JP2005083323A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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intake
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Hideyuki Takagi
秀行 高木
Bungo Kawaguchi
文悟 川口
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Toyota Motor Corp
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for an internal combustion engine capable of making uniform and excellent mixture gas and reducing smoke and harmful emission. <P>SOLUTION: The control device for the internal combustion engine has a combustion chamber 30 formed between a cylinder head 16 and a piston 14 fitted and inserted in a cylinder, an injector 40 for directly injecting fuel into the combustion chamber 30, and an intake valve 32 and an exhaust valve 34 for respectively opening/closing an intake port 18 and an exhaust port 20 connected to the combustion chamber 30. When the piston 14 descends from an exhaust top dead point, the fuel is injected from the injector 40 while the intake valve 32 and the exhaust valve 34 are closed. The exhaust valve 34 is opened for a subsequent specified period, and thereafter, the intake valve 32 is opened. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、車両に搭載される筒内噴射型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, and more particularly to a control device for a direct injection internal combustion engine mounted on a vehicle.

一般に、ディーゼル燃焼において、スモーク、NOx等の排気有害エミッションを低減するためには、空気と燃料との混合を促進することや可燃混合気の筒内分布を均一にすること等が重要である。そのために現状において種々の方策がとられている。その一つは、燃料を早期に噴射することによって燃料と空気との混合時間を確保するようにした、いわゆる予混合燃焼方式である。   In general, in diesel combustion, in order to reduce harmful exhaust emissions such as smoke and NOx, it is important to promote the mixing of air and fuel, to make the in-cylinder distribution of the combustible air-fuel mixture uniform, and the like. For this reason, various measures are currently taken. One of them is a so-called premixed combustion system in which a fuel and air mixing time is secured by injecting fuel at an early stage.

ところで、この予混合燃焼方式では、早期に燃料を噴射することから、シリンダ壁面への燃料付着に起因する燃費の悪化、HCの増大、オイル希釈等の問題が発生する。   By the way, in this premixed combustion system, since fuel is injected at an early stage, problems such as deterioration in fuel consumption, increase in HC, and oil dilution due to fuel adhesion to the cylinder wall surface occur.

そこで、このような問題を解決するために、例えば、特許文献1に記載の技術を採用することが考えられる。このものは、筒内噴射型ガソリンエンジンにおいて、吸気行程でのピストンの下降時に所定期間に亘って吸気バルブを閉バルブ状態にし、これにより一時的に燃焼室を負圧状態とする。そして、燃焼室がこのような負圧状態にあるときに燃料噴射バルブから燃料を噴射することにより、噴射された燃料を減圧沸騰させて、ガソリン燃料の気化、拡散を促進するようにしている。   Thus, in order to solve such a problem, for example, it is conceivable to employ the technique described in Patent Document 1. In this cylinder injection gasoline engine, when the piston descends during the intake stroke, the intake valve is closed for a predetermined period, thereby temporarily setting the combustion chamber to a negative pressure state. Then, when the combustion chamber is in such a negative pressure state, fuel is injected from the fuel injection valve, whereby the injected fuel is boiled under reduced pressure to promote the vaporization and diffusion of gasoline fuel.

特開平11−229920号公報JP-A-11-229920

しかしながら、ガソリン燃料の場合には蒸発性が高いので、この減圧沸騰による燃料の気化がある程度期待できるが、ディーゼル燃焼における燃料である軽油の場合には充分とはいえず、さらなる改良の余地があった。   However, in the case of gasoline fuel, evaporability is high, so it can be expected to evaporate the fuel to some extent by boiling under reduced pressure, but in the case of diesel oil as fuel in diesel combustion, it is not sufficient and there is room for further improvement. It was.

そこで、本発明の目的は、さらなる燃料蒸発の促進を図ることで、均一で良好な混合気を作成でき、スモーク、有害エミッションの低減を可能とする内燃機関の制御装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can create a uniform and good air-fuel mixture by further promoting fuel evaporation, and can reduce smoke and harmful emissions.

上記目的を達成する本発明の一形態に係る内燃機関の制御装置は、シリンダヘッドとシリンダ内に嵌挿されたピストンとの間に形成された燃焼室と、該燃焼室に燃料を直接に噴射するインジェクタと、吸気バルブおよび排気バルブと、を備え、
前記ピストンが排気上死点からの下降を開始してから吸気下死点に到達するまでの間に、前記吸気バルブおよび排気バルブを閉じたまま前記インジェクタから燃料を噴射すると共に燃料噴射後の所定期間に前記排気バルブを開き、その排気バルブを開いた後に前記吸気バルブを開くように制御することを特徴とする。
ここで、前記所定期間は、要求EGR量に対応して設定されるのが好ましい。
さらに、前記所定期間は、前記内燃機関の温度に応じて変えられることが好ましい。
A control device for an internal combustion engine according to an aspect of the present invention that achieves the above object includes a combustion chamber formed between a cylinder head and a piston fitted in the cylinder, and fuel is directly injected into the combustion chamber. An injector, and an intake valve and an exhaust valve,
Injecting fuel from the injector with the intake valve and exhaust valve closed while the piston starts to descend from the exhaust top dead center until reaching the intake bottom dead center, and a predetermined amount after fuel injection The exhaust valve is opened during a period, and the intake valve is controlled to open after the exhaust valve is opened.
Here, it is preferable that the predetermined period is set corresponding to the required EGR amount.
Furthermore, it is preferable that the predetermined period is changed according to the temperature of the internal combustion engine.

本発明の一形態に係る内燃機関の制御装置によると、ピストンの排気上死点からの下降時、吸気ポートおよび排気ポートを閉じたままインジェクタから燃料が噴射されることにより、燃料が減圧沸騰して、その微粒化ないしは気化が促進される。そして、その後の所定期間に排気バルブが開かれることにより高温の排気ガス(EGR)が導入されて、燃料のさらなる蒸発および拡散が促進される。従って、均一で良好な混合気を作成でき、スモーク、有害エミッションの低減を可能とすることができる。なお、減圧沸騰後に新気を導入すると、微粒化ないしは気化された燃料が新気により冷却されて液化し、ピストンヘッド等の燃焼室壁面に付着してしまうおそれがあるが、本発明では、排気ガスが筒内に導入された後に新気が導入されるので、微粒化ないしは気化された燃料の液化が抑制される。すなわち、排気ガスが筒内に導入された後に新気が導入されることにより、ピストンヘッド等の燃焼室壁面近傍には高温の排気ガスの層が形成されるので、燃料の液化による付着が抑制されるのである。   According to the control apparatus for an internal combustion engine according to one aspect of the present invention, when the piston descends from the exhaust top dead center, the fuel is injected from the injector while the intake port and the exhaust port are closed, so that the fuel boils under reduced pressure. Thus, atomization or vaporization is promoted. Then, the exhaust valve is opened during a predetermined period thereafter, whereby high-temperature exhaust gas (EGR) is introduced, and further evaporation and diffusion of fuel are promoted. Therefore, a uniform and good air-fuel mixture can be created, and smoke and harmful emissions can be reduced. If fresh air is introduced after boiling under reduced pressure, the atomized or vaporized fuel may be cooled and liquefied by the fresh air, and may adhere to the combustion chamber wall such as the piston head. Since fresh air is introduced after the gas is introduced into the cylinder, liquefaction of atomized or vaporized fuel is suppressed. In other words, by introducing fresh air after the exhaust gas is introduced into the cylinder, a high-temperature exhaust gas layer is formed in the vicinity of the combustion chamber wall surface of the piston head and the like, thereby suppressing adhesion due to fuel liquefaction. It is done.

また、排気バルブを開く所定期間を要求EGR量に対応して設定するようにすると、内部EGRと兼用できるので、EGR通路およびEGR制御バルブ等が不要となり全体構成が簡略化される。   Further, if the predetermined period for opening the exhaust valve is set corresponding to the required EGR amount, it can also be used as the internal EGR, so that the EGR passage and the EGR control valve are not required, and the overall configuration is simplified.

さらに、排気バルブを開く所定期間を、内燃機関の温度に応じて変えるようにすると、機関低温時には減圧沸騰が充分に行われない可能性があるが、このときに排気ガスの導入量が多くなるようにできるので、燃料の蒸発ないしは拡散を充分に行わせることができる。   Furthermore, if the predetermined period during which the exhaust valve is opened is changed in accordance with the temperature of the internal combustion engine, the boiling under reduced pressure may not be sufficiently performed at a low temperature of the engine, but at this time, the amount of exhaust gas introduced increases. Therefore, the fuel can be sufficiently evaporated or diffused.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1を参照するに、本発明に係る筒内噴射型内燃機関の概略構成図が示されており、シリンダブロックとシリンダヘッドの部分が縦断面図で示されている。以下、図1を参照して本発明に係る筒内噴射型内燃機関の構成を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, a schematic configuration diagram of a cylinder injection type internal combustion engine according to the present invention is shown, and a cylinder block and a cylinder head are shown in a longitudinal sectional view. The configuration of a direct injection internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to FIG.

筒内噴射型内燃機関であるディーゼルエンジン(以下、エンジンと略す)10は、2個の吸気バルブと2個の排気バルブからなる4バルブ式のエンジン、例えば4気筒エンジンであって4気筒の全てについて吸気行程のみならず圧縮行程での燃料噴射も可能に構成されている。以下、ここでは4気筒のうちの1気筒を代表的に説明する。   A diesel engine (hereinafter abbreviated as an engine) 10 which is a cylinder injection type internal combustion engine is a four-valve engine comprising two intake valves and two exhaust valves, for example, a four-cylinder engine and all four cylinders. The fuel injection is possible not only in the intake stroke but also in the compression stroke. Hereinafter, one of the four cylinders will be described as a representative.

エンジン10には、吸気通路2および排気通路4が連通され、この吸気通路2および排気通路4は、EGR制御バルブ7が介設されたEGR通路6で連通されている。吸気通路2にはターボチャージャ5のコンプレッサ5Aが配設されると共に、その下流に吸気絞り3が設けられコンプレッサ5Aは排気通路4に配設されたタービン5Bで駆動されるよう構成されている。なお、本実施の形態におけるターボチャージャ5はタービンノズル部に流量可変機構を有する可変容量ターボチャージャであり、過給圧の制御が容量を変更することにより可能とされている。   An intake passage 2 and an exhaust passage 4 are communicated with the engine 10, and the intake passage 2 and the exhaust passage 4 are communicated with an EGR passage 6 in which an EGR control valve 7 is interposed. A compressor 5 </ b> A of a turbocharger 5 is disposed in the intake passage 2, and an intake throttle 3 is provided downstream thereof, and the compressor 5 </ b> A is configured to be driven by a turbine 5 </ b> B disposed in the exhaust passage 4. The turbocharger 5 in the present embodiment is a variable capacity turbocharger having a variable flow rate mechanism in the turbine nozzle portion, and the supercharging pressure can be controlled by changing the capacity.

また、図に示すように、シリンダブロック12の円筒状のシリンダには、ピストン14が嵌挿されている。シリンダヘッド16には、一側に上述の吸気通路2に吸気マニホルドを介して連通する一対の吸気ポート18、他側に上述の排気通路4に排気マニホルドを介して連通する一対の排気ポート20が形成されている。吸気ポート18は一対の吸気口22においてシリンダヘッド16の下面とピストン14の頂面とで形成される燃焼室30に臨んで開口しており、排気ポート20は一対の排気口24において燃焼室30に臨んで開口している。   Further, as shown in the figure, a piston 14 is fitted into the cylindrical cylinder of the cylinder block 12. The cylinder head 16 has a pair of intake ports 18 that communicate with one side of the intake passage 2 via an intake manifold, and a pair of exhaust ports 20 that communicate with the exhaust passage 4 of the other side via an exhaust manifold. Is formed. The intake port 18 opens at a pair of intake ports 22 facing a combustion chamber 30 formed by the lower surface of the cylinder head 16 and the top surface of the piston 14, and the exhaust port 20 is opened at the pair of exhaust ports 24. Open to the front.

そして、吸気口22には、吸気ポート18と燃焼室30との連通と遮断とを行う一対の吸気バルブ32が設けられており、一方、排気口24には、排気ポート20と燃焼室30との連通と遮断とを行う一対の排気バルブ34が設けられている。吸気バルブ32と排気バルブ34とは、それぞれ、吸気バルブ駆動機構36および排気バルブ駆動機構38に連係されている。吸気バルブ駆動機構36および排気バルブ駆動機構38は、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して、それぞれ、吸気バルブ32と排気バルブ34とを進退駆動する電磁駆動機構から構成され、後述する電子コントロールユニット(ECU)60の信号に基づき、開閉のタイミングおよびリフト量が任意に制御可能に構成されている。従って、例えばECU60からの信号に基づいて吸気バルブ駆動機構36および/または排気バルブ駆動機構38が作動されると、吸気バルブ32および/または排気バルブ34の開閉時期、延いては開期間が長く或いは短く可変制御されることになる。   The intake port 22 is provided with a pair of intake valves 32 for communicating and blocking between the intake port 18 and the combustion chamber 30, while the exhaust port 24 has an exhaust port 20, a combustion chamber 30, and an exhaust port 24. A pair of exhaust valves 34 are provided to communicate and shut off. The intake valve 32 and the exhaust valve 34 are linked to an intake valve drive mechanism 36 and an exhaust valve drive mechanism 38, respectively. The intake valve drive mechanism 36 and the exhaust valve drive mechanism 38 are configured by electromagnetic drive mechanisms that drive the intake valve 32 and the exhaust valve 34 forward and backward, respectively, using electromagnetic force generated when an excitation current is applied. The opening / closing timing and the lift amount can be arbitrarily controlled based on a signal from an electronic control unit (ECU) 60 described later. Therefore, for example, when the intake valve drive mechanism 36 and / or the exhaust valve drive mechanism 38 are operated based on a signal from the ECU 60, the opening / closing timing of the intake valve 32 and / or the exhaust valve 34, and thus the open period becomes longer. The variable control is short.

また、シリンダヘッド16には、燃焼室30に向けて燃料を直接噴射可能に配設されたインジェクタ40が設けられている。より詳しくは、インジェクタ40は、同図に示すように、ほぼシリンダ軸線上でシリンダヘッド16に取り付けられている。そして、該インジェクタ40はECU60に電気的に接続されている。なお、このインジェクタ40は、不図示のコモンレールに連通され、その燃料噴射圧はエンジンの負荷に応じて変更制御されるようになっている。   In addition, the cylinder head 16 is provided with an injector 40 disposed so as to be able to directly inject fuel toward the combustion chamber 30. More specifically, the injector 40 is attached to the cylinder head 16 substantially on the cylinder axis as shown in FIG. The injector 40 is electrically connected to the ECU 60. The injector 40 is in communication with a common rail (not shown), and the fuel injection pressure is changed and controlled according to the engine load.

ここで、ECU60の出力側には、上述の吸気絞り3、EGR制御バルブ7、吸気バルブ駆動機構36、排気バルブ駆動機構38、およびインジェクタ40が接続されている。一方、ECU60の入力側には、クランク角センサ51、気筒判別センサ52、アクセル開度センサ53、吸気マニホルドに配設された吸気圧センサ54および吸気温センサ55、排気マニホルドに配設された排気圧センサ56および排気温センサ57、および気筒内の燃焼室30の圧力を検出する筒内圧センサ58がそれぞれ接続されている。   Here, the intake throttle 3, the EGR control valve 7, the intake valve drive mechanism 36, the exhaust valve drive mechanism 38, and the injector 40 are connected to the output side of the ECU 60. On the other hand, on the input side of the ECU 60, a crank angle sensor 51, a cylinder discrimination sensor 52, an accelerator opening sensor 53, an intake pressure sensor 54 and an intake air temperature sensor 55 provided in the intake manifold, and an exhaust gas provided in the exhaust manifold. An atmospheric pressure sensor 56, an exhaust temperature sensor 57, and an in-cylinder pressure sensor 58 for detecting the pressure of the combustion chamber 30 in the cylinder are connected.

なお、クランク角センサ51はクランクの所定角度毎に発生するピックアップ信号からクランク角度ΘNeを検出し、また所定時間内の検出数からエンジン速度Neを得るためのものであり、気筒判別センサ52はクランクの所定角度の検出により、制御対象の気筒を判別するためのものである。一方、アクセル開度センサ53は、エンジンの負荷(以下、アクセル開度θacと称す)の検出のためのものであり、アクセルペダル59の踏み込みに応じた信号を出力する。ここで、所定の運転状態において、エンジン10の有害エミッション低減を含む良好な運転に必要とされる、要求燃料噴射量Qv、要求新気量GairNew、および要求EGR量Gegrは、アクセル開度θacと上記エンジン速度Neとに基づき設定されている。実際には、アクセル開度θacとエンジン速度Neとにより表される運転状態に応じて、それぞれの値が予めマップ化されて、ECU60の所定のメモリーに記憶されている。   The crank angle sensor 51 detects the crank angle ΘNe from the pickup signal generated at every predetermined crank angle, and obtains the engine speed Ne from the detected number within a predetermined time. The cylinder discrimination sensor 52 This is to determine the cylinder to be controlled by detecting the predetermined angle. On the other hand, the accelerator opening sensor 53 is for detecting an engine load (hereinafter referred to as accelerator opening θac), and outputs a signal corresponding to depression of the accelerator pedal 59. Here, in a predetermined operating state, the required fuel injection amount Qv, the required fresh air amount GairNew, and the required EGR amount Gegr required for good operation including the reduction of harmful emissions of the engine 10 are determined by the accelerator opening θac. It is set based on the engine speed Ne. Actually, each value is mapped in advance and stored in a predetermined memory of the ECU 60 in accordance with the operation state represented by the accelerator opening degree θac and the engine speed Ne.

以下、このように構成されたエンジン10の制御装置の制御の一形態について説明する。制御ルーチンのフローチャートが示された図2、および作動状態を概念的に示した図3を参照するに、特定の気筒が排気上死点から吸気行程に入ったことが気筒判別センサ52からの信号により判別されると、この気筒の吸気バルブ32および排気バルブ34を閉じたまま(図3(A)参照)、ステップS10において、先ず、エンジン速度Neとアクセル開度θac、排気マニホルド内圧力Pex、および排気マニホルド内温度Texが読み込まれる。そして、エンジン速度Neとアクセル開度θacとに基づき、要求燃料噴射量Qv、要求新気量GairNew、および要求EGR量Gegrが求められる。同時に、排気マニホルド内圧力Pexおよび排気マニホルド内温度Texに基づき、燃料噴射時期Θinjが求められる。   Hereinafter, one form of control of the control device of the engine 10 configured as described above will be described. Referring to FIG. 2 showing the flowchart of the control routine and FIG. 3 conceptually showing the operating state, a signal from the cylinder discrimination sensor 52 that the specific cylinder has entered the intake stroke from the exhaust top dead center. In step S10, the engine speed Ne, the accelerator opening θac, the exhaust manifold internal pressure Pex, and the intake valve 32 and the exhaust valve 34 of the cylinder are closed (see FIG. 3A). And the temperature Tex in the exhaust manifold is read. Then, the required fuel injection amount Qv, the required fresh air amount GairNew, and the required EGR amount Gegr are obtained based on the engine speed Ne and the accelerator opening degree θac. At the same time, the fuel injection timing Θinj is obtained based on the exhaust manifold internal pressure Pex and the exhaust manifold internal temperature Tex.

この状態においては、吸気バルブ32および排気バルブ34が閉じられたまま、ピストン14が下降するので、燃焼室30は減圧されていく。そして、次のステップS11において、ピストン14の下降に伴いクランク角度ΘNeが上述の燃料噴射時期Θinjと一致したときに、インジェクタ40から噴射が開始される(図3(B)参照)。そして、上述の要求燃料噴射量Qvを満たす噴射期間が経過したときにインジェクタ40からの噴射は停止される。このインジェクタ40から燃料が噴射されるときには、燃焼室30内の減圧状態は進んでおり、この低圧(絶対値)下において噴射された燃料は減圧沸騰し、その結果として微粒化ないしは気化が促進される。   In this state, the piston 14 is lowered while the intake valve 32 and the exhaust valve 34 are closed, so that the combustion chamber 30 is depressurized. In the next step S11, when the crank angle ΘNe coincides with the above-described fuel injection timing Θinj as the piston 14 is lowered, the injection is started from the injector 40 (see FIG. 3B). Then, the injection from the injector 40 is stopped when the injection period that satisfies the above-described required fuel injection amount Qv has elapsed. When fuel is injected from the injector 40, the decompressed state in the combustion chamber 30 is advanced, and the fuel injected under this low pressure (absolute value) boils under reduced pressure, and as a result, atomization or vaporization is promoted. The

さらに、ステップS12において、この燃料の噴射の停止とほぼ同時に、排気バルブ34が開かれる(図3(C)参照)。排気バルブ34が開かれると、低圧下にある燃焼室30内に高温の排気ガスが導入され、上述の減圧沸騰により微粒化ないしは気化された燃料のさらなる蒸発が促進されることになる。   Further, in step S12, the exhaust valve 34 is opened almost simultaneously with the stop of the fuel injection (see FIG. 3C). When the exhaust valve 34 is opened, high-temperature exhaust gas is introduced into the combustion chamber 30 under a low pressure, and further evaporation of fuel atomized or vaporized by the above-described reduced-pressure boiling is promoted.

さらに、ステップS13に進み、前述のクランク角度ΘNeや、排気マニホルド内圧力Pex、および排気マニホルド内温度Tex、と共に、筒内圧センサ58の検出による筒内圧力Psが読み込まれる。そして、これらに基づき燃焼室30に導入されるEGR量が算出されると共に、ステップS10において求められていた要求EGR量Gegrとの対比に基づき、排気バルブ34の閉時期Θexcloseが求められる。すなわち、クランク角度ΘNeによりピストン14の位置が分かるので、そのときの燃焼室30の容積が分かり、排気マニホルド内圧力Pexと筒内圧力Psとの差圧から、例えば、単位クランク角度毎にどの程度のEGR量が筒内に導入されるかが分かる。従って、これを単位クランク角度毎に積算していけば、所定のクランク角度ΘNeにおいて合計してどの程度のEGR量が筒内に入るか分かるので、この予想されるEGR量が要求EGR量Gegrを満たすクランク角度ΘNeが、排気バルブ34の開期間の終期を定める閉時期Θexcloseとして設定される。   In step S13, the in-cylinder pressure Ps detected by the in-cylinder pressure sensor 58 is read together with the crank angle ΘNe, the exhaust manifold internal pressure Pex, and the exhaust manifold internal temperature Tex. Based on these, the EGR amount introduced into the combustion chamber 30 is calculated, and the closing timing Θexclose of the exhaust valve 34 is determined based on the comparison with the required EGR amount Gegr determined in step S10. That is, since the position of the piston 14 is known from the crank angle ΘNe, the volume of the combustion chamber 30 at that time is known, and from the differential pressure between the exhaust manifold internal pressure Pex and the in-cylinder pressure Ps, for example, to what extent per unit crank angle It can be seen whether the EGR amount is introduced into the cylinder. Therefore, if this is integrated for each unit crank angle, it is possible to know how much EGR amount enters into the cylinder in total at a predetermined crank angle ΘNe, so that this expected EGR amount is less than the required EGR amount Gegr. The crank angle ΘNe that is satisfied is set as the closing timing Θexclose that determines the end of the opening period of the exhaust valve 34.

そこで、ステップS14に進み、クランク角度ΘNeが排気バルブ34の閉時期Θexcloseと一致したとき、排気バルブ34が閉じられる。なお、この排気バルブ34の閉時期Θexcloseは、ステップS13で設定した値を基準値として、エンジンの温度に応じて調整しつつ変えるようにしてもよい。なお、このエンジン温度は、例えば、不図示の水温センサによるエンジン冷却水温度や、排気温センサ57による排気マニホルド内温度Tex等により代表させることができる。エンジンの温度が高いときほど燃料の蒸発、拡散が促進されるので、エンジン温度が高いほどピストンの排気上死点からの下降時に排気バルブ34を開く期間を短くしてもよい。   Accordingly, the process proceeds to step S14, and when the crank angle ΘNe coincides with the closing timing Θexclose of the exhaust valve 34, the exhaust valve 34 is closed. The closing timing Θexclose of the exhaust valve 34 may be changed while being adjusted according to the temperature of the engine, using the value set in step S13 as a reference value. The engine temperature can be represented by, for example, an engine cooling water temperature by a water temperature sensor (not shown), an exhaust manifold internal temperature Tex by an exhaust temperature sensor 57, or the like. The higher the engine temperature, the more fuel evaporation and diffusion is promoted. Therefore, the higher the engine temperature, the shorter the period during which the exhaust valve 34 is opened when the piston is lowered from the exhaust top dead center.

そして、ステップS15において、この排気バルブ34が閉じられた後に吸気バルブ32が開かれ(図3(D)参照)、燃焼室30内に新気が導入され、前述の蒸発が促進された燃料と混合されることにより、運転状態に見合った適正で均一な混合気が形成されることになる。   In step S15, after the exhaust valve 34 is closed, the intake valve 32 is opened (see FIG. 3 (D)), fresh air is introduced into the combustion chamber 30, and the above-described fuel in which evaporation is promoted. By mixing, an appropriate and uniform air-fuel mixture corresponding to the operating state is formed.

ここで、再度、図3を参照して、本発明の制御装置により燃料噴射時期、排気バルブ34の開閉時期ないしは開期間、および吸気バルブ32の開時期が制御された場合の吸気行程の様子を説明する。図3では、吸気行程初期(A)、燃料噴射時期(B)、吸気行程中期(C)及び吸気行程後期(D)の順に示されている。吸気行程が開始されると、その初期(A)では、ピストン14が吸気バルブ32および排気バルブ34が開かず、閉じたままの状態で下降することになり、燃焼室30内が減圧され負圧状態となる。そして、この負圧状態でインジェクタ40から燃料が噴射される(B)と、該燃料は所謂減圧沸騰して微粒化ないしは気化拡散することになる。そこで、吸気行程中期(C)において、排気バルブ34が開かれ、高温の排気ガス(EGR)が導入されると、さらに良好に蒸発(気化)が促進される。そして、吸気行程後期(D)に吸気バルブ32が開かれ、新気が導入されたときには、該気化した燃料は新気と良好に混合され、筒内にほぼ均一な混合気が形成されるのである。つまり、上記のような制御を実施することにより、燃料が液滴のまま燃焼室30内を浮遊することがなくなり、また、燃料が液滴のままピストン14の頂面や、シリンダ壁面の燃焼室壁面に付着することがなくなり、燃焼が緩慢となることなく未燃炭化水素(HC)やスモークの発生が好適に防止される。   Here, referring again to FIG. 3, the state of the intake stroke when the fuel injection timing, the opening / closing timing or opening period of the exhaust valve 34, and the opening timing of the intake valve 32 are controlled by the control device of the present invention. explain. In FIG. 3, the initial stage of the intake stroke (A), the fuel injection timing (B), the middle stage of the intake stroke (C), and the late stage of the intake stroke (D) are shown in this order. When the intake stroke is started, at the initial stage (A), the piston 14 is lowered while the intake valve 32 and the exhaust valve 34 are not opened, and the inside of the combustion chamber 30 is depressurized to be negative pressure. It becomes a state. When fuel is injected from the injector 40 in this negative pressure state (B), the fuel boils under pressure so that it is atomized or vaporized and diffused. Thus, when the exhaust valve 34 is opened and high-temperature exhaust gas (EGR) is introduced in the middle of the intake stroke (C), evaporation (vaporization) is further promoted. Then, when the intake valve 32 is opened in the late stage (D) of the intake stroke and fresh air is introduced, the vaporized fuel is well mixed with the fresh air, and a substantially uniform mixture is formed in the cylinder. is there. That is, by performing the control as described above, the fuel does not float in the combustion chamber 30 as droplets, and the top surface of the piston 14 or the combustion chamber on the cylinder wall remains as fuel droplets. The adhesion to the wall surface is eliminated, and the generation of unburned hydrocarbons (HC) and smoke is suitably prevented without slowing the combustion.

また、燃料がシリンダ壁面に付着することがないため、シリンダ壁面上にピストン14の上下動毎に塗布される潤滑油の油膜が燃料で希釈されてしまうこともなくなり、シリンダとピストン14間の潤滑が良好に維持され、ピストンリングやシリンダ壁面の摩耗が好適に防止される。   Further, since the fuel does not adhere to the cylinder wall surface, the oil film of the lubricating oil applied every time the piston 14 moves up and down on the cylinder wall surface is not diluted with the fuel, and the lubrication between the cylinder and the piston 14 is prevented. Is maintained well, and wear of the piston ring and the cylinder wall surface is suitably prevented.

ところで、上述した制御の一形態は、吸気行程の一部において排気バルブ34を開くことによる、いわゆる内部EGRにより、外部EGRを行うことなく必要なEGR量が確保されること、および、排気バルブ34を閉じた後に、吸気バルブ32を開くことにより、必要な新気量が確保できるということを前提とした制御である。ところが、吸気行程は、クランク角度において、高々180°の回転区間に限られているので、エンジンの高速時等の運転状態によっては、必要なEGR量や新気量が不足する可能性がある。   By the way, in one form of the control described above, a so-called internal EGR by opening the exhaust valve 34 in a part of the intake stroke ensures a necessary EGR amount without performing an external EGR, and the exhaust valve 34. The control is based on the premise that the necessary amount of fresh air can be secured by opening the intake valve 32 after closing the valve. However, since the intake stroke is limited to a rotation section of 180 ° at the crank angle, there is a possibility that the required EGR amount and fresh air amount may be insufficient depending on the operating state such as at high speed of the engine.

そこで、例えば、EGR量を確保するために排気バルブ34の開期間を長く取るような場合には、燃料噴射可能期間を短くせざるを得ないことになるが、この燃料噴射可能期間内に、運転状態から必要とされる要求噴射量Qvを噴射できないときには、吸気行程での噴射量は一定とし、その不足分につき圧縮上死点付近において燃焼室30に噴射するようにしてもよい。   Therefore, for example, in the case where the open period of the exhaust valve 34 is made long in order to ensure the EGR amount, the fuel injection possible period must be shortened, but within this fuel injection possible period, When the required injection amount Qv required from the operating state cannot be injected, the injection amount in the intake stroke may be constant, and the shortage may be injected into the combustion chamber 30 near the compression top dead center.

また、要求EGR量Gegrに対し、上述の排気バルブ34の開期間のみではEGR量が不足するような場合には、例えば、排気バルブ34の開期間を一定として、吸気バルブ32が開かれた新気導入期間に外部EGRとして不足分を供給するようにしてもよい。この場合には、吸気絞り3、ターボチャージャ5の可変ノズルおよびEGR制御バルブ7の開度を適切に制御することにより、換言すると、吸気通路2と排気通路4との圧力差と両者を連通するEGR通路6の開口面積とを制御することにより、新気に加えられる外部EGR量を制御することになる。   Further, when the EGR amount is insufficient with respect to the required EGR amount Gegr only in the above-described opening period of the exhaust valve 34, for example, the opening period of the exhaust valve 34 is kept constant, and the new intake valve 32 is opened. The shortage may be supplied as an external EGR during the air introduction period. In this case, by appropriately controlling the opening degree of the intake throttle 3, the variable nozzle of the turbocharger 5, and the EGR control valve 7, in other words, the pressure difference between the intake passage 2 and the exhaust passage 4 is communicated. By controlling the opening area of the EGR passage 6, the amount of external EGR added to fresh air is controlled.

さらに、上述した制御の一形態において、吸気バルブ32の開期間内には充分な新気量が得られないと予測される場合には、吸気バルブ32の開期間が一定の短期間とされても、前述のターボチャージャ5の可変ノズルを制御することによる過給圧を高めるような制御を行い、新気量の不足が生じないようにする。また、吸気バルブ32の開時期は、排気バルブ34が閉じられた後に限られることはなく、排気ガスの導入が先に行われる限り、吸気バルブ32と排気バルブ34とが多少のオーバーラップを伴って開かれるようにしてもよい。   Further, in the above-described control mode, when it is predicted that a sufficient amount of fresh air cannot be obtained within the opening period of the intake valve 32, the opening period of the intake valve 32 is set to a certain short period. In addition, control is performed to increase the supercharging pressure by controlling the variable nozzle of the turbocharger 5 described above, so that a shortage of fresh air does not occur. The opening timing of the intake valve 32 is not limited to after the exhaust valve 34 is closed. As long as the exhaust gas is introduced first, the intake valve 32 and the exhaust valve 34 have some overlap. May be opened.

なお、上述の本発明による制御は、エンジンの全運転範囲に亘って行うことも可能であるが、一部の運転領域においてのみ行わせるようにしてもよい。すなわち、予混合燃焼を行わせることが有効な運転領域に限って行わせ、他の領域においては、通常の吸排気バルブの開閉制御による圧縮行程噴射を行わせてもよい。   The above-described control according to the present invention can be performed over the entire operating range of the engine, but may be performed only in a part of the operating range. That is, it may be performed only in the operation region where it is effective to perform the premixed combustion, and in other regions, the compression stroke injection by the normal intake / exhaust valve opening / closing control may be performed.

また、本実施の形態では、筒内圧力Psを検出するのに筒内圧センサ58を用いるようにしたが、この筒内圧力Psは、所定のパラメータ値から計算によって求めることも可能である。   In this embodiment, the in-cylinder pressure sensor 58 is used to detect the in-cylinder pressure Ps. However, the in-cylinder pressure Ps can also be obtained by calculation from a predetermined parameter value.

本発明の一実施形態の概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の制御手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the control procedure of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の吸気行程の様子を説明する線図であり、(A)は吸気行程初期、(B)は燃料噴射時期、(C)は吸気行程中期、および(D)は吸気行程後期を示す。It is a diagram explaining the mode of the intake stroke of one embodiment of the present invention, (A) is the initial stage of the intake stroke, (B) is the fuel injection timing, (C) is the middle stage of the intake stroke, and (D) is the intake stroke. Shown later.

符号の説明Explanation of symbols

2 吸気通路
3 吸気絞り
4 排気通路
5 ターボチャージャ
6 EGR通路
7 EGR制御バルブ
10 エンジン
14 ピストン
30 燃焼室
32 吸気バルブ
34 排気バルブ
36 吸気バルブ駆動機構
38 排気バルブ駆動機構
40 インジェクタ
51 クランク角センサ
52 気筒判別センサ
53 アクセル開度センサ
54 吸気圧センサ
55 吸気温センサ
56 排気圧センサ
57 排気温センサ
58 筒内圧センサ
60 ECU
ΘNe クランク角度
Ne エンジン速度
Θac アクセル開度
Qv 要求燃料噴射量
GairNew 要求新気量
Gegr 要求EGR量
Pex 排気マニホルド内圧力
Tex 排気マニホルド内温度
Θinj 燃料噴射時期
Ps 筒内圧力
Θexclose 排気バルブの閉時期
2 Intake passage 3 Intake throttle 4 Exhaust passage 5 Turbocharger 6 EGR passage 7 EGR control valve 10 Engine 14 Piston 30 Combustion chamber 32 Intake valve 34 Exhaust valve 36 Intake valve drive mechanism 38 Exhaust valve drive mechanism 40 Injector 51 Crank angle sensor 52 Cylinder Discriminating sensor 53 Accelerator opening sensor 54 Intake pressure sensor 55 Intake temperature sensor 56 Exhaust pressure sensor 57 Exhaust temperature sensor 58 In-cylinder pressure sensor 60 ECU
ΘNe Crank angle
Ne Engine speed Θac Accelerator opening
Qv Required fuel injection amount
GairNew required fresh air volume
Gegr Required EGR amount
Pex Exhaust manifold pressure
Tex Exhaust manifold internal temperature Θinj Fuel injection timing
Ps In-cylinder pressure Θexclose Exhaust valve closing timing

Claims (3)

シリンダヘッドとシリンダ内に嵌挿されたピストンとの間に形成された燃焼室と、
該燃焼室に燃料を直接に噴射するインジェクタと、
吸気バルブおよび排気バルブと、を備え、
前記ピストンが排気上死点からの下降を開始してから吸気下死点に到達するまでの間に、前記吸気バルブおよび排気バルブを閉じたまま前記インジェクタから燃料を噴射すると共に燃料噴射後の所定期間に前記排気バルブを開き、その排気バルブを開いた後に前記吸気バルブを開くように制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
A combustion chamber formed between a cylinder head and a piston fitted in the cylinder;
An injector for injecting fuel directly into the combustion chamber;
An intake valve and an exhaust valve,
Injecting fuel from the injector with the intake valve and exhaust valve closed while the piston starts to descend from the exhaust top dead center until reaching the intake bottom dead center, and a predetermined amount after fuel injection A control apparatus for an internal combustion engine, wherein the exhaust valve is opened during a period, and the intake valve is opened after the exhaust valve is opened.
前記所定期間は、要求EGR量に対応させて設定されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。   2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the predetermined period is set in accordance with a required EGR amount. 前記所定期間は、前記内燃機関の温度に応じて変えられることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the predetermined period is changed according to a temperature of the internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111051668A (en) * 2017-09-11 2020-04-21 弗瑞瓦勒夫股份公司 Internal combustion engine and method for controlling such an internal combustion engine

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