JP2005220823A - Control device for cylinder injection type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重質燃料使用時の制御特性を改善した筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する発明である。 The present invention relates to a control device for a direct injection internal combustion engine with improved control characteristics when using heavy fuel.
近年、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射式エンジン(直噴エンジン)の需要が急増している。この筒内噴射式エンジンは、成層燃焼モードと均質燃焼モードの2つ燃焼モードがあり、低負荷領域では、成層燃焼モードに切り換えて、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させ、中・高負荷領域では、均質燃焼モードに切り換えて、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させるようにしている。 In recent years, the demand for in-cylinder injection engines (direct injection engines) that have the features of low fuel consumption, low exhaust emission, and high output has been increasing rapidly. This in-cylinder injection engine has two combustion modes, a stratified combustion mode and a homogeneous combustion mode. In the low-load region, it switches to the stratified combustion mode, and a small amount of fuel is directly injected into the cylinder in the compression stroke and ignited. A stratified mixture is formed in the vicinity of the plug and stratified combustion is performed.In the middle and high load regions, the mode is switched to the homogeneous combustion mode, the fuel injection amount is increased, and the fuel is directly injected into the cylinder in the intake stroke to perform homogeneous mixing. A gas is formed and homogeneously combusted.
この筒内噴射式エンジンには、排出ガスの一部を吸気系に環流させる排気環流装置(EGR)や、筒内に生じさせる気流(スワール流やタンブル流)の強さを制御する気流制御弁が搭載され、更に最近では吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構を搭載したものが増加しており、これらを制御する様々な技術が提案されている。 This in-cylinder injection engine includes an exhaust gas recirculation device (EGR) that circulates part of exhaust gas to the intake system, and an airflow control valve that controls the strength of airflow (swirl flow and tumble flow) generated in the cylinder. More recently, there are an increasing number of those equipped with a variable valve timing mechanism for changing the opening and closing timing of the intake valve and the exhaust valve, and various techniques for controlling these mechanisms have been proposed.
例えば、特許文献1(特公平6−58067号公報)では、成層燃焼運転時に負荷に応じてスワール比を変化させるようにスワール制御弁を制御することで、負荷の影響を排除するようにしている。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 6-58067), the influence of the load is eliminated by controlling the swirl control valve so as to change the swirl ratio according to the load during the stratified combustion operation. .
また、特許文献2(特開平11−50853号公報)では、成層燃焼運転時にエンジン回転速度に応じてスワール強さを変化させるようにスワール制御弁を制御することで、加減速時に燃焼状態が急変することを防止するようにしている。 Further, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-50853), the combustion state suddenly changes during acceleration / deceleration by controlling the swirl control valve so as to change the swirl strength according to the engine rotation speed during the stratified combustion operation. I try to prevent that.
また、特許文献3(特開平7−119513号公報)では、燃焼圧変動(トルク変動)に応じてEGR弁開度を制御することで、トルク変動を低減しながらNOx排出量を低減させるようにしている。
一般に、排気環流装置、気流制御弁、可変バルブタイミング機構の制御パラメータの適合は、標準的な燃料性状を有する燃料(標準燃料)を使用して行われる。従って、上記各特許文献の技術も、標準燃料の使用が前提で制御パラメータが適合されており、燃料性状は全く考慮されていない。 In general, the control parameters of the exhaust gas recirculation device, the airflow control valve, and the variable valve timing mechanism are adapted using a fuel having a standard fuel property (standard fuel). Therefore, the technology of each of the above patent documents is adapted to control parameters on the premise that standard fuel is used, and fuel properties are not considered at all.
しかし、市場で実際に使用される燃料の燃料性状は様々であり、燃料性状によって燃料噴射弁から噴射される燃料の蒸発特性ひいては霧化特性が変化する。このため、霧化特性の悪い重質の燃料が使用されると、標準燃料で適合した制御パラメータでは、噴射燃料を十分に霧化させることができず、燃焼状態が悪化して、スモーク排出量が増加したり、ドライバビリティが悪化するという問題がある。 However, the fuel properties of the fuel actually used in the market are various, and the evaporation characteristics of the fuel injected from the fuel injection valve, and thus the atomization characteristics, vary depending on the fuel properties. For this reason, when heavy fuel with poor atomization characteristics is used, the injection parameters cannot be sufficiently atomized with the control parameters adapted to the standard fuel, and the combustion state deteriorates, resulting in smoke emissions. There is a problem that increases or drivability deteriorates.
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、重質燃料使用時でも安定した燃焼状態を確保することができ、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances. Therefore, the object of the present invention is to ensure a stable combustion state even when heavy fuel is used, and to reduce smoke and drivability when heavy fuel is used. It is an object of the present invention to provide a control device for a direct injection internal combustion engine that can achieve improvement.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、吸気行程又は圧縮行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼又は成層燃焼させる筒内噴射式内燃機関の制御装置において、排気系から吸気系に環流する外部排気環流量(外部EGR量)を制御する排気環流制御手段と、吸気バルブ及び/又は排気バルブの開閉動作を可変する可変バルブ機構の少なくとも一方を備え、燃料の性状を燃料性状判定手段により判定し、重質燃料と判定されたときに、排気環流制御手段及び/又は可変バルブ機構を軽質燃料使用時よりも外部EGR量及び/又はバルブオーバーラップ量を減少させる方向に制御手段により制御するようにしたものである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a control apparatus for a direct injection internal combustion engine in which fuel is injected into a cylinder in an intake stroke or a compression stroke to perform homogeneous combustion or stratified combustion from an exhaust system. At least one of an exhaust recirculation control means for controlling the external exhaust recirculation flow rate (external EGR amount) recirculating to the intake system and a variable valve mechanism for changing the opening / closing operation of the intake valve and / or the exhaust valve is provided. When it is determined by the property determination means and it is determined that the fuel is heavy, the exhaust recirculation control means and / or the variable valve mechanism is controlled so as to reduce the external EGR amount and / or the valve overlap amount than when the light fuel is used. It is controlled by means.
ここで、バルブオーバーラップ量が増加すると、内部EGR量(筒内に残留する燃焼ガス量)が増加するという関係がある。外部EGR量や内部EGR量が増加するほど、筒内への新気の吸入量が減少し、燃焼温度が低下する。このため、軽質燃料よりも霧化性・燃焼性が悪い重質燃料を使用する場合は、外部EGR量や内部EGR量が多い運転領域で、燃焼状態が不安定になりやすく、燃焼温度低下によりスモークが発生しやすくなる。 Here, when the valve overlap amount increases, the internal EGR amount (the amount of combustion gas remaining in the cylinder) increases. As the external EGR amount and the internal EGR amount increase, the intake amount of fresh air into the cylinder decreases, and the combustion temperature decreases. For this reason, when using heavy fuels that are less atomized and combustible than light fuels, the combustion state tends to become unstable in the operating region where the external EGR amount and internal EGR amount are large, and the combustion temperature decreases. Smoke is likely to occur.
この特性を考慮して、本発明では、重質燃料と判定されたときに、排気環流制御手段及び/又は可変バルブ機構を軽質燃料使用時よりも外部EGR量及び/又はバルブオーバーラップ量(内部EGR量)を減少させる方向に制御するようにしたものである。外部EGR量や内部EGR量を減少させると、筒内への新気の吸入量が増加し、燃焼温度が高くなるため、重質燃料使用時に、外部EGR量とバルブオーバーラップ量(内部EGR量)の両方又はいずれか一方を減少させる方向に制御すれば、新気吸入量の増加と燃焼温度の高温化の効果によって重質燃料でも安定して燃焼させることができ、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる。 In consideration of this characteristic, in the present invention, when it is determined that the fuel is heavy, the exhaust gas recirculation control means and / or the variable valve mechanism is set to the external EGR amount and / or the valve overlap amount (internal) than when the light fuel is used. EGR amount) is controlled to decrease. Decreasing the external EGR amount or the internal EGR amount increases the intake amount of fresh air into the cylinder and raises the combustion temperature. Therefore, when using heavy fuel, the external EGR amount and the valve overlap amount (internal EGR amount) )) Or both of them can be controlled in the direction of decreasing, so that even heavy fuel can be stably burned by the effect of increasing the amount of fresh air intake and increasing the combustion temperature. Smoke reduction and drivability improvement can be realized.
ところで、外部EGRや内部EGRは、筒内温度(吸入空気温度)を上昇させて燃料の霧化を促進させる作用があるため、外部EGR量や内部EGR量が少なくなり過ぎると、筒内温度が重質燃料を霧化させるのに必要な温度域よりも低くなってしまい、重質燃料使用時には、燃料の霧化が不足して、ピストンウェット(ピストンに付着する燃料)が増加し、スモークが発生しやすくなる。 By the way, the external EGR and the internal EGR have an action of increasing the in-cylinder temperature (intake air temperature) and promoting the atomization of the fuel. Therefore, if the external EGR amount or the internal EGR amount becomes too small, the in-cylinder temperature is increased. It becomes lower than the temperature range required to atomize heavy fuel, and when heavy fuel is used, fuel atomization is insufficient, piston wet (fuel attached to the piston) increases, and smoke is reduced. It tends to occur.
この対策として、請求項2のように、重質燃料と判定されたときに、外部排気環流量及び/又はバルブオーバーラップ量(内部EGR量)が所定値以下の場合に、排気環流制御手段及び/又は前記可変バルブ機構を外部EGR及び/又はバルブオーバーラップ量(内部EGR量)を増加させる方向に制御するようにすると良い。 As a countermeasure against this, when it is determined that the fuel is heavy as in claim 2, the exhaust gas recirculation control means and the exhaust gas flow control means and the valve overlap amount (internal EGR amount) are less than or equal to a predetermined value. It is preferable to control the variable valve mechanism in a direction to increase the external EGR and / or the valve overlap amount (internal EGR amount).
このようにすれば、外部EGR量や内部EGR量を減少させると、筒内温度が重質燃料を霧化させるのに必要な温度域よりも低くなってしまう運転領域では、重質燃料使用時に外部EGR量とバルブオーバーラップ量(内部EGR量)の両方又はいずれか一方を増加させて、筒内温度を上昇させることができ、それによって、燃料の霧化を促進させることができて、ピストンウェットを低減することができ、重質燃料使用時のスモークを低減することができる。 In this way, when the external EGR amount and the internal EGR amount are reduced, the in-cylinder temperature becomes lower than the temperature range necessary for atomizing the heavy fuel. The in-cylinder temperature can be increased by increasing both or one of the external EGR amount and the valve overlap amount (internal EGR amount), thereby promoting the atomization of the fuel, and the piston Wet can be reduced, and smoke when using heavy fuel can be reduced.
以上説明した請求項1,2の燃料性状に応じた制御は、均質燃焼運転中に実行せず、成層燃焼運転中のみに実行するようにしても良い(請求項3)。吸気行程で燃料を噴射する均質燃焼運転は、圧縮行程で燃料を噴射する成層燃焼運転と比較して、燃料噴射から点火までの時間が長く、燃料の霧化時間を長くとれるため、均質燃焼運転中は、燃料性状に応じた特別な制御を行わなくても、重質燃料の霧化に必要な時間を確保できると共に、吸入空気の気流によって燃料と空気との混合を促進させることができ、重質燃料でも燃焼安定性を確保することができる。 The control according to the fuel properties of claims 1 and 2 described above may be executed only during the stratified combustion operation, not during the homogeneous combustion operation (claim 3). Homogeneous combustion operation in which fuel is injected in the intake stroke is longer than stratified combustion operation in which fuel is injected in the compression stroke, so the time from fuel injection to ignition is longer and the fuel atomization time is longer. Inside, the time required for atomization of heavy fuel can be secured without special control according to the fuel properties, and the mixing of fuel and air can be promoted by the airflow of the intake air. Combustion stability can be ensured even with heavy fuel.
また、請求項4のように、成層燃焼運転中に、重質燃料と判定されたときに気流制御弁を軽質燃料使用時よりも気流を強める方向に制御するようにしても良い。このようにすれば、重質燃料で成層燃焼運転を行う場合に、筒内に生じさせる気流(スワール流やタンブル流)を強めることで、燃料と空気との混合を促進させて、燃料の霧化を促進させることができ、重質燃料でも燃焼安定性を確保することができる。 Further, as described in claim 4, during the stratified charge combustion operation, when it is determined that the fuel is heavy fuel, the air flow control valve may be controlled in a direction in which the air flow is strengthened more than when light fuel is used. In this way, when stratified combustion operation is performed with heavy fuel, mixing of fuel and air is promoted by strengthening the airflow (swirl flow and tumble flow) generated in the cylinder, so that the fuel mist The combustion stability can be ensured even with heavy fuel.
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した3つの実施例1〜3を説明する。 Hereinafter, three Examples 1 to 3 embodying the best mode for carrying out the present invention will be described.
本発明の実施例1を図1乃至図5に基づいて説明する。まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、DCモータ等のモータ15によって駆動されるスロットルバルブ16が設けられ、このスロットルバルブ16の開度(スロットル開度)がスロットル開度センサ17によって検出される。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of the entire engine control system will be described with reference to FIG. An
また、スロットルバルブ16の下流側には、サージタンク18が設けられ、このサージタンク18に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ19が設けられている。また、サージタンク18には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド20が設けられ、各気筒の吸気マニホールド20に、筒内の気流強度(スワール流強度やタンブル流強度)を制御する気流制御弁31が設けられている。
A
エンジン11の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁21が取り付けられている。エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ22が取り付けられ、各点火プラグ22の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン11の吸気バルブ37には、開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構39(可変バルブ機構)が設けられている。
A
エンジン11のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ32と、冷却水温を検出する冷却水温センサ23とが取り付けられている。また、クランク軸(図示せず)の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ24が取り付けられている。このクランク角センサ24の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
A
一方、エンジン11の排気管25には、排出ガスを浄化する上流側触媒26と下流側触媒27が設けられ、上流側触媒26の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ/リーン等を検出する排出ガスセンサ28(空燃比センサ、酸素センサ等)が設けられている。本実施例1では、上流側触媒26として理論空燃比付近で排出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒27としてNOx吸蔵還元型触媒が設けられている。このNOx吸蔵還元型触媒27は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のNOxを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵NOxを還元浄化して放出する特性を持っている。
On the other hand, the
また、排気管25のうちの上流側触媒26の下流側と吸気管12のうちのスロットルバルブ16の下流側のサージタンク18との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのEGR配管33が接続され、このEGR配管33の途中に外部排気環流量(外部EGR量)を制御するEGR弁34(排気環流制御手段)が設けられている。また、アクセルペダル35の踏込量(アクセル開度)がアクセルセンサ36によって検出される。
Further, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake side between the downstream side of the
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)30に入力される。このECU30は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁21の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ22の点火時期等を制御すると共に、吸気バルブ37の可変バルブタイミング機構39を制御して、吸気バルブ37の実バルブタイミングを目標バルブタイミングに一致させるように制御する。
Outputs of the various sensors described above are input to an engine control circuit (hereinafter referred to as “ECU”) 30. The
このECU30は、エンジン運転状態(要求トルクやエンジン回転速度等)に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ22の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める。
The
一般に、吸気バルブ37と排気バルブ38の両方が開いているバルブオーバーラップが増加すると、内部EGR量(筒内に残留する燃焼ガス量)が増加するという関係がある。図4及び図5に示すように、重質燃料使用時には、成層燃焼運転中に外部EGR量や内部EGR量が適正な範囲を越えて増加すると、スモークが増加する。この理由は、外部EGR量や内部EGR量が増加するほど、筒内への新気の吸入量が減少し、燃焼温度が低下するため、軽質燃料よりも霧化性・燃焼性が悪い重質燃料を使用する場合は、外部EGR量や内部EGR量が多い高EGR領域で、燃焼状態が不安定になりやすく、燃焼温度低下によりスモークが発生しやすくなるためである。
In general, when the valve overlap in which both the
そこで、ECU30は、成層燃焼運転中に図2及び図3の各ルーチンを実行することで、外部EGR量とバルブオーバーラップ量が所定値A,B以上となる高EGR領域で、重質燃料使用時に、外部EGR量とバルブオーバーラップ量(内部EGR量)を減少させる方向に制御して、筒内への新気の吸入量を増加させ、燃焼温度を上昇させることで、重質燃料使用時のスモークを低減させるようにしている。これにより、ECU30は、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。
Therefore, the
尚、ECU30は、図示しない燃料性状判定ルーチンを実行することで、燃料性状判定手段として機能し、エンジン始動後の燃焼安定性(回転変動)、過渡運転時の空燃比のずれ等に基づいて噴射燃料の燃料性状を判定する。或は、燃料タンク内に設けた燃料性状センサ等のセンサ出力(燃料の蒸発性)に基づいて噴射燃料の燃料性状を判定するようにしても良い。
以下、ECU30が実行する図2及び図3の各ルーチンの処理内容を説明する。
The
Hereinafter, the processing content of each routine of FIG.2 and FIG.3 which ECU30 performs is demonstrated.
[外部EGR量演算ルーチン]
図2の外部EGR量演算ルーチンは、成層燃焼運転中にEGR弁34の制御周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ101で、エンジン回転速度Neを読み込み、次のステップ102で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ103に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じてマップ又は数式により基本外部EGR量EGRBを演算する。
[External EGR amount calculation routine]
The external EGR amount calculation routine of FIG. 2 is executed in the control period of the
この後、ステップ104に進み、使用燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料でない(軽質燃料である)と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題は発生しないため、ステップ107に進み、外部EGR量補正量EGRCを最小値(0)に設定する。 Thereafter, the routine proceeds to step 104, where it is determined whether or not the fuel used is heavy fuel. As a result, if it is determined that the fuel is not heavy fuel (light fuel), there is no problem of smoke increase or drivability decrease due to heavy fuel. Therefore, the process proceeds to step 107 and the external EGR amount correction amount EGRC is set to the minimum value. Set to (0).
これに対して、ステップ104で、重質燃料であると判定された場合には、外部EGR量が多くなり過ぎると、スモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生するため、ステップ105に進み、前記ステップ103で算出した基本外部EGR量EGRBが所定値Aよりも多いか否かを判定する。この所定値Aは、図4に示すように、高EGR領域でスモークの発生が顕著になり始める外部EGR量に設定されている。この所定値Aは、演算処理の簡略化のために予め設定した固定値に設定しても良いが、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)及び/又は重質度合いに応じて所定値Aをマップ又は数式により算出するようにしても良い。
On the other hand, if it is determined in
このステップ105で、基本外部EGR量EGRBが所定値A以下と判定されれば、スモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ107に進み、外部EGR量補正量EGRCを最小値(0)に設定する。
If it is determined in
一方、ステップ105で、基本外部EGR量EGRBが所定値Aよりも多いと判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ106に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じてマップ又は数式等により外部EGR量補正量EGRCを算出する。
On the other hand, if it is determined in
以上のようにしてステップ106又は107で外部EGR量補正量EGRCを決定した後、ステップ108に進み、基本外部EGR量EGRBから外部EGR量補正量EGRCを減算して最終外部EGR量EGRを求める。これにより、重質燃料使用時には、基本外部EGR量EGRBが所定値Aよりも多い高EGR領域で、外部EGR量がエンジン運転状態に応じて設定された外部EGR量補正量EGRCによって減量補正されることになる。
After the external EGR amount correction amount EGRC is determined in
[バルブタイミング演算ルーチン]
図3のバルブタイミング演算ルーチンは、成層燃焼運転中に可変バルブタイミング機構39,40の制御周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ201で、エンジン回転速度Neを読み込み、次のステップ202で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ203に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じてマップ又は数式により吸気バルブ37の基本バルブタイミングVCTBを演算する。
[Valve timing calculation routine]
The valve timing calculation routine of FIG. 3 is executed in the control cycle of the variable
この後、ステップ204に進み、使用燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料でない(軽質燃料である)と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題は発生しないため、ステップ208に進み、バルブタイミング補正量VCTCを最小値(0)に設定する。 Thereafter, the process proceeds to step 204, where it is determined whether or not the used fuel is heavy fuel. As a result, if it is determined that the fuel is not heavy fuel (light fuel), there is no problem of smoke increase or drivability decrease due to heavy fuel, so the process proceeds to step 208 and the valve timing correction amount VCTC is set to the minimum value ( Set to 0).
これに対して、ステップ204で、重質燃料であると判定された場合には、バルブオーバーラップ量(内部EGR量)が多くなり過ぎると、スモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生するため、ステップ205に進み、前記ステップ203で算出した基本バルブタイミングVCTBに基づいてバルブオーバーラップ量OLを算出した後、ステップ206に進み、バルブオーバーラップ量OLが所定値Bよりも多いか否かを判定する。この所定値Bは、図5に示すように、バルブオーバーラップ量(内部EGR量)が多い領域で、スモークの発生が顕著になり始めるバルブオーバーラップ量に設定されている。この所定値Bは、演算処理の簡略化のために予め設定した固定値に設定しても良いが、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)及び/又は重質度合いに応じて所定値Bをマップ又は数式により算出するようにしても良い。
On the other hand, if it is determined in
このステップ206で、バルブオーバーラップ量OLが所定値B以下と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ208に進み、バルブタイミング補正量VCTCを最小値(0)に設定する。
If it is determined in
一方、ステップ206で、バルブオーバーラップ量OLが所定値Bよりも多いと判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ207に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じてマップ又は数式等によりバルブタイミング補正量VCTCを算出する。
On the other hand, if it is determined in
以上のようにしてステップ207又は208でバルブタイミング補正量VCTCを決定した後、ステップ209に進み、基本バルブタイミングVCTBからバルブタイミング補正量VCTCを減算して最終バルブタイミングVCTを求める。これにより、重質燃料使用時には、バルブオーバーラップ量OL(内部EGR量)が所定値Bよりも多い運転領域で、バルブオーバーラップ量(内部EGR量)がエンジン運転状態に応じて設定されたバルブタイミング補正量VCTCによって減量補正されることになる。
After determining the valve timing correction amount VCTC in
以上説明した本実施例1では、成層燃焼運転中に外部EGR量とバルブオーバーラップ量が所定値A,B以上となる高EGR領域で、重質燃料使用時に、外部EGR量とバルブオーバーラップ量を減少させる方向に制御するようにしたので、重質燃料使用時にスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が懸念される高EGR領域で、筒内への新気の吸入量を増加させて、燃焼温度を高めることができ、重質燃料でも安定して成層燃焼させることができて、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる。 In the first embodiment described above, the external EGR amount and the valve overlap amount when heavy fuel is used in the high EGR region where the external EGR amount and the valve overlap amount are equal to or greater than the predetermined values A and B during the stratified charge combustion operation. In the high EGR region where there is a concern of increased smoke and lower drivability when heavy fuel is used, the amount of fresh air sucked into the cylinder is increased to increase the combustion temperature. The stratified charge combustion can be stably performed even with heavy fuel, and smoke reduction and drivability improvement when using heavy fuel can be realized.
尚、本実施例1では、図2と図3の各ルーチンによる重質燃料使用時の外部EGR量とバルブオーバーラップ量の補正は、均質燃焼運転中に実行せず、成層燃焼運転中のみに実行するようにしている。この理由は、吸気行程で燃料を噴射する均質燃焼運転は、圧縮行程で燃料を噴射する成層燃焼運転と比較して、燃料噴射から点火までの時間が長く、燃料の霧化時間を長くとれるため、均質燃焼運転中は、重質燃料使用時の補正を行わなくても、重質燃料の霧化に必要な時間を確保できると共に、吸入空気の気流によって燃料と空気との混合を促進させることができ、重質燃料でも燃焼安定性を確保できるためである。 In the first embodiment, the correction of the external EGR amount and the valve overlap amount when using heavy fuel by the routines of FIGS. 2 and 3 is not performed during the homogeneous combustion operation, but only during the stratified combustion operation. I am trying to do it. This is because the homogeneous combustion operation in which fuel is injected in the intake stroke has a longer time from fuel injection to ignition and the fuel atomization time is longer than the stratified combustion operation in which fuel is injected in the compression stroke. During homogeneous combustion operation, the time required for atomization of heavy fuel can be secured without correction when heavy fuel is used, and the mixing of fuel and air is promoted by the flow of intake air This is because combustion stability can be ensured even with heavy fuel.
しかし、均質燃焼運転中にも、重質燃料使用時に外部EGR量とバルブオーバーラップ量のいずれか一方又は両方を補正するようにしても良いことは言うまでもない。 However, it goes without saying that even during the homogeneous combustion operation, either or both of the external EGR amount and the valve overlap amount may be corrected when heavy fuel is used.
また、本実施例1では、外部EGR量補正量EGRCとバルブタイミング補正量VCTCをエンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じて算出するようにしたが、外部EGR量補正量EGRCとバルブタイミング補正量VCTCのいずれか一方又は両方を演算処理の簡略化のために予め設定した固定値としたり、重質度合いに応じて、又は重質度合いとエンジン運転状態に応じて算出するようにしても良い。 In the first embodiment, the external EGR amount correction amount EGRC and the valve timing correction amount VCTC are calculated according to the engine operating state (for example, the engine speed Ne and the required torque), but the external EGR amount correction amount EGRC is calculated. One of or both of the valve timing correction amount VCTC and the valve timing correction amount VCTC is set to a fixed value set in advance for simplification of calculation processing, or is calculated according to the degree of heavyness or according to the degree of heavyness and the engine operating state. Anyway.
また、本実施例1では、重質燃料使用時に外部EGR量とバルブオーバーラップ量の両方を補正するようにしたが、いずれか一方のみを補正するようにしても良い。 In the first embodiment, both the external EGR amount and the valve overlap amount are corrected when heavy fuel is used. However, only one of them may be corrected.
ところで、外部EGRや内部EGRは、筒内温度(吸入空気温度)を上昇させて燃料の霧化を促進させる作用があるため、外部EGR量や内部EGR量が少なくなり過ぎると、筒内温度が重質燃料を霧化させるのに必要な温度域よりも低くなってしまい、重質燃料使用時には、燃料を十分に霧化させることができなくなって、ピストンウェット(ピストンに付着する燃料)が増加してしまい、スモークが発生しやすくなる(図4及び図5参照)。 By the way, the external EGR and the internal EGR have an action of increasing the in-cylinder temperature (intake air temperature) and promoting the atomization of the fuel. Therefore, if the external EGR amount or the internal EGR amount becomes too small, the in-cylinder temperature is increased. It becomes lower than the temperature range necessary for atomizing heavy fuel, and when heavy fuel is used, the fuel cannot be atomized sufficiently and piston wet (fuel attached to the piston) increases. As a result, smoke is likely to be generated (see FIGS. 4 and 5).
そこで、本発明の実施例2では、成層燃焼運転中に図6及び図7の各ルーチンを実行することで、外部EGR量とバルブオーバーラップ量(内部EGR量)が所定値C,D以下となる低EGR領域で、重質燃料使用時に、外部EGR量とバルブオーバーラップ量を増加させる方向に制御して、筒内温度を上昇させて、燃料の霧化を促進させ、重質燃料使用時のスモークを低減させるようにしている。以下、図6及び図7の各ルーチンの処理内容を説明する。 Therefore, in the second embodiment of the present invention, by executing the routines of FIGS. 6 and 7 during the stratified charge combustion operation, the external EGR amount and the valve overlap amount (internal EGR amount) are not more than the predetermined values C and D. In the low EGR region, when heavy fuel is used, the external EGR amount and the valve overlap amount are controlled to increase, increasing the in-cylinder temperature, promoting fuel atomization, and using heavy fuel. The smoke is reduced. The processing contents of the routines shown in FIGS. 6 and 7 will be described below.
[外部EGR量演算ルーチン]
図6の外部EGR量演算ルーチンは、図2の外部EGR量演算ルーチンのステップ105と108の処理をステップ105aと108aの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は、図2の各ステップの処理と同じである。
[External EGR amount calculation routine]
The external EGR amount calculation routine of FIG. 6 is obtained by changing the processing of
本ルーチンのステップ104で、使用燃料が重質燃料であると判定されると、ステップ105aに進み、ステップ103で算出した基本外部EGR量EGRBが所定値Cよりも少ないか否かを判定する。この所定値Cは、図4に示すように、低EGR領域で、スモークを少なくするのに必要な外部EGR量に設定されている。この所定値Cは、演算処理の簡略化のために予め設定した固定値に設定しても良いが、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)及び/又は重質度合いに応じて所定値Cをマップ又は数式により算出するようにしても良い。
If it is determined in
このステップ105aで、基本外部EGR量EGRBが所定値C以上と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ107に進み、外部EGR量補正量EGRCを最小値(0)に設定する。
If it is determined in
一方、ステップ105aで、基本外部EGR量EGRBが所定値Cよりも少ないと判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ106に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じてマップ又は数式等により外部EGR量補正量EGRCを算出する。
On the other hand, if it is determined in
以上のようにしてステップ106又は107で外部EGR量補正量EGRCを決定した後、ステップ108aに進み、基本外部EGR量EGRBに外部EGR量補正量EGRCを加算して最終外部EGR量EGRを求める。これにより、重質燃料使用時には、基本外部EGR量EGRBが所定値Cよりも少ない低EGR領域で、外部EGR量がエンジン運転状態に応じて設定された外部EGR量補正量EGRCによって増量補正され、それによって、筒内温度が上昇して、燃料の霧化が促進され、重質燃料使用時のスモークが低減される。
After determining the external EGR amount correction amount EGRC in
[バルブタイミング演算ルーチン]
図7のバルブタイミング演算ルーチンは、図3のバルブタイミング演算ルーチンのステップ206と209の処理をステップ206aと209aの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は、図3の各ステップの処理と同じである。
[Valve timing calculation routine]
The valve timing calculation routine of FIG. 7 is obtained by changing the processing of
本ルーチンのステップ204で、使用燃料が重質燃料であると判定されると、ステップ205に進み、バルブオーバーラップ量OLを算出した後、ステップ206aに進み、バルブオーバーラップ量OLが所定値Dよりも少ないか否かを判定する。この所定値Dは、図5に示すように、バルブオーバーラップ量(内部EGR量)が少ない領域で、スモークを少なくするのに必要なバルブオーバーラップ量に設定されている。この所定値Dは、演算処理の簡略化のために予め設定した固定値に設定しても良いが、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)及び/又は重質度合いに応じて所定値Dをマップ又は数式により算出するようにしても良い。
If it is determined in
このステップ206aで、バルブオーバーラップ量OLが所定値D以上と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ208に進み、バルブタイミング補正量VCTCを最小値(0)に設定する。
If it is determined in
一方、ステップ206aで、バルブオーバーラップ量OLが所定値Dよりも少ないと判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ207に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じてマップ又は数式等によりバルブタイミング補正量VCTCを算出する。
On the other hand, if it is determined in
以上のようにしてステップ207又は208でバルブタイミング補正量VCTCを決定した後、ステップ209aに進み、基本バルブタイミングVCTBにバルブタイミング補正量VCTCを加算して最終バルブタイミングVCTを求める。これにより、重質燃料使用時には、バルブオーバーラップ量OL(内部EGR量)が所定値Dよりも少ない運転領域で、バルブオーバーラップ量(内部EGR量)がエンジン運転状態に応じて設定されたバルブタイミング補正量VCTCによって増量補正され、それによって、筒内温度が上昇して、燃料の霧化が促進され、重質燃料使用時のスモークが低減される。
After determining the valve timing correction amount VCTC in
尚、本実施例2においても、重質燃料使用時の外部EGR量とバルブオーバーラップ量の補正は、均質燃焼運転中に実行せず、成層燃焼運転中のみに実行するようにしているが、均質燃焼運転中にも、重質燃料使用時に外部EGR量とバルブオーバーラップ量のいずれか一方又は両方を補正するようにしても良いことは言うまでもない。 In the second embodiment, the correction of the external EGR amount and the valve overlap amount when using heavy fuel is not performed during the homogeneous combustion operation, but only during the stratified combustion operation. Needless to say, even during the homogeneous combustion operation, one or both of the external EGR amount and the valve overlap amount may be corrected when heavy fuel is used.
また、本実施例2では、外部EGR量補正量EGRCとバルブタイミング補正量VCTCをエンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じて算出するようにしたが、外部EGR量補正量EGRCとバルブタイミング補正量VCTCのいずれか一方又は両方を演算処理の簡略化のために予め設定した固定値としたり、重質度合いに応じて、又は重質度合いとエンジン運転状態に応じて算出するようにしても良い。 In the second embodiment, the external EGR amount correction amount EGRC and the valve timing correction amount VCTC are calculated according to the engine operating state (for example, the engine rotational speed Ne and the required torque), but the external EGR amount correction amount EGRC is calculated. One of or both of the valve timing correction amount VCTC and the valve timing correction amount VCTC is set to a fixed value set in advance for simplification of calculation processing, or is calculated according to the degree of heavyness or according to the degree of heavyness and the engine operating state. Anyway.
また、本実施例2では、重質燃料使用時に外部EGR量とバルブオーバーラップ量の両方を補正するようにしたが、いずれか一方のみを補正するようにしても良い。 In the second embodiment, both the external EGR amount and the valve overlap amount are corrected when heavy fuel is used. However, only one of them may be corrected.
ところで、気流制御弁31によって筒内に生じさせる気流(スワール流やタンブル流)は、噴射燃料と空気との混合を促進させて燃料の霧化を促進させる作用がある。このため、均質燃焼運転と比較して本来的に燃料の霧化性が悪い成層燃焼運転中に、筒内に生じさせる気流の強度が弱いと、燃料の霧化が不足して燃焼状態が悪化し、図9に示すように、スモークが増加すると共に、トルク変動が大きくなってドライバビリティが悪化するという問題が発生する。
By the way, the airflow (swirl flow or tumble flow) generated in the cylinder by the
そこで、本発明の実施例3では、図8の気流制御弁開度演算ルーチンを実行することで。成層燃焼運転中に、重質燃料と判定されたときに気流制御弁31を軽質燃料使用時よりも気流を強める方向に制御することで、噴射燃料と空気との混合を促進させて燃料の霧化を促進させ、成層燃焼の燃焼状態を安定させるようにしている。
Therefore, in the third embodiment of the present invention, by executing the airflow control valve opening calculation routine of FIG. During the stratified combustion operation, when it is determined that the fuel is heavy, the air
図8の気流制御弁開度演算ルーチンは、エンジン運転中に気流制御弁31の制御周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ301で、エンジン回転速度Neを読み込み、次のステップ302で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ303に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じてマップ又は数式等により基本気流制御弁開度SCVBを演算する。
The airflow control valve opening calculation routine of FIG. 8 is executed at the control period of the
この後、ステップ304に進み、使用燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料でない(軽質燃料である)と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題は発生しないため、ステップ307に進み、気流制御弁開度補正量SCVCを最小値(0)に設定する。 Thereafter, the process proceeds to step 304, where it is determined whether or not the used fuel is heavy fuel. As a result, if it is determined that the fuel is not a heavy fuel (a light fuel), there is no problem of an increase in smoke or a decrease in drivability due to the heavy fuel, so the routine proceeds to step 307 and the air flow control valve opening correction amount SCVC is set. Set to the minimum value (0).
これに対して、ステップ304で、重質燃料であると判定された場合には、気流強度が弱くなり過ぎると、スモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生するため、ステップ305に進み、成層燃焼運転中であるか否かを判定し、成層燃焼運転でない(均質燃焼運転である)と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ307に進み、気流制御弁開度補正量SCVCを最小値(0)に設定する。
On the other hand, if it is determined in
一方、ステップ305で、成層燃焼運転中であると判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ306に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じてマップ又は数式等により気流制御弁開度補正量SCVCを算出する。
On the other hand, if it is determined in
以上のようにしてステップ306又は307で気流制御弁開度補正量SCVCを決定した後、ステップ308に進み、基本気流制御弁開度SCVBから気流制御弁開度補正量SCVCを減算して最終気流制御弁開度SCVを求める。これにより、成層燃焼運転中に重質燃料を使用する場合は、気流制御弁31の開度がエンジン運転状態に応じて設定された気流制御弁開度補正量SCVCによって減量補正され、気流強度が強められることになる。
After determining the airflow control valve opening correction amount SCVC in
以上説明した本実施例3によれば、成層燃焼運転中に重質燃料を使用する場合に、気流制御弁31の開度をエンジン運転状態に応じた気流制御弁開度補正量SCVCによって減量補正し、筒内に生じさせる気流(スワール流やタンブル流)を強めるようにしているので、燃料と空気との混合を促進させて、燃料の霧化を促進させることができ、重質燃料でも燃焼安定性を確保することができて、スモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる。
According to the third embodiment described above, when heavy fuel is used during the stratified combustion operation, the opening degree of the
尚、本実施例3では、気流制御弁開度補正量SCVCをエンジン運転状態(例えばエンジン回転速度Neと要求トルク)に応じて算出するようにしたが、気流制御弁開度補正量SCVCを演算処理の簡略化のために予め設定した固定値としたり、重質度合いに応じて、又は重質度合いとエンジン運転状態に応じて算出するようにしても良い。
また、本実施例3は、前記実施例1又は実施例2と組み合わせて実施するようにしても良い。
In the third embodiment, the airflow control valve opening correction amount SCVC is calculated according to the engine operating state (for example, the engine speed Ne and the required torque), but the airflow control valve opening correction amount SCVC is calculated. For simplification of processing, it may be a fixed value set in advance, or may be calculated according to the degree of heavyness, or according to the degree of heavyness and the engine operating state.
The third embodiment may be implemented in combination with the first embodiment or the second embodiment.
また、図1のシステム構成例では、吸気側のみに可変バルブタイミング機構39を設けるようにしたが、排気側にも可変バルブタイミング機構を設けるようにしても良く、また、バルブタイミングの他に、バルブリフト量や作用角を可変する各種の可変バルブ機構を搭載した筒内噴射エンジンにも本発明を適用して実施できる。
In the system configuration example of FIG. 1, the variable
11…筒内噴射式エンジン(筒内噴射式内燃機関)、12…吸気管、16…スロットルバルブ、21…燃料噴射弁、22…点火プラグ、23…冷却水温センサ、25…排気管、30…ECU(燃料性状判定手段,制御手段)、31…気流制御弁、34…EGR弁(排気環流制御手段)、37…吸気バルブ、38…排気バルブ、39…可変バルブタイミング機構(可変バルブ機構)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
排気系から吸気系に環流する外部排気環流量を制御する排気環流制御手段と、吸気バルブ及び/又は排気バルブの開閉動作を可変する可変バルブ機構の少なくとも一方と、
燃料の性状を判定する燃料性状判定手段と、
前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定されたときに前記排気環流制御手段及び/又は前記可変バルブ機構を軽質燃料使用時よりも外部排気環流量及び/又はバルブオーバーラップ量を減少させる方向に制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。 In a control apparatus for a cylinder injection internal combustion engine in which fuel is injected into a cylinder in an intake stroke or a compression stroke to perform homogeneous combustion or stratified combustion,
An exhaust gas recirculation control means for controlling the flow rate of the external exhaust gas recirculation from the exhaust system to the intake system, and at least one of a variable valve mechanism for varying the opening / closing operation of the intake valve and / or the exhaust valve,
Fuel property determination means for determining the property of the fuel;
When the fuel property determining means determines that the fuel is heavy fuel, the exhaust gas recirculation control means and / or the variable valve mechanism is set to decrease the external exhaust gas recirculation flow rate and / or the valve overlap amount than when the light fuel is used. Control means for controlling;
A control apparatus for a cylinder injection internal combustion engine, comprising:
排気系から吸気系に環流する外部排気環流量を制御する排気環流制御手段と、吸気バルブ及び/又は排気バルブの開閉動作を可変する可変バルブ機構の少なくとも一方と、
燃料の性状を判定する燃料性状判定手段と、
前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定されたときに、外部排気環流量及び/又はバルブオーバーラップ量が所定値以下の場合に前記排気環流制御手段及び/又は前記可変バルブ機構を外部排気環流量及び/又はバルブオーバーラップ量を増加させる方向に制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。 In a control apparatus for a cylinder injection internal combustion engine in which fuel is injected into a cylinder in an intake stroke or a compression stroke to perform homogeneous combustion or stratified combustion,
An exhaust gas recirculation control means for controlling the flow rate of the external exhaust gas recirculation from the exhaust system to the intake system, and at least one of a variable valve mechanism for varying the opening / closing operation of the intake valve and / or the exhaust valve,
Fuel property determination means for determining the property of the fuel;
When the fuel property determination means determines that the fuel is heavy fuel, the exhaust recirculation control means and / or the variable valve mechanism is connected to the external exhaust ring if the external exhaust ring flow rate and / or the valve overlap amount is not more than a predetermined value. And a control means for controlling the flow rate and / or the valve overlap amount in the direction of increasing.
筒内に生じさせる気流の強さを制御する気流制御弁と、
燃料の性状を判定する燃料性状判定手段と、
成層燃焼運転中に前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定されたときに前記気流制御弁を軽質燃料使用時よりも気流を強める方向に制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。 In a control apparatus for an in-cylinder injection internal combustion engine in which fuel is injected into a cylinder in a compression stroke and stratified combustion is performed,
An airflow control valve for controlling the strength of the airflow generated in the cylinder;
Fuel property determination means for determining the property of the fuel;
Control means for controlling the airflow control valve in a direction in which the airflow is strengthened more than when light fuel is used when the fuel property determination means determines that the fuel is heavy during stratified combustion operation. A control device for a direct injection internal combustion engine.
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