JP2009299588A - Control system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機と、排気通路内のガスを用いて同過給機の回転を補助する過給補助手段と、を備えた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 including a supercharger and supercharging assisting means for assisting rotation of the supercharger using gas in an exhaust passage.
内燃機関の出力向上を目的として、内燃機関に過給機(ターボチャージャー)を搭載することが知られている。過給機は、排気通路に設けられるとともに排気通路内のガスの流れを利用して回転されるタービンと、タービンと一体的に回転するコンプレッサとにより形成されている。過給機は、コンプレッサの回転により吸入空気を圧縮し吸入空気量を増加する(即ち、過給を行う。)。 It is known to mount a turbocharger on an internal combustion engine for the purpose of improving the output of the internal combustion engine. The supercharger is formed by a turbine that is provided in the exhaust passage and is rotated by using a gas flow in the exhaust passage, and a compressor that rotates integrally with the turbine. The supercharger compresses the intake air by rotating the compressor and increases the amount of intake air (that is, performs supercharging).
更に、従来の技術の一つは、減速フューエルカット運転時に機関から排出された空気を貯める蓄圧タンクを備える。そして、この技術は、例えば加速運転時に、蓄圧タンク内の空気をタービンの上流側に排ガスに加えて供給する。これによって、加速開始後、コンプレッサ回転数が「望ましい過給に必要な所定の回転数」に達するまでの時間(所謂、ターボラグ)を短縮することができる(例えば、特許文献1を参照。)。即ち、過給機の応答性を改善することができる。
ところで、蓄圧タンク内の圧力をより迅速に上昇させるように、フューエルカット時以外において機関の排ガスを蓄圧タンク(蓄圧部)に貯めておく(即ち、蓄圧する)ことも考えられる。しかしながら、蓄圧タンクへの蓄圧は、機関の運転状態が過給を必用としない中〜低負荷運転時(例えば、定常走行時又は減速フューエルカット運転時以外の減速運転時等)に行わざるを得ない。従って、蓄圧時における排気通路内のガス圧力は比較的小さいので、効率のよい蓄圧を行うことは困難である。このため、例えば、過給を必要とする加速運転と過給を必要としない定常運転とが交互に短時間内に繰り返されると、蓄圧タンク内のガスの圧力が十分な大きさにならず、ターボラグを短縮できないという問題が生じる。 By the way, it is also conceivable that the exhaust gas of the engine is stored (that is, accumulated) in the accumulator tank (accumulator) other than during fuel cut so that the pressure in the accumulator tank is increased more quickly. However, pressure accumulation in the pressure accumulator tank must be performed during medium to low load operation where the engine operation state does not require supercharging (for example, during steady running or during deceleration operation other than during deceleration fuel cut operation). Absent. Therefore, since the gas pressure in the exhaust passage during pressure accumulation is relatively small, it is difficult to perform efficient pressure accumulation. For this reason, for example, if the acceleration operation that requires supercharging and the steady operation that does not require supercharging are alternately repeated within a short time, the pressure of the gas in the pressure accumulation tank does not become sufficiently large, The problem arises that the turbo lag cannot be shortened.
そこで、本発明は、蓄圧部へ導入される排気通路内のガスの圧力を増大させることにより、効率のよい蓄圧を行うことが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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can perform efficient pressure accumulation by increasing the pressure of gas in an exhaust passage introduced into the pressure accumulation section.
上記目的を達成するための本発明による内燃機関の制御装置は、過給機と、過給補助手段と、を有する。 In order to achieve the above object, a control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a supercharger and supercharging assisting means.
前記過給機は、内燃機関の燃焼室に連通した排気通路を形成する排気管に配設されたタービンと、同燃焼室に連通した吸気通路を形成する吸気管に配設され且つ同タービンの回転に伴って回転するコンプレッサと、を有する。 The turbocharger is disposed in an exhaust pipe that forms an exhaust passage that communicates with a combustion chamber of an internal combustion engine, and in an intake pipe that forms an intake passage that communicates with the combustion chamber. And a compressor that rotates with rotation.
前記過給補助手段は、所定の蓄圧条件が成立したとき、前記排気通路内のガスを導入することにより同ガスを高圧状態にて収容する蓄圧部を含む。更に、前記過給補助手段は、所定の過給補助条件が成立したとき、蓄圧部に収容されている高圧状態のガスを「前記タービンの回転を補助するように」前記タービンに供給する。これによって、ターボラグを短縮することができ過給機の応答性を改善することができる。 The supercharging assisting unit includes a pressure accumulating unit that accommodates the gas in a high pressure state by introducing the gas in the exhaust passage when a predetermined pressure accumulating condition is satisfied. Furthermore, the supercharging assistance means supplies the high-pressure gas accommodated in the pressure accumulating section to the turbine “to assist the rotation of the turbine” when a predetermined supercharging assistance condition is satisfied. Thereby, a turbo lag can be shortened and the responsiveness of a supercharger can be improved.
ここで、所定の蓄圧条件は、蓄圧部のガスをタービンへ供給する必要がないときに成立する。即ち、蓄圧条件は例えば中〜低負荷運転時に成立する。中〜低負荷運転時では、蓄圧時における排気通路内のガス圧力は比較的小さい。従って、蓄圧部の蓄圧を効率よく行うことは困難である。 Here, the predetermined pressure accumulation condition is established when it is not necessary to supply the gas in the pressure accumulation section to the turbine. That is, the pressure accumulation condition is satisfied, for example, during medium to low load operation. During medium to low load operation, the gas pressure in the exhaust passage during pressure accumulation is relatively small. Therefore, it is difficult to efficiently store the pressure in the pressure accumulating unit.
そこで、本発明の制御装置は、更に、主燃焼燃料噴射手段と、副燃焼燃料噴射手段と、を有する。
前記主燃焼燃料噴射手段は、前記機関がトルクを発生するための主燃焼が前記燃焼室内にて発生し得るように同主燃焼用の燃料を噴射する。
前記副燃焼燃料噴射手段は、前記蓄圧条件が成立したとき、前記蓄圧部に導入させる前記排気通路内のガスの圧力を増大させるための燃焼であって前記主燃焼とは別の燃焼である副燃焼が前記燃焼室内及び前記排気通路内の少なくとも一方にて発生し得るように同副燃焼用の燃料を噴射する。
Therefore, the control device of the present invention further includes main combustion fuel injection means and sub-combustion fuel injection means.
The main combustion fuel injection means injects fuel for main combustion so that main combustion for generating torque by the engine can occur in the combustion chamber.
The sub-combustion fuel injection means is a combustion for increasing the pressure of the gas in the exhaust passage introduced into the pressure accumulator when the pressure accumulation condition is satisfied, and is a sub-combustion different from the main combustion. The sub-combustion fuel is injected so that combustion can occur in at least one of the combustion chamber and the exhaust passage.
これにより、蓄圧条件成立時に、副燃焼が発生するので、蓄圧部に導入される排気通路内のガスの圧力(ガスの分子数及びガスの温度)が上昇する。従って、短時間に蓄圧部内の蓄圧を完了する(蓄圧部内のガスの圧力を所定のガス圧にまで上昇させる)ことができる。その結果、例えば加速操作が短時間内に頻発するような状況においても、ターボラグを短縮できるので、運転者の要求に応じた加速感をもたらすことができる。 Thereby, when the pressure accumulation condition is satisfied, sub-combustion occurs, and therefore the pressure of the gas (the number of gas molecules and the gas temperature) in the exhaust passage introduced into the pressure accumulation section increases. Therefore, the pressure accumulation in the pressure accumulating section can be completed in a short time (the gas pressure in the pressure accumulating section is increased to a predetermined gas pressure). As a result, for example, even in a situation where acceleration operations frequently occur within a short time, the turbo lag can be shortened, so that a sense of acceleration according to the driver's request can be brought about.
この場合、前記主燃焼燃料噴射手段は、
前記蓄圧条件が成立したとき、前記主燃焼に供される混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きい空燃比である第1空燃比に一致させるように前記主燃焼用の燃料の量を制御決定するように構成され、
前記副燃焼燃料噴射手段は、前記主燃焼に供される混合気に含まれる過剰な酸素を用いて前記副燃焼に供される混合気を形成するように構成されていることが好適である。
In this case, the main combustion fuel injection means is
When the pressure accumulation condition is satisfied, the amount of the main combustion fuel is controlled so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the main combustion matches the first air-fuel ratio that is an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio. Configured to determine,
It is preferable that the sub-combustion fuel injection means is configured to form an air-fuel mixture used for the sub-combustion using excess oxygen contained in the air-fuel mixture supplied for the main combustion.
これによれば、主燃焼に供される混合気の空燃比は理論空燃比よりもおおきな空燃比(第1空燃比、リーン空燃比)となる。従って、主燃焼に供される混合気は過剰な酸素を含むので、その過剰な酸素は主燃焼終了後にも残存する。副燃焼はこの主燃焼後に残存した酸素を用いて行われる。これにより、副燃焼を用いる酸素の供給源を別途設けることなく、副燃焼に用いる酸素を供給することができる。 According to this, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture provided for main combustion becomes a larger air-fuel ratio (first air-fuel ratio, lean air-fuel ratio) than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, since the air-fuel mixture provided for main combustion contains excess oxygen, the excess oxygen remains even after the end of main combustion. The secondary combustion is performed using oxygen remaining after the main combustion. Thereby, oxygen used for subcombustion can be supplied without separately providing an oxygen supply source using subcombustion.
この場合、前記内燃機関の制御装置は、
前記燃焼室に供給される空気の量である吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段と、
前記機関に対して要求される要求トルクを表す要求トルクパラメータを取得する要求トルクパラメータ取得手段と、
前記吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
を備え、
前記主燃焼燃料噴射手段は、
前記蓄圧条件が成立したとき前記主燃焼に供される混合気を前記第1空燃比に一致させるように前記取得された吸入空気量と同第1空燃比とに基づいて前記主燃焼用の燃料の量を制御(決定)し、前記蓄圧条件が成立しないとき前記主燃焼に供される混合気を前記第1空燃比よりも小さい第2空燃比に一致させるように前記取得された吸入空気量と同第2空燃比とに基づいて前記主燃焼用の燃料の量を制御(決定)するように構成され、
前記吸入空気量制御手段は、
前記取得された要求トルクパラメータにより表される要求トルクを前記機関が発生するように同要求トルクと前記蓄圧条件が成立しているか否か(即ち、主燃焼用の燃料の量を決定する際に用いられる空燃比)とに応じて前記吸入空気量を制御するように構成されていることが好適である。
In this case, the control device for the internal combustion engine includes:
Intake air amount acquisition means for acquiring an intake air amount that is an amount of air supplied to the combustion chamber;
Requested torque parameter acquisition means for acquiring a required torque parameter representing a required torque required for the engine;
An intake air amount control means for controlling the intake air amount;
With
The main combustion fuel injection means is
The main combustion fuel based on the acquired intake air amount and the first air-fuel ratio so that the air-fuel mixture provided for the main combustion matches the first air-fuel ratio when the pressure accumulation condition is satisfied The amount of intake air acquired so as to make the air-fuel mixture provided for main combustion coincide with a second air-fuel ratio smaller than the first air-fuel ratio when the pressure accumulation condition is not satisfied. And controlling (determining) the amount of the main combustion fuel based on the second air-fuel ratio,
The intake air amount control means includes:
Whether or not the required torque and the pressure accumulation condition are satisfied so that the engine generates the required torque represented by the acquired required torque parameter (that is, when determining the amount of fuel for main combustion) It is preferable that the intake air amount be controlled in accordance with the air-fuel ratio used.
本発明では、前記蓄圧条件が成立したときには主燃焼は第1空燃比で行われ、前記蓄圧条件が成立しないときには第1空燃比よりも小さい第2空燃比で主燃焼が行われる。しかしながら、蓄圧時に第1空燃比により主燃焼が行なわれた場合、第2空燃比で主燃焼が行われた場合に比べ内燃機関の出力トルクが低下してしまう。これにより、内燃機関は要求トルクに対して十分なトルクを発生できない可能性がある。これに対し、上記構成によれば機関10の発生トルクを変化させないようにすることができる。内燃機関に対する要求トルクを表す要求トルクパラメータが、例えばアクセルペダル操作量及び機関回転速度等に基づいて取得される。そして、各空燃比の下で内燃機関が、その要求トルクパラメータにより表される要求トルクを出力し得るように吸入空気量と主燃焼の燃料噴射とが制御される。これによって、蓄圧時において第1空燃比で主燃焼を行った場合においても運転者の要求するトルクを出力することができる。換言すれば、蓄圧条件の成立の前後において機関の発生トルクを変化させないようにすることができる。
In the present invention, when the pressure accumulation condition is satisfied, the main combustion is performed at the first air-fuel ratio, and when the pressure accumulation condition is not satisfied, the main combustion is performed at the second air-fuel ratio smaller than the first air-fuel ratio. However, when main combustion is performed with the first air-fuel ratio at the time of pressure accumulation, the output torque of the internal combustion engine is lower than when main combustion is performed with the second air-fuel ratio. As a result, the internal combustion engine may not be able to generate sufficient torque with respect to the required torque. On the other hand, according to the above configuration, the generated torque of the
この場合、前記主燃焼燃料噴射手段は、
前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁から前記主燃焼用の燃料を第1の期間において噴射するように構成され、
前記副燃焼燃料噴射手段は、
前記筒内噴射弁から前記副燃焼用の燃料を前記第1の期間よりも遅角側の第2の期間において噴射するように構成されていることが好適である。
In this case, the main combustion fuel injection means is
The main combustion fuel is configured to be injected in a first period from an in-cylinder injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber,
The auxiliary combustion fuel injection means includes
It is preferable that the sub-combustion fuel is injected from the in-cylinder injection valve in a second period that is retarded from the first period.
これによれば、主燃焼燃料噴射と副燃焼燃料噴射とが同一の筒内噴射弁により行われる。従って、副燃焼のための燃料噴射装置を別途設けることなく副燃焼を発生させることができる。また、副燃焼燃料噴射が主燃焼燃料噴射よりも遅角側において行われる。従って、副燃焼用の混合気を主燃焼の余熱又は火炎により着火させることができる。その結果、副燃焼に供される混合気を着火させるための装置を別途設けることなく副燃焼を発生させることができる。 According to this, the main combustion fuel injection and the sub-combustion fuel injection are performed by the same in-cylinder injection valve. Therefore, the auxiliary combustion can be generated without separately providing a fuel injection device for the auxiliary combustion. Further, the sub-combustion fuel injection is performed on the retard side of the main combustion fuel injection. Therefore, the air-fuel mixture for secondary combustion can be ignited by the residual heat or flame of the main combustion. As a result, the auxiliary combustion can be generated without separately providing a device for igniting the air-fuel mixture used for the auxiliary combustion.
この場合、前記内燃機関の制御装置は、前記蓄圧条件が成立したとき前記排気通路内のガスの外部(即ち、機関の外部である大気)への流出を防ぐために同排気通路と同外部とを遮断する排気遮断手段を有していることが好適である。 In this case, the control device for the internal combustion engine has the exhaust passage and the outside in order to prevent the gas in the exhaust passage from flowing out to the outside (that is, the atmosphere outside the engine) when the pressure accumulation condition is satisfied. It is preferable to have exhaust blocking means for blocking.
これによれば、蓄圧条件が成立したときに排気遮断弁を閉鎖することにより排気通路内のガスの外部への流出を防ぐことができる。これによって、蓄圧時の排気通路内のガスを高圧に保つことができるので蓄圧に要する時間を短縮することができる。 According to this, the outflow of the gas in the exhaust passage can be prevented by closing the exhaust cutoff valve when the pressure accumulation condition is satisfied. Thereby, since the gas in the exhaust passage during pressure accumulation can be maintained at a high pressure, the time required for pressure accumulation can be shortened.
この場合、前記副燃焼燃料噴射手段は、前記蓄圧条件が成立していないとき、前記副燃焼用の燃料を噴射しないように構成されていることが好適である。 In this case, it is preferable that the auxiliary combustion fuel injection means is configured not to inject the auxiliary combustion fuel when the pressure accumulation condition is not satisfied.
これによれば、蓄圧を行われないときには副燃焼燃料噴射は行わない。従って、燃料消費を抑制することができる。 According to this, when the pressure accumulation is not performed, the auxiliary combustion fuel injection is not performed. Therefore, fuel consumption can be suppressed.
図1は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「制御装置」とも称呼する。)を火花点火式・多気筒(本例では4気筒)・ガソリン燃料・内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関10は、本体部20、吸気系統30、排気系統40及び排気蓄圧系統50を備えている。
FIG. 1 shows an internal combustion engine control device (hereinafter also referred to as “control device”) according to an embodiment of the present invention in a spark ignition type, multi-cylinder (4 cylinders in this example), gasoline fuel, and
本体部20は、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とを備えている。本体部20は、ピストン頂面、シリンダ壁面及びシリンダヘッド部の下面からなる燃焼室21を複数(4個)備えている。シリンダヘッド部には、各燃焼室21に空気を供給するための図示しない吸気ポートと、各燃焼室21から排ガスを排出するための排気ポートと、が形成されている。吸気ポートは図示しない吸気弁により開閉され、排気ポートは図示しない排気弁により開閉されるようになっている。
The
シリンダヘッド部には図示しない複数(4個)の点火プラグが固定されている。各点火プラグは、その火花発生部が各燃焼室21の中央部であってシリンダヘッド部の下面近傍位置に露呈するように配設されている。各点火プラグは、点火信号に応答して火花発生部から点火用火花を発生するようになっている。更に、シリンダヘッド部には複数(4個)の燃料噴射弁(インジェクタ)22が固定されている。各燃料噴射弁22は、噴射指示信号に応答し、その噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料を各燃焼室21内に直接噴射するようになっている。
A plurality of (four) spark plugs (not shown) are fixed to the cylinder head portion. Each spark plug is disposed so that its spark generating portion is exposed at the center of each
吸気系統30は、インテークマニホールド31、吸気管32、スロットル弁33及びスロットル弁アクチュエータ33a、インタークーラー34、過給機35のコンプレッサ35a及びエアフィルタ36を備えている。
The
インテークマニホールド31は、各吸気ポートに接続された複数の枝部と、それらの枝部が集合したサージタンク部と、を備えている。吸気管32はサージタンク部と接続されている。インテークマニホールド31、吸気管32及び吸気ポートは、吸気通路を構成している。エアフィルタ36は吸気管32の端部に設けられている。スロットル弁33はエアフィルタ36とインテークマニホールド31との間の位置において吸気管32に回動可能に取り付けられている。スロットル弁33は、回動することにより吸気管32が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ33aはDCモータからなり、指示信号(駆動信号)に応答してスロットル弁33を回動させるようになっている。
インタークーラー34は、スロットル弁33の上流位置において吸気管32に配設されている。インタークーラー34は吸気通路を通過する吸入空気の冷却を行うようになっている。インタークーラー34には図示しない冷却水導入経路により機関冷却水が導かれ、機関冷却水によって吸入空気は冷却される。
The
The
過給機35のコンプレッサ35aは、インタークーラー34の上流位置において吸気管32に配設されている。
The
排気系統40は、エキゾーストマニホールド41、排気管42、触媒43及び排気遮断弁44を備えている。
The
エキゾーストマニホールド41は、各排気ポートに接続された複数の枝部と、それらの枝部が集合した集合部と、を備えている。排気管42は、エキゾーストマニホールド41の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド41、排気管42及び排気ポートは、排気通路を構成している。
The
過給機35のタービン35bは、エキゾーストマニホールド41の下流位置において排気管42に配設されている。
このタービン35bは、回転軸35cを介してコンプレッサ35aと接続されている。タービン35bは、排気通路内のガスにより回転される。これにより、コンプレッサ35aは回転し、吸入空気を圧縮する過給動作を行う。
The
The
触媒43は周知の三元触媒である。触媒43は、タービン35bの下流位置において排気管42に配設されている。
The
排気遮断弁44は、タービン35bと触媒43との間の位置において排気管42に配設されている。排気遮断弁44は指示信号により開閉されるようになっている。排気遮断弁44は、閉弁したとき、排気遮断弁44よりも上流側の排気通路と外部(機関の外部である大気)とのガスの通流を遮断するようになっている。これにより、排気遮断弁44は排気通路内のガスの外部への流出を防ぐ。排気遮断弁44は、開弁したとき、排気遮断弁44よりも上流側の排気通路と外部とのガスの通流を許容するようになっている。これにより、排気通路内のガスが触媒43を通して外部へ排出される。
The
排気蓄圧系統50は、蓄圧タンク51、蓄圧経路構成管52及び電磁弁53を備えている。
The exhaust
蓄圧タンク(蓄圧部)51は、蓄圧経路構成管52を通してエキゾーストマニホールド41の集合部と接続されている。電磁弁53は、蓄圧タンク51とエキゾーストマニホールド41の集合部との間の位置において蓄圧経路構成管52に配設されている。電磁弁53は指示信号により開閉されるようになっている。電磁弁53は、閉弁したとき、蓄圧タンク51とエキゾーストマニホールド41の集合部とのガスの通流を遮断するようになっている。これにより、蓄圧タンク51内の圧力が維持される。電磁弁53は、開弁したとき、蓄圧タンク51とエキゾーストマニホールド41の集合部とのガスの通流を許容するようになっている。これにより、蓄圧タンク51内のガスがエキゾーストマニホールド41内に放出されるか、又は、蓄圧タンク51内にエキゾーストマニホールド41のガスが導入され、貯められる。
The pressure accumulating tank (pressure accumulating portion) 51 is connected to the collecting portion of the
更に、この制御装置は、スロットル弁ポジションセンサ61、熱線式エアフローメータ62、機関回転速度センサ63、水温センサ64、蓄圧タンク圧センサ65、アクセル開度センサ66、排気圧センサ67及び電気制御装置70を備えている。
Further, the control device includes a throttle valve position sensor 61, a hot-wire
スロットル弁ポジションセンサ61は、スロットル弁33の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
熱線式エアフローメータ62は、吸気管32内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量(機関10の単位時間あたりの吸入空気量)GAを表す信号を出力するようになっている。
The throttle valve position sensor 61 detects the opening of the
The hot-wire
機関回転速度センサ63は、インテークカムシャフトが5°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにインテークカムシャフトが360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。機関回転速度センサ63から出力される信号は電気制御装置70により機関回転速度NEを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置70は、機関回転速度センサ63からの信号に基づいて、機関10のクランク角度(絶対クランク角度)を取得するようになっている。
The engine
水温センサ64は、内燃機関を冷却する冷却水の温度を検出し、その水温を表す信号を出力するようになっている。
蓄圧タンク圧センサ65は、蓄圧タンク51内の圧力を取得し、その圧力を表す信号Pinを出力するようになっている。
アクセル開度センサ66は、運転者によって操作されるアクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセルペダル操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
The
The pressure accumulation tank pressure sensor 65 acquires the pressure in the
The
排気圧センサ67は、各燃焼室21から排出されたガスの圧力を検出し、蓄圧タンク前圧力Pbfを表す信号を出力するようになっている。
The exhaust pressure sensor 67 detects the pressure of the gas discharged from each
電気制御装置70は、CPU71,ROM72,RAM73、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM74,及び、ADコンバータを含むインターフェース75等からなる周知のマイクロコンピュータである。
The
電気制御装置70のインターフェースは、前記センサ61〜67と接続され、CPU71にセンサ61〜67からの信号を供給するとともに、CPU71の指示に応じて、点火プラグ、燃料噴射弁22、スロットル弁アクチュエータ33a、排気遮断弁44及び電磁弁53に指示信号(駆動信号)を送出するようになっている。
The interface of the
次に、上記のように構成された制御装置の作動について場合を分けて説明する。
まず、機関10が始動された直後における制御装置の作動について説明する。電気制御装置70のCPU71は、所定時間の経過毎に図2に示したスロットル弁制御ルーチンを繰り返し実行するようになっている。
従って、所定のタイミングになるとCPU71はステップ200から処理を開始する。
Next, the operation of the control device configured as described above will be described separately.
First, the operation of the control device immediately after the
Accordingly, the
CPU71は、ステップ205に進んで現時点におけるアクセルペダル操作量Accp及び現時点における機関回転速度NEと、関数fと、に基づいて要求トルクTQreqを取得する。要求トルクTQreqとは、運転者が機関10に対して要求する「機関10が発生すべきトルク」である。関数fはルックアップテーブル(マップ)形式にて予めROM72内に格納されている。
The
次いで、CPU71はステップ210に進み蓄圧条件成立判定フラグXLが「0」であるか否かの判定を行う。蓄圧条件成立判定フラグXLは、その値が「1」であるとき、現時点での運転状態が蓄圧タンク51内に排気通路内のガスを導入させることにより蓄圧タンク51内の圧力を増大させる制御(以下、「蓄圧制御」とも称呼する。)を行うべき状態であることを示す。蓄圧条件成立判定フラグXLは、その値が「0」であるとき、現時点の運転状態が蓄圧制御を行う必要がない状態であることを示す。後述するように、蓄圧制御が実行されている間、機関10に供給される混合気の空燃比(機関の空燃比)は理論空燃比Stoichよりも大きい空燃比(リーン空燃比AL)に設定される。蓄圧制御が実行されていない間、機関の空燃比は理論空燃比Stoichに設定される。
Next, the
この蓄圧条件成立判定フラグXLは、機関10が搭載された車両の図示しないイグニション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたとき、CPU71が実行する図示しないイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるようになっている。更に、蓄圧条件成立判定フラグXLは後述する図4に示したルーチンにより変更されるようになっている。
This accumulation condition establishment determination flag XL is set to “0” in an initial routine (not shown) executed by the
現時点は機関10の始動直後であるから、前述したイニシャルルーチンによって蓄圧条件成立判定フラグXLは「0」に設定されている。従って、CPU71はステップ210において「Yes」と判定してステップ215に進む。
Since the current time is immediately after the
CPU71は、ステップ215においてステップ205にて取得した要求トルクTQreq及び現時点の機関回転速度NEと、関数gSと、に基づいて目標スロットル弁開度TAtgtを取得する。関数gSは、蓄圧制御を実行しない場合(即ち、機関の空燃比が理論空燃比Stoichに設定されている場合)において、機関10が要求トルクTQreqを発生するために必要とする量の空気が燃焼室21に供給されるように目標スロットル弁開度TAtgtを定める関数である。関数gSは,ルックアップテーブル(マップ)形式にて予めROM72内に格納されている。
The
次いで、CPU71は、ステップ220に進んで目標空燃比Abfrefに理論空燃比Stoichを設定する。
Next, the
次いで、CPU71は、ステップ225に進んでスロットル弁開度TAを目標スロットル弁開度TAtgtに一致させるようにスロットル弁アクチュエータ33aを制御する。次いで、CPU71は、ステップ295に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
Next, the
更に、CPU71は、図3に示した燃焼噴射制御ルーチンを各気筒のクランク角が圧縮上死点前の所定クランク角度(例えばBTDC90°)に一致する毎に繰り返し実行するようになっている。以下、クランク角が圧縮上死点前の前記所定クランク角度に一致した気筒を燃料噴射気筒とも称呼する。従って、何れかの気筒のクランク角が圧縮上死点前の前記所定クランク角度に一致すると、CPU71はステップ300から処理を開始し、ステップ305に進んで蓄圧条件成立判定フラグXLが「0」であるか否かを判定する。
Further, the
前述の仮定に従うと、現時点において蓄圧条件成立判定フラグXLは「0」に設定されている。従って、CPU71はステップ305にて「Yes」と判定しステップ310に進む。
According to the above assumption, the pressure accumulation condition establishment determination flag XL is currently set to “0”. Therefore, the
次いで、CPU71は、ステップ310にて筒内吸入空気量Mcを取得する。筒内吸入空気量Mcは、燃料噴射気筒の今回の吸気行程において燃料噴射気筒に流入する空気量(重量)である。筒内吸入空気量Mcは、熱線式エアフローメータ62から取得される質量流量GAと機関回転速度NEとに基づいて決定される。
Next, the
次いで、CPU71は、ステップ315に進み、ステップ310にて求めた筒内吸入空気量Mcを目標空燃比Abfrefにより除することによって主燃焼燃料噴射量(主燃焼燃料噴射時間)TAUMを取得する。この時点における目標空燃比Abfrefは、図2のステップ220の処理により、理論空燃比Stoichに設定されている。従って、主燃焼燃料噴射量TAUMは、燃料噴射気筒に供給される混合気の空燃比を理論空燃比Stoichに一致させるための燃料噴射量となる。
Next, the
次いで、CPU71は、ステップ320に進み、燃料噴射気筒に対応して備えられている燃料噴射弁22から主燃焼燃料噴射量TAUMの燃料が噴射されるように、その燃料噴射弁22に開弁指示を行う。この結果、燃料噴射気筒のクランク角が圧縮上死点前の所定クランク角に一致したタイミング(圧縮上死点からクランク角Qinj1だけ前)から、主燃焼燃料噴射量TAUMの燃料が噴射される。このタイミングにおける燃料噴射を、「主燃焼燃料噴射」と言う。そして、CPU71は図示しない点火時期制御ルーチンを実行することにより、主燃焼燃料噴射によって燃焼室21内に形成された混合気を圧縮上死点近傍の所定の点火時期にて点火する。その結果、機関10が要求トルクTQreqを発生するための主燃焼が圧縮上死点近傍以降において燃焼室21にて発生する。次いで、CPU71は、ステップ395に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
Next, the
ところで、CPU71は、図4に示した蓄圧条件成立フラグ設定ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し行うようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ400から処理を開始し、ステップ405に進む。
By the way, the
CPU71はステップ405にて蓄圧条件が成立しているか否かを判定する。蓄圧条件は、以下の条件1乃至条件3が総て成立した場合に成立する。
(条件1)アクセル開度センサ66により検出されるアクセルペダル操作量Accp(即ち、機関の負荷)が所定の範囲内(低側負荷閾値Accpthl≦Accp≦高側負荷閾値Accpthh)である。
(条件2)機関回転速度センサ63により検出される機関回転速度NEが所定の範囲内(低側回転速度NEthl≦NE≦高側回転速度NEthh)である。
(条件3)蓄圧タンク圧センサ65により検出される蓄圧タンク内圧Pinが所定値Pinth1以下(Pin≦第1閾値Pinth1)である。
なお、条件2及び/又は条件3は省略されてもよい。
In
(Condition 1) The accelerator pedal operation amount Accp (that is, the engine load) detected by the
(Condition 2) The engine rotational speed NE detected by the engine
(Condition 3) The pressure accumulation tank internal pressure Pin detected by the pressure accumulation tank pressure sensor 65 is a predetermined value Pinth1 or less (Pin ≦ first threshold value Pinth1).
この蓄圧条件は、機関10の運転条件が過給を必要としない運転状態にあるときに成立する。即ち、蓄圧条件は、機関10の負荷が所定の高側負荷閾値よりも小さいときに成立する条件である。
This pressure accumulation condition is satisfied when the operating condition of the
上記条件1において、アクセルペダル操作量Accpが低側負荷閾値Accpthl以上であることが条件に加わっているのは、吸入空気量が過度に小さい場合には排気圧力が蓄圧タンク51内の圧力を上昇させるのに十分な程に大きくならないからである。
上記条件3は、蓄圧タンク51内の圧力が十分に高い場合に蓄圧制御が無駄に行われてしまうことを回避するための条件である。
In the above condition 1, the condition that the accelerator pedal operation amount Accp is equal to or higher than the low-side load threshold value Accpthl is added to the condition that the exhaust pressure increases the pressure in the
Condition 3 is a condition for avoiding wasteful accumulation control when the pressure in the
現時点は機関10の始動直後であるから、機関10はアイドリング状態である。従って、アクセルペダル操作量Accpは最小値となるので、アクセルペダル操作量Accpは低側負荷閾値Accpthl未満である。また、機関10が始動された直後の状態においては、機関10はアイドリングを維持するのに必要な比較的低い回転速度(低側回転速度NEthl以下の回転速度)にて運転されている。従って、CPU71はステップ405にて「No」と判定してステップ425に進む。
Since the present time is immediately after the start of the
次いで、CPU71はステップ425にて過給補助条件が成立しているか否かを判定する。この過給補助条件は、機関10の運転条件が過給を必要とする運転状態にあるときに成立する。即ち、過給補助条件は、機関10の負荷が所定の過給必要負荷閾値よりも大きいときに成立する条件である。この過給必要負荷閾値は前記高側負荷閾値よりも大きい。
Next, the
より具体的に述べると、CPU71は、ステップ425にて以下の条件4及び条件5が共に成立したときに過給補助条件が成立していると判定する。
(条件4)アクセル開度センサ66により検出されるアクセル開度Accpが過給必要負荷閾値Accptha以上である。
(条件5)蓄圧タンク圧センサ65により検出される蓄圧タンク内圧Pinが第2閾値Pinth2以上である。第2閾値Pinth2は、蓄圧タンク内圧Pinが第2閾値Pinth2以上であるとき、過給補助制御が可能となる値に選択されている。過給補助制御は、蓄圧タンク51内のガスをタービン35bに供給することにより、コンプレッサ35aの回転を補助して過給圧を増大する制御である。なお、第2閾値Pinth2は第1閾値Pinth1よりも小さい。
More specifically, the
(Condition 4) The accelerator opening degree Accp detected by the accelerator
(Condition 5) The pressure accumulation tank internal pressure Pin detected by the pressure accumulation tank pressure sensor 65 is not less than the second threshold Pinth2. The second threshold Pinth2 is selected to a value that enables supercharging assist control when the pressure accumulation tank internal pressure Pin is equal to or higher than the second threshold Pinth2. The supercharging assist control is a control for increasing the supercharging pressure by assisting the rotation of the
現時点は機関10が始動された直後である。従って、アクセルペダル操作量Accpは過給必要負荷閾値Accpthaよりも小さい。
The current time is immediately after the
このため、CPU71はステップ425にて「No」と判定し、ステップ445に進んで電磁弁53を閉弁する。これにより、蓄圧タンク51とエキゾーストマニホールド41の集合部とのガスの流通が遮断される。
Therefore, the
次いで、CPU71は、ステップ450に進んで排気遮断弁44を開弁する。これにより、排気遮断弁44よりも上流側の排気通路と外部との間のガスの流通が許容される。この結果、排気通路内のガスが触媒43を通して外部へ排出される。
Next, the
次いで、CPU71は、ステップ440に進んで蓄圧条件成立判定フラグXLを「0」に設定し、ステップ495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Next, the
次に、機関10の運転が継続され、前述した蓄圧制御条件が成立した場合の制御装置の作動について説明する。この場合、CPU71が図4のステップ400から処理を開始すると、CPU71はステップ405にて「Yes」と判定し、ステップ410に進んで電磁弁53を開弁する。これにより、蓄圧タンク51とエキゾーストマニホールド41の集合部とのガスの流通が許容される。従って、蓄圧タンク51内に排気遮断弁44よりも上流側の排気通路内のガスが導入され、貯められる。
Next, the operation of the control device when the operation of the
次いで、CPU71は、ステップ415に進んで排気遮断弁44を閉弁する。これにより、排気遮断弁44よりも上流側の排気通路と外部とのガスの流通が遮断される。
この結果、排気遮断弁44よりも上流側の排気通路内のガスの外部への流出が防がれ、従って、機関10から排出された排ガスが外部へと流出しなくなる。その結果、排気遮断弁44よりも上流側の排気通路内におけるガスの圧力が上昇するから、蓄圧タンク51内の圧力が効率よく増大する。即ち、蓄圧タンク51への蓄圧が実行される。
Next, the
As a result, the outflow of the gas in the exhaust passage upstream of the
次いで、CPU71は、ステップ420に進んで蓄圧条件成立判定フラグXLに「1」を格納し、ステップ495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Next, the
この状態において、CPU71が図2のステップ200から処理を開始すると、CPU71はステップ205に進んで機関10に対して要求される要求トルクTQreqを取得する。この場合、前述したステップ420の処理により、蓄圧条件成立判定フラグXLは「1」に設定されている。従って、CPU71はステップ210において「No」と判定してステップ230に進む。
In this state, when the
CPU71は、ステップ230においてステップ205にて取得した要求トルクTQreq及び現時点の機関回転速度NEと、関数gLと、に基づいて目標スロットル弁開度TAtgtを取得する。関数gLは、蓄圧制御を実行する場合(即ち、機関10の空燃比がリーン空燃比ALに設定されている場合)において、機関10が要求トルクTQreqを発生するために必要とする量の空気が燃焼室21に供給されるように目標スロットル弁開度TAtgtを定める関数である。関数gLは,ルックアップテーブル(マップ)形式にて予めROM72内に格納されている。次いで、CPU71は、ステップ235に進んで目標空燃比Abfrefにリーン空燃比ALを格納する。
In
次いで、CPU71は、ステップ225に進んでスロットル弁開度TAを目標スロットル弁開度TAtgtに一致させるようにスロットル弁アクチュエータ33aを制御する。次いで、CPU71は、ステップ295に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
Next, the
この状態において、CPU71が図3のステップ300から処理を開始し、ステップ305に進むと、CPU71はステップ305にて「No」と判定しステップ325に進む。
In this state, when the
CPU71は、ステップ325にて燃料噴射気筒に対応して備えられている燃料噴射弁22から、その燃料噴射気筒のクランク角が圧縮上死点後の所定クランク角(例えば、圧縮上死点後クランク角Qinj2)に一致した時点より、副燃焼燃料噴射量(副燃焼燃料噴射時間)TAUPの燃料が噴射されるように、その燃料噴射弁22に指示を行う。このタイミングにおける燃料噴射を、「副燃焼燃料噴射」と言う。また、副燃焼燃料に基づいて形成された混合気の燃焼を「副燃焼」と言う。
In
次いで、CPU71は、ステップ310に進み筒内吸入空気量Mcを取得する。次いで、CPU71は、ステップ315に進み、主燃焼燃料噴射量(主燃焼燃料噴射時間)TAUMを取得する。
Next, the
次いで、CPU71は、ステップ320に進み、燃料噴射気筒に対応して備えられている燃料噴射弁22から主燃焼燃料噴射量TAUMの燃料が噴射されるように、その燃料噴射弁22に開弁指示を行う。次いで、CPU71は、ステップ395に進んで、本ルーチンを一旦終了する。これにより、上述した主燃焼が発生する。
Next, the
ここで、図5を参照しながら、上記蓄圧制御時(蓄圧条件成立判定フラグXLが「1」である場合)における上記主燃焼及び上記副燃焼について説明する。この図5は、燃料噴射気筒のクランク角に対する主燃焼燃料噴射及び副燃焼燃料噴射等のタイミングを示した図である。図5において、TDCは圧縮上死点、BDCは膨張下死点である。 Here, the main combustion and the sub-combustion during the pressure accumulation control (when the pressure accumulation condition establishment determination flag XL is “1”) will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the timing of the main combustion fuel injection and the sub-combustion fuel injection with respect to the crank angle of the fuel injection cylinder. In FIG. 5, TDC is a compression top dead center, and BDC is an expansion bottom dead center.
上述した図3のステップ320の処理が実行されることにより、燃料噴射気筒のクランク角が圧縮上死点前の第1所定クランク角(圧縮上死点前Qinj1クランク角)に一致したタイミングから、主燃焼燃料噴射量TAUMの燃料が噴射される。即ち、主燃焼燃料噴射が行われる。このとき、燃料噴射気筒には空燃比が理論空燃比よりもリーンである目標空燃比AL(リーン空燃比AL)の混合気が形成される。この混合気を形成する空気の量は、主燃焼燃料噴射量TAUMの燃料が燃焼されることによって要求トルクTQreqが発生するように調整されている(図2のステップ230を参照)。
そして、CPU71は図示しない点火時期制御ルーチンを実行することにより、主燃焼燃料噴射によって燃焼室21内に形成された混合気を圧縮上死点近傍の点火時期Aigにて点火する。
これにより、圧縮上死点近傍から主燃焼が開始する。主燃焼は圧縮上死点後の所定クランク角SNまで継続する。この結果、要求トルクTQreqが機関10から発生する。このとき、主燃焼に供された混合気の空燃比はリーン空燃比ALである。従って、余剰の酸素が燃焼室21内に残存する。
3 is executed, the timing at which the crank angle of the fuel injection cylinder coincides with the first predetermined crank angle before compression top dead center (Qinj1 crank angle before compression top dead center) is reached. Fuel of the main combustion fuel injection amount TAUM is injected. That is, main combustion fuel injection is performed. At this time, an air-fuel mixture having a target air-fuel ratio AL (lean air-fuel ratio AL) in which the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is formed in the fuel injection cylinder. The amount of air that forms this air-fuel mixture is adjusted so that the required torque TQreq is generated by burning the fuel of the main combustion fuel injection amount TAUM (see
The
Thereby, the main combustion starts from the vicinity of the compression top dead center. Main combustion continues to a predetermined crank angle SN after compression top dead center. As a result, the required torque TQreq is generated from the
その後、上述した図3のステップ325の処理が実行されることにより、燃料噴射気筒のクランク角が圧縮上死点後の第2所定クランク角(圧縮上死点後Qinj2クランク角)に一致したタイミングから、副燃焼燃料噴射量TAUPの燃料が噴射される。即ち、副燃焼燃料噴射が行われる。これにより、燃焼室21内には、副燃焼燃料噴射により噴射された燃料と主燃焼の結果として残存した酸素とを含む混合気(副燃焼用混合気)が形成される。そして、その副燃焼用混合気は主燃焼により発生した熱により高温となって着火する。即ち、副燃焼が発生する。
Thereafter, the processing at
更に、燃料噴射気筒の排気弁が膨張下死点BDC近傍の排気弁開弁時期EOにて開弁させられる。これにより、副燃焼により生じた高温のガスが排気通路内に排出される。更に、排気通路内においても副燃焼が発生する。このとき、前述したように、排気遮断弁44は閉弁されている。従って、排気遮断弁44よりも上流側の排気通路内のガスの分子数及び同ガスの温度が上昇する。換言すると、排気遮断弁44よりも上流側の排気通路内のガスの圧力が速やかに上昇する。更に、電磁弁53は開弁されている。この結果、蓄圧タンク51内の圧力が短時間内に第1閾値Pinth1にまで上昇する。即ち、短時間にて蓄圧タンク51への蓄圧を完了することができる。なお、副燃焼は膨張下死点近傍において発生するから、機関10の発生トルクを増大させない。
Further, the exhaust valve of the fuel injection cylinder is opened at the exhaust valve opening timing EO in the vicinity of the expansion bottom dead center BDC. As a result, the high-temperature gas generated by the secondary combustion is discharged into the exhaust passage. Further, secondary combustion occurs in the exhaust passage. At this time, as described above, the
このような蓄圧制御が実行されると、蓄圧タンク内圧Pinが第1閾値Pinth1よりも大きくなる。この場合、上記条件3が不成立となるので上記蓄圧条件が不成立となる。従って、CPU71が図4のステップ400から処理を開始すると、CPU71はステップ405にて「No」と判定しステップ425に進む。そして、この段階において、上記過給補助条件が成立していなければ、CPU71は、ステップ445、ステップ450及びステップ440へと進む。従って、機関10は、前述した機関始動直後と同様に制御される。
When such pressure accumulation control is executed, the pressure accumulation tank internal pressure Pin becomes larger than the first threshold value Pinth1. In this case, since the condition 3 is not satisfied, the pressure accumulation condition is not satisfied. Therefore, when the
次に、運転者がアクセルペダルAPを踏み込み、アクセルペダル操作量Accpが高側負荷閾値Accpthhよりも大きい過給必要負荷閾値Accptha以上となることに伴って、上記過給補助条件が成立した場合の制御装置の作動について説明する。この場合、CPU71が図4のステップ400から処理を開始すると、CPU71はステップ405にて「No」と判定し、ステップ425に進む。さらに、CPU71はステップ425にて「Yes」と判定し、ステップ430に進む。
Next, when the driver depresses the accelerator pedal AP and the accelerator pedal operation amount Accp becomes equal to or greater than the supercharging required load threshold value Accptha which is larger than the high side load threshold value Accpthh, the above supercharging assist condition is satisfied. The operation of the control device will be described. In this case, when the
次に、CPU71は、ステップ430にて電磁弁53を開弁する。これにより、蓄圧タンク51とエキゾーストマニホールド41集合部とのガスの流通が許容される。従って、蓄圧タンク51内のガスがタービン35bの上流側に機関10からの排ガスに加えて供給される。これによって、加速開始後、コンプレッサ35aの回転数が過給に必要な所定の回転数に達するまでの時間(ターボラグ)を短縮することができる。
Next, the
次いで、CPU71は、ステップ435に進んで排気遮断弁44を開弁する。この結果、排気通路内のガスが触媒43を通して外部へ排出される。
Next, the
次いで、CPU71は、ステップ440に進んで蓄圧条件成立判定フラグXLに「0」を格納し、ステップ495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Next, the
この状態において、CPU71が図2のステップ200から処理を開始すると、CPU71はステップ205に進んで機関10に対して要求される要求トルクTQreqを取得する。この場合、前述したステップ440の処理により、蓄圧条件成立判定フラグXLは0」に設定されている。従って、CPU71はステップ210において「Yes」と判定してステップ215乃至ステップ225の処理を行う。
In this state, when the
この結果、要求トルクTQreq及び現時点の機関回転速度NEと、関数gSと、に基づいて目標スロットル弁開度TAtgtが求められる。目標空燃比Abfrefは、理論空燃比Stoichに設定される。更に、スロットル弁開度TAが目標スロットル弁開度TAtgtに一致するようにスロットル弁アクチュエータ33aが駆動される。
As a result, the target throttle valve opening degree TAtgt is obtained based on the required torque TQreq, the current engine speed NE, and the function gS. The target air-fuel ratio Abfref is set to the stoichiometric air-fuel ratio Stoich. Further, the
更に、この状態において、CPU71が図3のステップ300から処理を開始し、ステップ305に進むと、CPU71はステップ305にて「Yes」と判定し、前述したステップ310乃至ステップ320の処理を行う。この結果、機関10の空燃比を理論空燃比Stoichに一致させるための主燃焼燃料噴射量TAUMが決定され、その主燃焼燃料噴射量TAUMの燃料が燃料噴射気筒に供給される。なお、ステップ325の処理は行われなくなるので、副燃焼は発生しない。次いで、CPU71は、ステップ395に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
Further, in this state, when the
図6は、本制御装置による効果を説明するためのタイムチャートである。図6において、Mcは筒内吸入空気量、Trqは機関の出力トルク、Pbfは蓄圧タンク前圧力(タービン35bよりも上流における排気通路内の圧力)、Pinは蓄圧タンク内圧である。更に、実線L1は、本制御装置における上記各値を示す。破線L2は、本発明の実施形態の変形例に係る制御装置(以下「変形例」と言う。)における上記各値を示す。一点鎖線L3は、比較例における上記各値を示す。
FIG. 6 is a time chart for explaining the effect of the present control device. In FIG. 6, Mc is the cylinder intake air amount, Trq is the engine output torque, Pbf is the pre-accumulation tank pressure (pressure in the exhaust passage upstream from the
ここで、変形例は、蓄圧制御時において、排気遮断弁44を閉弁するとともに電磁弁53を開弁させ、且つ、主燃焼に供される混合気の空燃比を上記リーン空燃比ALに一致させた上で上記副燃焼燃料噴射を行うことにより、上記副燃焼を発生させる。ただし、変形例は、蓄圧制御の開始前後においてスロットル弁開度TAを変化させることなく、筒内吸入空気量Mcを一定に維持する。
Here, in the modified example, during the pressure accumulation control, the exhaust shut-off
また、比較例は、蓄圧制御時において、排気遮断弁44を閉弁するとともに電磁弁53を開弁させる。ただし、比較例は蓄圧制御において、主燃焼に供される混合気の空燃比を蓄圧制御開始前と同じ理論空燃比Stoichに維持し、且つ、副燃焼燃料噴射は行わない(即ち、副燃焼は発生させない)。更に、比較例は、蓄圧制御の開始前後においてスロットル弁開度TAを変化させることなく、筒内吸入空気量Mcを一定に維持する。
In the comparative example, the
図6に示した例においては、時刻t1にて蓄圧条件が成立している(蓄圧制御が開始されている)。比較例によれば、蓄圧制御が開始される前後において筒内吸入空気量Mc及び主燃焼に供される混合気の空燃比は変化しない。従って、線L3に示したように、筒内吸入空気量Mc及び出力トルクTrqも変化しない。ただし、排気遮断弁44が閉弁され、且つ、電磁弁53が開弁されるので、蓄圧タンク前圧力Pbfは蓄圧制御中において僅かに増大する。この結果、蓄圧タンク内圧Pinは緩やかに増大し、時刻t4にて第1閾値Pinth1に到達する。
In the example shown in FIG. 6, the pressure accumulation condition is satisfied at time t1 (the pressure accumulation control is started). According to the comparative example, the cylinder intake air amount Mc and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the main combustion do not change before and after the pressure accumulation control is started. Accordingly, as indicated by the line L3, the in-cylinder intake air amount Mc and the output torque Trq do not change. However, since the exhaust shut-off
一方、変形例によれば、蓄圧制御が開始される前後において筒内吸入空気量Mcは一定に維持されるが、主燃焼に供される混合気の空燃比は理論空燃比Stoichからリーン空燃比ALへと変化させられる。従って、線L2に示したように、筒内吸入空気量Mcは一定であるものの、出力トルクTrqは蓄圧制御中に低下してしまう。この場合においても、排気遮断弁44は閉弁され、且つ、電磁弁53は開弁される。更に、副燃焼が発生させられる。従って、蓄圧制御中における蓄圧タンク前圧力Pbfは比較例よりも大きくなる。この結果、蓄圧タンク内圧Pinは比較例よりも速やかに増大し、時刻t4より前の時刻t3にて第1閾値Pinth1に到達する。
On the other hand, according to the modification, the in-cylinder intake air amount Mc is maintained constant before and after the pressure accumulation control is started, but the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the main combustion is changed from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio. Changed to AL. Therefore, as indicated by the line L2, the in-cylinder intake air amount Mc is constant, but the output torque Trq decreases during the pressure accumulation control. Even in this case, the
他方、本制御装置によれば、蓄圧制御が開始される前後において、主燃焼に供される混合気の空燃比が理論空燃比Stoichからリーン空燃比ALへと変化させられると同時に、機関10の発生トルクが一定になるように筒内吸入空気量Mcが増大させられる(線L1を参照。)。換言すると、蓄圧制御の開始前後(及び終了前後)において機関10の発生トルクは変化しない。
On the other hand, according to the present control device, before and after the pressure accumulation control is started, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture used for main combustion is changed from the stoichiometric air-fuel ratio Stoch to the lean air-fuel ratio AL, and at the same time, The in-cylinder intake air amount Mc is increased so that the generated torque is constant (see line L1). In other words, the generated torque of the
更に、本制御装置による場合においても、排気遮断弁44は閉弁され電磁弁53は開弁され、且つ、副燃焼が発生させられる。従って、蓄圧制御中における蓄圧タンク前圧力Pbfは、変形例よりも筒内空気量が増大しているので、蓄圧タンク内圧Pinは変形例よりも速やかに増大し、時刻t3より前の時刻t2にて第1閾値Pinth1に到達する。
Further, even in the case of this control device, the
このように、本制御装置は、極めて短時間にて蓄圧タンク51の蓄圧を完了させることができるとともに、蓄圧制御の実行に伴う機関10の発生トルクの変動を回避することができるという優れた効果を奏する。
As described above, the present control device can complete the pressure accumulation in the
このように、本制御装置は、
過給機(35)と、
所定の蓄圧条件が成立したとき、前記排気通路内のガスを導入することにより同ガスを高圧状態にて収容する蓄圧部を含むとともに、所定の過給補助条件が成立したとき、同蓄圧部に収容されている高圧状態のガスを前記タービンの回転を補助するように同タービンに供給する過給補助手段(蓄圧系統50、図4のステップ405、425及び410等)と、
前記機関がトルクを発生するための主燃焼が前記燃焼室内にて発生し得るように同主燃焼用の燃料を噴射する主燃焼燃料噴射手段(燃料噴射弁22、図2のステップ220、図3のステップ315及びステップ320)と、
前記蓄圧条件が成立したとき、前記蓄圧部に導入させる前記排気管内のガスの圧力を増大させるための燃焼であって前記主燃焼とは別の燃焼である副燃焼が前記燃焼室内及び前記排気管内の少なくとも一方にて発生し得るように同副燃焼用の燃料を噴射する副燃焼燃料噴射手段(燃料噴射弁22、図2のステップ235及び図3のステップ325)と、
を有する。
Thus, this control device
A supercharger (35);
When a predetermined pressure accumulation condition is satisfied, the gas storage section includes a pressure accumulation section that accommodates the gas in a high pressure state by introducing the gas in the exhaust passage, and when a predetermined supercharging assist condition is satisfied, Supercharging assistance means (
Main combustion fuel injection means (
When the pressure accumulation condition is satisfied, combustion for increasing the pressure of the gas in the exhaust pipe introduced into the pressure accumulating section and sub-combustion different from the main combustion is performed in the combustion chamber and the exhaust pipe Sub-combustion fuel injection means (
Have
前記主燃焼燃料噴射手段は、前記蓄圧条件が成立したとき、前記主燃焼に供される混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きい空燃比である第1空燃比に一致させるように前記主燃焼用の燃料の量を制御するように構成されている(図2のステップ235、図3のステップ315)。更に、前記副燃焼燃料噴射手段は、前記主燃焼に供される混合気に含まれる過剰な酸素を用いて前記副燃焼に供される混合気を形成するように構成されている。
The main combustion fuel injection means is configured to cause the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the main combustion to coincide with the first air-fuel ratio that is an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio when the pressure accumulation condition is satisfied. It is configured to control the amount of fuel for combustion (
また、本制御装置は、
前記燃焼室に供給される空気の量である吸入空気流量を取得する吸入空気量取得手段と(図3のステップ310等)、
前記機関に対して要求される要求トルクを表す要求パラメータを取得する要求トルクパラメータ取得手段と(図2のステップ205等)、
前記吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段(スロットル弁33及びスロットル弁アクチュエータ33a等)と、を備える。
In addition, this control device
Intake air amount acquisition means for acquiring an intake air flow rate that is the amount of air supplied to the combustion chamber (
Request torque parameter acquisition means for acquiring a request parameter representing a request torque required for the engine (
Intake air amount control means (
また、前記主燃焼燃料噴射手段は、
前記蓄圧条件が成立したとき(XL=1のとき)前記主燃焼に供される混合気を前記第1空燃比に一致させるように前記取得された吸入空気量と同第1空燃比とに基づいて前記主燃焼用の燃料の量を制御し(図2のステップ235及び図3のステップ315等)、前記蓄圧条件が成立しないとき(XL=0のとき)前記主燃焼に供される混合気を前記第1空燃比よりも小さい第2空燃比(理論空燃比)に一致させるように前記取得された吸入空気量と同第2空燃比とに基づいて前記主燃焼用の燃料の量を制御する(図2のステップ220、図3のステップ315)ように構成されている。
The main combustion fuel injection means includes
When the pressure accumulation condition is satisfied (when XL = 1), based on the acquired intake air amount and the first air-fuel ratio so that the air-fuel mixture provided for the main combustion matches the first air-fuel ratio The amount of fuel for the main combustion is controlled (
更に、前記吸入空気量制御手段は、
前記取得された要求トルクパラメータにより表される要求トルクを前記機関が発生するように同要求トルクと前記蓄圧条件が成立しているか否かとに応じて前記吸入空気量を制御するように構成されている(図2のルーチンを参照)。
Further, the intake air amount control means includes:
The intake air amount is controlled according to whether the required torque and the pressure accumulation condition are satisfied so that the engine generates the required torque represented by the acquired required torque parameter. (See routine in FIG. 2).
更に、前記主燃焼燃料噴射手段は、
前記燃焼室(21)に燃料を直接噴射する筒内噴射弁(22)から前記主燃焼用の燃料を第1の期間(圧縮上死点前クランク角Qinj1から主燃焼燃料噴射時間TAUMが経過するまでの期間)において噴射するように構成されている(図3のステップ320)。
前記副燃焼燃料噴射手段は、
前記筒内噴射弁(22)から前記副燃焼用の燃料を前記第1の期間よりも遅角側の第2の期間(圧縮上死点後クランク角Qinj2から副燃焼燃料噴射時間TAUPが経過する期間)において噴射するように構成されている(図3のステップ325)。
Further, the main combustion fuel injection means includes
The main combustion fuel is injected from the in-cylinder injection valve (22) that directly injects fuel into the combustion chamber (21) in the first period (the main combustion fuel injection time TAUM has elapsed from the crank angle Qinj1 before compression top dead center). (
The auxiliary combustion fuel injection means includes
The sub-combustion fuel is injected from the in-cylinder injection valve (22) into a second period (a sub-combustion fuel injection time TAUP elapses from the post-compression top dead center crank angle Qinj2) that is delayed from the first period. During the period) (
従って、本制御装置は、例えば加速操作が短時間内に頻発するような状況においても、蓄圧タンク内圧Pinを高い値に維持できる(速やかに回復できる)ので、蓄圧タンク51内のガスによる過給補助を行うことができ、もって、ターボラグを短縮できる。よって、運転者の要求に応じた加速感をもたらすことができる。
Accordingly, the present control device can maintain the pressure-accumulation tank internal pressure Pin at a high value (can be quickly recovered) even in a situation where acceleration operations frequently occur within a short time, for example, so that supercharging by the gas in the pressure-
なお、本発明による内燃機関の制御装置は、上記実施形態に限定されることなく、以下に述べるような種々の変形例を採用することができる。例えば、副燃焼燃料噴射の開始時期は、副燃焼が機関10にトルクを発生させない時期である限り、主燃焼の燃焼継続中であってもよい。この場合、副燃焼用の混合気は、主燃焼の火炎と主燃焼により発生する熱とによって着火されるので、副燃焼がより確実に発生され得る。
The control device for an internal combustion engine according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications as described below can be adopted. For example, the start timing of the auxiliary combustion fuel injection may be during the combustion of the main combustion as long as the auxiliary combustion does not cause the
また、副燃焼は燃焼室21内のみで発生してもよく、又は、排気通路内のみにて発生するものであってもよい。
Further, the auxiliary combustion may be generated only in the
更に、上記実施形態の副燃焼燃料噴射手段は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁22(筒内噴射弁)を用いて副燃焼用の燃料を噴射していた。これに対し、エキゾーストマニホールド41に別途燃料噴射弁を配設しておき、副燃焼燃料噴射手段はその別途配設された噴射弁から副燃焼用の燃料を噴射するように構成されてもよい。この場合においても、蓄圧制御中において主燃焼に供される混合気の空燃比がリーン空燃比ALに設定されることが望ましい。これによれば、燃焼室21からエキゾーストマニホールド41内に排出された余剰の酸素と、エキゾーストマニホールド41内に噴射された燃料と、によって副燃焼用の混合気がエキゾーストマニホールド41内において形成され、主燃焼の排気熱によりその副燃焼用の混合気が着火される。従って、蓄圧制御の前後において機関10の発生トルクが変動することを回避しながら、排気通路内のガス圧力を上昇させることができる。
Further, the auxiliary combustion fuel injection means of the above embodiment injects the auxiliary combustion fuel using the fuel injection valve 22 (in-cylinder injection valve) that injects the fuel directly into the cylinder. On the other hand, a fuel injection valve may be separately provided in the
さらに、副燃焼用の燃料がエキゾーストマニホールド41に設けられた燃料噴射弁から噴射される態様は、エキゾーストマニホールド41に副燃焼用の点火プラグを有していてもよい。これによりエキゾーストマニホールド41内において副燃焼をより確実に発生させることができる。
Furthermore, the aspect in which the fuel for sub-combustion is injected from the fuel injection valve provided in the
加えて、副燃焼燃料噴射手段が、エキゾーストマニホールド41に配設された燃料噴射弁から副燃焼用の燃料を噴射するように構成されている場合、排気通路に二次空気(新気)を別途供給するための二次空気供給装置が備えられていてもよい。この場合、副燃焼用の酸素が二次空気供給装置によって供給される。従って、蓄圧制御中において主燃焼に供される混合気の空燃比は理論空燃比Stoichに設定しておくこともできる。
In addition, when the auxiliary combustion fuel injection means is configured to inject fuel for auxiliary combustion from the fuel injection valve disposed in the
また、上記実施形態においては、過給補助条件成立の際には蓄圧タンク51から蓄圧経路構成管52を通してタービン35bへガスが供給される。これに対し、蓄圧経路構成管52とは別に、蓄圧タンク51とタービン35bとを連通する連通管と、その連通管の通路を開閉する電磁弁とを設けてもよい。この場合、その電磁弁は過給補助条件成立時にのみ開弁させられ、それによりその連通管を通しタービン35bへガスが供給される。これによれば、タービン35bに蓄圧タンク51内のガスを直接供給するができる。従って、排気通路を介して蓄圧タンク51内のガスをタービン35bに供給した場合に比べ、タービン35bに供給するガスの圧力を高くすることができる。この結果、ターボラグをさらに短縮することができる。
In the above embodiment, gas is supplied from the
また、上記実施形態においては、過給補助条件成立の際の蓄圧タンク51からのガスの供給は、別途設けられた補助過給機の補助タービンに対して行われてもよい。即ち、補助過給機は、蓄圧タンク51から供給されるガスにより回転される補助タービンを有する。さらに、補助過給機は、補助タービンの回転に伴って回転させられ、コンプレッサ35aの下流又は上流において、吸気通路に配設される補助コンプレッサを有する。これによって、過給補助条件成立の際には、蓄圧タンク51から供給されるガスによって補助タービン及び補助コンプレッサが回転させられる。この結果、コンプレッサ35aに加えて補助コンプレッサによるによる吸入空気の圧縮が行われ、さらに吸気効率を向上させることができる。
Moreover, in the said embodiment, supply of the gas from the
また、上記実施形態において、燃料噴射弁22から噴射される副燃焼燃料噴射量TAUPは一定であった。これに対し、燃料噴射弁22から噴射される副燃焼燃料噴射量TAUPは可変であってもよい。即ち、例えば、本制御御装置が蓄圧制御を行う際に、蓄圧タンク内圧が低い場合、副燃焼燃料噴射量TAUPの噴射量を増加させる。蓄圧タンク内圧Pinが低い程、蓄圧タンク51に供給されるガスの圧力を高めることができる。この結果、蓄圧タンク内圧Pinは速やかに増大し第1閾値Pinth1に到達する時間が短縮される。
In the above embodiment, the auxiliary combustion fuel injection amount TAUP injected from the
10…内燃機関,20…本体部、21…燃焼室、22…燃料噴射弁、30…吸気系統、31…インテークマニホールド、32…吸気管、33…スロットル弁、33a…スロットル弁アクチュエータ、35…過給機、35a…コンプレッサ、35b…タービン、40…排気系統、41…エキゾーストマニホールド、42…排気管、44…排気遮断弁、50…蓄圧系統、50…排気蓄圧系統、51…蓄圧タンク、52…蓄圧経路構成管、53…電磁弁、61…スロットル弁ポジションセンサ、62…熱線式エアフローメータ、63…機関回転速度センサ、65…蓄圧タンク圧センサ、66…アクセル開度センサ、67…排気圧センサ、70…電気制御装置、75…インターフェース。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
所定の蓄圧条件が成立したとき、前記排気通路内のガスを導入することにより同ガスを高圧状態にて収容する蓄圧部を含むとともに、所定の過給補助条件が成立したとき、同蓄圧部に収容されている高圧状態のガスを前記タービンの回転を補助するように同タービンに供給する過給補助手段と、
前記機関がトルクを発生するための主燃焼が前記燃焼室内にて発生し得るように同主燃焼用の燃料を噴射する主燃焼燃料噴射手段と、
前記蓄圧条件が成立したとき、前記蓄圧部に導入させる前記排気通路内のガスの圧力を増大させるための燃焼であって前記主燃焼とは別の燃焼である副燃焼が前記燃焼室内及び前記排気通路内の少なくとも一方にて発生し得るように同副燃焼用の燃料を噴射する副燃焼燃料噴射手段と、
を有する内燃機関の制御装置。 A compressor disposed in an intake pipe that forms an intake passage communicating with the turbine and a turbine disposed in an exhaust pipe that forms an exhaust passage communicating with the combustion chamber of the internal combustion engine, and that rotates as the turbine rotates A turbocharger having
When a predetermined pressure accumulation condition is satisfied, the gas storage section includes a pressure accumulation section that accommodates the gas in a high pressure state by introducing the gas in the exhaust passage, and when a predetermined supercharging assist condition is satisfied, Supercharging assisting means for supplying a gas in a high-pressure state accommodated to the turbine so as to assist the rotation of the turbine;
Main combustion fuel injection means for injecting fuel for the main combustion so that main combustion for generating torque by the engine can occur in the combustion chamber;
When the pressure accumulation condition is satisfied, combustion for increasing the pressure of the gas in the exhaust passage introduced into the pressure accumulating portion, and sub-combustion different from the main combustion is performed in the combustion chamber and the exhaust Sub-combustion fuel injection means for injecting fuel for sub-combustion so that it can be generated in at least one of the passages;
A control apparatus for an internal combustion engine.
前記主燃焼燃料噴射手段は、前記蓄圧条件が成立したとき、前記主燃焼に供される混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きい空燃比である第1空燃比に一致させるように前記主燃焼用の燃料の量を制御するように構成され、
前記副燃焼燃料噴射手段は、前記主燃焼に供される混合気に含まれる過剰な酸素を用いて前記副燃焼に供される混合気を形成するように構成された、
内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The main combustion fuel injection means is configured to cause the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the main combustion to coincide with the first air-fuel ratio that is an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio when the pressure accumulation condition is satisfied. Configured to control the amount of fuel for combustion;
The sub-combustion fuel injection means is configured to form an air-fuel mixture provided for the secondary combustion using excess oxygen contained in the air-fuel mixture provided for the main combustion.
Control device for internal combustion engine.
前記燃焼室に供給される空気の量である吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段と、
前記機関に対して要求される要求トルクを表す要求パラメータを取得する要求トルクパラメータ取得手段と、
前記吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
を備え、
前記主燃焼燃料噴射手段は、
前記蓄圧条件が成立したとき前記主燃焼に供される混合気を前記第1空燃比に一致させるように前記取得された吸入空気量と同第1空燃比とに基づいて前記主燃焼用の燃料の量を制御し、前記蓄圧条件が成立しないとき前記主燃焼に供される混合気を前記第1空燃比よりも小さい第2空燃比に一致させるように前記取得された吸入空気量と同第2空燃比とに基づいて前記主燃焼用の燃料の量を制御するように構成され、
前記吸入空気量制御手段は、
前記取得された要求トルクパラメータにより表される要求トルクを前記機関が発生するように同要求トルクと前記蓄圧条件が成立しているか否かとに応じて前記吸入空気量を制御するように構成された、
内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 2,
Intake air amount acquisition means for acquiring an intake air amount that is an amount of air supplied to the combustion chamber;
Request torque parameter acquisition means for acquiring a request parameter representing a request torque required for the engine;
An intake air amount control means for controlling the intake air amount;
With
The main combustion fuel injection means is
The main combustion fuel based on the acquired intake air amount and the first air-fuel ratio so that the air-fuel mixture provided for the main combustion matches the first air-fuel ratio when the pressure accumulation condition is satisfied When the pressure accumulation condition is not satisfied, the air-fuel mixture provided for the main combustion is equal to the acquired intake air amount so as to coincide with the second air-fuel ratio smaller than the first air-fuel ratio. 2 is configured to control the amount of the main combustion fuel based on the air-fuel ratio;
The intake air amount control means includes:
The intake air amount is controlled according to whether the required torque and the pressure accumulation condition are satisfied so that the engine generates the required torque represented by the acquired required torque parameter. ,
Control device for internal combustion engine.
前記主燃焼燃料噴射手段は、
前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁から前記主燃焼用の燃料を第1の期間において噴射するように構成され、
前記副燃焼燃料噴射手段は、
前記筒内噴射弁から前記副燃焼用の燃料を前記第1の期間よりも遅角側の第2の期間において噴射するように構成された、
内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The main combustion fuel injection means is
The main combustion fuel is configured to be injected in a first period from an in-cylinder injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber,
The auxiliary combustion fuel injection means includes
The sub-combustion fuel is injected from the in-cylinder injection valve in a second period that is retarded from the first period.
Control device for internal combustion engine.
前記蓄圧条件が成立したとき、前記排気通路内のガスの外部への流出を防ぐために同排気通路と同外部とを遮断する排気遮断手段を有する、
内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
When the pressure accumulation condition is satisfied, the exhaust passage has a means for shutting off the exhaust passage and the outside in order to prevent the gas in the exhaust passage from flowing out to the outside.
Control device for internal combustion engine.
前記副燃焼燃料噴射手段は、前記蓄圧条件が成立していないとき、前記副燃焼用の燃料を噴射しないように構成された内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5,
The control device for an internal combustion engine, wherein the sub-combustion fuel injection means is configured not to inject the sub-combustion fuel when the pressure accumulation condition is not satisfied.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008155194A JP2009299588A (en) | 2008-06-13 | 2008-06-13 | Control system for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008155194A JP2009299588A (en) | 2008-06-13 | 2008-06-13 | Control system for internal combustion engine |
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JP2008155194A Pending JP2009299588A (en) | 2008-06-13 | 2008-06-13 | Control system for internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2565428C1 (en) * | 2014-03-21 | 2015-10-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Aircraft fuel system |
-
2008
- 2008-06-13 JP JP2008155194A patent/JP2009299588A/en active Pending
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