて予測した第1プレ燃焼発生率の発生位置と大きさ(高さ)、主プレ燃焼発生率の発生位置と大きさ(高さ)、発生開始時期θs1、に基づいてプレ燃焼発生率面積Qpを算出する。
In step S120, the
ステップS125にて制御装置50は、(次回の)総噴射量Qvから総投入熱量Qallを算出してステップS130へ処理を進める。上述したように、例えば制御装置50は、総噴射量Qv[mm3]*燃料密度[g/mm3]*低位発熱量[MJ/Kg]にて、総投入熱量Qallを算出する
In step S125, the
ステップS130にて制御装置50は、Qp/Qallが目標プレ燃焼面積関連量上限以下であるか否かを判定する。制御装置50は、Qp/Qallが目標プレ燃焼面積関連量上限以下である場合(Yes)は図20に示す処理を終了し、図19に示すステップS050へ処理を戻し、Qp/Qallが目標プレ燃焼面積関連量上限よりも大きい場合(No)はステップS135へ処理を進める。
In step S130, the
ステップS135へ処理を進めた場合、制御装置50は、例えばQp/Qallの値に応じて、メイン噴射の2つ前のパイロット噴射の仮噴射量を減量し、図20に示す処理を終了して図19に示すステップS050へ処理を戻す。例えば記憶装置53には、Qp/Qallに応じた減量値(または減量割合など)が設定された減量マップが記憶されており、制御装置50は、Qp/Qallと減量マップに基づいて、メイン噴射の2つ前のパイロット噴射の仮噴射量を減量する。なお減量マップは、種々の実験やシミュレーション等にて決定されている。なお減量した噴射量は、ピーク高さ比Hp/Hmに応じて、メイン噴射と、メイン噴射の1つ前のパイロット噴射に割り当てるようにしてもよい。
When the process proceeds to step S135, the
また図20に示す[プレ燃焼調整](詳細1-1)の代わりに、図21に示す[プレ燃焼調整](詳細1-2)としてもよい。制御装置50は、図19に示すステップS040に処理を進めた場合、図21に示すステップS110Aへ処理を進める。
In addition, instead of the [Pre-combustion adjustment] (Details 1-1) shown in FIG. 20, the [Pre-combustion adjustment] (Details 1-2) shown in FIG. 21 may be used. When the
ステップS110Aにて制御装置50は、内燃機関の運転状態、総噴射量Qv、パイロット噴射の仮の数、各パイロット噴射の仮噴射時期及び仮噴射量、メイン噴射の仮噴射時期及び仮噴射量、等に応じて、予め用意されたパターンの中から、適切なパターンを抽出して、パイロット噴射の最終数、各パイロット噴射の最終噴射時期及び最終噴射量、メイン噴射の最終噴射時期及び最終噴射量を読み出し、図21に示す処理を終了して図19に示すステップS050へ処理を戻す。例えば記憶装置53には、運転状態と代表的な総噴射量Qvに応じて、パイロット噴射の最終数、各パイロット噴射の最終噴射時期及び最終噴射量、メイン噴射の最終噴射時期及び最終噴射量、が設定された複数のパターンが記憶されている。
In step S110A, the
また上記の例に限定されず、制御装置50は、[プレ燃焼調整]にて、プレ燃焼発生率面積Qpに基づいたプレ燃焼発生率面積関連量(上記の例では、Qp/Qall)が、予め設定された目標プレ燃焼面積関連量上限(上記の例では約10.5[%](図17参照))以下となるように、少なくとも1つのパイロット噴射における、噴射時期及び噴射量の少なくとも一方を調整すればよい。この[プレ燃焼調整]の処理を実行している制御装置50(CPU51)は、燃料噴射調整部51C(図1参照)に相当している。
In addition, without being limited to the above example, the
●[第2の実施の形態(図19、図22、図23)]
次に図19、図22、図23に示すフローチャートを用いて、「プレ燃焼発生率高さHpreの調整」を用いた第2の実施の形態における、制御装置50の処理手順を説明する。なお、図19に示すフローチャートは第1の実施の形態と同じであるので説明を省略する。第2の実施の形態は、図19に示すフローチャートにおけるステップS040の[プレ燃焼調整]の詳細が異なる。
[Second embodiment (FIGS. 19, 22, and 23)]
Next, the processing procedure of the
●[プレ燃焼調整の詳細2-1(図22)と詳細2-2(図23)]
次に図22を用いて、図19のステップS040の[プレ燃焼調整]の詳細(詳細2-1)について説明する。制御装置50は、図19に示すステップS040に処理を進めた場合、図22に示すステップS210へ処理を進める。
● [Details of pre-combustion adjustment 2-1 (Figure 22) and Details 2-2 (Figure 23)]
Next, details (Details 2-1) of the [pre-combustion adjustment] in step S040 in Fig. 19 will be described with reference to Fig. 22. When the
ステップS210にて制御装置50は、主プレ燃焼発生率(図16の第1プレ燃焼発生率の1つ前のプレ燃焼発生率)の状態を予測し、ステップS215へ処理を進める。例えば制御装置50は、内燃機関の運転状態と、パイロット噴射の仮の数、各パイロット噴射の仮噴射時期と仮噴射量に基づいて、図16に示すような、主プレ燃焼発生率の発生位置(クランク角度)と大きさ(高さ)、第1燃焼発生率の発生位置(クランク角度)と大きさ(高さ)、等を予測する。
In step S210, the
ステップS215にて制御装置50は、第1燃焼発生率の発生開始時期θs1(図16参照)を予測し、ステップS220へ処理を進める。例えば制御装置50は、ステップS210にて実施した予測に基づいて、第1燃焼発生率の発生開始時期θs1を予測する。
In step S215, the
ステップS220にて制御装置50は、発生開始時期θs1における、プレ燃焼発生率高さHpreを予測し、ステップS230へ処理を進める。例えば制御装置50は、ステップS210にて予測した第1プレ燃焼発生率の発生位置と大きさ(高さ)、主プレ燃焼発生率の発生位置と大きさ(高さ)、発生開始時期θs1、に基づいてプレ燃焼発生率高さHpreを算出する。
In step S220, the
ステップS230にて制御装置50は、Hpre/Qvが目標プレ燃焼高さ関連量上限以下であるか否かを判定する。なおQvは総噴射量である。制御装置50は、Hpre/Qvが目標プレ燃焼高さ関連量上限以下である場合(Yes)は図22に示す処理を終了し、図19に示すステップS050へ処理を戻し、Hpre/Qvが目標プレ燃焼高さ関連量上限よりも大きい場合(No)はステップS235へ処理を進める。
In step S230, the
ステップS235へ処理を進めた場合、制御装置50は、例えばHpre/Qvの値に応じて、メイン噴射の2つ前のパイロット噴射の仮噴射量を減量し、図22に示す処理を終了して図19に示すステップS050へ処理を戻す。例えば記憶装置53には、Hpre/Qvに応じた減量値(または減量割合など)が設定された減量マップが記憶されており、制御装置50は、Hpre/Qvと減量マップに基づいて、メイン噴射の2つ前のパイロット噴射の仮噴射量を減量する。なお減量マップは、種々の実験やシミュレーション等にて決定されている。なお減量した噴射量は、ピーク高さ比Hp/Hmに応じて、メイン噴射と、メイン噴射の1つ前のパイロット噴射に割り当てるようにしてもよい。
When the process proceeds to step S235, the
また図22に示す[プレ燃焼調整](詳細2-1)の代わりに、図23に示す[プレ燃焼調整](詳細2-2)としてもよい。制御装置50は、図19に示すステップS040に処理を進めた場合、図23に示すステップS210Aへ処理を進める。
In addition, instead of the [Pre-combustion adjustment] (Details 2-1) shown in FIG. 22, the [Pre-combustion adjustment] (Details 2-2) shown in FIG. 23 may be used. When the
ステップS210Aにて制御装置50は、内燃機関の運転状態、総噴射量Qv、パイロット噴射の仮の数、各パイロット噴射の仮噴射時期及び仮噴射量、メイン噴射の仮噴射時期及び仮噴射量、等に応じて、予め用意されたパターンの中から、適切なパターンを抽出して、パイロット噴射の最終数、各パイロット噴射の最終噴射時期及び最終噴射量、メイン噴射の最終噴射時期及び最終噴射量を読み出し、図23に示す処理を終了して図19に示すステップS050へ処理を戻す。例えば記憶装置53には、運転状態と代表的な総噴射量Qvに応じて、パイロット噴射の最終数、各パイロット噴射の最終噴射時期及び最終噴射量、メイン噴射の最終噴射時期及び最終噴射量、が設定された複数のパターンが記憶されている。
In step S210A, the
また上記の例に限定されず、制御装置50は、[プレ燃焼調整]にて、プレ燃焼発生率高さHpreに基づいたプレ燃焼発生率高さ関連量(上記の例では、Hpre/Qv)が、予め設定された目標プレ燃焼高さ関連量上限(上記の例では約1.3(図18参照))以下となるように、少なくとも1つのパイロット噴射における、噴射時期及び噴射量の少なくとも一方を調整すればよい。この[プレ燃焼調整]の処理を実行している制御装置50(CPU51)は、燃料噴射調整部51C(図1参照)に相当している。
In addition, without being limited to the above example, the
なお本実施の形態の説明では、燃焼騒音を抑制するために時間差Δtとピーク高さ比Hp/Hmを調整し、スモーク発生量を抑制するためにプレ燃焼発生率面積Qpまたはプレ燃焼発生率高さHpreを調整したが、燃焼騒音の抑制については別の手法を用いてもよい。 In the description of this embodiment, the time difference Δt and the peak height ratio Hp/Hm are adjusted to suppress combustion noise, and the pre-combustion generation rate area Qp or the pre-combustion generation rate height Hpre is adjusted to suppress the amount of smoke generated, but other methods may be used to suppress combustion noise.
本発明の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、本実施の形態で説明した構成、構造、処理手順等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。 The control device for a compression ignition internal combustion engine of the present invention is not limited to the configuration, structure, processing procedures, etc. described in this embodiment, and various modifications, additions, and deletions are possible without changing the gist of the present invention.
本実施の形態の説明では、図2、図3、図8、図10において、横軸をクランク角度としてクランク角度差Δθを求める例を説明したが、横軸を時間として時間差Δtを求めるようにしてもよい。また、図4、図5、図6、図12、図13において、横軸を相殺中心周波数f(時間差関連量)とした例を説明したが、当該図の横軸を時間差Δt(f=1/(Δt*2))としてもよい。また図14、図16において、横軸をクランク角度とした例を説明したが、横軸を時間としてもよいし、縦軸を熱発生率としたが、縦軸を圧力発生率としてもよい。 In the description of this embodiment, in Figs. 2, 3, 8, and 10, an example was described in which the horizontal axis represents the crank angle to determine the crank angle difference Δθ, but the horizontal axis may also represent time to determine the time difference Δt. Also, in Figs. 4, 5, 6, 12, and 13, an example was described in which the horizontal axis represents the offset center frequency f (amount related to time difference), but the horizontal axis of the figures may also represent the time difference Δt (f = 1/(Δt * 2)). Also, in Figs. 14 and 16, an example was described in which the horizontal axis represents the crank angle, but the horizontal axis may also represent time, and the vertical axis was the heat generation rate, but the vertical axis may also represent the pressure generation rate.
また本実施の形態の説明では、プレ燃焼発生率面積関連量をQp/Qallとした例を説明したが、これに限定されるものではない。例えばQpや、Qp/Qv(Qv=総噴射量)をプレ燃焼発生率面積関連量としてもよい。同様に、本実施の形態の説明では、プレ燃焼発生率高さ関連量をHpre/Qvとした例を説明したが、これに限定されるものではない。例えばHpreや、Hpre/Qallをプレ燃焼発生率高さ関連量としてもよい。 In addition, in the description of this embodiment, an example has been given in which the pre-combustion occurrence rate area-related quantity is Qp/Qall, but this is not limited thereto. For example, Qp or Qp/Qv (Qv = total injection amount) may be used as the pre-combustion occurrence rate area-related quantity. Similarly, in the description of this embodiment, an example has been given in which the pre-combustion occurrence rate height-related quantity is Hpre/Qv, but this is not limited thereto. For example, Hpre or Hpre/Qall may be used as the pre-combustion occurrence rate height-related quantity.
また、本発明の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、ディーゼルエンジンに限定されず、圧縮自己着火式のガソリンエンジンにも適用することが可能である。 In addition, the control device for a compression ignition type internal combustion engine of the present invention is not limited to diesel engines, but can also be applied to compression ignition type gasoline engines.
また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(より小さい)(<)等は、等号を含んでも含まなくてもよい。また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。 In addition, terms such as "greater than or equal to" (≧), "less than or equal to" (≦), "greater than" (>), and "less than" (<) may or may not include an equal sign. In addition, the numerical values used in the explanation of this embodiment are merely examples, and the present invention is not limited to these numerical values.
10 内燃機関
11A、11B 吸気管
11C 吸気マニホルド
12A 排気マニホルド
12B、12C 排気管
13 EGR配管
14 EGR弁
15 EGRクーラ
21 吸気流量検出装置
22 回転検出装置
23 大気圧検出装置
24A コンプレッサ上流圧力検出装置
24B コンプレッサ下流圧力検出装置
24C 吸気マニホルド圧力検出装置
25 アクセルペダル踏込量検出装置
26A タービン上流圧力検出装置
26B タービン下流圧力検出装置
27 車速検出装置
28A、28B 吸気温度検出装置
28C クーラント温度検出装置
29 排気温度検出装置
30 ターボ過給機
31 ノズル駆動装置
32 ノズル開度検出装置
33 可変ノズル
35 コンプレッサ
36 タービン
41 コモンレール
43A~43D インジェクタ
45A~45D シリンダ
47 スロットル装置
47S スロットル開度検出装置
47V スロットルバルブ
50 制御装置
51 CPU
51A 運転状態検出部
51B 燃料噴射算出部
51C 燃料噴射調整部
53 記憶装置
61 排気浄化装置
f(θ) 圧力発生率
Pam メインピーク角度位置(第2ピーク角度位置)
Pap パイロットピーク角度位置(第1ピーク角度位置)
Pm メイン燃焼圧力
Pp パイロット燃焼圧力
g(θ) 熱発生率
Eam メインピーク角度位置(第2ピーク角度位置)
Eap パイロットピーク角度位置(第1ピーク角度位置)
Em メイン燃焼熱
Ep パイロット燃焼熱
Hp/Hm ピーク高さ比
Hpre プレ燃焼発生率高さ
Qall 総投入熱量
Qp プレ燃焼発生率面積
Qv 総噴射量
θs1 発生開始時期
Δt 時間差
Δθ クランク角度差
REFERENCE SIGNS LIST 10
51A Operating
Pap Pilot peak angle position (first peak angle position)
Pm Main combustion pressure Pp Pilot combustion pressure g(θ) Heat release rate Eam Main peak angle position (second peak angle position)
Eap Pilot peak angle position (first peak angle position)
Em Main combustion heat Ep Pilot combustion heat Hp/Hm Peak height ratio Hpre Pre-combustion occurrence rate height Qall Total input heat Qp Pre-combustion occurrence rate area Qv Total injection amount θs1 Occurrence start time Δt Time difference Δθ Crank angle difference
Claims (6)
1回の燃焼行程に対する複数の前記燃焼は、
プレ燃焼と、
前記プレ燃焼の一部に重なるように前記プレ燃焼に続いて発生させる第1燃焼と、
前記第1燃焼の一部に重なるように前記第1燃焼に続いて発生させる第2燃焼であって主に前記メイン噴射によって発生する前記第2燃焼と、
を有しており、
1回の燃焼行程に対して、
時間に応じて変化する筒内熱発生量または筒内圧力において、前記第1燃焼に対応する前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値、
あるいは、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度に応じて変化する前記筒内熱発生量または前記筒内圧力において、前記第1燃焼に対応する前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値、
の発生開始時期よりも前における、
前記プレ燃焼に対応する前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値、
あるいは、前記プレ燃焼に対応する前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値、
にて囲まれたプレ燃焼発生率面積をQp、
とした場合、
前記制御装置は、
前記プレ燃焼発生率面積であるQpに基づいたプレ燃焼発生率面積関連量が、スモーク発生量が許容上限以下となるように設定された目標プレ燃焼面積関連量上限以下となるように、少なくとも1つの前記パイロット噴射における噴射時期及び噴射量の少なくとも一方を調整する、燃料噴射調整部を有し、
1回の燃焼行程に対して噴射された前記パイロット噴射と前記メイン噴射による燃料量である総噴射量をQv、前記総噴射量から換算した熱量である総投入熱量をQall、
とした場合、
前記制御装置は、
前記燃料噴射調整部にて、Qp/QallまたはQp/Qvを、前記プレ燃焼発生率面積関連量とする、
圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。 A control device for a compression autoignition type internal combustion engine, which injects a main injection, which is a main fuel injection, and a pilot injection, which is a plurality of fuel injections performed before the main injection, into a cylinder in one combustion stroke of the compression autoignition type internal combustion engine to generate a plurality of combustions,
The plurality of combustions for one combustion stroke are
Pre-combustion and
a first combustion occurring following the pre-combustion so as to overlap a portion of the pre-combustion;
A second combustion is generated following the first combustion so as to overlap a part of the first combustion, and the second combustion is generated mainly by the main injection;
It has
For one combustion stroke,
In a time-varying in-cylinder heat generation amount or in-cylinder pressure, a time differential value of the in-cylinder heat generation amount or a time differential value of the in-cylinder pressure corresponding to the first combustion;
Alternatively, in the in-cylinder heat generation amount or the in-cylinder pressure that changes depending on a crank angle that is a rotation angle of a crankshaft, a crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount or the crank angle differential value of the in-cylinder pressure that corresponds to the first combustion,
Before the start of the outbreak,
A time differential value of the in-cylinder heat generation amount corresponding to the pre-combustion or a time differential value of the in-cylinder pressure,
Alternatively, a crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount corresponding to the pre-combustion or a crank angle differential value of the in-cylinder pressure,
The pre-combustion occurrence rate area surrounded by Qp is
In this case,
The control device includes:
a fuel injection adjusting unit that adjusts at least one of an injection timing and an injection amount in at least one of the pilot injections so that a pre-combustion occurrence rate area related amount based on the pre-combustion occurrence rate area Qp becomes equal to or less than a target pre-combustion area related amount upper limit that is set so that an amount of smoke generation becomes equal to or less than an allowable upper limit,
Qv is the total injection amount, which is the amount of fuel injected by the pilot injection and the main injection in one combustion stroke; Qall is the total input heat amount, which is the amount of heat converted from the total injection amount;
In this case,
The control device includes:
The fuel injection adjusting unit sets Qp/Qall or Qp/Qv as the pre-combustion occurrence rate area related quantity.
A control device for a compression ignition type internal combustion engine.
1回の燃焼行程に対する複数の前記燃焼は、
プレ燃焼と、
前記プレ燃焼の一部に重なるように前記プレ燃焼に続いて発生させる第1燃焼と、
前記第1燃焼の一部に重なるように前記第1燃焼に続いて発生させる第2燃焼であって主に前記メイン噴射によって発生する前記第2燃焼と、
を有しており、
1回の燃焼行程に対して、
時間に応じて変化する筒内熱発生量または筒内圧力において、前記第1燃焼に対応する前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値、
あるいは、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度に応じて変化する前記筒内熱発生量または前記筒内圧力において、前記第1燃焼に対応する前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値、
の発生開始時期における、
前記プレ燃焼に対応する前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値、
あるいは、前記プレ燃焼に対応する前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値、
の高さであるプレ燃焼発生率高さをHpre、
とした場合、
前記制御装置は、
前記プレ燃焼発生率高さであるHpreに基づいたプレ燃焼発生率高さ関連量が、スモーク発生量が許容上限以下となるように設定された目標プレ燃焼高さ関連量上限以下となるように、少なくとも1つの前記パイロット噴射における噴射時期及び噴射量の少なくとも一方を調整する、燃料噴射調整部を有し、
1回の燃焼行程に対して噴射された前記パイロット噴射と前記メイン噴射による燃料量である総噴射量をQv、前記総噴射量から換算した熱量である総投入熱量をQall、
とした場合、
前記制御装置は、
前記燃料噴射調整部にて、Hpre/QvまたはHpre/Qallを、前記プレ燃焼発生率高さ関連量とする、
圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。 A control device for a compression autoignition type internal combustion engine, which injects a main injection, which is a main fuel injection, and a pilot injection, which is a plurality of fuel injections performed before the main injection, into a cylinder in one combustion stroke of the compression autoignition type internal combustion engine to generate a plurality of combustions,
The plurality of combustions for one combustion stroke are
Pre-combustion and
a first combustion occurring following the pre-combustion so as to overlap a portion of the pre-combustion;
A second combustion is generated following the first combustion so as to overlap a part of the first combustion, and the second combustion is generated mainly by the main injection;
It has
For one combustion stroke,
In a time-varying in-cylinder heat generation amount or in-cylinder pressure, a time differential value of the in-cylinder heat generation amount or a time differential value of the in-cylinder pressure corresponding to the first combustion;
Alternatively, in the in-cylinder heat generation amount or the in-cylinder pressure that changes depending on a crank angle that is a rotation angle of a crankshaft, a crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount or the crank angle differential value of the in-cylinder pressure that corresponds to the first combustion,
At the beginning of the outbreak,
A time differential value of the in-cylinder heat generation amount corresponding to the pre-combustion or a time differential value of the in-cylinder pressure,
Alternatively, a crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount corresponding to the pre-combustion or a crank angle differential value of the in-cylinder pressure,
The pre-combustion occurrence rate height, which is the height of
In this case,
The control device includes:
a fuel injection adjusting unit that adjusts at least one of an injection timing and an injection amount in at least one of the pilot injections so that a pre-combustion occurrence rate height related amount based on the pre-combustion occurrence rate height Hpre becomes equal to or less than a target pre-combustion height related amount upper limit that is set so that an amount of smoke generation becomes equal to or less than an allowable upper limit,
Qv is the total injection amount, which is the amount of fuel injected by the pilot injection and the main injection in one combustion stroke; Qall is the total input heat amount, which is the amount of heat converted from the total injection amount;
In this case,
The control device includes:
The fuel injection adjustment unit sets Hpre/Qv or Hpre/Qall as the pre-combustion occurrence rate height related amount.
A control device for a compression ignition type internal combustion engine.
前記プレ燃焼発生率面積関連量がQp/Qallの場合、前記目標プレ燃焼面積関連量上限以下の値は10.5以下に設定されている、
圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。 2. A control device for a compression self-ignition type internal combustion engine according to claim 1,
When the pre-combustion occurrence rate area related amount is Qp/Qall, the value equal to or less than the upper limit of the target pre-combustion area related amount is set to 10.5 or less.
A control device for a compression ignition type internal combustion engine.
前記プレ燃焼発生率高さ関連量がHpre/Qvの場合、前記目標プレ燃焼高さ関連量上限以下の値は1.3以下に設定されている、
圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。 The control device for a compression self-ignition type internal combustion engine according to claim 2,
When the pre-combustion occurrence rate height related amount is Hpre/Qv, the value equal to or less than the upper limit of the target pre-combustion height related amount is set to 1.3 or less.
A control device for a compression ignition type internal combustion engine.
前記制御装置は、
前記燃料噴射調整部にて、前記前段噴射における少なくとも前記メイン噴射の2つ前の前記パイロット噴射の噴射量を調整する、
圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。 A control device for a compression self-ignition type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
The control device includes:
the fuel injection adjustment unit adjusts the injection amount of at least the pilot injection that is two injections before the main injection in the pre-stage injection.
A control device for a compression ignition type internal combustion engine.
1回の燃焼行程において、前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値による複数のピーク位置の中で前記第1燃焼に対応するピーク位置である第1ピーク時間位置と、複数の前記ピーク位置の中で前記第2燃焼に対応するピーク位置である第2ピーク時間位置と、の時間差をΔt、前記第1ピーク時間位置における前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値をHp、前記第2ピーク時間位置における前記筒内熱発生量の時間微分値または前記筒内圧力の時間微分値をHm、としてピーク高さ比をHp/Hmとした場合、
あるいは、1回の燃焼行程において、前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値による複数のピーク位置の中で前記第1燃焼に対応するピーク位置である第1ピーク角度位置と、複数の前記ピーク位置の中で前記第2燃焼に対応するピーク位置である第2ピーク角度位置と、の前記クランク角度の差をクランクシャフトの回転数に基づいて時間に換算した時間差をΔt、前記第1ピーク角度位置における前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値をHp、前記第2ピーク角度位置における前記筒内熱発生量のクランク角度微分値または前記筒内圧力のクランク角度微分値をHm、としてピーク高さ比をHp/Hmとした場合、
前記制御装置は、
前記圧縮自己着火式内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記圧縮自己着火式内燃機関の前記運転状態に応じた目標時間差または目標時間差関連量と、目標ピーク高さ比と、を求め、前記Δtが前記目標時間差に近づくようにまたは前記Δtに基づいた時間差関連量が前記目標時間差関連量に近づくように、かつ、前記Hp/Hmが前記目標ピーク高さ比に近づくように、前記前段噴射における少なくとも前記メイン噴射の1つ前の前記パイロット噴射の噴射時期及び噴射量と、前記メイン噴射の噴射時期及び噴射量を求める、燃料噴射算出部と、
を有し、
前記燃料噴射算出部にて求めた前記噴射時期及び前記噴射量を、前記燃料噴射調整部にて調整する、
圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
A control device for a compression self-ignition type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5,
In one combustion stroke, when a time difference between a first peak time position which is a peak position corresponding to the first combustion among a plurality of peak positions of the time differential value of the in-cylinder heat generation amount or the time differential value of the in-cylinder pressure and a second peak time position which is a peak position corresponding to the second combustion among the plurality of peak positions is Δt, a time differential value of the in-cylinder heat generation amount or the time differential value of the in-cylinder pressure at the first peak time position is Hp, and a time differential value of the in-cylinder heat generation amount or the time differential value of the in-cylinder pressure at the second peak time position is Hm, and a peak height ratio is Hp/Hm,
Alternatively, in one combustion stroke, a time difference obtained by converting the difference in crank angle between a first peak angle position, which is a peak position corresponding to the first combustion among a plurality of peak positions of the crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount or the crank angle differential value of the in-cylinder pressure, and a second peak angle position, which is a peak position corresponding to the second combustion among the plurality of peak positions, is Δt based on the rotation speed of the crankshaft, the crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount or the crank angle differential value of the in-cylinder pressure at the first peak angle position is Hp, and the crank angle differential value of the in-cylinder heat generation amount or the crank angle differential value of the in-cylinder pressure at the second peak angle position is Hm, and a peak height ratio is Hp/Hm:
The control device includes:
an operating state detection unit that detects an operating state of the compression ignition type internal combustion engine;
a fuel injection calculation unit that calculates a target time difference or a target time difference related amount according to the operating state of the compression ignition internal combustion engine, and a target peak height ratio, and calculates an injection timing and injection amount of at least the pilot injection that is one injection before the main injection in the pre-stage injection, and an injection timing and injection amount of the main injection, so that Δt approaches the target time difference or so that the time difference related amount based on Δt approaches the target time difference related amount and so that Hp/Hm approaches the target peak height ratio;
having
The injection timing and the injection amount calculated by the fuel injection calculation unit are adjusted by the fuel injection adjustment unit.
A control device for a compression ignition type internal combustion engine.
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