JP2006266159A - Exhaust recirculation gas introduction controller of engine - Google Patents

Exhaust recirculation gas introduction controller of engine Download PDF

Info

Publication number
JP2006266159A
JP2006266159A JP2005084894A JP2005084894A JP2006266159A JP 2006266159 A JP2006266159 A JP 2006266159A JP 2005084894 A JP2005084894 A JP 2005084894A JP 2005084894 A JP2005084894 A JP 2005084894A JP 2006266159 A JP2006266159 A JP 2006266159A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intake
control valve
engine
recirculation gas
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005084894A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomohiro Kaneko
智洋 金子
Masakazu Tabata
正和 田畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005084894A priority Critical patent/JP2006266159A/en
Publication of JP2006266159A publication Critical patent/JP2006266159A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust recirculation gas introduction controller of an engine capable of easily providing the stratified state of an EGR gas and a suction gas despite the fact that its structure is rather simple. <P>SOLUTION: This controller comprises an intake air control valve 126 installed in an intake air passage 120 on the upstream side of an intake valve 107 and openable according to the opening/closing timings of the intake valve 107, an exhaust gas recirculation gas control valve 142 installed in an exhaust recirculation gas passage 141 opening to the intake gas passage 120 between the intake valve 107 and the intake control valve 126, an engine operating area determination part 200 determining whether the engine 100 is in an exhaust recirculation gas introduction area or not, and an opening/closing operation timing control means which, when the engine is determined to be in an exhaust recirculation gas introduction area by the engine operation area determination means, controllably differentiate the opening/closing operation timings of the intake control valve 126 and the exhaust recirculation gas control valve 142 from each other. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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.

特開2004−257305号公報JP 2004-257305 A

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 engine 100 in this embodiment is of a type in which gasoline, which is fuel, is directly injected into the combustion chamber 102 from the fuel injection valve 101 and ignited by ignition of the spark plug 103, but alcohol or the like is used as fuel. Is also possible.

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 cylinder head 106 formed with an intake port 104 and an exhaust port 105 respectively facing the combustion chamber 102 includes an intake valve 107 that opens and closes the intake port 104 and an exhaust valve 108 (not shown) that opens and closes the exhaust port 105. Is incorporated.

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 intake pipe 121 that is connected to the cylinder head 106 so as to communicate with the intake port 104 and defines the intake passage 120 together with the intake port 104, dust and the like contained in the atmosphere are removed to remove the intake passage 120. An air cleaner 122 is provided for guiding the air. A throttle valve 124 whose opening is adjusted by a throttle actuator 123 based on the amount of depression of an accelerator pedal (not shown) operated by a driver is incorporated in a portion of the intake pipe 121 located on the downstream side of the air cleaner 122. ing. In this embodiment, the depression operation of the accelerator pedal and the opening / closing operation of the throttle valve 124 can be separated and electrically controlled. However, the accelerator pedal and the throttle valve 124 are mechanically connected. May be. Further, an intake control valve 126 that opens and closes the intake passage 120 by an actuator 125 at a predetermined timing according to the opening and closing timing of the intake valve 107 is incorporated in a portion of the intake pipe 121 located downstream of the throttle valve 124. It is. When engine 100 has a plurality of intake ports 104 and intake valves 107 per cylinder, as described later, intake control valves 126 are provided independently for each intake port 104, and each intake port 104 is opened and closed individually. However, the intake control valve 126 may be opened and closed in units of individual cylinders. The intake control valve 126 and its actuator 125 have extremely high control response so that the intake control valve 126 can be temporarily opened and closed accurately at a desired time according to the opening and closing timing of the intake valve 107.

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 intake control valve 126 in this embodiment is configured, for example, in the form of a butterfly valve or a flap valve, and is opened later than the opening timing of the intake valve 107 except during EGR stratified combustion control of the engine 100 described later. The actuator 125 is controlled based on a command from the electronic control unit (ECU) 200 so that the intake valve 107 is closed later than the closing timing. As a result, the air in the intake passage 120 located upstream from the intake control valve 126 flows into the combustion chamber 102 that is in a negative pressure state at the end of the intake stroke of the engine 100, and is a kind of inertial supercharging. Due to the effect, a large amount of air can be filled in the combustion chamber 102. In other words, in the supercharging using the intake control valve 126, the actual supercharging (hereinafter referred to as “supercharging”) is performed immediately after the start of control using the inertia of the intake air and the negative pressure generated on the downstream side of the intake control valve 126. This is referred to as impulse supercharging). Therefore, the control response at the time of low speed is superior to that of the turbo supercharging system, and so-called acceleration delay of the vehicle can be eliminated. The basic technology related to the intake control valve 126 is described in detail in "Impulses for Greater Driving Fun" which was announced on September 9 by Siemens VDO Automotive AG at the 2003 Frankfurt Motor Show. .

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 intake pipe 121 having a surge tank 128 formed in the middle thereof detects an intake air temperature flowing through the intake passage 120 and outputs it to the electronic control unit 200, and an intake air sensor 120 in the intake passage 120. An intake pressure sensor 130 that detects the atmospheric pressure and outputs it to the electronic control unit 200 is attached. The attachment position of the intake air temperature sensor 129 and the intake pressure sensor 130 with respect to the intake pipe 121 may be upstream of the attachment position of the intake control valve 126, and is not limited to the position shown in FIG. As will be described later, when the engine 100 is a diesel engine, an accelerator opening sensor that outputs in proportion to the amount of depression of the accelerator pedal, instead of the intake pressure sensor 130 described above, to detect the load factor of the engine. 144 may be used.

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 combustion chamber 102 is disposed in the middle of the exhaust pipe 132 that is connected to the cylinder head 106 so as to communicate with the exhaust port 105 and defines the exhaust passage 131 together with the exhaust port 105. A three-way catalyst 133 for detoxifying the substance is incorporated. It is also effective to incorporate a plurality of these three-way catalysts 133 in series along the exhaust passage 131.

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 intake pipe 121 into the combustion chamber 102 through the air cleaner 122 forms an air-fuel mixture with the fuel injected from the fuel injection valve 101 into the combustion chamber 102, and is ignited by the spark of the spark plug 103. The exhaust gas thus generated is exhausted from the exhaust pipe 132 through the three-way catalyst 133 to the atmosphere.

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 cylinder block 135 in which the piston 134 reciprocates includes a water temperature sensor 137 that detects the temperature of the cooling water in the water jacket 136 formed in the cylinder block 135 and outputs the detected temperature to the electronic control unit 200, and a connecting rod 138. A crank angle sensor 140 that detects the rotational phase of the crankshaft 139 to which the piston 134 is connected via the crankshaft 139, that is, the crank angle, and outputs this to the electronic control unit 200 is attached. In the present embodiment, the crank angle sensor 140 is used as an engine speed sensor. Therefore, in the following description, the engine speed sensor 140 may be referred to.

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 recirculation gas passage 141 is branched from the middle of the exhaust pipe 132 that defines the exhaust passage 131 described above, and opens into the intake passage 120 between the intake valve 107 and the intake control valve 126 (the opening hole is opened). 145). An exhaust gas recirculation gas control valve 142 that opens and closes in response to an output signal from the electronic control unit 200 is provided in the exhaust gas recirculation gas passage 141. Reference numeral 143 denotes an EGR cooler that is provided as needed and cools the exhaust gas recirculation gas. Although not shown, the engine 100 may be configured as a supercharged engine.

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 engine 100 described above has a plurality of intake ports 104 and intake valves 107 per cylinder, the plurality of intake ports 104 may have different port shapes. Therefore, in this case, the relationship between the opening hole 145 of the exhaust gas recirculation gas passage 141 and the intake control valve 126 will be further described with reference to FIGS. 2 (A) and 2 (B). 2A and 2B, of the two intake ports 104 provided per cylinder, one of the intake ports 104, for example, the left-hand side of the drawing, is a helical intake port directed toward the center of the combustion chamber 102. The other intake port, for example, the right side, is a tangential intake port (hereinafter referred to as 104RR) directed in the direction of the peripheral wall of the combustion chamber 102. In the embodiment shown in FIG. 2A, a single intake control valve 126 is used in common for the helical intake port 104Fr and the tangential intake port 104RR. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 2B, two intake control valves 126 are used independently for each of the helical intake port 104Fr and the tangential intake port 104RR.

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 recirculation gas passage 141 is opened only by the helical intake port 104Fr with an opening hole 145, and FIG. 2B shows that the exhaust gas recirculation gas passage 141 is tangential. A form in which only the intake port 104RR is opened with the opening hole 145 is shown. It should be noted that whether the exhaust recirculation gas passage 141 is opened in any port shape does not matter whether the intake control valve 126 is common or independent. When the engine 100 is a gasoline engine, the exhaust gas recirculation gas passage 141 is opened at the tangential intake port 104RR with the opening hole 145 when the exhaust gas recirculation gas passage 141 is opened at the helical intake port 104Fr with the opening hole 145. As described later, this mode is suitable when the engine 100 is a diesel engine having a cavity at the top of the piston.

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 electronic control unit 200 is composed of a digital computer and includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a CPU (Microprocessor), an input port, an output port, and the like connected to each other via a bidirectional bus. The fuel injection valve 101, the ignition coil, the throttle actuator 123, the actuator 125, and the exhaust gas recirculation gas so that the engine 100 can be operated smoothly according to a preset program based on the detection signals from the various sensors described above. The operation of the control valve 142 and the like is controlled. Further, the fuel injection amount from the fuel injection valve 101 is preliminarily shown on a map or the like so as to be a predetermined ratio with respect to the intake amount corresponding to the opening degree of the throttle valve 124 based on the depression amount of an accelerator pedal (not shown). Is set.

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 electronic control unit 200, refer to the flowchart shown in FIG. 3 for the first form of the exhaust gas recirculation gas introduction control routine according to the present invention. To explain. This routine is executed each time the crank angle advances by a predetermined angle, for example.

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 speed sensor 140 and the engine load factor detected from the intake pressure sensor 130 are read as parameters representing the operating state of the engine 100, and EGR is read. It is determined whether or not it is a stratified combustion region. This EGR stratified combustion region is determined and set in advance by experiments or the like as a region for suppressing the generation of NOx and smoke. Therefore, when not in the EGR stratified combustion region, this control routine is terminated.

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 gas control valve 142 and the opening / closing timing or opening period of the intake control valve 126 are set in correspondence with the EGR amount.

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 gas control valve 142 and the intake control valve 126 are opened / closed as follows in accordance with the opening / closing timing of the intake valve 107. That is, in step S34, the exhaust gas recirculation gas control valve 142 is opened with the intake control valve 126 closed, and only EGR is introduced into the combustion chamber 102. In step S35, after the exhaust gas recirculation gas control valve 142 is closed, the intake control valve 126 is opened, and fresh air is introduced into the combustion chamber 102. This will be described in more detail with reference to FIG.

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 intake valve 107, the intake control valve 126, and the exhaust gas recirculation gas control valve 142 in terms of the crank angle phase. In the figure, a solid double-headed arrow indicates the intake valve. 107 is opened at the top dead center (TDC) and closed at the bottom dead center (BDC), for example. The broken double-headed arrow indicates that the exhaust gas recirculation control valve 142 is opened at the top dead center (TDC) like the intake valve 107 and closed at a predetermined crank angle CA1 after the top dead center. is doing. Further, a double-pointed arrow indicated by a one-dot chain line indicates that the exhaust gas recirculation control valve 142 is closed at a predetermined crank angle CA1 after the top dead center, and at the same time, the intake control valve 126 is opened, and then the bottom dead center. It means that it is closed at a later predetermined crank angle CA2. Thus, in the intake stroke of the engine 100 in which the intake valve 107 is opened and the piston 134 is lowered from the top dead center, at the initial stage, the intake control valve 126 is closed and only the exhaust gas recirculation gas control valve 142 is opened. 4B, only the EGR gas is introduced into the combustion chamber 102 by the suction negative pressure. Then, after the exhaust recirculation gas control valve 142 is closed and the intake control valve 126 is opened at a predetermined crank angle CA1 after the top dead center, the intake air is replaced with EGR gas as shown in FIG. 4C. Is introduced into the combustion chamber 102. In this case, the EGR gas introduced in the initial stage is affected by the swirl, and an EGR gas layer is formed on the outer peripheral portion in the combustion chamber 102. Then, the fresh air is introduced into the central portion of the combustion chamber 102 by the introduced intake air. A layer is formed, and a stratified state of EGR gas and intake air is obtained.

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 intake control valve 126 in the intake passage of the engine 100 is constituted by the helical intake port 104Fr and the tangential intake port 104RR as described above, and the exhaust gas recirculation gas passage 141 is opened to the helical intake port 104Fr. In the case of the present embodiment, since the introduction of the EGR gas at the initial stage of the intake stroke is performed through the helical intake port 104Fr, the swirl of the EGR gas can be performed even when the lift amount of the intake valve 107 is small at the initial stage of the intake stroke. It can be increased, and a better stratified state of the outer EGR gas layer and the inner intake air layer can be obtained.

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 fuel injection valve 101 toward the intake air layer, and is ignited and burned by the spark plug 103. The fuel injection amount is preferably controlled so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes the stoichiometric air-fuel ratio. In this way, the exhausted EGR gas has the same composition as the exhaust gas burned at the stoichiometric air-fuel ratio. In this way, the air-fuel mixture is stratified and the generation of NOx and smoke is suppressed by the EGR stratified combustion while reducing the fuel consumption by reducing the pumping loss.

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 electronic control unit 200 according to the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This routine is also executed every time the crank angle advances by a predetermined angle. In addition, this 2nd form is a form suitable for the diesel engine which has the cavity 134A for combustion in the top part of the piston 134, as the engine 100 shows easily in FIG.6 (B), (C) mentioned later. .

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 speed sensor 140 are used as parameters representing the operating state of the engine 100. The engine load factor detected from 144 is read, and it is determined whether or not the engine is in the EGR stratified combustion region. When not in the EGR stratified combustion region, this control routine is terminated.

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 gas control valve 142 and the opening / closing timing or opening period of the intake control valve 126 are set in accordance with the EGR amount.

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 intake control valve 126 and the exhaust recirculation gas control valve 142 are opened / closed as follows in accordance with the opening / closing timing of the intake valve 107. That is, in step S54, the intake control valve 126 is opened while the exhaust gas recirculation gas control valve 142 is closed, and fresh air is introduced into the combustion chamber 102. In step S55, after the intake control valve 126 is closed, the exhaust gas recirculation gas control valve 142 is opened, and the EGR gas is introduced into the combustion chamber 102. This will be described in more detail with reference to FIG.

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 intake valve 107, the intake control valve 126, and the exhaust gas recirculation gas control valve 142 in the crank angle phase, as in FIG. 4A. In FIG. The arrows indicate that the intake valve 107 is opened at, for example, top dead center (TDC) and closed at bottom dead center (BDC). The double-pointed arrow indicated by a one-dot chain line means that the intake control valve 126 is opened at the top dead center (TDC) like the intake valve 107 and is closed at a predetermined crank angle CA3 before the bottom dead center. ing. Further, the broken double-headed arrow indicates that the intake control valve 126 is closed at a predetermined crank angle CA3 before the bottom dead center, and at the same time, the exhaust gas recirculation gas control valve 142 is opened. It means that it is closed at a predetermined crank angle CA4.

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 engine 100 in which the intake valve 107 is opened and the piston 134 is lowered from the top dead center, the exhaust gas recirculation gas control valve 142 is closed and the intake control valve 126 is opened in the initial or middle period. Therefore, as schematically shown in FIG. 6B, fresh air is introduced into the combustion chamber 102 by a negative pressure. After the intake control valve 126 is closed and the exhaust gas recirculation gas control valve 142 is opened at a predetermined crank angle before the bottom dead center, EGR gas is used instead of fresh air as shown in FIG. It is introduced into the combustion chamber 102 in the cylinder. In this case, the fresh air introduced from the initial stage to the middle stage is maintained in the cavity 134A by the flow in the cylinder, and the EGR gas is introduced behind that state. This EGR gas is inside in the combustion chamber 102 in the cylinder, but circulates outside the intake air in the cavity 134A, and between the outer EGR gas layer and the inner intake air layer in the cavity 134A where fuel injection is directed. A stratified state can be obtained.

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 intake control valve 126 in the intake passage of the engine 100 is configured by the helical intake port 104Fr and the tangential intake port 104RR as described above, and the exhaust recirculation gas passage 141 is connected to the tangential intake port 104RR. According to the open form, the introduction of EGR gas is delayed through the tangential intake port 104RR after the state in which the intake air is maintained in the cavity 134A due to the flow in the cylinder, so that EGR is performed later in the intake stroke. A stronger swirl of gas can be obtained, and a better stratified state of the outer EGR gas layer and the inner intake air layer can be obtained in the cavity 134A where fuel injection is directed.

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 gas control valve 142 provided in the exhaust gas recirculation gas passage 141 has an extremely high control response as in the intake control valve 126 so that the exhaust gas recirculation gas passage 141 can be temporarily opened and closed. It is configured. Thus, it is possible to perform impulse supercharging of EGR gas. In order to distinguish from the exhaust gas recirculation gas control valve 142 in the previous embodiment, the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve 142A will be referred to in the following description.

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 speed sensor 140 and the engine load factor detected from the intake pressure sensor 130 are read as parameters representing the operating state of the engine 100, It is determined whether or not it is in the EGR stratified combustion region. As described above, the EGR stratified combustion region is determined and set in advance through experiments or the like as a region for suppressing the generation of NOx and smoke. Therefore, when not in the EGR stratified combustion region, this control routine is terminated.

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 control valve 142A and the opening / closing timing or opening period of the intake control valve 126 are set in correspondence with the EGR amount.

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 control valve 142A and the intake control valve 126 are opened and closed as follows in accordance with the opening and closing timing of the intake valve 107 so as to generate a negative pressure in the combustion chamber 102. . That is, in step S74, for example, after the intake valve 107 is opened at the top dead center (TDC), the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve 142A and the intake control valve 126 are kept closed for a predetermined period. . Then, the process proceeds to step S75, in which the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve 142A is temporarily opened, and only EGR is introduced into the combustion chamber 102. Further, the process proceeds to step S76, and the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve 142A is closed while the intake control valve 126 is closed in order to grow the negative pressure in the combustion chamber 102. In the next step S77, the intake control valve 126 is opened after a predetermined period after the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve 142A is closed, and fresh air is introduced into the combustion chamber 102. This will be described in more detail with reference to FIG.

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 intake valve 107, the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve 142A, and the intake control valve 126 as a crank angle phase. In the figure, a solid double-headed arrow indicates For example, the intake valve 107 is opened at the top dead center (TDC) and closed at a predetermined crank angle CA5 after the bottom dead center (BDC). The broken double-headed arrow indicates that the exhaust gas recirculation supercharging control valve 142A is temporarily opened at a predetermined crank angle CA6 after top dead center (TDC) and closed at the crank angle CA7. ing. Further, a double-pointed arrow indicated by a one-dot chain line indicates that the exhaust recirculation gas supercharging control valve 142A is temporarily opened and closed at a predetermined crank angle after the top dead center, and then a predetermined angle before the bottom dead center. It shows that the intake control valve 126 is opened at CA8 and then closed at a predetermined crank angle CA9 after bottom dead center.

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 engine 100 in which the piston 134 descends from the top dead center, at the initial stage, as shown in FIG. 8B, the intake control valve 126 and the exhaust recirculation gas supercharging control valve 142A are closed. Therefore, a negative pressure is generated in the combustion chamber 102. Therefore, as shown in FIG. 8C, when the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve 142A is temporarily opened, EGR gas is introduced in a supercharging state with dynamic pressure due to the negative pressure in the combustion chamber 102. The Then, after the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve 142A is temporarily opened at a predetermined crank angle after top dead center, the intake control valve 126 remains closed as shown in FIG. 8 (D). Since the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve 142A is also closed, the negative pressure in the combustion chamber 102 is grown again. Thereafter, as shown in FIG. 8E, when the intake control valve 126 is opened at a predetermined crank angle before bottom dead center, the intake air is supercharged with dynamic pressure due to the negative pressure in the combustion chamber 102. Introduced in Also in this case, the EGR gas introduced in the initial stage is affected by the swirl, and an EGR gas layer is formed on the outer peripheral portion in the combustion chamber 102. Next, the intake air introduced in the center portion of the combustion chamber 102 A fresh air layer is formed, and a stratified state of EGR gas and intake air is obtained.

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 engine 100 is a diesel engine having a combustion cavity 134A at the top of the piston 134. In such a case, the intake air may be introduced first.

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 engine 100 includes a supercharger such as a supercharger or a turbocharger. When a supercharger is provided, the pressure on the outlet side of the exhaust gas recirculation gas passage 141 may be higher than the pressure on the inlet side. Even in such a case, the EGR gas can be stably introduced. Is possible.

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を示すエンジンシステムの概念図である。1 is a conceptual diagram of an engine system showing an embodiment in which an exhaust gas recirculation gas introduction control device for an engine according to the present invention is applied to a gasoline engine. 本発明によるエンジンの排気還流ガス導入制御装置において、排気還流ガス通路の開口孔と吸気制御弁との関係について示す透視的平面図であり、(A)は開口孔がヘリカル吸気ポートに、および(B)は開口孔がタンジェンシャル吸気ポートに開口された場合である。FIG. 4 is a perspective plan view showing the relationship between the opening hole of the exhaust gas recirculation gas passage and the intake control valve in the exhaust gas recirculation gas introduction control apparatus for an engine according to the present invention, wherein (A) shows the opening hole at the helical intake port; B) is a case where the opening hole is opened to the tangential intake port. 本発明に係る排気還流ガス導入制御装置の制御ルーチンの第一の形態を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the 1st form of the control routine of the exhaust gas recirculation gas introduction control device concerning the present invention. (A)は、吸気弁、吸気制御弁および排気還流ガス制御弁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、(B)および(C)はEGRガスおよび吸入空気が燃焼室内に導入される様子を概略的に示す模式図である。(A) is a graph showing the opening / closing timing of the intake valve, the intake control valve, and the exhaust gas recirculation gas control valve in terms of the crank angle phase, and (B) and (C) are those in which EGR gas and intake air are introduced into the combustion chamber. It is a schematic diagram which shows a mode roughly. 本発明に係る排気還流ガス導入制御装置の制御ルーチンの第二の形態を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the 2nd form of the control routine of the exhaust gas recirculation gas introduction control device concerning the present invention. (A)は、吸気弁、吸気制御弁および排気還流ガス制御弁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、(B)および(C)はEGRガスおよび吸入空気が燃焼室内に導入される様子を概略的に示す模式図である。(A) is a graph showing the opening / closing timing of the intake valve, the intake control valve, and the exhaust gas recirculation gas control valve in terms of the crank angle phase, and (B) and (C) are those in which EGR gas and intake air are introduced into the combustion chamber. It is a schematic diagram which shows a mode roughly. 本発明に係る排気還流ガス導入制御装置の制御ルーチンの第三の形態を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the 3rd form of the control routine of the exhaust gas recirculation gas introduction control device concerning the present invention. (A)は、吸気弁、排気還流ガス過給制御弁および吸気制御弁の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフ、(B)、(C)、(D)および(E)はEGRガスおよび吸入空気が燃焼室内に導入される様子を概略的に示す模式図である。(A) is a graph showing the opening / closing timing of the intake valve, the exhaust gas recirculation gas supercharging control valve, and the intake control valve as a crank angle phase, and (B), (C), (D), and (E) are EGR gas and intake. It is a schematic diagram which shows a mode that air is introduce | transduced in a combustion chamber.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 100 Engine 101 Fuel injection valve 102 Combustion chamber 103 Spark plug 104 Intake port 105 Exhaust port 106 Cylinder head 107 Intake valve 108 Exhaust valve 120 Intake passage 121 Intake pipe 122 Air cleaner 123 Throttle actuator 124 Throttle valve 125 Actuator 126 Intake control valve 128 Surge tank 130 Intake pressure sensor 131 Exhaust passage 132 Exhaust pipe 133 Three-way catalyst 134 Piston 135 Cylinder block 136 Water jacket 137 Water temperature sensor 138 Connecting rod 139 Crankshaft 140 Crank angle sensor 200 ECU
TDC top dead center BDC bottom dead center


Claims (5)

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:
前記エンジンはガソリンエンジンであって、
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.
前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流は、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ことを特徴とする請求項2に記載のエンジンの排気還流ガス導入制御装置。   The downstream side of the intake control valve in the intake passage is configured by a helical intake port and a tangential intake port, and the exhaust gas recirculation gas passage is opened to the helical intake port. Engine exhaust recirculation gas introduction control device. 前記エンジンは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って、
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.
前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流は、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ことを特徴とする請求項4に記載のエンジンの排気還流ガス導入制御装置。


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.


JP2005084894A 2005-03-23 2005-03-23 Exhaust recirculation gas introduction controller of engine Withdrawn JP2006266159A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005084894A JP2006266159A (en) 2005-03-23 2005-03-23 Exhaust recirculation gas introduction controller of engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005084894A JP2006266159A (en) 2005-03-23 2005-03-23 Exhaust recirculation gas introduction controller of engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006266159A true JP2006266159A (en) 2006-10-05

Family

ID=37202395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005084894A Withdrawn JP2006266159A (en) 2005-03-23 2005-03-23 Exhaust recirculation gas introduction controller of engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006266159A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008280884A (en) * 2007-05-09 2008-11-20 Toyota Motor Corp Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine
JP2010163937A (en) * 2009-01-14 2010-07-29 Toyota Motor Corp Control device for internal combustion engine
JP2012225213A (en) * 2011-04-18 2012-11-15 Denso Corp Internal combustion engine, and exhaust gas recirculation device
JP2013104331A (en) * 2011-11-11 2013-05-30 Denso Corp Internal combustion engine
JP2013234590A (en) * 2012-05-08 2013-11-21 Denso Corp Exhaust recirculation device
US8596242B2 (en) 2008-05-16 2013-12-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel injection control apparatus of internal combustion engine
JP2014122562A (en) * 2012-12-20 2014-07-03 Denso Corp Intake control device of internal combustion engine
DE102014106270A1 (en) 2013-05-14 2014-11-20 Denso Corporation Intake system of an internal combustion engine
DE102014106153A1 (en) 2013-05-14 2014-11-20 Denso Corporation Intake system of an internal combustion engine

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4715804B2 (en) * 2007-05-09 2011-07-06 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine
JP2008280884A (en) * 2007-05-09 2008-11-20 Toyota Motor Corp Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine
US8596242B2 (en) 2008-05-16 2013-12-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel injection control apparatus of internal combustion engine
JP2010163937A (en) * 2009-01-14 2010-07-29 Toyota Motor Corp Control device for internal combustion engine
JP2012225213A (en) * 2011-04-18 2012-11-15 Denso Corp Internal combustion engine, and exhaust gas recirculation device
JP2013104331A (en) * 2011-11-11 2013-05-30 Denso Corp Internal combustion engine
JP2013234590A (en) * 2012-05-08 2013-11-21 Denso Corp Exhaust recirculation device
JP2014122562A (en) * 2012-12-20 2014-07-03 Denso Corp Intake control device of internal combustion engine
DE102013113700B4 (en) 2012-12-20 2022-07-14 Denso Corporation Intake control device of an internal combustion engine
DE102014106270A1 (en) 2013-05-14 2014-11-20 Denso Corporation Intake system of an internal combustion engine
DE102014106153A1 (en) 2013-05-14 2014-11-20 Denso Corporation Intake system of an internal combustion engine
JP2014222048A (en) * 2013-05-14 2014-11-27 株式会社日本自動車部品総合研究所 Intake system for internal combustion engine
JP2014222047A (en) * 2013-05-14 2014-11-27 株式会社デンソー Intake system of internal combustion engine
DE102014106153B4 (en) 2013-05-14 2022-07-14 Denso Corporation Intake system of an internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6817349B2 (en) Control system and method and engine control unit for compression ignition internal combustion engine
JP4517515B2 (en) 4-cycle engine for automobiles
JP4650321B2 (en) Control device
US7168409B2 (en) Controller for direct injection internal combustion engine
JP2006266159A (en) Exhaust recirculation gas introduction controller of engine
KR20060051868A (en) Engine
JP4453091B2 (en) Engine control device
JP2006283636A (en) Engine control device
JP2007205181A (en) Four cycle internal combustion engine
CN111788378A (en) Internal combustion engine and control method thereof
JP2009041540A (en) Control device of gasoline engine
US10995681B2 (en) Combustion control device for engine
JP4517516B2 (en) 4-cycle engine for automobiles
JP3864541B2 (en) Air-fuel ratio control device for internal combustion engine
JP2006299992A (en) Control system of internal combustion engine
JP3671755B2 (en) Intake control device for direct injection internal combustion engine
JP2002221037A (en) Cylinder injection type gas fuel internal combustion engine
JP2010013953A (en) Control device and control method
JP2006283631A (en) Intake control device of engine
JP4518251B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP2006132399A (en) Control device and control method for an engine with supercharger
JP4192813B2 (en) Engine that performs exhaust gas recirculation
JP2007327379A (en) Control device for internal combustion engine system
JP2009052505A (en) Internal combustion engine
JP7238571B2 (en) Engine control method and engine control device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070907

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090114