JP7841469B2 - Fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuel - Google Patents
Fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuelInfo
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Description
本発明は、水素燃料を用いた内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。 This invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuel.
ガソリン又は軽油を用いた内燃機関では、膨張行程で筒内噴射弁から燃料を噴射するポスト噴射が行われる場合がある。ポスト噴射の実行により排気が昇温し、触媒の暖機の促進や過給圧を昇圧することができる(例えば特許文献1参照)。 In internal combustion engines using gasoline or diesel fuel, post-injection may be performed during the expansion stroke, where fuel is injected from the in-cylinder injector. Post-injection raises the exhaust temperature, accelerating catalyst warm-up and increasing boost pressure (see, for example, Patent Document 1).
内燃機関の燃料として水素燃料が用いられる場合がある。水素燃料はガソリンや軽油と比較して着火性に優れている。このため、水素燃料を用いる場合には、ガソリンや軽油が用いられる場合よりも排気の昇温性を向上させる余地がある。 Hydrogen fuel is sometimes used as fuel for internal combustion engines. Hydrogen fuel has superior ignition properties compared to gasoline and diesel. Therefore, when using hydrogen fuel, there is room to improve the exhaust gas temperature rise compared to when gasoline or diesel is used.
そこで本発明は、排気の昇温性が向上した水素燃料を用いた内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuel with improved exhaust gas temperature rise.
上記目的は、膨張行程で筒内噴射弁から水素燃料を噴射するポスト噴射を実行する、水素燃料を用いた内燃機関の燃料噴射制御装置において、膨張行程での前記内燃機関の排気弁の開弁中の筒内温度である開弁中温度を算出する算出部と、前記開弁中温度に基づいて、前記ポスト噴射を前記排気弁の開弁前から開始して前記排気弁の開弁中も継続する噴射制御部と、を備えた水素燃料を用いた内燃機関の燃料噴射制御装置によって達成できる。 The above objective can be achieved by a fuel injection control device for a hydrogen fuel-based internal combustion engine that performs post-injection, injecting hydrogen fuel from an in-cylinder injection valve during the expansion stroke. This device comprises: a calculation unit that calculates the in-cylinder temperature during the opening of the exhaust valve of the internal combustion engine during the expansion stroke; and an injection control unit that, based on the opening temperature, starts the post-injection before the exhaust valve opens and continues it while the exhaust valve is open.
前記噴射制御部は、前記開弁中温度が水素燃料と筒内のガスとの混合気の着火性を確保できる下限値以上の場合に、前記ポスト噴射を前記排気弁の開弁中も継続してもよい。 The injection control unit may continue the post-injection even while the exhaust valve is open if the temperature during valve opening is above the lower limit that ensures the ignition of the mixture of hydrogen fuel and gas in the cylinder.
前記内燃機関に接続された排気通路には過給機のタービンが配置されており、前記算出部は、膨張行程であって前記排気弁の開弁前の所定のタイミングでの基準筒内温度と基準筒内容積と、前記排気弁が開弁した開弁タイミングでの筒内容積と前記排気弁から前記タービンまでの前記排気通路の通路容積との合計値である開弁中容積と、に基づいて前記開弁中温度を算出してもよい。 A turbocharger turbine is positioned in the exhaust passage connected to the internal combustion engine. The calculation unit may calculate the valve-open temperature based on a reference cylinder temperature and reference cylinder volume at a predetermined timing during the expansion stroke before the exhaust valve opens, and the valve-open volume, which is the sum of the cylinder volume at the valve-open timing (when the exhaust valve opens) and the passage volume of the exhaust passage from the exhaust valve to the turbine.
前記内燃機関に接続された排気通路には触媒が配置されており、前記算出部は、膨張行程であって前記排気弁の開弁前の所定のタイミングでの基準筒内温度と基準筒内容積と、前記排気弁が開弁した開弁タイミングでの筒内容積と前記排気弁から前記触媒までの前記排気通路の通路容積との合計値である開弁中容積と、に基づいて前記開弁中温度を算出してもよい。 A catalyst is positioned in the exhaust passage connected to the internal combustion engine, and the calculation unit may calculate the temperature during valve opening based on a reference cylinder temperature and reference cylinder volume at a predetermined timing during the expansion stroke before the exhaust valve opens, and the volume during valve opening, which is the sum of the cylinder volume at the valve opening timing and the passage volume of the exhaust passage from the exhaust valve to the catalyst.
前記基準筒内温度は、膨張行程での筒内温度の最大値であるピーク温度であり、前記基準筒内容積は、筒内温度が前記ピーク温度となる場合での筒内容積であり、前記算出部は、前記内燃機関の回転数、トルク、及び点火時期に基づいて、前記基準筒内温度と前記基準筒内容積とを算出してもよい。 The reference cylinder temperature is the peak temperature, which is the maximum value of the cylinder temperature during the expansion stroke, and the reference cylinder volume is the cylinder volume when the cylinder temperature reaches the peak temperature. The calculation unit may calculate the reference cylinder temperature and the reference cylinder volume based on the rotational speed, torque, and ignition timing of the internal combustion engine.
本発明によれば、排気の昇温性が向上した水素燃料を用いた内燃機関の燃料噴射制御装置を提供できる。 According to the present invention, a fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuel with improved exhaust gas temperature rise can be provided.
図1は、エンジンシステム1の概略構成図である。エンジンシステム1は、エンジン10、ECU(Electronic Control Unit)40等を備える。エンジン10は水素燃料が用いられる。エンジン10は、シリンダブロックに複数の気筒11(図1では1つのみ図示)を備えている。気筒11内に設けられたピストン12は、クランクシャフト13にコンロッド14を介して連結されている。コンロッド14により、ピストン12の往復運動がクランクシャフト13の回転運動へと変換される。シリンダブロックの上部には、シリンダヘッドが取り付けられている。シリンダヘッドとピストン12の上端との間には、点火プラグ16が配設された燃焼室15が形成されている。燃焼室15に対応して設けられた吸気ポート17及び排気ポート18には、それぞれ、吸気通路19及び排気通路20が接続されている。 Figure 1 is a schematic diagram of the engine system 1. The engine system 1 includes an engine 10, an ECU (Electronic Control Unit) 40, and other components. The engine 10 uses hydrogen fuel. The engine 10 has multiple cylinders 11 (only one is shown in Figure 1) in a cylinder block. A piston 12 located within each cylinder 11 is connected to a crankshaft 13 via a connecting rod 14. The connecting rod 14 converts the reciprocating motion of the piston 12 into the rotational motion of the crankshaft 13. A cylinder head is mounted on the upper part of the cylinder block. A combustion chamber 15, where a spark plug 16 is located, is formed between the cylinder head and the upper end of the piston 12. An intake port 17 and an exhaust port 18, corresponding to the combustion chamber 15, are connected to an intake passage 19 and an exhaust passage 20, respectively.
吸気通路19には、その上流側からエアフロメータ21、スロットル弁22、及び過給機23のコンプレッサ23Aが配設されている。スロットル弁22はスロットルアクチュエータ24によってその開度が変更されることにより、燃焼室15内へ吸入される空気量が調節される。吸気通路19は、スロットル弁22の吸気下流側に設けられた吸気マニホールドにおいて分岐されており、この分岐した部分を通じて各燃焼室15に接続されている。また、気筒11内に水素燃料を噴射する筒内噴射弁25が配設されている。 The intake passage 19 is equipped with an air flow meter 21, a throttle valve 22, and the compressor 23A of the supercharger 23, from its upstream side. The throttle valve 22's opening degree is changed by a throttle actuator 24, thereby regulating the amount of air drawn into the combustion chamber 15. The intake passage 19 is branched at the intake manifold located downstream of the throttle valve 22, and this branched section is connected to each combustion chamber 15. Furthermore, an in-cylinder injection valve 25 for injecting hydrogen fuel into the cylinder 11 is also provided.
排気通路20には、過給機23のタービン23Bが配設されている。各気筒の燃焼室15での燃焼により生じた排気は、排気マニホールドを通じて過給機23のタービン23Bに導入される。導入された排気によってタービン23Bが作動すると、吸気通路19側のコンプレッサ23Aが連動して、吸気通路19側で空気が圧縮される。空気が圧縮されることにより吸気通路19内の圧力、即ち吸気圧が高められ、その圧力により燃焼室15内に空気が効率的に充填される。 The turbine 23B of the supercharger 23 is located in the exhaust passage 20. Exhaust gas generated from combustion in the combustion chamber 15 of each cylinder is introduced to the turbine 23B of the supercharger 23 through the exhaust manifold. When the turbine 23B is activated by the introduced exhaust gas, the compressor 23A on the intake passage 19 side is activated in conjunction, compressing the air in the intake passage 19. This compression increases the pressure in the intake passage 19, i.e., the intake pressure, and this pressure efficiently fills the combustion chamber 15 with air.
排気通路20には、タービン23Bをバイパスするバイパス通路33が設けられている。バイパス通路33には、ウェストゲートバルブ34が設けられている。ウェストゲートバルブ34は、過給機23の過給圧を調節する。ウェストゲートバルブ34の下流側には、排気を浄化する触媒29が設けられている。 The exhaust passage 20 is provided with a bypass passage 33 that bypasses the turbine 23B. A wastegate valve 34 is provided in the bypass passage 33. The wastegate valve 34 regulates the boost pressure of the supercharger 23. Downstream of the wastegate valve 34, a catalyst 29 for purifying the exhaust gas is provided.
エンジン10は、吸気通路19及び排気通路20にそれぞれ接続される吸気ポート17及び排気ポート18をそれぞれ開閉する吸気弁26及び排気弁27を備えている。吸気弁26及び排気弁27は、クランクシャフト13と駆動連結された吸気側カムシャフト及び排気側カムシャフトの回転に伴い開閉動作する。これにより、吸気弁26及び排気弁27は、クランクシャフト13の回転に同期して、すなわち各ピストン12の往復移動に対応して所定のタイミングで開閉駆動される。 The engine 10 is equipped with intake valves 26 and exhaust valves 27, which open and close intake ports 17 and exhaust ports 18, respectively, connected to the intake passage 19 and exhaust passage 20. The intake valves 26 and exhaust valves 27 open and close in conjunction with the rotation of the intake and exhaust camshafts, which are driven and connected to the crankshaft 13. As a result, the intake valves 26 and exhaust valves 27 are driven to open and close at predetermined timings, synchronized with the rotation of the crankshaft 13, that is, corresponding to the reciprocating movement of each piston 12.
エンジンシステム1は、各種センサ類を備えている。具体的には、クランク角センサ30、アクセル開度センサ31c、エアフロメータ21、スロットル開度センサ32等である。 The engine system 1 is equipped with various sensors. Specifically, these include a crank angle sensor 30, an accelerator pedal position sensor 31c, an air flow meter 21, a throttle position sensor 32, and so on.
ECU40は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び記憶装置を備える。ECU40は、ROMや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することによりエンジン10を制御する。ECU40は、燃料噴射制御装置の一例であり、後述するポスト噴射制御を実行する。ポスト噴射制御は、CPU、ROM、RAM、及び記憶装置により機能的に実現される、算出部、及び噴射制御部により実行される。 The ECU 40 comprises a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and a storage device. The ECU 40 controls the engine 10 by executing programs stored in the ROM and storage device. The ECU 40 is an example of a fuel injection control device and performs post-injection control, which is described later. Post-injection control is performed by a calculation unit and an injection control unit, which are functionally realized by the CPU, ROM, RAM, and storage device.
ポスト噴射とは、メイン噴射後の膨張行程で筒内噴射弁25により実行される燃料噴射である。メイン噴射とは、例えば吸気行程で行われる燃料噴射であり、所望のトルクをエンジン10に出力させるための燃料噴射である。ポスト噴射は、排気の昇温を目的とする燃料噴射である。本実施例でのポスト噴射には、継続ポスト噴射と通常ポスト噴射とが含まれる。尚、本明細書で単にポスト噴射と称する場合には、継続ポスト噴射と通常ポスト噴射との双方が含まれる。継続ポスト噴射は、排気弁27の開弁前から噴射を開始して開弁中も噴射を継続するポスト噴射である。通常ポスト噴射は、排気弁27の開弁前から噴射して排気弁27の開弁前に噴射が終了するポスト噴射である。詳しくは後述する。 Post-injection refers to fuel injection performed by the in-cylinder injection valve 25 during the expansion stroke after the main injection. Main injection, for example, is fuel injection performed during the intake stroke, and is used to output the desired torque to the engine 10. Post-injection is fuel injection aimed at raising the exhaust gas temperature. In this embodiment, post-injection includes continuous post-injection and normal post-injection. In this specification, the term "post-injection" simply includes both continuous and normal post-injection. Continuous post-injection is post-injection that begins before the exhaust valve 27 opens and continues while the valve is open. Normal post-injection is post-injection that begins before the exhaust valve 27 opens and ends before the exhaust valve 27 opens. Further details will be described later.
ECU40は、上述した各種センサの検出信号に基づき所定の算出を行う。例えばクランク角センサ30の検出信号に基づいて、クランクシャフト13の回転位相、即ちクランク角が算出され、更にエンジン10の回転数が算出される。アクセル開度センサ31cの検出信号に基づいて、運転手により操作されるアクセルペダルの開度が算出される。エアフロメータ21の検出信号に基づいて、吸入空気量が算出される。 The ECU 40 performs predetermined calculations based on the detection signals from the various sensors described above. For example, based on the detection signal from the crank angle sensor 30, the rotational phase of the crankshaft 13, i.e., the crank angle, is calculated, and furthermore, the rotational speed of the engine 10 is calculated. Based on the detection signal from the accelerator pedal position sensor 31c, the opening degree of the accelerator pedal operated by the driver is calculated. Based on the detection signal from the air flow meter 21, the intake air volume is calculated.
[ポスト噴射制御]
図2は、ポスト噴射制御での筒内温度の推移を例示したタイミングチャートである。縦軸は筒内温度を示し、横軸はクランク角度を示す。また、図2は、ポスト噴射が実行されなかった場合と、継続ポスト噴射が実行された場合との筒内温度の推移とを示す。ここで、筒内温度の最大値であるピーク温度となるクランク角度を、ピークCAと称する。排気弁27の開弁タイミングでのクランク角度を、開弁CAと称する。継続ポスト噴射が開始されるタイミングでのクランク角度を、開始CAと称する。継続ポスト噴射が終了するタイミングでのクランク角度を、終了CAと称する。許可CA及び限界CAについては後述する。
[Post-injection control]
Figure 2 is a timing chart illustrating the change in cylinder temperature during post-injection control. The vertical axis represents cylinder temperature, and the horizontal axis represents crank angle. Figure 2 also shows the change in cylinder temperature when post-injection is not performed and when continuous post-injection is performed. Here, the crank angle at which the maximum value of the cylinder temperature, the peak temperature, is reached is called the peak CA. The crank angle at the timing when the exhaust valve 27 opens is called the opening CA. The crank angle at the timing when continuous post-injection starts is called the start CA. The crank angle at the timing when continuous post-injection ends is called the end CA. The permitted CA and limit CA will be described later.
メイン噴射の実行後に圧縮行程の後半で混合気への点火が行われると、混合気が燃焼して筒内温度は上昇する。上死点後の膨張行程前半で筒内温度はピーク温度となる。膨張行程での筒内容積の増大による断熱変化により、筒内温度はピーク温度から低下する。クランク角度が開始CAとなると、継続ポスト噴射が開始される。これにより、ポスト噴射が実行されなかった場合よりも筒内温度が上昇する。継続ポスト噴射は、開弁CA後も継続される。クランク角度が終了CAとなると、継続ポスト噴射が終了する。 After the main injection, ignition of the fuel-air mixture occurs in the latter half of the compression stroke, causing combustion and an increase in cylinder temperature. The cylinder temperature reaches its peak in the first half of the expansion stroke after top dead center. Due to adiabatic changes caused by the increase in cylinder volume during the expansion stroke, the cylinder temperature decreases from the peak. When the crank angle reaches the start CA, continuous post-injection begins. This results in a higher cylinder temperature than if post-injection were not performed. Continuous post-injection continues even after the valve opens CA. When the crank angle reaches the end CA, continuous post-injection ends.
ここで、開弁CA後では、筒内と排気通路20とが連通するため、筒内温度が低下する。ガソリン燃料や軽油が燃料として用いられる場合、開弁CA後での筒内温度では混合気への着火性が悪化する。しかしながら本実施例ではガソリン燃料や軽油よりも着火性が優れた水素燃料が用いられる。このため、所定の条件下で開弁CA後も継続ポスト噴射が継続される。 Here, after valve opening CA, the cylinder interior and the exhaust passage 20 are connected, causing the cylinder interior temperature to decrease. When gasoline or diesel fuel is used, the ignition properties of the fuel mixture deteriorate at the cylinder interior temperature after valve opening CA. However, in this embodiment, hydrogen fuel, which has superior ignition properties than gasoline or diesel fuel, is used. Therefore, under predetermined conditions, continuous post-injection continues even after valve opening CA.
継続ポスト噴射と通常ポスト噴射との排気の昇温性について説明する。通常ポスト噴射では上述したように開弁CA前に噴射を開始して開弁CA前に終了する。開弁CAは、膨張行程終了近傍の下死点付近でのクランク角度である。このため通常ポスト噴射は、下死点前の筒内容積の増大速度が速く筒内温度の低下速度が速い時期に実行される。これに対して継続ポスト噴射は、下死点近傍の開弁CAの前後に亘って実行される。下死点近傍では筒内容積の増大速度は遅い。即ち継続ポスト噴射は、筒内温度の低下速度が遅い時期に実行される。このため、通常ポスト噴射よりも継続ポスト噴射の方が、筒内容積の増大に伴う筒内温度の低下による排気の昇温性への影響が小さい。また、排気弁27の開弁中には排気通路20側から、筒内噴射弁25の先端周辺に酸素が供給される。これにより通常ポスト噴射よりも継続ポスト噴射の方が、燃焼性が向上する。このように継続ポスト噴射により排気の昇温性が向上する。 This section explains the exhaust gas heating properties of continuous post-injection and normal post-injection. In normal post-injection, as described above, injection begins before valve opening CA and ends before valve opening CA. Valve opening CA is the crank angle near bottom dead center, close to the end of the expansion stroke. Therefore, normal post-injection is performed during a period when the rate of increase in cylinder volume is fast and the rate of decrease in cylinder temperature is fast, just before bottom dead center. In contrast, continuous post-injection is performed before and after valve opening CA near bottom dead center. Near bottom dead center, the rate of increase in cylinder volume is slow. That is, continuous post-injection is performed during a period when the rate of decrease in cylinder temperature is slow. Therefore, continuous post-injection has less impact on the exhaust gas heating properties due to the decrease in cylinder temperature accompanying the increase in cylinder volume compared to normal post-injection. Furthermore, while the exhaust valve 27 is open, oxygen is supplied from the exhaust passage 20 to the area around the tip of the in-cylinder injection valve 25. This improves combustibility in continuous post-injection compared to normal post-injection. Thus, continuous post-injection improves the exhaust gas heating properties.
図3は、ECU40が実行するポスト噴射制御を例示したフローチャートである。ECU40は、排気の昇温要求があるか否かを判定する(ステップS1)。例えば触媒29の昇温要求がある場合や、過給領域での運転要求がある場合に、排気の昇温が要求される。ステップS1でNoの場合には本制御は終了する。ステップS1でYesの場合には、ECU40は、膨張行程でのピーク温度と、ピーク温度時での筒内容積であるピーク温度時容積とを算出する(ステップS2)。ピーク温度は、基準筒内温度の一例である。ピーク温度時容積は、基準筒内容積の一例である。 Figure 3 is a flowchart illustrating the post-injection control performed by the ECU 40. The ECU 40 determines whether or not there is a request for exhaust gas temperature increase (step S1). For example, exhaust gas temperature increase is requested when there is a request for catalyst 29 temperature increase or when there is a request for operation in the supercharging region. If the answer in step S1 is No, this control terminates. If the answer in step S1 is Yes, the ECU 40 calculates the peak temperature during the expansion stroke and the volume at peak temperature, which is the internal volume of the cylinder at the peak temperature (step S2). The peak temperature is an example of a reference cylinder temperature. The volume at peak temperature is an example of a reference cylinder volume.
図4A及び図4Bは、ピーク温度を算出するためのマップである。図4Aは、エンジン10のトルク[Nm]と回転数[rpm]とに応じたピーク温度を規定したマップである。図4Aには、ピーク温度[K]が温度T1~T3の場合を示しており、トルクが高いほど及び回転数が高いほど、ピーク温度は高い値として算出される。図4Bは、点火時期差分[deg]とピーク温度のずれ量[K]との関係を規定したマップである。点火時期差分とは、実際の点火時期から最適点火時期を減算した差分である。ピーク温度のずれ量とは、最適点火時期で点火された場合でのピーク温度からの減算量である。差分が大きいほど、ピーク温度のずれ量は負の値として増大する。即ち、最適点火時期よりも実際の点火時期が遅角するほど、ピーク温度は低い値として算出される。 Figures 4A and 4B are maps for calculating peak temperature. Figure 4A is a map that defines the peak temperature according to the torque [Nm] and rotational speed [rpm] of engine 10. Figure 4A shows the case where the peak temperature [K] is between temperatures T1 and T3, and the higher the torque and rotational speed, the higher the calculated peak temperature. Figure 4B is a map that defines the relationship between the ignition timing difference [deg] and the peak temperature deviation [K]. The ignition timing difference is the difference obtained by subtracting the optimal ignition timing from the actual ignition timing. The peak temperature deviation is the amount subtracted from the peak temperature when ignition occurs at the optimal ignition timing. The larger the difference, the greater the negative value of the peak temperature deviation. That is, the more the actual ignition timing is retarded compared to the optimal ignition timing, the lower the calculated peak temperature will be.
図4C及び図4Dは、ピーク温度時でのクランク角度であるピークCAを算出するためのマップである。図4Cは、エンジン10のトルクと回転数とに応じたピークCAを規定したマップである。図4Cには、ピークCAが角度A1~A3の場合を示しており、トルクが高いほど及び回転数が高いほど、ピークCAは大きい値として算出される。図4Dは、上述した点火時期差分とピークCAのずれ量との関係を規定したマップである。ピークCAのずれ量とは、最適点火時期で点火された場合でのピークCAへの加算量である。差分が大きいほど、ピークCAのずれ量は正の値として増大する。即ち、最適点火時期よりも実際の点火時期が遅角するほど、ピークCAは大きい値として算出される。 Figures 4C and 4D are maps for calculating peak CA, which is the crank angle at peak temperature. Figure 4C is a map that defines peak CA according to the torque and rotational speed of engine 10. Figure 4C shows the case where peak CA is at angles A1 to A3, and the higher the torque and rotational speed, the larger the calculated peak CA value. Figure 4D is a map that defines the relationship between the ignition timing difference and the deviation amount of peak CA. The deviation amount of peak CA is the amount added to peak CA when ignition occurs at the optimal ignition timing. The larger the difference, the greater the positive value of the deviation amount of peak CA. That is, the more the actual ignition timing is retarded compared to the optimal ignition timing, the larger the calculated peak CA value will be.
次にECU40は、筒内温度が許可温度となる時点での筒内容積である許可温度時容積を、以下の式(1)により算出する(ステップS3)。
許可温度/ピーク温度=(ピーク温度時容積/許可温度時容積)k―1…(1)
k[J/g・K]は筒内のガスの比熱比である。式(1)は、筒内のガスがピーク温度時容積[cc]から許可温度時容積[cc]に断熱変化したと仮定した場合に成立する式である。許可温度[K]は、ポスト噴射による排気の昇温が効果的となる筒内温度の上限値である。筒内温度が高すぎるうちにポスト噴射を開始すると、筒内容積の低下に伴って筒内温度が大きく低下して、ポスト噴射による排気の昇温効果が低下するからである。尚、混合気の着火には点火プラグ16を用いてもよいし用いなくてもよい。点火プラグ16を用いる場合には用いない場合よりも、許可温度は低い値に設定してもよい。
Next, the ECU 40 calculates the volume at the permitted temperature, which is the internal volume of the cylinder when the internal temperature reaches the permitted temperature, using the following formula (1) (step S3).
Allowable temperature / Peak temperature = (Volume at peak temperature / Volume at allowable temperature) k-1 ... (1)
k [J/g·K] is the specific heat ratio of the gas inside the cylinder. Equation (1) is valid when it is assumed that the gas inside the cylinder undergoes an adiabatic change from the volume at peak temperature [cc] to the volume at the permitted temperature [cc]. The permitted temperature [K] is the upper limit of the cylinder temperature at which the heating of the exhaust gas by post-injection becomes effective. This is because if post-injection is started when the cylinder temperature is too high, the cylinder temperature will drop significantly as the cylinder volume decreases, reducing the heating effect of the exhaust gas by post-injection. Note that a spark plug 16 may or may not be used to ignite the fuel mixture. If a spark plug 16 is used, the permitted temperature may be set to a lower value than when it is not used.
図5は、比熱比kを算出するためのマップである。図5では、ピーク温度に応じた比熱比kが規定されている。ピーク温度が高いほど、比熱比kは小さい値として算出される。尚、比熱比kは1よりも大きい値として算出される。 Figure 5 is a map for calculating the specific heat ratio k. In Figure 5, the specific heat ratio k is defined according to the peak temperature. The higher the peak temperature, the smaller the calculated specific heat ratio k. Furthermore, the calculated specific heat ratio k is greater than 1.
次にECU40は、許可温度時容積に基づいて許可CAを算出する(ステップS4)。許可CAは、筒内温度が許可温度となった時点でのクランク角度である。ECU40は、筒内容積とクランク角度との関係を規定したマップを参照して、許可温度時容積に基づいて許可CAを算出する。 Next, the ECU 40 calculates the permitted CA based on the volume at the permitted temperature (step S4). The permitted CA is the crank angle at the point when the cylinder temperature reaches the permitted temperature. The ECU 40 calculates the permitted CA based on the volume at the permitted temperature by referring to a map that defines the relationship between the cylinder volume and the crank angle.
次にECU40は、許可CAが限界CA以下であるか否かを判定する(ステップS5)。限界CAは、ポスト噴射の開始が可能なクランク角度の上限値である。ステップS5でNoの場合には本制御は終了する。 Next, the ECU 40 determines whether the permitted CA is less than or equal to the limit CA (step S5). The limit CA is the upper limit of the crank angle at which post-injection can be initiated. If the answer in step S5 is No, this control process ends.
ステップS5でYesの場合、ECU40は排気弁27の開弁中の筒内温度である開弁中温度[K]を、以下の式(2)に基づいて算出する(ステップS6)。
開弁中温度/ピーク温度=(ピーク温度時容積/開弁中容積)k―1…(2)
If the answer in step S5 is Yes, the ECU 40 calculates the in-cylinder temperature [K], which is the temperature inside the exhaust valve 27 while it is open, based on the following formula (2) (step S6).
Open valve temperature / Peak temperature = (Volume at peak temperature / Volume during open valve) k-1 …(2)
式(2)は、筒内のガスがピーク温度時容積から開弁中容積[cc]へと断熱変化したと仮定した場合に成立する式である。ここで開弁中容積は、排気弁27の開弁タイミングでの筒内容積と、排気弁27から排気通路20の所定の位置までの通路容積との合計値である。即ち式(2)で算出される開弁中温度は、断熱変化により筒内のガスがピーク温度時容積から開弁中容積にまで増大した場合での、定常状態でのガスの温度である。従って、式(2)で算出される開弁中温度は、排気弁27の開弁タイミングでの実際の筒内温度よりも低い値として算出される。 Equation (2) is valid when it is assumed that the gas inside the cylinder undergoes an adiabatic change from the volume at peak temperature to the volume during valve opening [cc]. Here, the volume during valve opening is the sum of the internal volume of the cylinder at the time the exhaust valve 27 opens and the volume of the passage from the exhaust valve 27 to a predetermined position in the exhaust passage 20. That is, the temperature during valve opening calculated by equation (2) is the steady-state gas temperature when the gas inside the cylinder increases from the volume at peak temperature to the volume during valve opening due to the adiabatic change. Therefore, the temperature during valve opening calculated by equation (2) is calculated to be lower than the actual internal cylinder temperature at the time the exhaust valve 27 opens.
ここで開弁中容積は、排気昇温要求の目的に応じて異なる値に算出される。排気昇温要求が過給圧の増大を目的とする場合には、開弁中容積は、排気弁27の開弁タイミングでの筒内容積と、排気弁27からタービン23Bまでの排気通路20の通路容積との合計値である。過給圧の増大は、タービン23Bに高温の排気を供給することにより実現されるからである。排気昇温要求が触媒29の昇温を目的とする場合には、開弁中容積は、排気弁27の開弁タイミングでの筒内容積と、排気弁27から触媒29までの排気通路20の通路容積との合計値である。触媒29の昇温は、触媒29に高温の排気を供給することにより実現されるからである。このように排気昇温要求の目的に応じて開弁中容積が算出される。従って、排気昇温要求の目的に応じて開弁中温度が算出される。 Here, the volume during valve opening is calculated to a different value depending on the purpose of the exhaust gas temperature increase request. If the exhaust gas temperature increase request is for increasing boost pressure, the volume during valve opening is the sum of the internal volume of the exhaust valve 27 at the valve opening timing and the passage volume of the exhaust passage 20 from the exhaust valve 27 to the turbine 23B. This is because the increase in boost pressure is achieved by supplying high-temperature exhaust gas to the turbine 23B. If the exhaust gas temperature increase request is for increasing the temperature of the catalyst 29, the volume during valve opening is the sum of the internal volume of the exhaust valve 27 at the valve opening timing and the passage volume of the exhaust passage 20 from the exhaust valve 27 to the catalyst 29. This is because the temperature of the catalyst 29 is achieved by supplying high-temperature exhaust gas to the catalyst 29. Thus, the volume during valve opening is calculated according to the purpose of the exhaust gas temperature increase request. Therefore, the temperature during valve opening is calculated according to the purpose of the exhaust gas temperature increase request.
次にECU40は、算出された開弁中温度が継続可能温度以上であるか否かを判定する(ステップS7)。継続可能温度とは、水素燃料と筒内のガスとの混合気の着火性を確保できる温度の下限値である。上述したように、水素燃料はガソリン燃料や軽油よりも着火性に優れている。このため継続可能温度は、ガソリン燃料や軽油を用いた場合よりも低い値に設定されている。尚、混合気の着火に点火プラグ16を用いる場合には用いない場合よりも、継続可能温度は低い値に設定される。 Next, the ECU 40 determines whether the calculated valve-open temperature is above the sustainable temperature (step S7). The sustainable temperature is the lower limit of the temperature at which the ignition of the hydrogen fuel-gas mixture can be ensured. As mentioned above, hydrogen fuel has superior ignition properties compared to gasoline or diesel fuel. Therefore, the sustainable temperature is set lower than when using gasoline or diesel fuel. Furthermore, when using a spark plug 16 for ignition of the mixture, the sustainable temperature is set lower than when not using a spark plug.
ステップS7でYesの場合、ECU40は上述した継続ポスト噴射を実行する(ステップS8)。尚、上述したように、算出された開弁中温度は、排気弁27の開弁タイミングでの実際の筒内温度よりも低い。このように開弁タイミングでの実際の筒内温度よりも低く算出された開弁中温度が継続可能温度以上の場合には、開弁タイミングでの実際の筒内温度も継続可能温度より十分に高いと考えられる。このため、開弁タイミングでの混合気の着火性は確保されているものとみなして、継続ポスト噴射が実行される。 If the answer in step S7 is Yes, the ECU 40 performs the continuous post-injection described above (step S8). As mentioned above, the calculated valve-open temperature is lower than the actual in-cylinder temperature at the valve-opening timing of the exhaust valve 27. If the calculated valve-open temperature, which is lower than the actual in-cylinder temperature at the valve-opening timing, is above the sustainable temperature, then the actual in-cylinder temperature at the valve-opening timing is considered to be sufficiently higher than the sustainable temperature. Therefore, it is assumed that the ignition of the air-fuel mixture at the valve-opening timing is ensured, and continuous post-injection is performed.
ステップS7でNoの場合、ECU40は上述した通常ポスト噴射を実行する(ステップS9)。開弁中温度が継続可能温度未満の場合には、排気弁27の開弁タイミングで混合気が着火しないおそれがあるからである。 If the answer in step S7 is No, the ECU 40 performs the normal post-injection described above (step S9). This is because if the temperature during valve opening is below the sustainable temperature, there is a risk that the fuel-air mixture will not ignite at the timing of the exhaust valve 27 opening.
次に継続ポスト噴射の開始CA[deg]と終了CA[deg]との算出について説明する。図6Aは、継続ポスト噴射の開始CAと終了CAとの算出の説明図である。最初に、継続ポスト噴射による水素燃料の噴射量が算出される。継続ポスト噴射量[cc]はメイン噴射量の数%~10%程度である。次に、継続ポスト噴射量をポスト噴射流量[cc/s]で除算して、噴射時間[s]が算出される。次に、噴射時間をクランク角度に換算した噴射期間b[deg]が算出される。終了CAは、開弁CA[deg]に所定の継続期間a[deg]を加算することにより算出される。継続期間aは、排気弁27の開弁タイミングからのポスト噴射の継続期間である。継続期間aは、エンジン10が高回転であるほど、及び吸気流量が大きいほど、大きい値として算出される。開始CAは、終了CAから上述した噴射期間bを減算することにより算出される。 Next, we will explain the calculation of the start CA [deg] and end CA [deg] of continuous post-injection. Figure 6A is an explanatory diagram for the calculation of the start CA and end CA of continuous post-injection. First, the amount of hydrogen fuel injected by continuous post-injection is calculated. The continuous post-injection amount [cc] is approximately a few percent to 10% of the main injection amount. Next, the injection time [s] is calculated by dividing the continuous post-injection amount by the post-injection flow rate [cc/s]. Next, the injection period b [deg] is calculated by converting the injection time into crank angle. The end CA is calculated by adding a predetermined duration a [deg] to the valve opening CA [deg]. The duration a is the duration of post-injection from the opening timing of the exhaust valve 27. The duration a is calculated to be a larger value the higher the engine rotation speed and the larger the intake air flow rate. The start CA is calculated by subtracting the above-mentioned injection period b from the end CA.
図6Bは、通常ポスト噴射の開始CAと終了CAとの算出の説明図である。上述した方法で噴射期間b[deg]が算出される。終了CAは、開弁CAから所定の余裕期間c[deg]を減算することにより算出される。余裕期間cは、排気弁27の開弁前にポスト噴射を停止した場合に、開弁前に筒内での燃焼が終了するポスト噴射の停止のクランク角度である。余裕期間cは、エンジン10の回転数が高いほど大きい値として算出される。エンジン10の回転数が高いほど、早期にポスト噴射を停止しないと開弁タイミングでも燃焼が継続しているおそれがあるからである。開始CAは、終了CAに噴射期間bを加算することにより算出される。 Figure 6B is an explanatory diagram for the calculation of the start CA and end CA of normal post-injection. The injection period b [deg] is calculated using the method described above. The end CA is calculated by subtracting a predetermined margin period c [deg] from the valve opening CA. The margin period c is the crank angle at which post-injection stops if it is stopped before the exhaust valve 27 opens, resulting in combustion in the cylinder ending before the valve opens. The margin period c is calculated as a larger value as the engine speed 10 increases. This is because, at higher engine speeds, if post-injection is not stopped earlier, combustion may continue even at the valve opening timing. The start CA is calculated by adding the injection period b to the end CA.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist of the invention as described in the claims.
1 エンジンシステム
10 エンジン(内燃機関)
11 気筒
40 ECU(燃料噴射制御装置、算出部、噴射制御部)
1. Engine System 10. Engine (Internal Combustion Engine)
11 cylinders, 40 ECUs (fuel injection control unit, calculation unit, injection control unit)
Claims (4)
膨張行程での前記内燃機関の排気弁の開弁中の筒内温度である開弁中温度を算出する算出部と、
筒内温度がポスト噴射による排気の昇温が効果的となる筒内温度の上限値となった時点でのクランク角度が、ポスト噴射の開始が可能なクランク角度の上限値以下の場合であって、前記開弁中温度が水素燃料と筒内のガスとの混合気の着火性を確保できる温度の下限値以上の場合に、前記ポスト噴射を前記排気弁の開弁前から開始して前記排気弁の開弁中も継続する噴射制御部と、を備えた水素燃料を用いた内燃機関の燃料噴射制御装置。 In a fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuel, which performs post-injection by injecting hydrogen fuel from an in-cylinder injection valve during the expansion stroke,
A calculation unit that calculates the open temperature, which is the in-cylinder temperature of the exhaust valve of the internal combustion engine while it is open during the expansion stroke,
A fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuel, comprising: an injection control unit that starts post-injection before the exhaust valve opens and continues it while the exhaust valve is open, when the crank angle at which the in-cylinder temperature reaches the upper limit of the in-cylinder temperature at which the heating of the exhaust by post-injection becomes effective is less than or equal to the upper limit of the crank angle at which post-injection can be started, and the temperature during valve opening is above the lower limit of the temperature at which the ignition of the mixture of hydrogen fuel and gas in the cylinder can be ensured.
前記算出部は、膨張行程であって前記排気弁の開弁前の所定のタイミングでの基準筒内温度と基準筒内容積と、前記排気弁が開弁した開弁タイミングでの筒内容積と前記排気弁から前記タービンまでの前記排気通路の通路容積との合計値である開弁中容積と、に基づいて前記開弁中温度を算出する、請求項1の水素燃料を用いた内燃機関の燃料噴射制御装置。 A turbocharger turbine is located in the exhaust passage connected to the internal combustion engine.
The calculation unit calculates the valve-opening temperature based on a reference cylinder temperature and reference cylinder volume at a predetermined timing during the expansion stroke before the exhaust valve opens, and a valve-opening volume which is the sum of the cylinder volume at the valve-opening timing when the exhaust valve opens and the passage volume of the exhaust passage from the exhaust valve to the turbine, according to claim 1 , a fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuel.
前記算出部は、膨張行程であって前記排気弁の開弁前の所定のタイミングでの基準筒内温度と基準筒内容積と、前記排気弁が開弁した開弁タイミングでの筒内容積と前記排気弁から前記触媒までの前記排気通路の通路容積との合計値である開弁中容積と、に基づいて前記開弁中温度を算出する、請求項1の水素燃料を用いた内燃機関の燃料噴射制御装置。 A catalyst is placed in the exhaust passage connected to the internal combustion engine.
The calculation unit calculates the valve-opening temperature based on a reference cylinder temperature and reference cylinder volume at a predetermined timing during the expansion stroke before the exhaust valve opens, and a valve-opening volume which is the sum of the cylinder volume at the valve-opening timing when the exhaust valve opens and the passage volume of the exhaust passage from the exhaust valve to the catalyst, according to claim 1 , a fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuel.
前記基準筒内容積は、筒内温度が前記ピーク温度となる場合での筒内容積であり、
前記算出部は、前記内燃機関の回転数、トルク、及び点火時期に基づいて、前記基準筒内温度と前記基準筒内容積とを算出する、請求項2の水素燃料を用いた内燃機関の燃料噴射制御装置。
The aforementioned reference cylinder temperature is the peak temperature, which is the maximum value of the cylinder temperature during the expansion stroke.
The aforementioned standard cylinder volume is the cylinder volume when the internal temperature reaches the peak temperature.
The fuel injection control device for an internal combustion engine using hydrogen fuel according to claim 2 , wherein the calculation unit calculates the reference cylinder temperature and the reference cylinder volume based on the rotational speed, torque, and ignition timing of the internal combustion engine.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000045828A (en) | 1998-08-04 | 2000-02-15 | Toyota Motor Corp | Fuel injection control device for internal combustion engine |
| JP2000170556A (en) | 1998-12-08 | 2000-06-20 | Mitsubishi Motors Corp | Exhaust valve operation control device for internal combustion engine |
| JP2002227704A (en) | 2001-02-01 | 2002-08-14 | Nissan Motor Co Ltd | Exhaust purification system for in-cylinder direct injection internal combustion engine |
| JP2004316441A (en) | 2003-04-11 | 2004-11-11 | Hino Motors Ltd | How to raise the temperature of the particulate filter |
| JP2007303321A (en) | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Suzuki Motor Corp | Exhaust gas purification system for hydrogen engine |
| JP2009235920A (en) | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Denso Corp | Fuel injection control device of cylinder injection internal combustion engine with supercharger |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3885302B2 (en) * | 1997-07-30 | 2007-02-21 | 日産自動車株式会社 | In-cylinder direct injection spark ignition engine exhaust purification system |
-
2023
- 2023-04-07 JP JP2023062672A patent/JP7841469B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000045828A (en) | 1998-08-04 | 2000-02-15 | Toyota Motor Corp | Fuel injection control device for internal combustion engine |
| JP2000170556A (en) | 1998-12-08 | 2000-06-20 | Mitsubishi Motors Corp | Exhaust valve operation control device for internal combustion engine |
| JP2002227704A (en) | 2001-02-01 | 2002-08-14 | Nissan Motor Co Ltd | Exhaust purification system for in-cylinder direct injection internal combustion engine |
| JP2004316441A (en) | 2003-04-11 | 2004-11-11 | Hino Motors Ltd | How to raise the temperature of the particulate filter |
| JP2007303321A (en) | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Suzuki Motor Corp | Exhaust gas purification system for hydrogen engine |
| JP2009235920A (en) | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Denso Corp | Fuel injection control device of cylinder injection internal combustion engine with supercharger |
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