JP2009299623A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
内燃機関の筒内に形成されるスワールの強さを可変とする可変スワール装置が知られている。例えば、特開2004−100555号公報には、第一吸気バルブと第二吸気バルブのリフト量を同一とする場合と、第一吸気バルブと第二吸気バルブのリフト量を相違させる場合とを選択的に実行可能な可変動弁機構が開示されている。この機構によれば、第一吸気バルブと第二吸気バルブとのリフト量を相違させることによって、各バルブからの吸入流量を相違させ、筒内に強いスワールを発生させることが可能となる。 2. Description of the Related Art A variable swirl device that changes the strength of a swirl formed in a cylinder of an internal combustion engine is known. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-100555, a case where the lift amount of the first intake valve and the second intake valve is made the same and a case where the lift amount of the first intake valve and the second intake valve are made different are selected. A variable valve mechanism that is practically feasible is disclosed. According to this mechanism, by making the lift amounts of the first intake valve and the second intake valve different, the intake flow rate from each valve can be made different to generate a strong swirl in the cylinder.
可変スワール装置を備えた内燃機関においては、スモークの出易い中高負荷運転時に、スワールを強くすることにより、燃料と空気との混合を促進し、スモークを抑制することができる。 In an internal combustion engine equipped with a variable swirl device, the mixing of fuel and air can be promoted and smoke can be suppressed by strengthening the swirl during medium and high load operation where smoke is likely to occur.
しかしながら、低負荷領域から中高負荷領域へ移行する加速時において、可変スワール装置によってスワールを強くした場合、次のような問題がある。加速時には、過給の応答遅れ(いわゆるターボラグ)や、EGRガスの切り遅れが原因となって、新気が不足し易い。このような状態においてスワールを強くすると、流量係数が低下するため、新気量が更に減少する。その結果、加速不良やスモークの増大が生じ易い。 However, when the swirl is strengthened by the variable swirl device during the acceleration from the low load region to the medium / high load region, there are the following problems. At the time of acceleration, fresh air tends to be insufficient due to a delay in supercharging response (so-called turbo lag) and a delay in cutting off EGR gas. When the swirl is strengthened in such a state, the flow coefficient is lowered, so that the amount of fresh air is further reduced. As a result, acceleration failure and smoke increase are likely to occur.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、可変スワール装置を備えた内燃機関において、加速性能の向上や加速時のスモーク低減を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides an internal combustion engine control device capable of improving acceleration performance and reducing smoke during acceleration in an internal combustion engine including a variable swirl device. With the goal.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
低スワールモードと、内燃機関の筒内に形成されるスワールを前記低スワールモードに比して強くする高スワールモードとに切り替え可能な可変スワール装置と、
吸気弁開き時期を可変とする吸気可変動弁装置と、
所定運転領域において定常運転する場合に、前記可変スワール装置を前記高スワールモードとする定常運転制御手段と、
前記所定運転領域より負荷の低い領域から前記所定運転領域へ移行する過渡運転時に、前記吸気弁開き時期を前記所定運転領域での吸気弁開き時期より早くし、且つ前記可変スワール装置を前記低スワールモードとした状態を経由させる過渡運転制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
A variable swirl device that can be switched between a low swirl mode and a high swirl mode that makes a swirl formed in a cylinder of an internal combustion engine stronger than the low swirl mode;
An intake variable valve operating device that makes the intake valve opening timing variable;
When performing steady operation in a predetermined operation region, steady operation control means for setting the variable swirl device to the high swirl mode;
At the time of transient operation that shifts from a lower load region to the predetermined operation region than the predetermined operation region, the intake valve opening timing is made earlier than the intake valve opening timing in the predetermined operation region, and the variable swirl device is moved to the low swirl device. A transient operation control means for passing through the mode, and
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記過渡運転制御手段は、前記状態に次いで、前記吸気弁開き時期を前記所定運転領域での吸気弁開き時期より早くし、且つ前記可変スワール装置を前記高スワールモードとした状態を経由させることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The transient operation control means, following the state, makes the intake valve opening timing earlier than the intake valve opening timing in the predetermined operation region, and passes the variable swirl device in the high swirl mode. Features.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
排気弁閉じ時期を可変とする排気可変動弁装置と、
急加速要求を検知する急加速要求検知手段と、
前記急加速要求が検知された場合に、前記吸気弁開き時期を通常時より早くし、且つ前記排気弁閉じ時期を通常時より遅くすることにより、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とのオーバーラップを拡大させるバルブオーバーラップ拡大手段と、
を備え、
前記バルブオーバーラップ拡大手段は、まず前記吸気弁開き時期を早くし、その後、前記排気弁閉じ時期を遅くすることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
An exhaust variable valve operating device that makes the exhaust valve closing timing variable;
A sudden acceleration request detecting means for detecting a sudden acceleration request;
When the sudden acceleration request is detected, the intake valve opening timing is made earlier than usual and the exhaust valve closing timing is made later than usual so that the intake valve opening period and the exhaust valve opening time are reduced. A valve overlap enlarging means for enlarging the overlap with the valve opening period;
With
The valve overlap enlarging means is characterized by firstly opening the intake valve opening timing and then delaying the exhaust valve closing timing.
第1の発明によれば、加速時に低スワールモードから高スワールモードに切り替える場合に、低スワールモードのままで吸気弁開き時期を一時的に早くした状態を経由させることができる。これにより、加速途中の新気量およびスワール比を増大させることができ、加速性能の向上やスモークの抑制を図ることができる。 According to the first invention, when switching from the low swirl mode to the high swirl mode at the time of acceleration, it is possible to pass through a state in which the intake valve opening timing is temporarily advanced in the low swirl mode. Thereby, the amount of fresh air and the swirl ratio during acceleration can be increased, and acceleration performance can be improved and smoke can be suppressed.
第2の発明によれば、加速時に低スワールモードから高スワールモードに切り替える場合に、低スワールモードのままで吸気弁開き時期を一時的に早くした状態に続き、吸気弁開き時期を早くした状態のままで高スワールモードとした状態を経由させることができる。これにより、加速途中において、十分な新気量を確保しつつ、スワール比を更に高めることができる。このため、スモークの発生をより確実に抑制することができる。 According to the second invention, when switching from the low swirl mode to the high swirl mode at the time of acceleration, following the state where the intake valve opening timing is temporarily advanced in the low swirl mode, the intake valve opening timing is advanced The high swirl mode can be passed through. As a result, the swirl ratio can be further increased while securing a sufficient amount of fresh air during acceleration. For this reason, generation | occurrence | production of smoke can be suppressed more reliably.
第3の発明によれば、急加速時に排気脈動を利用するためにバルブオーバーラップを設ける際に、まず吸気弁開き時期を早くすることができる。これにより、新気量およびスワール比を増大させることができるので、加速性能向上およびスモーク抑制を図ることができる。また、この段階では、バルブオーバーラップ期間が小さく、バルブオーバーラップ期間における吸気弁および排気弁のリフトも小さい。よって、過給の応答遅れのために吸気圧力が排気圧力より低くなっていても、排気ポートから吸気ポートへの排気ガスの吹き戻しを確実に抑制することができる。そして、その後に、排気弁閉じ時期を遅くすることにより、十分なバルブオーバーラップ期間を設け、排気脈動を利用して体積効率を向上させることができる。このため、優れた急加速性能が得られる。 According to the third invention, when the valve overlap is provided in order to use the exhaust pulsation during the rapid acceleration, the intake valve opening timing can be first advanced. Thereby, since a fresh air quantity and a swirl ratio can be increased, acceleration performance improvement and smoke suppression can be aimed at. Further, at this stage, the valve overlap period is small, and the lifts of the intake valve and the exhaust valve during the valve overlap period are also small. Therefore, even if the intake pressure is lower than the exhaust pressure due to a delay in response to supercharging, it is possible to reliably suppress the exhaust gas from returning from the exhaust port to the intake port. After that, by delaying the exhaust valve closing timing, a sufficient valve overlap period can be provided, and the volume efficiency can be improved by utilizing the exhaust pulsation. For this reason, excellent rapid acceleration performance can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、4サイクルのディーゼルエンジン(内燃機関)10を備えている。ディーゼルエンジン10は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図示のディーゼルエンジン10は、直列4気筒型であるが、本発明におけるディーゼルエンジンの気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes a four-cycle diesel engine (internal combustion engine) 10. It is assumed that the
ディーゼルエンジン10の各気筒には、燃料を筒内に直接に噴射するインジェクタ12が設置されている。各気筒のインジェクタ12は、共通のコモンレール14に接続されている。コモンレール14内には、サプライポンプ16によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、コモンレール14内から、各インジェクタ12へ、燃料が供給される。
Each cylinder of the
ディーゼルエンジン10の排気通路18は、排気マニホールド20を介して、各気筒の排気ポート22に接続されている。本実施形態のディーゼルエンジン10は、ターボ過給機24を備えている。排気通路18は、ターボ過給機24の排気タービンに接続されている。
An
排気通路18の、ターボ過給機24より下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化装置26が設けられている。排気浄化装置26としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択還元型のNOx触媒、DPF(Diesel Particulate Filter)、DPNR(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のうちの一つ、またはこれらの組み合わせなどを用いることができる。
An
ディーゼルエンジン10の吸気通路28の入口付近には、エアクリーナ30が設けられている。エアクリーナ30を通って吸入された空気は、ターボ過給機24の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ32で冷却される。インタークーラ32を通過した吸入空気は、吸気マニホールド34により、各気筒の吸気ポート35に分配される。
An
吸気通路28の、インタークーラ32と吸気マニホールド34との間には、吸気絞り弁36が設置されている。また、吸気通路28の、エアクリーナ30の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ38が設置されている。
An
吸気通路28の吸気マニホールド34の近傍には、EGR通路40の一端が接続されている。EGR通路40の他端は、排気通路18の排気マニホールド20近傍に接続されている。本システムでは、このEGR通路40を通して、排気ガス(既燃ガス)の一部を吸気通路28に還流させること、つまりEGR(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。
One end of an
EGR通路40の途中には、EGRガスを冷却するためのEGRクーラ42が設けられている。EGR通路40におけるEGRクーラ42の下流には、EGR弁44が設けられている。このEGR弁44の開度を調節することにより、EGR量(EGR率)を制御することができる。
An
そして、本実施形態のシステムは、過給圧を検出する過給圧センサ46と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ48と、ECU(Electronic Control Unit)50とを更に備えている。ECU50には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。ECU50は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動することにより、ディーゼルエンジン10の運転状態を制御する。
The system of the present embodiment further includes a supercharging
図2は、図1に示すシステムにおけるディーゼルエンジン10の一つの気筒の断面を示す図である。図2に示すように、ディーゼルエンジン10のクランク軸60の近傍には、クランク軸60の回転角度を検出するクランク角センサ62が取り付けられている。ECU50は、クランク角センサ62の信号に基づいて、エンジン回転数を算出することができる。また、ECU50は、アクセルポジションセンサ48の信号、エンジン回転数、吸入空気量、過給圧等に基づいて、エンジン負荷(燃料噴射量または要求トルク等)を算出する。
FIG. 2 is a view showing a cross section of one cylinder of the
ディーゼルエンジン10は、更に、吸気弁52の開弁特性を可変とする吸気可変動弁装置54と、排気弁56の開弁特性を可変とする排気可変動弁装置58とを備えている。吸気可変動弁装置54および排気可変動弁装置58は、それぞれ、ECU50に電気的に接続されている。なお、排気可変動弁装置58は、後述する実施の形態3においては必須の構成であるが、実施の形態1および2においては、なくてもよい。すなわち、実施の形態1および2においては、排気弁56のバルブタイミングが固定されていてもよい。
The
図3は、ディーゼルエンジン10の一つの気筒に設けられた二つの吸気ポート35を示す模式的な平面図である。同図に示すように、ディーゼルエンジン10は、1気筒当たり二つの吸気ポート35を備えている。以下の説明において、その二つの吸気ポート35を区別して述べる必要のある場合には、第1吸気ポート35aおよび第2吸気ポート35bと呼ぶ。本実施形態では、第1吸気ポート35aが主流ポートであり、第2吸気ポート35bが副流ポートになっている。
FIG. 3 is a schematic plan view showing two
また、ディーゼルエンジン10の各気筒には、第1吸気ポート35aを開閉する吸気弁52と、第2吸気ポート35bを開閉する吸気弁52とが設けられている。以下の説明において、その二つの吸気弁52を区別して述べる必要のある場合には、前者を第1吸気弁52aと呼び、後者を第2吸気弁52bと呼ぶ。
Each cylinder of the
本実施形態の吸気可変動弁装置54は、次の二つの機能を有している。
(1)第1吸気弁52aおよび第2吸気弁52bの開き時期を、連続的または段階的に変化させる。
(2)第1吸気弁52aおよび第2吸気弁52bの閉じ時期を同時とする第1の動作モードと、第2吸気弁52bを第1吸気弁52aより早く閉じる第2の動作モードとに切り替えることができる。すなわち、第1の動作モードでは、第2吸気弁52bの作用角(開弁期間)が第1吸気弁52aと同じになり、第2の動作モードでは、第2吸気弁52bおよび第1吸気弁52aの開き時期が同じで、且つ、第2吸気弁52bの作用角が第1吸気弁52aより短くなる。
The intake variable
(1) The opening timing of the first intake valve 52a and the second intake valve 52b is changed continuously or stepwise.
(2) Switching between the first operation mode in which the closing timing of the first intake valve 52a and the second intake valve 52b is simultaneously performed and the second operation mode in which the second intake valve 52b is closed earlier than the first intake valve 52a. be able to. That is, in the first operation mode, the operating angle (valve opening period) of the second intake valve 52b is the same as that of the first intake valve 52a. In the second operation mode, the second intake valve 52b and the first intake valve The opening timing of 52a is the same, and the operating angle of the second intake valve 52b is shorter than that of the first intake valve 52a.
上記(1)の機能は、例えば、両吸気弁52を駆動するカムシャフトの位相を変化させることにより、作用角を一定としつつそれらの開き時期および閉じ時期を連続的に進角あるいは遅角させる公知の位相可変機構によって実現することができる。また、上記(2)の機能は、第2吸気弁52bの作用角を連続的または段階的に可変とする公知の作用角可変機構によって実現することができる。
The function (1) described above is, for example, by changing the phase of the camshaft that drives both
なお、吸気可変動弁装置54の具体的構成は、上記に限定されるものではなく、上記(1)および(2)の機能を発揮し得るものであれば如何なる構成でもよい。例えば、吸気弁52を駆動するカムシャフトを電気モータによって回転駆動し、吸気弁52を任意の時期に開閉可能とする装置や、吸気弁52を電磁駆動とすることにより任意の時期に開閉可能とする装置などを用いてもよい。
The specific configuration of the intake variable
本実施形態のディーゼルエンジン10では、上記のような吸気可変動弁装置54が、筒内に形成されるスワール(旋回流)の強さを可変とする可変スワール装置としても機能する。第1吸気弁52aおよび第2吸気弁52bの閉じ時期を同時とする第1の動作モードにおいては、主流ポートである第1吸気ポート35aから筒内に流入するガスが作る強いスワールが、副流ポートである第2吸気ポート35bからのガスの流れによって弱められる。これに対し、第2吸気弁52bを第1吸気弁52aより早く閉じる第2の動作モードにおいては、第2吸気ポート35bからのガス流入が少なくなるので、第1吸気ポート35aからのガス流が作る強いスワールがそのまま残る。このようにして、吸気可変動弁装置54を第1の動作モードとすると低スワールとなり、第2の動作モードとすると高スワールとなる。そこで、以下では、第1の動作モードを「低スワールモード」と称し、第2の動作モードを「高スワールモード」と称する。
In the
なお、吸気可変動弁装置54が、第2吸気弁52bの作用角を連続的または多段階に可変とする機能を備えている場合には、高スワールモードにおいて、第2吸気弁52bの作用角を小さくするほど、スワール比をより大きくすることができる。
When the intake variable
図4は、ディーゼルエンジン10の運転領域と要求スワール比との関係を示すマップである。本実施形態では、図4に示すように、エンジン回転数およびエンジン負荷が高くなるほど、大きなスワール比を要求することとしている。中・高負荷領域においては、スワール比を大きくすることにより、空気と燃料との混合を促進し、もってスモークの発生を抑制することができる。
FIG. 4 is a map showing the relationship between the operating range of the
図4に示すような要求スワール比を実現するため、ECU50は、図4中のラインCより低回転低負荷側で定常運転状態にあるときには吸気可変動弁装置54を低スワールモードとし、そのラインCより高回転高負荷側で定常運転状態にあるときには、吸気可変動弁装置54を高スワールモードとする制御を実行する。
In order to realize the required swirl ratio as shown in FIG. 4, the
図4中のラインCを跨ぐような加速が行われる場合、例えば、図4中の点Aから点Bへの加速要求が生じた場合には、吸気可変動弁装置54を低スワールモードから高スワールモードへと切り替える必要がある。しかしながら、点Aから点Bへの加速時に低スワールモードから高スワールモードへの切り替えを行った場合、ディーゼルエンジン10の筒内に供給される新気量が不足し易いという問題がある。
When acceleration is performed so as to cross the line C in FIG. 4, for example, when an acceleration request from point A to point B in FIG. 4 occurs, the intake variable
吸気可変動弁装置54を低スワールモードから高スワールモードへ切り替えると、第2吸気ポート35bからの流入ガス量が減少するため、流量係数が低下する。また、加速時には、過給の応答遅れ(いわゆるターボラグ)や、EGRガスの切り遅れが生ずる。なお、EGRガスの切り遅れとは、EGR弁44を閉じた後も、吸気マニホールド34の内部などに存在するEGRガスが筒内に流入し続けるために、EGR率が急には低下しない現象のことである。加速時には、過給の応答遅れやEGRガスの切り遅れのために、元々新気量が不足し易い。このため、低スワールモードから高スワールモードへの切り替えによって流量係数が低下すると、新気量が更に不足し易くなる。その結果、スモークが増加したり、加速性能が低下したりするという弊害がある。
When the intake variable
上述したような加速時(過渡運転時)の新気量の不足を回避するため、本実施形態では、加速中に両吸気弁52の開き時期を早くする制御を行うこととした。図5は、本発明の実施の形態1における加速時の吸気弁52の制御を説明するための図である。図5中の下段は、加速時の過給圧の経時変化を示す図であり、上段は第1吸気弁52a(「IN1」で示す)、第2吸気弁52b(「IN2」で示す)、および排気弁56(「EX」で示す)の開弁期間をクランク角で表した図である。
In order to avoid the shortage of the fresh air amount during acceleration (transient operation) as described above, in the present embodiment, control is performed to advance the opening timing of both
加速開始前(低負荷領域)においては、図5の(1)に示すように、吸気可変動弁装置54は低スワールモードとされており、両吸気弁52の開き時期は上死点(TDC)より少し前とされている。アクセルポジションセンサ48の信号等に基づいて加速要求が検知されると、加速が開始される。加速中は、図5の(2)に示すように、低スワールモードのままで、両吸気弁52が上死点より十分に前のタイミングで開くように、両吸気弁52の開き時期を早める制御が実行される。
Before the start of acceleration (low load region), as shown in FIG. 5 (1), the intake variable
そして、過給圧センサ46によって検出される過給圧が十分に上昇したことが認められたら、図5の(3)に示すように、両吸気弁52の開き時期を元に戻すとともに、第2吸気弁52bを第1吸気弁52aより早く閉じる高スワールモードに切り替える制御が実行される。
When it is recognized that the boost pressure detected by the
図6は、吸気弁52のリフトカーブを模式的に示す図である。図6中の細線で示すリフトカーブは通常の開き時期の場合(図5の(1))のものであり、図6中の太線で示すリフトカーブは開き時期を早くした場合(図5の(2))のものである。図6に示すように、吸気弁52の開き時期を早くすると、吸気行程の初期におけるバルブリフト(開弁量)を大きくすることができる。吸気行程の初期は、吸気行程の中でも吸入ガスの流量が大きい期間である。よって、吸気行程の初期におけるバルブリフトの大小は、筒内に吸入されるガス量に大きく影響する。このため、吸気行程の初期において吸気弁52のリフトが大きくなることにより、筒内に吸入されるガス量を十分に増大させることができる。更に、吸気行程の初期において吸気弁52のリフトが大きくなることにより、吸気行程初期における吸入ガス流速が速くなるので、スワール比を高めることもできる。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a lift curve of the
図7は、吸気弁52の開き時期を早くする制御がスワール比および流量係数に与える影響を示す図である。図7中の黒い点は、低スワールモードにおいて吸気弁52の開き時期を通常のタイミングとした場合である。この黒い点から右上方に伸びる実線は、低スワールモードのままで吸気弁52の開き時期を早くした場合を示している。一方、黒い点から右下方に伸びる破線は、高スワールモードに切り替えた場合を示している。
FIG. 7 is a diagram illustrating the influence of the control for increasing the opening timing of the
図7に示すように、高スワールモードとした場合には、スワール比を高めることができる一方で、流量係数は低下する。これに対し、低スワールモードのままで吸気弁52の開き時期を早くした場合には、流量係数をアップすることができるとともに、高スワールモードほどではないがスワール比をアップすることもできる。
As shown in FIG. 7, when the high swirl mode is set, the swirl ratio can be increased while the flow coefficient decreases. On the other hand, when the opening timing of the
図8は、加速時のスワール比、筒内空気量、およびEGR率の変化を示す図である。図8中の(1)は、高スワールモードで加速を行った場合を示す。高スワールモードで加速を行うと、流量係数の低下と過給遅れにより、空気量が大幅に不足する。このため、スモークが増大するとともに、十分な加速性能が得られない。図8中の(2)は、吸気弁52の開き時期を通常にしたままで低スワールモードで加速した場合を示す。この場合には、上記(1)よりは空気量が多くなるが、スワール比が大幅に低くなるため、空気と燃料との混合が不足し、スモークが増大する。
FIG. 8 is a diagram showing changes in swirl ratio, in-cylinder air amount, and EGR rate during acceleration. (1) in FIG. 8 shows the case where acceleration is performed in the high swirl mode. When accelerating in the high swirl mode, the air volume is greatly insufficient due to a decrease in the flow coefficient and a delay in supercharging. For this reason, smoke increases and sufficient acceleration performance cannot be obtained. (2) in FIG. 8 shows a case where acceleration is performed in the low swirl mode while the opening timing of the
図8中の(3)は、吸気弁52の開き時期を早くして、低スワールモードで加速した場合、つまり図5に示す本実施形態の制御を行った場合を示す。この図に示すように、本実施形態によれば、上記(1)や(2)の場合と比べて、加速中の空気量(新気量)を最も多くすることができる。また、上記(1)ほどではないが、スワール比も十分に高くすることができる。このため、スモークの発生を十分に抑制することができる。また、空気量を多くすることができ、それに応じて燃料噴射量も多くすることができるので、加速性能を向上することもできる。また、空気量の増加およびそれに伴う燃料噴射量の増加により、排気エネルギを増大させることができるので、ターボ過給機24の応答性も改善される。すなわち、過給遅れが少なくなるので、加速性能を更に向上することができる。
(3) in FIG. 8 shows the case where the opening timing of the
なお、本実施形態では、吸気可変動弁装置54が可変スワール装置としての機能を併有する場合について説明したが、本発明では、吸気可変動弁装置54と可変スワール装置とが別個のものであってもよい。例えば、吸気ポートの途中にスワール制御弁を設け、そのスワール制御弁を開閉することによってスワール比を変化させる装置を可変スワール装置として使用してもよい。
In the present embodiment, the case where the intake variable
上述した実施の形態1においては、図4に示すマップにおいてラインCよりも高回転高負荷側の領域が前記第1の発明における「所定運転領域」に相当している。また、ECU50が、定常運転時に図4に示すマップに従って吸気可変動弁装置54の低スワールモードと高スワールモードとを切り替えることにより前記第1の発明における「定常運転制御手段」が、低スワールモード領域から高スワールモード領域への加速時(過渡運転時)に図5の(2)に示す状態を経由するように吸気可変動弁装置54を制御することにより前記第1の発明における「過渡運転制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the region on the higher rotation and higher load side than the line C in the map shown in FIG. 4 corresponds to the “predetermined operation region” in the first invention. Further, when the
実施の形態2.
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。実施の形態2は、加速時の吸気弁52の制御が異なること以外は、前述した実施の形態1と同様である。図9は、本発明の実施の形態2における加速時の吸気弁52の制御を説明するための図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be simplified or described. Omitted. The second embodiment is the same as the first embodiment described above except that the control of the
本実施形態では、図9の(2)に示すように、加速が開始されると、低スワールモードのままで、両吸気弁52が上死点より十分に前のタイミングで開くように、両吸気弁52の開き時期を早める制御が実行される。この点は、前述した実施の形態1と同様である。
In the present embodiment, as shown in (2) of FIG. 9, when acceleration is started, both the
本実施形態では、図9の(2)に示す開弁特性を実現した後、加速途中からは、図9の(3)に示すように、両吸気弁52の開き時期を早くした状態のままで、第2吸気弁52bを第1吸気弁52aよりも早く閉じる高スワールモードへと切り替える。これにより、両吸気弁52の開き時期を早くしたことによる高い流量係数(空気量)を維持したままで、スワール比をより高くすることができる。このため、スモークの発生をより確実に抑制することができる。
In this embodiment, after realizing the valve opening characteristic shown in (2) of FIG. 9, the opening timing of both
そして、過給圧センサ46によって検出される過給圧が十分に上昇したことが認められたら、図9の(4)に示すように、両吸気弁52の開き時期を元に戻す。この加速完了時の状態は、実施の形態1と同様である。
Then, when it is recognized that the supercharging pressure detected by the supercharging
圧縮行程において、筒内のガスが実際に圧縮され始めるのは、吸気弁52が閉じた位置からである。このため、実質的な圧縮比(以下「実圧縮比」と称する)は、吸気弁52の閉じ時期に応じて変化する。図9の(3)の状態では、第1吸気弁52aの閉じ時期が下死点(BDC)の近傍となっているため、実圧縮比は大きい。このため、図9の(3)の状態を維持し続けると、筒内温度が上昇し、スモークが発生し易くなる。
In the compression stroke, the gas in the cylinder actually starts to be compressed from the position where the
これに対し、本実施形態では、上述したように、加速の完了に伴って図9の(4)の状態に切り替える。この状態では、第1吸気弁52aの閉じ時期が図9の(3)の状態より遅いため、実圧縮比は図9の(3)の状態より小さい。よって、筒内温度の上昇を抑制することができ、スモークの発生を確実に抑制することができる。 On the other hand, in this embodiment, as described above, the state is switched to the state of (4) in FIG. 9 with the completion of acceleration. In this state, since the closing timing of the first intake valve 52a is later than the state of (3) in FIG. 9, the actual compression ratio is smaller than the state of (3) in FIG. Therefore, an increase in the in-cylinder temperature can be suppressed, and the generation of smoke can be reliably suppressed.
上述した実施の形態2においては、ECU50が、低スワールモード領域から高スワールモード領域への加速時(過渡運転時)に図9の(2)および(3)に示す状態を順次経由するように吸気可変動弁装置54を制御することにより、前記第2の発明における「過渡運転制御手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the
実施の形態3.
次に、図10乃至図13を参照して、本発明の実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10 to FIG. 13. The description will focus on differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be simplified. Or omit.
本実施形態において、ディーゼルエンジン10は、排気弁56の開き時期および閉じ時期を可変とする排気可変動弁装置58を備えている。以下の説明では、排気可変動弁装置58は、排気弁56を駆動するカムシャフトの位相を変化させることにより、作用角(開弁期間)を一定としつつそれらの開き時期および閉じ時期を連続的に進角あるいは遅角させる公知の位相可変機構で構成されているものとする。
In the present embodiment, the
ただし、排気可変動弁装置58の構成は上記に限定されるものではなく、排気弁56を駆動するカムシャフトを電気モータによって回転駆動し、排気弁56を任意の時期に開閉可能とする装置や、排気弁56を電磁駆動とすることにより任意の時期に開閉可能とする装置などを用いてもよい。
However, the configuration of the variable
本実施形態のディーゼルエンジン10では、急加速(全開加速またはそれに近い加速)を行う場合に、排気脈動を利用することによって体積効率(充填効率)を向上させる制御(以下「体積効率向上制御」と称する)を実行する。図10は、体積効率向上制御を説明するための図である。体積効率向上制御においては、排気弁56の開弁期間と吸気弁52の開弁期間との間にオーバーラップ(以下「バルブオーバーラップ」と称する)を設ける。すなわち、吸気弁52の開き時期(IVO)を通常より早くするとともに、排気弁56の閉じ時期(EVC)を通常より遅くする。そして、排気圧力の脈動の谷のタイミングをバルブオーバーラップの期間に一致させることにより、掃気効果を発揮させる。これにより、体積効率の向上を図ることができる。
In the
以下、より詳細に説明する。排気圧力(排気マニホールド圧力)は、各気筒の排気弁56から排気ガスが間欠的に排出されるのに伴って、脈動(変動)する。図10中の破線の波形は、排気弁56の開き時期(EVO)が通常の時期となるように排気可変動弁装置58が制御されている場合における排気圧力の脈動を示す。この波形に示すように、排気弁56の開き時期が通常の時期となるように制御されている場合には、排気圧力の脈動の谷のタイミングは、吸気弁52の開き時期よりも前の時期になっている。
This will be described in more detail below. The exhaust pressure (exhaust manifold pressure) pulsates (fluctuates) as the exhaust gas is intermittently discharged from the
これに対し、図10中の実線の波形は、排気弁56の開き時期が通常の時期よりも遅い時期となるように排気可変動弁装置58が制御されている場合における排気圧力の脈動を示す。排気弁56の開き時期を遅くするほど、排気ガスが排気ポート22へ放出されるタイミングが遅くなるので、排気圧力の波形(位相)は、図10中で右側にシフトする。よって、排気弁56の開き時期を遅らせる量を適度に設定することにより、図10に示すように、排気圧力の脈動の谷のタイミングをバルブオーバーラップ期間に一致させることができる。体積効率向上制御においては、上記のように、排気弁56の開き時期を通常より遅くすることにより、排気圧力の脈動の谷のタイミングがバルブオーバーラップ期間に一致するように制御される。
On the other hand, the solid line waveform in FIG. 10 shows the pulsation of the exhaust pressure when the variable
一方、図10中の一点鎖線は、吸気圧力(吸気マニホールド圧力)を示している。図10に示すように、吸気圧力はクランク角によらずほぼ一定である。このため、体積効率向上制御の実行によって排気圧力の脈動の谷のタイミングをバルブオーバーラップ期間に一致させると、バルブオーバーラップ期間において吸気圧力を排気圧力より高くすることができる。このため、吸気弁52が開いたとき、吸気弁52から筒内に流入する新気によって筒内の既燃ガスを速やかに排気ポートへ追い出すことができる。すなわち、高い掃気効果が得られ、筒内の既燃ガスを円滑かつ確実に新気に置換することができる。その結果、残留ガスを十分に低減することができ、その分、筒内に充填される新気の量を増やすことができる。つまり、体積効率を増大させることができ、ディーゼルエンジン10のトルクを増大することができる。
On the other hand, the alternate long and short dash line in FIG. 10 indicates the intake pressure (intake manifold pressure). As shown in FIG. 10, the intake pressure is substantially constant regardless of the crank angle. For this reason, if the timing of the pulsation valley of the exhaust pressure is made to coincide with the valve overlap period by executing the volumetric efficiency improvement control, the intake pressure can be made higher than the exhaust pressure in the valve overlap period. For this reason, when the
しかしながら、ターボ過給には応答遅れがある。このため、急加速の開始初期においては、吸気圧力が十分に上昇しない。その結果、バルブオーバーラップのときに、吸気圧力が排気圧力より低くなる場合がある。そうすると、排気ポート22から吸気ポート35へ排気ガスが吹き戻されるため、かえって体積効率が低下してしまう。
However, there is a response delay in turbocharging. For this reason, the intake pressure does not rise sufficiently at the beginning of the rapid acceleration. As a result, the intake pressure may be lower than the exhaust pressure during valve overlap. As a result, the exhaust gas is blown back from the
この問題を解決するため、本実施形態では、体積効率向上制御を開始する際、排気弁56の閉じ時期は変えずに、まず、吸気弁52の開き時期を早くすることとした。そして、吸気圧力(過給圧)が十分に上昇したと判定されるのを待って、排気弁56の閉じ時期を遅くすることとした。
In order to solve this problem, in the present embodiment, when the volumetric efficiency improvement control is started, the opening timing of the
[実施の形態3における具体的処理]
図11は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図11に示すルーチンによれば、まず、急加速の要求があるかどうかが、アクセルポジションセンサ48の信号に基づいて判定される(ステップ100)。
[Specific Processing in Embodiment 3]
FIG. 11 is a flowchart of a routine executed by the
上記ステップ100において、急加速が要求されていると判定された場合には、吸気弁52の開き時期が通常より早くなるように、吸気可変動弁装置54が制御される(ステップ102)。図12は、このステップ102の処理を終えたときの吸気弁52および排気弁56の開弁特性を示す図である。図12に示す開弁特性においては、バルブオーバーラップ期間は小さい。また、バルブオーバーラップ期間において、吸気弁52は開いた直後であり、排気弁56は閉じる直前である。従って、吸気弁52および排気弁56のリフトは共に小さい。このため、吸気圧力が排気圧力より低くても、排気ポート22から吸気ポート35への排気ガスの吹き戻しは生じにくい。よって、体積効率の低下を確実に抑制することができる。
If it is determined in
更に、図12に示す開弁特性によれば、次のような利点がある。実施の形態1で説明したように、吸気弁52の開き時期を早くすると、流量係数の増大によって空気量を増加させることができるとともに、スワール比を高めることもできる。このため、加速性能向上およびスモーク抑制を図ることができる。更に、空気量の増加およびそれに伴う燃料噴射量の増加により、排気エネルギを増大させることができるので、ターボ過給機24の応答性も改善される。すなわち、過給遅れが少なくなるので、加速性能を更に向上することができる。
Furthermore, the valve opening characteristics shown in FIG. 12 have the following advantages. As described in the first embodiment, when the opening timing of the
上記ステップ102の処理に続いて、吸気圧力(過給圧)が、脈動の谷における排気圧力より高い値にまで、上昇したか否かが判定される(ステップ104)。このステップ104では、例えば、過給圧センサ46で検出される過給圧と、ディーゼルエンジン10の運転状態に基づいて算出される推定排気圧力とを比較することにより、上記の判定を行うことができる。
Following the processing in
上記ステップ104で、吸気圧力(過給圧)が、脈動の谷における排気圧力より高くなったと判定された場合には、排気弁56のバルブタイミングが通常より遅くなるように、排気可変動弁装置58が制御される(ステップ106)。図13は、このステップ106の処理を終えたときの吸気弁52および排気弁56の開弁特性を示す図である。図13に示す開弁特性においては、排気弁56の閉じ時期が通常より遅くされていることにより、バルブオーバーラップ期間が十分に確保されている。また、排気弁56の開き時期が通常より遅くされていることにより、排気圧力の脈動の谷をバルブオーバーラップ期間に一致させることができる。従って、上述した掃気効果が発揮され、体積効率を向上することができるので、高い急加速性能が得られる。
If it is determined in
なお、図12および図13では、第2吸気弁52bの作用角が第1吸気弁52aと同じとなる高スワールモードになっているが、第2吸気弁52bを第1吸気弁52aより早く閉じる低スワールモードとしてもよい。 In FIGS. 12 and 13, the second intake valve 52 b is in the high swirl mode in which the operating angle of the second intake valve 52 b is the same as that of the first intake valve 52 a, but the second intake valve 52 b is closed earlier than the first intake valve 52 a. It is good also as a low swirl mode.
上述した実施の形態3においては、ECU50が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第3の発明における「急加速要求検知手段」が、上記ステップ102〜106の処理を実行することにより前記第3の発明における「バルブオーバーラップ拡大手段」が、それぞれ実現されている。
In the above-described third embodiment, the
10 ディーゼルエンジン
12 インジェクタ
14 コモンレール
18 排気通路
20 排気マニホールド
22 排気ポート
24 ターボ過給機
26 排気浄化装置
28 吸気通路
34 吸気マニホールド
35 吸気ポート
35a 第1吸気ポート
35b 第2吸気ポート
36 吸気絞り弁
38 エアフローメータ
40 EGR通路
44 EGR弁
46 過給圧センサ
48 アクセルポジションセンサ
50 ECU
52 吸気弁
52a 第1吸気弁
52b 第2吸気弁
54 吸気可変動弁装置
56 排気弁
58 排気可変動弁装置
62 クランク角センサ
64 ピストン
DESCRIPTION OF
52 Intake valve 52a First intake valve 52b
Claims (3)
吸気弁開き時期を可変とする吸気可変動弁装置と、
所定運転領域において定常運転する場合に、前記可変スワール装置を前記高スワールモードとする定常運転制御手段と、
前記所定運転領域より負荷の低い領域から前記所定運転領域へ移行する過渡運転時に、前記吸気弁開き時期を前記所定運転領域での吸気弁開き時期より早くし、且つ前記可変スワール装置を前記低スワールモードとした状態を経由させる過渡運転制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A variable swirl device that can be switched between a low swirl mode and a high swirl mode that makes a swirl formed in a cylinder of an internal combustion engine stronger than the low swirl mode;
An intake variable valve operating device that makes the intake valve opening timing variable;
When performing steady operation in a predetermined operation region, steady operation control means for setting the variable swirl device to the high swirl mode;
At the time of transient operation that shifts from a lower load region to the predetermined operation region than the predetermined operation region, the intake valve opening timing is made earlier than the intake valve opening timing in the predetermined operation region, and the variable swirl device is moved to the low swirl device. A transient operation control means for passing through the mode, and
A control device for an internal combustion engine, comprising:
急加速要求を検知する急加速要求検知手段と、
前記急加速要求が検知された場合に、前記吸気弁開き時期を通常時より早くし、且つ前記排気弁閉じ時期を通常時より遅くすることにより、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とのオーバーラップを拡大させるバルブオーバーラップ拡大手段と、
を備え、
前記バルブオーバーラップ拡大手段は、まず前記吸気弁開き時期を早くし、その後、前記排気弁閉じ時期を遅くすることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。 An exhaust variable valve operating device that makes the exhaust valve closing timing variable;
A sudden acceleration request detecting means for detecting a sudden acceleration request;
When the sudden acceleration request is detected, the intake valve opening timing is made earlier than usual and the exhaust valve closing timing is made later than usual so that the intake valve opening period and the exhaust valve A valve overlap enlarging means for enlarging the overlap with the valve opening period;
With
3. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the valve overlap enlarging means first increases the opening timing of the intake valve and then delays the closing timing of the exhaust valve.
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