JP2006266159A - Exhaust recirculation gas introduction controller of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気還流ガス導入制御装置に関し、特に、排気還流ガス(以下、EGRガスと称す)を用いて、燃焼室内に吸入空気層とEGRガス層とを別々に生成させるようにしたEGR成層燃焼に好適なエンジンの排気還流ガス導入制御装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation gas introduction control device for an engine, and in particular, an exhaust air recirculation gas (hereinafter referred to as EGR gas) is used to separately generate an intake air layer and an EGR gas layer in a combustion chamber. The present invention relates to an exhaust gas recirculation gas introduction control apparatus suitable for EGR stratified combustion.
一般に、気筒内(燃焼室内)に直接燃料を噴射する内燃機関(筒内直噴エンジンやディーゼルエンジン)においては、部分負荷域において、燃料消費率を低減するために、混合気の成層化を図り、燃焼性を確保しつつ、燃料に対して空気を過剰とし、ポンピングロスを低減する手法が知られている。また、このような燃焼形態で生じ易い窒素酸化物(以下NOxと称す)やスモークの低減のために、EGRガスを用い、吸入空気とEGRガスの成層化を図るEGR成層燃焼エンジンが提案されている。 In general, in an internal combustion engine (in-cylinder direct injection engine or diesel engine) that directly injects fuel into a cylinder (combustion chamber), the air-fuel mixture is stratified in order to reduce the fuel consumption rate in a partial load range. There is known a method of reducing the pumping loss by ensuring the combustibility and making the air excessive with respect to the fuel. Also, an EGR stratified combustion engine has been proposed that uses EGR gas to stratify intake air and EGR gas in order to reduce nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) and smoke that are likely to occur in such a combustion mode. Yes.
かかるEGR成層燃焼エンジンとしては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。この特許文献1に記載のものは、燃料を燃焼室内に直接噴射する機構と、燃焼後の排気ガスを燃焼室内に還流させる機構と、吸気通路の一部を閉塞してタンブルを生成する機構とを備えた内燃機関であって、吸気通路を、吸入空気を主とする気体が通過する第1の区画と、EGRガスを主とする気体が通過する第2の区画と、閉塞される第3の区画とに区分している。そして、90度の回転角範囲に亘って切欠部を有する吸気制御弁でもって、第2の区画および第3の区画を開閉制御し、吸気制御弁が閉じた状態で第2の区画内にEGRガスを充填しておき、エンジンの吸気行程において吸気制御弁を開くことで、第2の区画内のEGRガスと吸入空気とを同一方向のタンブルとして流入させることにより、EGRガスと吸入空気との成層状態を得るようにしている。 As such an EGR stratified combustion engine, for example, the one described in Patent Document 1 is known. The mechanism disclosed in Patent Document 1 includes a mechanism that directly injects fuel into a combustion chamber, a mechanism that recirculates exhaust gas after combustion into the combustion chamber, and a mechanism that closes a part of the intake passage to generate a tumble. An internal combustion engine including: a first section through which a gas mainly containing intake air passes; a second section through which a gas mainly containing EGR gas passes; and a third section closed. It is divided into sections. Then, with the intake control valve having a notch portion over a rotation angle range of 90 degrees, the second compartment and the third compartment are controlled to open and close, and the EGR is placed in the second compartment with the intake control valve closed. By filling the gas and opening the intake control valve in the intake stroke of the engine, the EGR gas and the intake air in the second compartment flow in as a tumble in the same direction, so that the EGR gas and the intake air A stratified state is obtained.
ところで、上記特許文献1に記載の構造は、EGRガスと吸入空気との成層状態を得るために、吸気通路を複数の区画に区分し、切欠部を有する吸気制御弁でもってそれらの区画を開閉制御するようにしているので、その構造が複雑にならざるを得ないという問題があった。 By the way, in the structure described in Patent Document 1, in order to obtain a stratified state of EGR gas and intake air, the intake passage is divided into a plurality of sections, and these sections are opened and closed with an intake control valve having a notch. There is a problem that the structure must be complicated because it is controlled.
本発明の目的は、構造が比較的に簡単でありながらも、容易にEGRガスと吸入空気との成層状態を得ることのできるエンジンの排気還流ガス導入制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation gas introduction control device for an engine which can easily obtain a stratified state of EGR gas and intake air while having a relatively simple structure.
上記目的を達成する本発明の一形態になるエンジンの排気還流ガス導入制御装置は、吸気弁の上流の吸気通路に設けられ前記吸気弁の開閉タイミングに合わせて開閉可能な吸気制御弁と、前記吸気弁と前記吸気制御弁との間の吸気通路に開口する排気還流ガス通路に設けられた排気還流ガス制御弁と、エンジンが排気還流ガス導入領域にあるか否かを判定するエンジン運転領域判定手段と、前記エンジン運転領域判定手段によりエンジンが排気還流ガス導入領域にあると判定されたとき、前記吸気制御弁と前記排気還流ガス制御弁との開閉動作時期を異ならせて制御する開閉動作時期制御手段と、を備えることを特徴とする。 An exhaust gas recirculation gas introduction control device for an engine that achieves the above object is provided in an intake passage upstream of an intake valve and can be opened and closed in accordance with the opening and closing timing of the intake valve, An exhaust gas recirculation gas control valve provided in an exhaust gas recirculation gas passage that opens in an intake air passage between the intake valve and the intake air control valve, and an engine operation region determination that determines whether or not the engine is in an exhaust gas recirculation gas introduction region And an open / close operation timing for controlling the intake control valve and the exhaust recirculation gas control valve differently when the engine is determined to be in the exhaust recirculation gas introduction region by the engine operating region determination means And a control means.
ここで、前記エンジンがガソリンエンジンのときには、前記開閉動作時期制御手段は前記排気還流ガス制御弁を閉じた後に前記吸気制御弁を開くように制御することが好ましい。 Here, when the engine is a gasoline engine, the opening / closing operation timing control means preferably performs control so that the intake control valve is opened after the exhaust recirculation gas control valve is closed.
そして、前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流が、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成されているときには、前記排気還流ガス通路が該ヘリカル吸気ポートに開口されていることが好ましい。 When the downstream side of the intake control valve of the intake passage is constituted by a helical intake port and a tangential intake port, it is preferable that the exhaust gas recirculation gas passage is opened to the helical intake port.
また、前記エンジンがピストン頂部にキャビティを有するディーゼルエンジンであるときには、前記開閉動作時期制御手段は前記吸気制御弁を閉じた後に前記排気還流ガス制御弁を開くように制御することが好ましい。 When the engine is a diesel engine having a cavity at the top of the piston, it is preferable that the opening / closing operation timing control means performs control so as to open the exhaust gas recirculation gas control valve after closing the intake control valve.
そして、前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流が、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成されているときには、前記排気還流ガス通路が該タンジェンシャル吸気ポートに開口されていることが好ましい。 And when the downstream of the said intake control valve of the said intake passage is comprised by the helical intake port and the tangential intake port, it is preferable that the said exhaust gas recirculation gas passage is opened to this tangential intake port.
上記本発明の一形態になるエンジンの排気還流ガス導入制御装置によれば、エンジン運転領域判定手段によりエンジンが排気還流ガス導入領域にあると判定されると、開閉動作時期制御手段により、吸気弁の開閉タイミングに合わせて開閉可能な吸気制御弁と、吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路に開口する排気還流ガス通路に設けられた排気還流ガス制御弁との開閉動作時期が異ならせて制御される。従って、筒内には、吸入空気と排気還流ガスとが異なる時期に導入されるので、容易にEGRガスと吸入空気との成層状態を得ることができる。 According to the exhaust recirculation gas introduction control device for an engine according to one aspect of the present invention, when the engine operating region determination unit determines that the engine is in the exhaust recirculation gas introduction region, the opening / closing operation timing control unit controls the intake valve. The opening and closing operation timings of the intake control valve that can be opened and closed in accordance with the opening and closing timing of the exhaust gas and the exhaust gas recirculation gas control valve provided in the exhaust gas recirculation gas passage that opens in the intake passage between the intake valve and the intake control valve are made different. Controlled. Therefore, since the intake air and the exhaust gas recirculation gas are introduced into the cylinder at different times, a stratified state of the EGR gas and the intake air can be easily obtained.
ここで、前記エンジンがガソリンエンジンで、前記開閉動作時期制御手段は前記排気還流ガス制御弁を閉じた後に前記吸気制御弁を開くように制御する形態によれば、筒内には、吸気行程初期にEGRガスが導入され、その旋回中に遅れて吸入空気が導入されるので、外側のEGRガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。 Here, the engine is a gasoline engine, and the opening / closing operation timing control means controls the opening of the intake control valve after closing the exhaust gas recirculation gas control valve. Since the EGR gas is introduced into the intake air and the intake air is introduced with a delay during the turning, a stratified state of the outer EGR gas layer and the inner intake air layer can be obtained.
そして、前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流が、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成され、前記排気還流ガス通路が該ヘリカル吸気ポートに開口されている形態によれば、上述の吸気行程初期のEGRガスの導入がヘリカル吸気ポートを経て行なわれるので、吸気行程初期で吸気弁のリフト量が少ない場合にもEGRガスのスワールを増大させることができ、より良好な外側のEGRガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。 And, the downstream of the intake control valve in the intake passage is constituted by a helical intake port and a tangential intake port, and the exhaust gas recirculation gas passage is opened to the helical intake port, the intake stroke described above Since the initial EGR gas is introduced through the helical intake port, the swirl of the EGR gas can be increased even when the intake valve lift amount is small at the initial stage of the intake stroke, and a better outer EGR gas layer and A stratified state with the inner intake air layer can be obtained.
また、前記エンジンがピストン頂部にキャビティを有するディーゼルエンジンで、前記開閉動作時期制御手段は前記吸気制御弁を閉じた後に前記排気還流ガス制御弁を開くように制御する形態によれば、筒内には、吸気行程初期に吸入空気が導入され、その筒内の流動によりキャビティ内に吸入空気が維持された状態に遅れてEGRガスが導入される。このEGRガスは筒内では内側となるが、キャビティ内では吸入空気の外側に回り込み、燃料噴射が指向されるキャビティ内で外側のEGRガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。 Further, according to a mode in which the engine is a diesel engine having a cavity at the top of the piston, the opening / closing operation timing control means controls to open the exhaust gas recirculation gas control valve after closing the intake control valve. The intake air is introduced at the beginning of the intake stroke, and the EGR gas is introduced after the state in which the intake air is maintained in the cavity due to the flow in the cylinder. Although this EGR gas is inside in the cylinder, it circulates outside the intake air in the cavity, and a stratified state of the outer EGR gas layer and the inner intake air layer can be obtained in the cavity where fuel injection is directed. it can.
そして、前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流が、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成され、前記排気還流ガス通路が該タンジェンシャル吸気ポートに開口されている形態によれば、筒内の流動によりキャビティ内に吸入空気が維持された状態に遅れてのEGRガスの導入がタンジェンシャル吸気ポートを経て行なわれるので、吸気行程後期でEGRガスのより強いスワールを得ることができ、燃料噴射が指向されるキャビティ内でより良好な外側のEGRガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。 And, the downstream of the intake control valve in the intake passage is constituted by a helical intake port and a tangential intake port, and the exhaust gas recirculation gas passage is opened to the tangential intake port. Since the introduction of EGR gas after the state in which the intake air is maintained in the cavity due to the flow is performed through the tangential intake port, a stronger swirl of EGR gas can be obtained in the later stage of the intake stroke, and fuel injection can be performed. A better stratified state of the outer EGR gas layer and the inner intake air layer can be obtained in the directed cavity.
本発明によるエンジンの排気還流ガス導入制御装置をガソリンエンジンに適用した一実施形態について、まず図1を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。 An embodiment in which an engine exhaust gas recirculation gas introduction control device according to the present invention is applied to a gasoline engine will be described in detail with reference to FIG. It should be noted that the present invention is not limited to such an embodiment, but can be modified or modified within the concept of the present invention described in the claims, and thus other modifications belonging to the spirit of the present invention. Of course, it can be applied to any technique.
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図1に示す。本実施形態におけるエンジン100は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁101から燃焼室102内に直接噴射し、点火プラグ103の点火により着火させる型式のものであるが、アルコールなどを燃料として使用することも可能である。
The concept of the engine system in this embodiment is shown in FIG. The
燃焼室102にそれぞれ臨む吸気ポート104および排気ポート105が形成されたシリンダヘッド106には、吸気ポート104を開閉する吸気弁107および排気ポート105を開閉する排気弁108を含む不図示の動弁機構が組み込まれている。
A
吸気ポート104に連通するようにシリンダヘッド106に連結されて吸気ポート104と共に吸気通路120を画成する吸気管121の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路120に導くためのエアクリーナ122が設けられている。このエアクリーナ122よりも下流側に位置する吸気管121の部分には、運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づき、スロットルアクチュエータ123によって開度が調整されるスロットル弁124が組み込まれている。本実施形態では、アクセルペダルの踏み込み動作と、スロットル弁124の開閉動作とを切り離して電気的に制御できるようにしているが、これらアクセルペダルとスロットル弁124とを機械的に連結したものであってもよい。さらに、このスロットル弁124よりも下流側に位置する吸気管121の部分には、吸気弁107の開閉時期に応じた所定のタイミングにてアクチュエータ125により吸気通路120を開閉する吸気制御弁126が組み込まれている。エンジン100が気筒当たり複数の吸気ポート104および吸気弁107をそれぞれ有する場合、後述するように、吸気制御弁126を各吸気ポート104毎に独立して設け、各吸気ポート104を個別に開閉することも可能であるが、個々の気筒を単位として吸気制御弁126を開閉するようにしてもよい。これら吸気制御弁126およびそのアクチュエータ125は、吸気弁107の開閉時期に応じて所望の時期に正確に吸気制御弁126が一時的に開閉するように、極めて制御応答性の高いものである。
At the upstream end side of the
本実施形態における吸気制御弁126は、例えば、バタフライ弁またはフラップ弁形式で構成され、後述するエンジン100のEGR成層燃焼制御時以外は、吸気弁107の開弁時期よりも遅く開弁し、そして吸気弁107の閉弁時期よりも遅く閉弁するように、電子制御ユニット(ECU)200からの指令に基づき、アクチュエータ125によって制御される。この結果、エンジン100の吸気行程の末期に負圧状態となっている燃焼室102内に、吸気制御弁126よりも上流側に位置する吸気通路120内の空気が一気に流れ込み、一種の慣性過給効果により多量の空気を燃焼室102内に充填させることが可能となる。換言すれば、この吸気制御弁126を用いた過給においては、吸気の慣性と吸気制御弁126よりも下流側に発生する負圧とを利用して制御の開始直後から実際の過給(以下、これをインパルス過給と称す)がなされることとなる。従って、ターボ過給方式などよりも低速時の制御の応答性に優れ、いわゆる車両の加速遅れを解消することができる。なお、このような吸気制御弁126に関する基本的な技術は、2003年フランクフルトモーターショーにて Siemens VDO Automotive AG から9月9日にプレス発表された "Impulses for Greater Driving Fun" に詳述されている。
The
さらに、途中にサージタンク128が形成された吸気管121には、吸気通路120内を流れる吸気温を検出してこれを電子制御ユニット200に出力する吸気温センサ129と、吸気通路120内の吸気圧を検出してこれを電子制御ユニット200に出力する吸気圧センサ130とが取り付けられている。なお、吸気管121に対するこれら吸気温センサ129および吸気圧センサ130の取り付け位置は、吸気制御弁126の取り付け位置よりも上流側であればよく、図1の如き位置に限定されるものではない。また、後述するように、エンジン100がディーゼルエンジンの場合には、エンジンの負荷率を検出するのに上述の吸気圧センサ130に代え、アクセルペダルの踏み込み量に比例して出力するアクセル開度センサ144を用いてもよい。
Further, an
また、排気ポート105に連通するようにシリンダヘッド106に連結されて排気ポート105と共に排気通路131を画成する排気管132の途中には、燃焼室102内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する三元触媒133が組み込まれている。この三元触媒133を排気通路131に沿って直列に複数個組み込むことも有効である。
Further, harmful gas generated by combustion of the air-fuel mixture in the
従って、エアクリーナ122を通って吸気管121から燃焼室102内に供給される吸気は、燃料噴射弁101から燃焼室102内に噴射される燃料と混合気を形成し、点火プラグ103の火花により着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが三元触媒133を通って排気管132から大気中に排出される。
Therefore, the intake air supplied from the
ピストン134が往復動するシリンダブロック135には、このシリンダブロック135に形成されたウォータジャケット136内の冷却水の温度を検出してこれを電子制御ユニット200に出力する水温センサ137と、連接棒138を介してピストン134が連結されるクランク軸139の回転位相、つまりクランク角を検出してこれを電子制御ユニット200に出力するクランク角センサ140とが取り付けられている。本実施の形態においては、このクランク角センサ140をエンジン回転数センサとして利用している。従って、以下の説明ではエンジン回転数センサ140と称すこともある。
The
また、上述の排気通路131を画成する排気管132の途中からは、排気還流ガス通路141が分岐され、吸気弁107と吸気制御弁126との間の吸気通路120に開口(その開口孔を145で示す)している。そして、この排気還流ガス通路141の途中には、電子制御ユニット200からの出力信号に応じて開閉動作する排気還流ガス制御弁142が設けられている。なお、143は必要に応じて設けられ、排気還流ガスを冷却するためのEGRクーラである。なお、図示はしないが、このエンジン100は過給機付エンジンとして構成されてもよい。
In addition, an exhaust gas
ここで、前述したエンジン100が気筒当たり複数の吸気ポート104および吸気弁107をそれぞれ有する場合において、複数の吸気ポート104はそれぞれ特性の異なるポート形状としてもよい。そこで、この場合における、上述の排気還流ガス通路141の開口孔145と吸気制御弁126との関係について、さらに図2(A)および図2(B)を参照して説明する。図2(A)および図2(B)において、気筒当たり2個設けられた吸気ポート104のうち、一方の、例えば図の左側の吸気ポートは燃焼室102の中心方向に指向されたヘリカル吸気ポート(以下、104Frとする)であり、他方の、例えば右側の吸気ポートは燃焼室102の周壁方向に指向されたタンジェンシャル吸気ポート(以下、104RRとする)である。そして、図2(A)に示す実施形態では、これらのヘリカル吸気ポート104Frとタンジェンシャル吸気ポート104RRとに共通して一個の吸気制御弁126が用いられている。一方、図2(B)に示す実施形態では、これらのヘリカル吸気ポート104Frとタンジェンシャル吸気ポート104RRの各々について、独立して二個の吸気制御弁126が用いられている。
Here, when the
さらに、図2(A)には、排気還流ガス通路141がヘリカル吸気ポート104Frにのみ開口孔145でもって開口されている形態、そして、図2(B)には排気還流ガス通路141がタンジェンシャル吸気ポート104RRにのみ開口孔145でもって開口されている形態が示されている。なお、この排気還流ガス通路141がいずれのポート形状に開口されているかは、吸気制御弁126が共通であるか独立であるかを問わない。排気還流ガス通路141がヘリカル吸気ポート104Frに開口孔145でもって開口されている形態は、エンジン100がガソリンエンジンであるとき、排気還流ガス通路141がタンジェンシャル吸気ポート104RRに開口孔145でもって開口されている形態は、後述するように、エンジン100がピストン頂部にキャビティを有するディーゼルエンジンであるときに好適である。
Further, FIG. 2A shows a form in which the exhaust gas
電子制御ユニット200は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バスを介して相互に接続されたROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)、入力ポートおよび出力ポートなどを具備し、上述の各種センサからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン100の運転がなされるように、燃料噴射弁101、イグニッションコイル、スロットルアクチュエータ123,アクチュエータ125、排気還流ガス制御弁142などの作動を制御するようになっている。また、燃料噴射弁101からの燃料の噴射量は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量などに基づき、スロットル弁124の開度に応じた吸気量に対して所定の割合となるように予めマップなどに設定されている。
The
次に、上記電子制御ユニット200により実行される燃料噴射制御や点火時期制御を含む各種制御のうち、本発明に係る排気還流ガス導入制御ルーチンの第一の形態について、図3に示すフローチャートを参照して説明する。このルーチンは、例えばクランク角度が所定角度進む毎に実行される。
Next, among various controls including fuel injection control and ignition timing control executed by the
そこで、EGRガス導入制御ルーチンにおけるステップS31では、エンジン100の運転状態を表すパラメータとして、回転数センサ140から算出されるエンジン回転数および吸気圧センサ130から検出されるエンジン負荷率が読み込まれ、EGR成層燃焼領域か否かが判定される。このEGR成層燃焼領域は、NOxやスモークの発生を抑制する領域として、予め実験などにより求めて設定されているものである。従って、EGR成層燃焼領域でないときは、この制御ルーチンは終了される。
Therefore, in step S31 in the EGR gas introduction control routine, the engine speed calculated from the
一方、EGR成層燃焼領域であるときは、ステップS32に進み、上記ステップS31で読込まれたエンジン回転数およびエンジン負荷率に基づき、予め実験などにより求めてマップに保存されている適正値から、EGR量が取得され決定される。そして、次のステップS33において、このEGR量に対応させて、排気還流ガス制御弁142の開閉時期ないしは開弁期間および吸気制御弁126の開閉時期ないしは開弁期間が設定される。
On the other hand, when it is the EGR stratified combustion region, the process proceeds to step S32, and based on the engine speed and the engine load factor read in step S31, the EGR is obtained from an appropriate value obtained in advance through experiments or the like and stored in the map. A quantity is acquired and determined. Then, in the next step S33, the opening / closing timing or opening period of the exhaust gas recirculation
次に、ステップS34およびステップS35において、吸気弁107の開閉タイミングに合わせて、排気還流ガス制御弁142および吸気制御弁126が以下のように開閉動作される。すなわち、ステップS34では、吸気制御弁126が閉じられた状態で排気還流ガス制御弁142が開けられ、燃焼室102へのEGRのみの導入が行なわれる。そして、ステップS35では、排気還流ガス制御弁142が閉じられた後、吸気制御弁126が開けられ、燃焼室102への新気の導入が行われるのである。この様子を、図4をも用いてさらに詳細に説明する。
Next, in step S34 and step S35, the exhaust gas recirculation
図4(A)は、吸気弁107、吸気制御弁126および排気還流ガス制御弁142の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフであり、図中、実線の双頭矢印で示されるのは、吸気弁107が例えば上死点(TDC)で開かれ、下死点(BDC)で閉じられることを意味している。そして、破線の双頭矢印で示されるのは、排気還流ガス制御弁142が吸気弁107と同じく上死点(TDC)で開かれ、上死点後の所定のクランク角CA1で閉じられることを意味している。さらに、一点鎖線の双頭矢印で示されるのは、該上死点後の所定のクランク角CA1で排気還流ガス制御弁142が閉じられ、同時に、吸気制御弁126が開かれ、その後、下死点後の所定のクランク角CA2で閉じられることを意味している。かくて、吸気弁107が開き、ピストン134が上死点から下降するエンジン100の吸気行程において、その初期には、吸気制御弁126が閉じられ排気還流ガス制御弁142のみが開かれているので、図4(B)に概略的に示すように、燃焼室102内には吸入負圧によりEGRガスのみが導入される。そして、上死点後の所定のクランク角CA1で排気還流ガス制御弁142が閉じられ吸気制御弁126が開かれた後は、EGRガスに代わり、図4(C)に示すように、吸入空気が燃焼室102内に導入される。この場合、初期に導入されたEGRガスはスワールによって影響を受けて、燃焼室102内の外周部にEGRガス層が形成され、次に導入された吸入空気により燃焼室102の中心部に新気層が形成され、EGRガスと吸入空気との成層状態が得られる。
FIG. 4A is a graph showing the opening / closing timing of the
なお、このとき、エンジン100の吸気通路の吸気制御弁126の下流が、上述のように、ヘリカル吸気ポート104Frとタンジェンシャル吸気ポート104RRで構成され、排気還流ガス通路141がヘリカル吸気ポート104Frに開口されている形態の場合には、上述の吸気行程初期のEGRガスの導入がヘリカル吸気ポート104Frを経て行なわれるので、吸気行程初期で吸気弁107のリフト量が少ない場合にもEGRガスのスワールを増大させることができ、より良好な外側のEGRガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
At this time, the downstream side of the
そして、圧縮行程において、この吸入空気層に向けて燃料噴射弁101から燃料が噴射され、そして、点火プラグ103により点火され燃焼される。なお、混合気の空燃比は理論空燃比になるように燃料噴射量が制御されるのが好ましい。このようにすれば、排出されるEGRガスも、理論空燃比で燃焼した排気ガスと同様の組成になる。こうして混合気の成層化をはかり、ポンピングロスの低減により燃費を低減しながら、EGR成層燃焼によりNOxやスモークの発生が抑制される。
In the compression stroke, fuel is injected from the
次に、上記電子制御ユニット200により実行される本発明に係る排気還流ガス導入制御ルーチンの第二の形態について、図5に示すフローチャートを参照して説明する。このルーチンもクランク角度が所定角度進む毎に実行される。なお、この第二の形態は、エンジン100が後述する図6(B)、(C)に簡単に示すように、ピストン134の頂部に燃焼用のキャビティ134Aを有するディーゼルエンジンに好適な形態である。
Next, a second embodiment of the exhaust gas recirculation gas introduction control routine executed by the
そこで、この第二の形態におけるEGRガス導入制御ルーチンでは、ステップS51で、前形態と同じく、エンジン100の運転状態を表すパラメータとして、回転数センサ140から算出されるエンジン回転数およびアクセル開度センサ144から検出されるエンジン負荷率が読み込まれ、EGR成層燃焼領域か否かが判定される。EGR成層燃焼領域でないときは、この制御ルーチンは終了される。
Therefore, in the EGR gas introduction control routine in the second embodiment, in step S51, as in the previous embodiment, the engine speed and accelerator opening sensor calculated from the
そして、EGR成層燃焼領域であるときは、ステップS52に進み、上記ステップS51で読込まれたエンジン回転数およびエンジン負荷率に基づき、予め実験などにより求めてマップに保存されている適正値から、EGR量が決定され、次のステップS53において、このEGR量に対応させて、排気還流ガス制御弁142の開閉時期ないしは開弁期間および吸気制御弁126の開閉時期ないしは開弁期間が設定される。
When it is the EGR stratified combustion region, the process proceeds to step S52, and based on the engine speed and the engine load factor read in step S51, EGR is obtained from an appropriate value that is obtained in advance through experiments and stored in the map. In the next step S53, the opening / closing timing or opening period of the exhaust gas recirculation
次に、ステップS54およびステップS55において、吸気弁107の開閉タイミングに合わせて、吸気制御弁126および排気還流ガス制御弁142が以下のように開閉動作される。すなわち、ステップS54では、排気還流ガス制御弁142が閉じられた状態で吸気制御弁126が開けられ、燃焼室102への新気の導入が行なわれる。そして、ステップS55では、吸気制御弁126が閉じられた後、排気還流ガス制御弁142が開けられ、燃焼室102へのEGRガスの導入が行なわれるのである。この様子を、図6をも用いてさらに詳細に説明する。
Next, in step S54 and step S55, the
図6(A)は、図4(A)と同様に、吸気弁107、吸気制御弁126および排気還流ガス制御弁142の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフであり、図中、実線の双頭矢印で示されるのは、吸気弁107が例えば上死点(TDC)で開かれ、下死点(BDC)で閉じられることを意味している。そして、一点鎖線の双頭矢印で示されるのは、吸気制御弁126が吸気弁107と同じく上死点(TDC)で開かれ、下死点前の所定のクランク角CA3で閉じられることを意味している。さらに、破線の双頭矢印で示されるのは、該下死点前の所定のクランク角CA3で吸気制御弁126が閉じられ、同時に、排気還流ガス制御弁142が開かれ、その後、下死点後の所定のクランク角CA4で閉じられることを意味している。
FIG. 6A is a graph showing the opening / closing timing of the
かくて、吸気弁107が開き、ピストン134が上死点から下降するエンジン100の吸気行程において、その初期ないし中期には、排気還流ガス制御弁142が閉じられ吸気制御弁126が開かれているので、図6(B)に概略的に示すように、燃焼室102内には負圧により新気が導入される。そして、下死点前の所定のクランク角で吸気制御弁126が閉じられ排気還流ガス制御弁142が開かれた後は、新気に代わり、図6(C)に示すように、EGRガスが筒内の燃焼室102内に導入される。この場合、初期ないし中期に導入された新気はその筒内の流動によりキャビティ134A内に維持され、その状態に遅れてEGRガスが導入されることになる。このEGRガスは筒内の燃焼室102では内側となるが、キャビティ134A内では吸入空気の外側に回り込み、燃料噴射が指向されるキャビティ134A内で外側のEGRガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
Thus, in the intake stroke of the
なお、このとき、エンジン100の吸気通路の吸気制御弁126の下流が、上述のように、ヘリカル吸気ポート104Frとタンジェンシャル吸気ポート104RRで構成され、排気還流ガス通路141がタンジェンシャル吸気ポート104RRに開口されている形態によれば、筒内の流動によりキャビティ134A内に吸入空気が維持された状態に遅れてのEGRガスの導入がタンジェンシャル吸気ポート104RRを経て行なわれるので、吸気行程後期でEGRガスのより強いスワールを得ることができ、燃料噴射が指向されるキャビティ134A内でより良好な外側のEGRガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
At this time, the downstream of the
さらに、本発明の他の実施形態を図7および図8を参照して説明する。この実施形態では、排気還流ガス通路141に設けられる排気還流ガス制御弁142を吸気制御弁126と同様に、極めて制御応答性の高いものとし、排気還流ガス通路141を一時的に開閉動作できるように構成されている。かくて、EGRガスのインパルス過給が可能とされている。なお、前実施形態における排気還流ガス制御弁142との区別のために、以下の説明では排気還流ガス過給制御弁142Aと称すことにする。
Furthermore, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the exhaust gas recirculation
そこで、この本発明に係る他の実施形態における排気還流ガス導入制御ルーチンを第三の形態として、図7に示すフローチャートを参照して説明する。このルーチンも、例えばクランク角度が所定角度進む毎に実行される。 Therefore, an exhaust gas recirculation gas introduction control routine according to another embodiment of the present invention will be described as a third embodiment with reference to the flowchart shown in FIG. This routine is also executed each time the crank angle advances by a predetermined angle, for example.
ここで、EGRガス導入制御ルーチンにおけるステップS71では、エンジン100の運転状態を表すパラメータとして、回転数センサ140から算出されるエンジン回転数および吸気圧センサ130から検出されるエンジン負荷率が読み込まれ、EGR成層燃焼領域か否かが判定される。このEGR成層燃焼領域は、前述のように、NOxやスモークの発生を抑制する領域として、予め実験などにより求めて設定されているものである。従って、EGR成層燃焼領域でないときは、この制御ルーチンは終了される。
Here, in step S71 in the EGR gas introduction control routine, the engine speed calculated from the
一方、EGR成層燃焼領域であるときは、ステップS72に進み、上記ステップS71で読込まれたエンジン回転数およびエンジン負荷率に基づき、予め実験などにより求めてマップに保存されている適正値から、EGR量が取得され決定される。そして、次のステップS73において、このEGR量に対応させて、排気還流ガス過給制御弁142Aの開閉時期ないしは開弁期間および吸気制御弁126の開閉時期ないしは開弁期間が設定される。
On the other hand, when it is the EGR stratified combustion region, the process proceeds to step S72, and based on the engine speed and the engine load factor read in step S71, the EGR is obtained from an appropriate value obtained in advance through experiments or the like and stored in the map. A quantity is acquired and determined. In the next step S73, the opening / closing timing or opening period of the exhaust gas recirculation gas supercharging
次に、ステップS74において、燃焼室102内に負圧を生じさせるべく吸気弁107の開閉タイミングに合わせて、排気還流ガス過給制御弁142Aおよび吸気制御弁126が以下のように開閉動作される。すなわち、ステップS74では、例えば上死点(TDC)での吸気弁107の開弁後、所定の期間は、排気還流ガス過給制御弁142Aおよび吸気制御弁126が閉じられた状態に維持される。そして、ステップS75に進み、排気還流ガス過給制御弁142Aが一時的に開けられ、燃焼室102へのEGRのみの導入が行なわれる。さらに、ステップS76に進み、燃焼室102内の負圧を生長させるべく、吸気制御弁126は閉じられたまま排気還流ガス過給制御弁142Aが閉じられる。そして、次のステップS77では、排気還流ガス過給制御弁142Aが閉じられた後の所定期間後に、吸気制御弁126が開けられ、燃焼室102への新気の導入が行われるのである。この様子を、図8をも用いてさらに詳細に説明する。
Next, in step S74, the exhaust gas recirculation gas supercharging
図8(A)は、吸気弁107、排気還流ガス過給制御弁142Aおよび吸気制御弁126の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフであり、図中、実線の双頭矢印で示されるのは、吸気弁107が例えば上死点(TDC)で開かれ、下死点(BDC)後の所定のクランク角CA5で閉じられることを示している。そして、破線の双頭矢印で示されるのは、排気還流ガス過給制御弁142Aが上死点(TDC)後の所定のクランク角CA6で一時的に開かれ、クランク角CA7で閉じられることを示している。さらに、一点鎖線の双頭矢印で示されるのは、排気還流ガス過給制御弁142Aが上死点後の所定のクランク角で一時的に開かれて閉じられた後、下死点前の所定角CA8で、吸気制御弁126が開かれ、その後、下死点後の所定のクランク角CA9で閉じられることを示している。
FIG. 8A is a graph showing the opening / closing timing of the
かくて、ピストン134が上死点から下降するエンジン100の吸気行程において、その初期には、図8(B)に示すように、吸気制御弁126および排気還流ガス過給制御弁142Aが閉じられており、燃焼室102内に負圧が発生する。そこで、図8(C)に示すように、排気還流ガス過給制御弁142Aが一時的に開かれると、燃焼室102内の負圧によりEGRガスが動圧を伴って過給状態で導入される。そして、この排気還流ガス過給制御弁142Aが上死点後の所定のクランク角で一時的に開かれた後は、図8(D)に示すように、吸気制御弁126が閉じられたまま排気還流ガス過給制御弁142Aも閉じられるので、燃焼室102内の負圧が再度生長される。その後、図8(E)に示すように、下死点前の所定のクランク角で吸気制御弁126が開かれると、燃焼室102内の負圧により吸入空気が動圧を伴って過給状態で導入される。この場合にも、初期に導入されたEGRガスはスワールによって影響を受けて、燃焼室102内の外周部にEGRガス層が形成され、次に導入された吸入空気により燃焼室102の中心部に新気層が形成され、EGRガスと吸入空気との成層状態が得られる。
Thus, in the intake stroke of the
なお、この実施形態においては、EGRガスの導入を先に行う例につき説明したが、前実施形態についても説明したように、エンジン100がピストン134の頂部に燃焼用のキャビティ134Aを有するディーゼルエンジンの場合には、吸入空気の導入を先に行うようにしてもよい。
In this embodiment, the example in which the EGR gas is introduced first has been described. However, as described in the previous embodiment, the
また、本発明は、エンジン100がスーパーチャージャやターボチャージャなどの過給機を備える場合にも好適に用いることができることはいうまでもない。過給機を備える場合には、排気還流ガス通路141の出口側の圧力がその入口側の圧力より高くなるときがあるが、このようなときにも安定してEGRガスの導入を行うことが可能である。
Needless to say, the present invention can also be suitably used when the
100 エンジン
101 燃料噴射弁
102 燃焼室
103 点火プラグ
104 吸気ポート
105 排気ポート
106 シリンダヘッド
107 吸気弁
108 排気弁
120 吸気通路
121 吸気管
122 エアクリーナ
123 スロットルアクチュエータ
124 スロットル弁
125 アクチュエータ
126 吸気制御弁
128 サージタンク
130 吸気圧センサ
131 排気通路
132 排気管
133 三元触媒
134 ピストン
135 シリンダブロック
136 ウォータジャケット
137 水温センサ
138 連接棒
139 クランク軸
140 クランク角センサ
200 ECU
TDC 上死点
BDC 下死点
DESCRIPTION OF
TDC top dead center BDC bottom dead center
Claims (5)
前記吸気弁と前記吸気制御弁との間の吸気通路に開口する排気還流ガス通路に設けられた排気還流ガス制御弁と、
エンジンが排気還流ガス導入領域にあるか否かを判定するエンジン運転領域判定手段と、
前記エンジン運転領域判定手段によりエンジンが排気還流ガス導入領域にあると判定されたとき、前記吸気制御弁と前記排気還流ガス制御弁との開閉動作時期を異ならせて制御する開閉動作時期制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの排気還流ガス導入制御装置。 An intake control valve provided in an intake passage upstream of the intake valve and capable of opening and closing in accordance with the opening and closing timing of the intake valve;
An exhaust gas recirculation gas control valve provided in an exhaust gas recirculation gas passage that opens in an air intake passage between the intake valve and the intake control valve;
Engine operation region determination means for determining whether or not the engine is in the exhaust gas recirculation gas introduction region;
An opening / closing operation timing control means for controlling the intake control valve and the exhaust gas recirculation gas control valve with different opening / closing operation timings when the engine operation region determination means determines that the engine is in the exhaust gas recirculation gas introduction region; ,
An exhaust recirculation gas introduction control device for an engine, comprising:
前記開閉動作時期制御手段は、前記排気還流ガス制御弁を閉じた後に前記吸気制御弁を開くように制御することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気還流ガス導入制御装置。 The engine is a gasoline engine,
2. The exhaust gas recirculation gas introduction control device for an engine according to claim 1, wherein the opening / closing operation timing control unit performs control so that the intake air control valve is opened after the exhaust gas recirculation gas control valve is closed. 3.
前記開閉動作時期制御手段は、前記吸気制御弁を閉じた後に前記排気還流ガス制御弁を開くように制御することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気還流ガス導入制御装置。 The engine is a diesel engine having a cavity at the top of a piston,
2. The exhaust gas recirculation gas introduction control device for an engine according to claim 1, wherein the opening / closing operation timing control means performs control so that the exhaust gas recirculation gas control valve is opened after the intake air control valve is closed.
The downstream side of the intake control valve in the intake passage is constituted by a helical intake port and a tangential intake port, and the exhaust gas recirculation gas passage is opened to the tangential intake port. Engine exhaust gas recirculation gas introduction control device.
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