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JP2007162600A - Engine system - Google Patents

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JP2007162600A JP2005361286A JP2005361286A JP2007162600A JP 2007162600 A JP2007162600 A JP 2007162600A JP 2005361286 A JP2005361286 A JP 2005361286A JP 2005361286 A JP2005361286 A JP 2005361286A JP 2007162600 A JP2007162600 A JP 2007162600A
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守良 粟坂
Junichi Takanashi
淳一 高梨
Masanobu Takazawa
正信 高沢
Yasuhiro Urata
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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Abstract

【課題】 比較的簡易かつ安価な構成を採りながら、確実な他気筒EGRを実現したエンジンシステムを提供する。
【解決手段】 排気装置5は、各気筒の第1排気ポート12に接続される第1マニホールド21と、第1マニホールド21の下方に位置して各気筒の第2排気ポート13に接続される第2マニホールド22と、接続管23の下端と第2マニホールド22との間に介装された排気制御弁24と、排気制御弁24を開閉駆動するアクチュエータ25とを主要構成要素としている。アクチュエータ25は、円筒状のアクチュエータボディ41と、アクチュエータボディ41内を負圧室42と正圧室43とに画成するダイヤフラム44と、ダイヤフラム44の中央に連結されたロッド45と、ロッド45をアクチュエータボディ41内に引き込む(すなわち、弁体32を閉鎖方向に常時付勢する)圧縮コイルばね46とを備えている。
【選択図】 図2
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine system realizing a reliable other cylinder EGR while adopting a relatively simple and inexpensive configuration.
An exhaust device 5 includes a first manifold 21 connected to a first exhaust port 12 of each cylinder, and a first manifold 21 positioned below the first manifold 21 and connected to a second exhaust port 13 of each cylinder. The main components are the two manifolds 22, an exhaust control valve 24 interposed between the lower end of the connection pipe 23 and the second manifold 22, and an actuator 25 that opens and closes the exhaust control valve 24. The actuator 25 includes a cylindrical actuator body 41, a diaphragm 44 that defines the inside of the actuator body 41 into a negative pressure chamber 42 and a positive pressure chamber 43, a rod 45 connected to the center of the diaphragm 44, and a rod 45. And a compression coil spring 46 that is drawn into the actuator body 41 (that is, constantly biases the valve body 32 in the closing direction).
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、予混合圧縮着火モード等で他気筒EGRを行うエンジンシステムに関する。   The present invention relates to an engine system that performs other cylinder EGR in a premixed compression ignition mode or the like.

近年、熱効率の向上や有害排出ガス成分の減少等を図るべく、予混合圧縮着火(Homogeneous Charged Compression Ignition:以下、HCCIと記す)モードでの運転を行う内燃機関の開発が進められている。HCCIモードは、DME(ジメチルエーテル)やn−ブタン等の燃料と空気とを均一に混合した予混合気を燃焼室に導入した後、ピストンにより圧縮することで高温・高圧にして多点同時的に予混合気を自己着火させるものであるが、着火時期の制御が難しいことから、運転状況に応じてHCCIモードと火花点火(Spark Ignition: 以下、SIと記す)モードと切り換えて行うことが一般的である。なお、HCCIモードでの運転では、着火に至るまでピストンによる圧縮によってのみ混合気の温度が上昇するため、着火時期の制御には圧縮開始時の筒内ガス温度が重要なファクターとなる。   In recent years, in order to improve thermal efficiency, reduce harmful exhaust gas components, and the like, development of internal combustion engines that operate in a premixed compression ignition (HCI) mode has been promoted. In the HCCI mode, a premixed gas in which fuel such as DME (dimethyl ether) or n-butane is uniformly mixed with air is introduced into the combustion chamber, and then compressed by a piston to achieve high temperature and high pressure at multiple points simultaneously. Although the premixed gas is self-ignited, it is difficult to control the ignition timing, so it is common to switch between HCCI mode and Spark Ignition (hereinafter referred to as SI) mode according to the operating conditions. It is. In the operation in the HCCI mode, the temperature of the air-fuel mixture rises only by compression by the piston until ignition occurs. Therefore, the in-cylinder gas temperature at the start of compression is an important factor for controlling the ignition timing.

そこで、HCCIモードで運転される内燃機関では、圧縮開始時の筒内ガス温度を高めるべく、ある気筒の排気ガスをEGR(Exhaust gas recirculation:排気ガス再循環)ガスとして他の気筒に導入する他気筒EGRが一般に採用されている。他気筒EGRとしては、排気行程と吸気行程とが互いにラップする気筒(4気筒の場合には、第1気筒−第4気筒、第2気筒−第3気筒)のEGRポートをEGR配管で連通させるとともに、EGRポートに可変動弁機構によって駆動されるEGR弁を設置し、HCCIモード時にのみEGR配管を連通させるようにしたものが提案されている(特許文献1参照)。また、SIモードでのみ運転される内燃機関の他気筒EGRとしては、各気筒に一対の排気ポートを設けるとともに、これら排気ポートに接続される排気マニホールド内に2つのフラップバルブを配置し、運転状態に応じてこれらフラップバルブの開度を変化させることで他気筒EGR時のEGRガス量を制御するもの(特許文献2参照)が提案されている。
特開2005−61324号公報 特開2004−124758号公報
Therefore, in an internal combustion engine operated in the HCCI mode, in order to increase the in-cylinder gas temperature at the start of compression, the exhaust gas of a certain cylinder is introduced into other cylinders as EGR (Exhaust gas recirculation) gas. A cylinder EGR is generally employed. As the other cylinders EGR, the EGR ports of the cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap each other (in the case of four cylinders, the first cylinder—the fourth cylinder, the second cylinder—the third cylinder) are communicated by EGR piping. At the same time, an EGR valve that is driven by a variable valve mechanism is installed in the EGR port so that the EGR pipe communicates only in the HCCI mode (see Patent Document 1). Further, as the other cylinder EGR of the internal combustion engine operated only in the SI mode, a pair of exhaust ports are provided in each cylinder, and two flap valves are arranged in the exhaust manifold connected to these exhaust ports, and the operating state In response to this, there has been proposed one that controls the amount of EGR gas at the time of other cylinder EGR by changing the opening degree of these flap valves (see Patent Document 2).
JP 2005-61324 A JP 2004-124758 A

上述した特許文献1の他気筒EGRには、排気マニホールドとEGR配管とが個別に設けられ、EGR弁の駆動に可変動弁機構が用いられることから、他気筒EGRを行わない場合の排気効率を高めることが難しくなる他、排気装置も大型かつ複雑なものとなって重量や製造コストが増大するという問題があった。また、特許文献2の他気筒EGRには、HCCIモードで運転される内燃機関に適用した場合、フラップバルブの作動を監視していないことから、EGRガスの導入がHCCIモードでの運転時に失火等が生じる虞があった。例えば、フラップバルブのアクチュエータが故障した場合、制御装置がアクチュエータに閉弁指令を出力しても、フラップバルブが完全に閉鎖しなくなることがある。すると、排気マニホールドの内圧が上昇しなくなり、他気筒EGRが円滑に行えなくなって、HCCIモードで要求される圧縮開始時の筒内ガス温度が得られなくなるのである。   Since the exhaust cylinder and the EGR pipe are separately provided in the other cylinder EGR of Patent Document 1 described above and a variable valve mechanism is used to drive the EGR valve, the exhaust efficiency when the other cylinder EGR is not performed is improved. In addition to being difficult to increase, there is a problem in that the exhaust device becomes large and complicated, increasing the weight and manufacturing cost. In addition, since the operation of the flap valve is not monitored in the other cylinder EGR of Patent Document 2 when applied to an internal combustion engine operated in the HCCI mode, misfire, etc. occurs when the EGR gas is introduced in the HCCI mode. There was a risk of occurrence. For example, when a flap valve actuator fails, the flap valve may not be completely closed even if the control device outputs a valve closing command to the actuator. Then, the internal pressure of the exhaust manifold does not increase, the other cylinders EGR cannot be performed smoothly, and the in-cylinder gas temperature at the start of compression required in the HCCI mode cannot be obtained.

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、比較的簡易かつ安価な構成を採りながら、確実な他気筒EGRを実現したエンジンシステムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide an engine system that realizes a reliable other cylinder EGR while adopting a relatively simple and inexpensive configuration.

請求項1の発明に係るエンジンシステムは、第1排気ポートと第2排気ポートとを各気筒に有する多気筒内燃機関を中核とするエンジンシステムであって、前記各気筒の第1排気ポートに接続され、当該第1排気ポートから排出された排気を集合させる第1排気マニホールドと、前記各気筒の第2排気ポートに接続され、当該第2排気ポートから排出された排気を集合させて排気管側に排出する第2排気マニホールドと、前記第1排気マニホールドと前記第2排気マニホールドとを接続する接続通路と、前記接続通路の開閉に供される排気制御弁と、前記排気制御弁を開閉駆動するアクチュエータと、前記排気制御弁を閉鎖方向に常時付勢する付勢手段とを有する排気装置を備えたことを特徴とする。   An engine system according to a first aspect of the present invention is an engine system having a multi-cylinder internal combustion engine having a first exhaust port and a second exhaust port in each cylinder as a core, and connected to the first exhaust port of each cylinder. A first exhaust manifold that collects exhaust exhausted from the first exhaust port, and a second exhaust port connected to the second exhaust port of each of the cylinders, and collects exhaust exhausted from the second exhaust port to the exhaust pipe side A second exhaust manifold that exhausts the exhaust gas, a connection passage that connects the first exhaust manifold and the second exhaust manifold, an exhaust control valve that is used to open and close the connection passage, and an open / close drive for the exhaust control valve An exhaust device having an actuator and an urging means for constantly urging the exhaust control valve in the closing direction is provided.

また、請求項2の発明に係るエンジンシステムは、第1排気ポートと第2排気ポートとを各気筒に有する多気筒内燃機関を中核とし、火花点火モードと予混合圧縮着火モードとのどちらかの運転モードで運転されるエンジンシステムであって、前記各気筒の第1排気ポートに接続され、当該第1排気ポートから排出された排気を集合させる第1排気マニホールドと、前記各気筒の第2排気ポートに接続され、当該第2排気ポートから排出された排気を集合させて排気管側に排出する第2排気マニホールドと、前記第1排気マニホールドと前記第2排気マニホールドとを接続する接続通路と、前記接続通路の開閉に供される排気制御弁と、前記排気制御弁を開閉駆動するアクチュエータとを有する排気装置を備え、前記花点火モードから前記予混合圧縮着火モードへの切り換えは、前記排気制御弁が閉鎖状態にあることを検出した後に行うことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an engine system having, as a core, a multi-cylinder internal combustion engine having a first exhaust port and a second exhaust port in each cylinder, wherein either the spark ignition mode or the premixed compression ignition mode is selected. An engine system operated in an operation mode, wherein the first exhaust manifold is connected to the first exhaust port of each cylinder and collects exhaust exhausted from the first exhaust port, and the second exhaust of each cylinder. A second exhaust manifold that is connected to the port and collects exhaust exhausted from the second exhaust port and exhausts the exhaust to the exhaust pipe side, a connection passage connecting the first exhaust manifold and the second exhaust manifold, An exhaust device having an exhaust control valve for opening and closing the connection passage and an actuator for opening and closing the exhaust control valve; Switching to focus compression ignition mode, and performing after the exhaust control valve detects that in the closed state.

また、請求項3の発明に係るエンジンシステムは、請求項2に記載のエンジンシステムにおいて、前記アクチュエータまたは前記排気制御弁の作動状態を検出する作動状態検出手段を更に備え、前記排気制御弁が閉鎖状態にあることの検出を前記作動状態検出手段の検出結果に基づき行うことを特徴とする。   The engine system according to a third aspect of the present invention is the engine system according to the second aspect, further comprising operating state detecting means for detecting an operating state of the actuator or the exhaust control valve, wherein the exhaust control valve is closed. The detection of being in a state is performed based on the detection result of the operating state detecting means.

また、請求項4の発明に係るエンジンシステムは、請求項2に記載のエンジンシステムにおいて、前記第2排気マニホールド内の排気ガス温度を検出する第1温度検出手段と、前記接続通路内の排気ガス温度を検出する第2温度検出手段とを更に備え、前記排気制御弁が閉鎖状態にあることの検出を前記第1温度検出手段の検出結果と前記第2温度検出手段の検出結果とに基づき行うことを特徴とするる。   An engine system according to a fourth aspect of the present invention is the engine system according to the second aspect, wherein the first temperature detecting means for detecting the exhaust gas temperature in the second exhaust manifold, and the exhaust gas in the connection passage. Second temperature detection means for detecting temperature, and detecting that the exhaust control valve is in a closed state based on a detection result of the first temperature detection means and a detection result of the second temperature detection means. It is characterized by that.

請求項1のエンジンシステムによれば、何らかの原因でアクチュエータが失陥しても、付勢手段により排気制御弁が閉鎖されるため、他気筒EGRが行われてHCCIモードでの運転が可能となる。また、請求項2〜請求項4のエンジンシステムによれば、排気制御弁が閉鎖状態にあることを検出した後にHCCIモードに切り換えるため、排気制御弁の不完全閉鎖等に起因する失火が起こり難くなる。   According to the engine system of the first aspect, even if the actuator fails for some reason, the exhaust control valve is closed by the urging means, so that the other cylinder EGR is performed and the operation in the HCCI mode becomes possible. . According to the engine system of claims 2 to 4, since the exhaust control valve is switched to the HCCI mode after detecting that the exhaust control valve is in the closed state, misfire due to incomplete closure of the exhaust control valve is unlikely to occur. Become.

以下、図面を参照して、本発明を適用したエンジンシステムの2つの実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, two embodiments of an engine system to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は第1実施形態に係るエンジンシステムの模式的構成図であり、図2は第1実施形態に係る排気装置の斜視図であり、図3は第1実施形態に係る排気装置の正面図であり、図4は第1実施形態に係る排気制御弁の内部構造を示す斜視図であり、図5は第1実施形態に係るアクチュエータの縦断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system according to the first embodiment, FIG. 2 is a perspective view of the exhaust device according to the first embodiment, and FIG. 3 is a front view of the exhaust device according to the first embodiment. 4 is a perspective view showing the internal structure of the exhaust control valve according to the first embodiment, and FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the actuator according to the first embodiment.

<第1実施形態の構成>
図1に示すエンジンシステムは、多気筒内燃機関である直列4気筒内燃機関(以下、エンジンと記す)1を中核に、エアクリーナ2やサージタンク3、吸気マニホールド4等からなる吸気系と、排気装置5や排気管6、キャタライザ7、マフラー8等からなる排気系と、各種制御プログラムや運転情報に基づきエンジン制御を行うECU(エンジン制御ユニット)9とを備えている。
<Configuration of First Embodiment>
The engine system shown in FIG. 1 includes an in-line four-cylinder internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1 that is a multi-cylinder internal combustion engine, an intake system including an air cleaner 2, a surge tank 3, an intake manifold 4, and the like, and an exhaust device. 5, an exhaust pipe 6, a catalyzer 7, a muffler 8, and the like, and an ECU (engine control unit) 9 that performs engine control based on various control programs and operation information.

エンジン1のシリンダヘッド10には、各気筒ごとに、吸気ポート11や、第1排気ポート12、第2排気ポート13、筒内噴射用燃料噴射弁14、点火プラグ15が設けられている。また、吸気マニホールド4には、各気筒ごとに、吸気管噴射用燃料噴射弁16が設けられている。   The cylinder head 10 of the engine 1 is provided with an intake port 11, a first exhaust port 12, a second exhaust port 13, an in-cylinder injection fuel injection valve 14, and a spark plug 15 for each cylinder. The intake manifold 4 is provided with an intake pipe injection fuel injection valve 16 for each cylinder.

図2にも示すように、排気装置5は、各気筒の第1排気ポート12に接続される第1マニホールド21と、第1マニホールド21の下方に位置して各気筒の第2排気ポート13に接続される第2マニホールド22と、第1マニホールド21の集合部21aの側面に接続された略L字形状の接続管23と、接続管23の下端と第2マニホールド22との間に介装された排気制御弁24と、排気制御弁24を開閉駆動するアクチュエータ25とを主要構成要素としている。なお、図3に示すように、第2マニホールド22は、その集合部22aの直下に排気管6が接続されるとともに、集合部22aの直上に排気制御弁24が接続される接続管部22bを有している。なお、図1中の符号26は、アクチュエータ駆動用の負圧や正圧を供給制御するための電磁弁を示す。   As shown in FIG. 2, the exhaust device 5 includes a first manifold 21 connected to the first exhaust port 12 of each cylinder, and a second exhaust port 13 of each cylinder positioned below the first manifold 21. The second manifold 22 to be connected, the substantially L-shaped connecting pipe 23 connected to the side surface of the collecting portion 21a of the first manifold 21, and the lower end of the connecting pipe 23 and the second manifold 22 are interposed. The exhaust control valve 24 and the actuator 25 that opens and closes the exhaust control valve 24 are main components. As shown in FIG. 3, the second manifold 22 has a connecting pipe portion 22b to which the exhaust pipe 6 is connected immediately below the collecting portion 22a and to which the exhaust control valve 24 is connected immediately above the collecting portion 22a. Have. In addition, the code | symbol 26 in FIG. 1 shows the solenoid valve for supplying and controlling the negative pressure for actuator drive, and a positive pressure.

図4に示すように、排気制御弁24は鋳造品のバルブボディ31を外殻とし、バルブボディ31における第2マニホールド22側の開口31aを閉鎖する円板状の弁体32と、バルブボディ31に回動自在に支持されたシャフト33と、弁体32とシャフト33とを連結するアーム34とを有している。シャフト33の端部にはアクチュエータ25のロッド45(後述)が連結されるレバー35が固着されており、シャフト33が図4中で反時計回りに回動することによって弁体32が全閉位置から全開位置に駆動される。   As shown in FIG. 4, the exhaust control valve 24 has a disc-shaped valve body 32 that closes an opening 31 a on the second manifold 22 side in the valve body 31, and a valve body 31. And a shaft 33 that is rotatably supported, and an arm 34 that connects the valve body 32 and the shaft 33 to each other. A lever 35 to which a rod 45 (described later) of the actuator 25 is connected is fixed to an end of the shaft 33, and the valve body 32 is fully closed by rotating the shaft 33 counterclockwise in FIG. To the fully open position.

図5に示すように、アクチュエータ25は、円筒状のアクチュエータボディ41と、アクチュエータボディ41内を負圧室42と正圧室43とに画成するダイヤフラム44と、ダイヤフラム44の中央に連結されたロッド45と、ロッド45をアクチュエータボディ41内に引き込む(すなわち、弁体32を閉鎖方向に常時付勢する)圧縮コイルばね(付勢手段)46とを備えている。アクチュエータボディ41には、負圧室42にバキュームチューブ51を接続する負圧パイプ47と、正圧室43にエアチューブ52を接続する正圧パイプ48とが設けられており、バキュームチューブ51からの負圧やエアチューブ52からの正圧が供給されることにより、圧縮コイルばね46の付勢力に打ち勝ってロッド45がアクチュエータボディ41から突出する。また、アクチュエータボディ41には、ロッド45の作動量(すなわち、弁体32の開弁量)を検出するリフトセンサ(作動状態検出手段)49が設置されている。   As shown in FIG. 5, the actuator 25 is connected to a cylindrical actuator body 41, a diaphragm 44 defining the inside of the actuator body 41 into a negative pressure chamber 42 and a positive pressure chamber 43, and the center of the diaphragm 44. A rod 45 and a compression coil spring (biasing means) 46 that pulls the rod 45 into the actuator body 41 (that is, constantly biases the valve body 32 in the closing direction) are provided. The actuator body 41 is provided with a negative pressure pipe 47 that connects the vacuum tube 51 to the negative pressure chamber 42, and a positive pressure pipe 48 that connects the air tube 52 to the positive pressure chamber 43. By supplying negative pressure or positive pressure from the air tube 52, the rod 45 protrudes from the actuator body 41 by overcoming the urging force of the compression coil spring 46. The actuator body 41 is provided with a lift sensor (operating state detecting means) 49 for detecting the operating amount of the rod 45 (that is, the valve opening amount of the valve body 32).

ECU9は、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置(ROM,RAM等)や、中央処理装置(CPU)等から構成されており、筒内噴射用燃料噴射弁14や点火プラグ15、吸気管噴射用燃料噴射弁16、アクチュエータ25等を駆動制御する。また、ECU9には、図示しないエアフローセンサやO2センサ、エンジン回転速度センサ、アクセル開度センサ等からの運転情報の他、上述したリフトセンサ49の検出信号が入力する。   The ECU 9 includes an input / output device (not shown), a storage device (ROM, RAM, etc.) used for storing a control program, a control map, and the like, a central processing unit (CPU), and the like. The valve 14, the spark plug 15, the intake pipe injection fuel injection valve 16, the actuator 25, etc. are driven and controlled. In addition to the operation information from an air flow sensor, O2 sensor, engine speed sensor, accelerator opening sensor, etc. (not shown), the detection signal of the lift sensor 49 described above is input to the ECU 9.

<第1実施形態の作用>
エンジンシステムが起動すると、ECU9は、各種センサから入力した運転情報に基づき、例えば、アイドル運転領域や高負荷運転領域ではSIモードとし、中低負荷運転領域ではHCCIモードとして運転制御を行う。SIモードにおいて、ECU9は、排気制御弁24を開放することにより、第1マニホールド21と第2マニホールド22とを共に排気管6に連通させて排気効率の向上を図る。また、HCCIモードにおいて、ECU9は、アクチュエータ25に負圧や正圧を供給することによって排気制御弁24を閉鎖させ、第1マニホールド21を他気筒EGR通路として吸気行程にある気筒に所定量のEGRガスを導入させる。これにより、高負荷運転領域における排気効率が向上して、出力や燃費の向上が図られる一方、中低負荷運転領域における燃焼効率の向上や有害排出ガス成分の削減が実現される。
<Operation of First Embodiment>
When the engine system is activated, the ECU 9 performs the operation control based on the operation information input from various sensors, for example, the SI mode in the idle operation region and the high load operation region, and the HCCI mode in the medium and low load operation region. In the SI mode, the ECU 9 opens the exhaust control valve 24 so that both the first manifold 21 and the second manifold 22 communicate with the exhaust pipe 6 to improve the exhaust efficiency. Further, in the HCCI mode, the ECU 9 closes the exhaust control valve 24 by supplying a negative pressure or a positive pressure to the actuator 25 and sets a predetermined amount of EGR to the cylinders in the intake stroke with the first manifold 21 as the other cylinder EGR passage. Introduce gas. As a result, the exhaust efficiency in the high load operation region is improved, and the output and fuel consumption are improved. On the other hand, the combustion efficiency is improved and the harmful exhaust gas components are reduced in the medium and low load operation region.

第1実施形態では、エンジンシステムの運転領域が高負荷運転領域から中低負荷運転領域に変化した場合、ECU9は、先ずアクチュエータ25に負圧や正圧を供給して排気制御弁24を閉弁させ、リフトセンサ49の出力信号に基づき排気制御弁24が完全に閉鎖したことを認識した場合にのみ、運転モードをSIモードからHCCIモードに移行させる。これにより、エンジンシステムは、排気制御弁24の閉鎖が不完全な状態ではHCCIモードに移行しなくなるため、筒内ガス温度の低下に起因する予期しない失火の発生が抑制される。   In the first embodiment, when the operation region of the engine system changes from the high load operation region to the medium / low load operation region, the ECU 9 first supplies negative pressure or positive pressure to the actuator 25 to close the exhaust control valve 24. Only when it is recognized that the exhaust control valve 24 is completely closed based on the output signal of the lift sensor 49, the operation mode is shifted from the SI mode to the HCCI mode. As a result, the engine system does not shift to the HCCI mode when the exhaust control valve 24 is incompletely closed, so that an unexpected misfire due to a decrease in the in-cylinder gas temperature is suppressed.

一方、第1実施形態では、何らかの原因でアクチュエータ25に負圧や正圧が供給できなくなったり、ダイヤフラムの破損等によってアクチュエータ25が作動しなくなったりした場合、圧縮コイルばね46の付勢力によりロッド45がアクチュエータボディ41内に引き込まれ、排気制御弁24の弁体32が常に閉鎖状態となる。これにより、アクチュエータ25の失陥時においても、第1マニホールド21が他気筒EGR通路として機能することになり、エンジンシステムをHCCIモードで運転することが可能となる。なお、SIモードにおいては、排気が第2マニホールド22からのみ排気管6に排出されることになるが、全開加速走行時等を除く通常の高負荷運転領域では十分な排気効率を確保できる。   On the other hand, in the first embodiment, when the negative pressure or positive pressure cannot be supplied to the actuator 25 for some reason, or the actuator 25 becomes inoperable due to a diaphragm breakage or the like, the rod 45 is biased by the urging force of the compression coil spring 46. Is pulled into the actuator body 41, and the valve body 32 of the exhaust control valve 24 is always closed. As a result, even when the actuator 25 fails, the first manifold 21 functions as the other cylinder EGR passage, and the engine system can be operated in the HCCI mode. In the SI mode, exhaust is discharged only from the second manifold 22 to the exhaust pipe 6, but sufficient exhaust efficiency can be ensured in a normal high-load operation region except during full-open acceleration traveling.

[第2実施形態]
図6は第2実施形態に係る排気装置の正面図であり、図7は第2実施形態に係る排気制御弁の全閉状態判定マップである。
第2実施形態は、上述した第1実施形態と略同様の全体構成を採っているが、排気制御弁24の閉鎖状態を検出する形態が異なっている。第2実施形態の場合、図6に示すように、第2マニホールド22には、集合部22aでの排気ガス温度Tex1を検出する第1温度センサ(第1温度検出手段)55と、接続管部22bでの排気ガス温度Tex2を検出する第2温度センサ(第2温度検出手段)56とが設置され、両温度センサ55,56の検出結果がECU9に出力されるようになっている。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a front view of the exhaust device according to the second embodiment, and FIG. 7 is a fully closed state determination map of the exhaust control valve according to the second embodiment.
The second embodiment has an overall configuration substantially similar to that of the first embodiment described above, but is different in the form in which the closed state of the exhaust control valve 24 is detected. In the case of the second embodiment, as shown in FIG. 6, the second manifold 22 includes a first temperature sensor (first temperature detection means) 55 that detects the exhaust gas temperature Tex1 in the collecting portion 22a, and a connecting pipe portion. A second temperature sensor (second temperature detection means) 56 for detecting the exhaust gas temperature Tex2 at 22b is installed, and the detection results of both temperature sensors 55, 56 are output to the ECU 9.

第2実施形態では、エンジンシステムの運転領域が高負荷運転領域から中低負荷運転領域に変化した場合、ECU9は、先ずアクチュエータ25に負圧や正圧を供給して排気制御弁24を閉弁させた後、第1温度センサ55から入力した排気ガス温度Tex1と第2温度センサ56から入力した排気ガス温度Tex2とに基づいて排気制御弁24の閉鎖状態を検出する。   In the second embodiment, when the operation region of the engine system changes from the high load operation region to the medium to low load operation region, the ECU 9 first supplies negative pressure or positive pressure to the actuator 25 to close the exhaust control valve 24. Then, the closed state of the exhaust control valve 24 is detected based on the exhaust gas temperature Tex1 input from the first temperature sensor 55 and the exhaust gas temperature Tex2 input from the second temperature sensor 56.

すなわち、排気制御弁24が完全に閉鎖した場合、接続管23から接続管部22bに至る部位に排気ガスが滞留するため、排気ガス温度Tex2は、接続管部22b表面の熱放射等によって急速に低下し、排気ガス温度Tex1に対して有意に低くなる。ところが、排気制御弁24が閉鎖が不完全であった場合、第1マニホールド21からの排気が通過することから、排気ガス温度Tex2の低下は殆ど起こらない。ECU9は、図7のマップにおいて、排気ガス温度Tex1と排気ガス温度Tex2とが完全閉弁領域(図7中にハッチングで示す)にあるか否かを判定し、この判定がYESであった場合にのみ、エンジンシステムの運転モードをSIモードからHCCIモードに移行させる。第2実施形態においても、エンジンシステムは、排気制御弁24の閉鎖が不完全な状態ではHCCIモードに移行しなくなるため、筒内ガス温度の低下に起因する予期しない失火の発生が抑制される。   That is, when the exhaust control valve 24 is completely closed, the exhaust gas stays in a portion from the connection pipe 23 to the connection pipe portion 22b. Therefore, the exhaust gas temperature Tex2 is rapidly increased by heat radiation on the surface of the connection pipe portion 22b. It decreases and becomes significantly lower than the exhaust gas temperature Tex1. However, when the exhaust control valve 24 is incompletely closed, the exhaust gas from the first manifold 21 passes, so that the exhaust gas temperature Tex2 hardly decreases. In the map of FIG. 7, the ECU 9 determines whether or not the exhaust gas temperature Tex1 and the exhaust gas temperature Tex2 are in the completely closed region (indicated by hatching in FIG. 7), and this determination is YES Only, the operation mode of the engine system is shifted from the SI mode to the HCCI mode. Also in the second embodiment, the engine system does not shift to the HCCI mode when the exhaust control valve 24 is incompletely closed, so that an unexpected misfire due to a decrease in the in-cylinder gas temperature is suppressed.

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態はSIモードとHCCIモードとで運転を行う直列4気筒内燃機関に本発明を適用したものであるが、本発明は、SIモードのみで運転を行う多気筒内燃機関や、3気筒内燃機関や5気筒以上の気筒を有する多気筒内燃機関等にも適用できる。また、上記第2実施形態では、第2温度検出手段を第2マニホールドの接続管部に設置したが、接続管や排気制御弁に設置してもよい。また、排気制御弁としてバタフライ弁やロータリ弁等を採用してもよいし、アクチュエータとしてバキュームアクチュエータや電動アクチュエータ、電磁アクチュエータ等を採用してもよい。また、排気制御弁を閉鎖方向に付勢する付勢手段として、捻りコイルばねや引張コイルばね等を弁体に付設してもよいし、排気制御弁が閉鎖状態にあることの検出を排気制御弁に設置したセンサによって行うようにしてもよい。その他、エンジンシステムや排気装置の具体的構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to an in-line four-cylinder internal combustion engine that operates in the SI mode and the HCCI mode. The present invention can also be applied to a cylinder internal combustion engine, a multi-cylinder internal combustion engine having five or more cylinders, and the like. Moreover, in the said 2nd Embodiment, although the 2nd temperature detection means was installed in the connection pipe part of the 2nd manifold, you may install in a connection pipe or an exhaust control valve. Further, a butterfly valve, a rotary valve, or the like may be employed as the exhaust control valve, and a vacuum actuator, an electric actuator, an electromagnetic actuator, or the like may be employed as the actuator. Further, as an urging means for urging the exhaust control valve in the closing direction, a torsion coil spring, a tension coil spring or the like may be attached to the valve body, or the exhaust control is detected when the exhaust control valve is in the closed state. You may make it carry out by the sensor installed in the valve. In addition, the specific configuration of the engine system and the exhaust device can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

第1実施形態に係るエンジンシステムの模式的構成図である。It is a typical lineblock diagram of the engine system concerning a 1st embodiment. 第1実施形態に係る排気装置の斜視図である。It is a perspective view of the exhaust apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る排気装置の正面図である。It is a front view of the exhaust apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る排気制御弁の内部構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the internal structure of the exhaust control valve which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るアクチュエータの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the actuator which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る排気装置の正面図である。It is a front view of the exhaust apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る排気制御弁の全閉状態判定マップである。It is a fully closed state determination map of the exhaust control valve which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(多気筒内燃機関)
5 排気装置
6 排気管
9 ECU
10 シリンダヘッド
12 第1排気ポート
13 第2排気ポート
21 第1マニホールド
22 第2マニホールド
22b 接続管部(接続通路)
24 排気制御弁
25 アクチュエータ
31 バルブボディ
46 圧縮コイルばね(付勢手段)
49 リフトセンサ(作動状態検出手段)
55 第1温度センサ(第1温度検出手段)
56 第2温度センサ(第2温度検出手段)
1 engine (multi-cylinder internal combustion engine)
5 Exhaust device 6 Exhaust pipe 9 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cylinder head 12 1st exhaust port 13 2nd exhaust port 21 1st manifold 22 2nd manifold 22b Connection pipe part (connection channel)
24 Exhaust control valve 25 Actuator 31 Valve body 46 Compression coil spring (biasing means)
49 Lift sensor (operating state detection means)
55 1st temperature sensor (1st temperature detection means)
56 Second temperature sensor (second temperature detecting means)

Claims (4)

第1排気ポートと第2排気ポートとを各気筒に有する多気筒内燃機関を中核とするエンジンシステムであって、
前記各気筒の第1排気ポートに接続され、当該第1排気ポートから排出された排気を集合させる第1排気マニホールドと、
前記各気筒の第2排気ポートに接続され、当該第2排気ポートから排出された排気を集合させて排気管側に排出する第2排気マニホールドと、
前記第1排気マニホールドと前記第2排気マニホールドとを接続する接続通路と、
前記接続通路の開閉に供される排気制御弁と、
前記排気制御弁を開閉駆動するアクチュエータと、
前記排気制御弁を閉鎖方向に常時付勢する付勢手段と
を有する排気装置を備えたことを特徴とするエンジンシステム。
An engine system having a multi-cylinder internal combustion engine having a first exhaust port and a second exhaust port in each cylinder as a core,
A first exhaust manifold connected to a first exhaust port of each cylinder and collecting exhaust discharged from the first exhaust port;
A second exhaust manifold that is connected to the second exhaust port of each cylinder, collects exhaust exhausted from the second exhaust port, and exhausts the exhaust to the exhaust pipe side;
A connection passage connecting the first exhaust manifold and the second exhaust manifold;
An exhaust control valve provided to open and close the connection passage;
An actuator for opening and closing the exhaust control valve;
An engine system comprising an exhaust device having urging means for constantly urging the exhaust control valve in a closing direction.
第1排気ポートと第2排気ポートとを各気筒に有する多気筒内燃機関を中核とし、火花点火モードと予混合圧縮着火モードとのどちらかの運転モードで運転されるエンジンシステムであって、
前記各気筒の第1排気ポートに接続され、当該第1排気ポートから排出された排気を集合させる第1排気マニホールドと、
前記各気筒の第2排気ポートに接続され、当該第2排気ポートから排出された排気を集合させて排気管側に排出する第2排気マニホールドと、
前記第1排気マニホールドと前記第2排気マニホールドとを接続する接続通路と、
前記接続通路の開閉に供される排気制御弁と、
前記排気制御弁を開閉駆動するアクチュエータと
を有する排気装置を備え、
前記花点火モードから前記予混合圧縮着火モードへの切り換えは、前記排気制御弁が閉鎖状態にあることを検出した後に行うことを特徴とするエンジンシステム。
An engine system that operates in one of a spark ignition mode and a premixed compression ignition mode with a multi-cylinder internal combustion engine having a first exhaust port and a second exhaust port in each cylinder as a core,
A first exhaust manifold connected to a first exhaust port of each cylinder and collecting exhaust discharged from the first exhaust port;
A second exhaust manifold that is connected to the second exhaust port of each cylinder, collects exhaust exhausted from the second exhaust port, and exhausts the exhaust to the exhaust pipe side;
A connection passage connecting the first exhaust manifold and the second exhaust manifold;
An exhaust control valve provided to open and close the connection passage;
An exhaust device having an actuator for opening and closing the exhaust control valve;
The engine system is characterized in that switching from the flower ignition mode to the premixed compression ignition mode is performed after detecting that the exhaust control valve is in a closed state.
前記アクチュエータまたは前記排気制御弁の作動状態を検出する作動状態検出手段を更に備え、前記排気制御弁が閉鎖状態にあることの検出を前記作動状態検出手段の検出結果に基づき行うことを特徴とする、請求項2に記載のエンジンシステム。   An operation state detection means for detecting an operation state of the actuator or the exhaust control valve is further provided, and detection that the exhaust control valve is in a closed state is performed based on a detection result of the operation state detection means. The engine system according to claim 2. 前記第2排気マニホールド内の排気ガス温度を検出する第1温度検出手段と、前記接続通路内の排気ガス温度を検出する第2温度検出手段とを更に備え、前記排気制御弁が閉鎖状態にあることの検出を前記第1温度検出手段の検出結果と前記第2温度検出手段の検出結果とに基づき行うことを特徴とする、請求項2に記載のエンジンシステム。   A first temperature detecting means for detecting an exhaust gas temperature in the second exhaust manifold; and a second temperature detecting means for detecting an exhaust gas temperature in the connection passage, wherein the exhaust control valve is in a closed state. The engine system according to claim 2, wherein the detection is performed based on a detection result of the first temperature detection means and a detection result of the second temperature detection means.
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