JP2006283659A - Intake control device and its method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸気弁の開閉タイミングに応じて吸気通路を開閉し得る吸気制御弁を設けた吸気制御装置およびその方法に関する。 The present invention relates to an intake control device provided with an intake control valve capable of opening and closing an intake passage according to the opening and closing timing of the intake valve, and a method thereof.
パルス過給は、吸気弁よりも上流側の吸気通路内に極めて高速で作動する開閉弁を組み込み、この開閉弁を吸気弁の開弁タイミングに同期してこれよりも遅く開弁させることにより、この開閉弁よりも下流側の吸気通路および燃焼室内に発生する負圧と、吸気の慣性とを利用して過給を行うようにしたものであり、特許文献1にその開閉弁の構成の一例が開示されている。 Pulse supercharging incorporates an on-off valve that operates at a very high speed in the intake passage upstream of the intake valve, and opens the on-off valve later than this in synchronization with the opening timing of the intake valve. Supercharging is performed using the negative pressure generated in the intake passage and the combustion chamber on the downstream side of the on-off valve and the inertia of the intake air, and Patent Document 1 shows an example of the configuration of the on-off valve. Is disclosed.
一方、排気ガスの清浄化のための対策として、燃焼室内に吸い込まれる吸気に旋回流(スワール)を形成し、燃料との混合を均一化することが有効である。2つ以上の複数の吸気ポートおよび吸気弁を有する機関にあっては、吸気が燃焼室内に形成される吸気スワールの旋回方向と同じ方向に旋回流を形成するような通路を形成したヘリカル吸気ポートと、吸気が燃焼室の内周壁の接線方向に沿って流入するような通路を形成したタンジェンシャル吸気ポートとが、所望のスワール比を得ることができるように適宜組み合わせて用いられる。 On the other hand, as a measure for purifying the exhaust gas, it is effective to form a swirl flow (swirl) in the intake air sucked into the combustion chamber and make the mixing with the fuel uniform. In an engine having two or more intake ports and intake valves, a helical intake port having a passage in which intake air forms a swirl flow in the same direction as the swirl direction of the intake swirl formed in the combustion chamber And a tangential intake port formed with a passage through which intake air flows along the tangential direction of the inner peripheral wall of the combustion chamber are used in appropriate combination so that a desired swirl ratio can be obtained.
また、排気ガスを清浄化するため、この排気ガス中に含まれる炭素または炭化物を含む粒子状物質(PM)を触媒に吸着させることが一般化しているが、定期的にこの触媒に燃料を供給してPMを燃焼させ、触媒の機能が低下しないように配慮している。この場合、膨張行程以降に燃焼室に臨む燃料噴射弁から燃料を燃焼室に噴射して触媒に供給する後噴射処理を行うものが知られている。特に、ディーゼルエンジンなどの圧縮点火機関においては、このような後噴射処理だけでは防ぐことができない触媒の目詰まりを解消するため、より多量の燃料を触媒に供給してこれを再生させる触媒後処理、つまり触媒再生処理を行う必要もある。 In order to purify the exhaust gas, it is common to adsorb particulate matter (PM) containing carbon or carbide contained in the exhaust gas to the catalyst. However, fuel is periodically supplied to the catalyst. Thus, PM is combusted so that the function of the catalyst does not deteriorate. In this case, what performs a post-injection process in which fuel is injected into the combustion chamber from the fuel injection valve facing the combustion chamber after the expansion stroke and supplied to the catalyst is known. In particular, in a compression ignition engine such as a diesel engine, in order to eliminate the clogging of the catalyst that cannot be prevented only by the post-injection process, a catalyst post-process for supplying a larger amount of fuel to the catalyst and regenerating it. That is, it is necessary to perform catalyst regeneration treatment.
上述した従来のパルス過給は、吸気量が常に最大となるような吸気制御弁の開弁時期を設定しているが、車両の運転状態によっては、吸気量よりもスワール比が重要となる場合も多い。 In the conventional pulse supercharging described above, the opening timing of the intake control valve is set so that the intake amount is always maximized, but the swirl ratio is more important than the intake amount depending on the driving state of the vehicle. There are also many.
例えば、エンジン回転数が低い領域では燃焼室に供給される燃料と空気とを混合させるための時間が充分にあるため、スワール比を大きくしてより均一な混合気を形成することが望まれる。しかしながら、エンジン回転数が低い領域にてパルス過給を行った場合には、吸入期間が短いためにスワールの形成が阻害されてしまい、スモークを発生する可能性がある。このような不具合は、特にエンジン回転数が低い領域にて車両の加速を行う場合に発生しやすい。逆に、エンジン回転数が高い領域では、燃料の燃焼を完了させるまでの時間が相対的に短くなるため、スワール比が大きくなると燃料が燃え切らずにスモークなどの発生を招来する。従って、エンジン回転数が高い領域ではスワール比を小さくすることが必要である。 For example, in a region where the engine speed is low, there is sufficient time for mixing fuel and air supplied to the combustion chamber, so it is desirable to increase the swirl ratio to form a more uniform mixture. However, when pulse supercharging is performed in a region where the engine speed is low, the suction period is short, so that swirl formation is hindered and smoke may be generated. Such a problem is likely to occur particularly when the vehicle is accelerated in a region where the engine speed is low. Conversely, in a region where the engine speed is high, the time until fuel combustion is completed is relatively short. Therefore, if the swirl ratio increases, the fuel does not burn out and smoke is generated. Therefore, it is necessary to reduce the swirl ratio in a region where the engine speed is high.
このような不具合は、排気ガス還流(EGR)装置を作動させて排気ガスの一部を吸気に取り入れる場合も同様に発生する。つまり、エンジンの低負荷領域にて排気ガスの一部を吸気に取り入れて排気ガス中に占める窒素酸化物の量を削減させる場合、パルス過給を行うことによってスワールの形成が阻害される結果、排気ガスを均一に混合させることが困難となり、窒素酸化物の削減効果が低くなってしまう。 Such a problem also occurs when an exhaust gas recirculation (EGR) device is operated and a part of the exhaust gas is taken into the intake air. In other words, when part of the exhaust gas is taken into the intake air in the low load region of the engine to reduce the amount of nitrogen oxides in the exhaust gas, the formation of swirl is hindered by performing pulse supercharging, It becomes difficult to mix the exhaust gas uniformly, and the reduction effect of nitrogen oxides becomes low.
一方、機関の膨張行程以降に燃料噴射弁から燃料を噴射してこれを触媒に供給する後噴射処理においては、燃料を噴射するタイミングが燃焼室内の圧力が低下した時点であるため、燃焼室内に充分なスワールが形成されていないと、燃料が気化せずに燃焼室の内壁などに付着して潤滑油膜を剥離させるボアフラッシングが起こり、最悪の場合にはエンジンの焼き付きが発生する。 On the other hand, in the post-injection process in which fuel is injected from the fuel injection valve after the expansion stroke of the engine and this is supplied to the catalyst, the fuel injection timing is the time when the pressure in the combustion chamber decreases, If sufficient swirl is not formed, bore flashing occurs in which the fuel does not vaporize but adheres to the inner wall of the combustion chamber and the like and peels off the lubricating oil film. In the worst case, engine burn-in occurs.
このように、パルス過給を行うに際しては、車両の運転状態に応じてスワール比を考慮する必要がある。 Thus, when performing pulse supercharging, it is necessary to consider a swirl ratio according to the driving | running state of a vehicle.
本発明の目的は、吸気量を増大させるために吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁を設けた機関において、車両の運転状態に応じたスワールが燃焼室内に形成できるようにした吸気制御装置およびその方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an intake air in which a swirl according to the operating state of a vehicle can be formed in a combustion chamber in an engine provided with an intake control valve that opens and closes according to the opening and closing timing of the intake valve in order to increase the intake air amount. A control device and a method thereof are provided.
本発明の第1の形態は、吸気通路に設けられ、吸気弁の開閉タイミングに応じて吸気通路を開閉し得る吸気制御弁と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段からの検出信号に基づいて前記吸気制御弁の開閉を制御する制御手段とを具えた吸気制御装置であって、前記制御手段は、前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、エンジンが所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定部と、この運転状態判定部にてエンジンが所定の運転状態にあると判断した場合、エンジンの運転状態に応じて燃焼室内に形成されるべき要求スワール比を導出する要求スワール比導出部と、前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、実際に燃焼室内に形成される実スワール比を導出する実スワール比導出部と、この実スワール比導出部にて導出された実スワール比が前記要求スワール比導出部にて導出された要求スワール比と等しくなるように、前記吸気制御弁の開閉時期を設定する開閉時期設定部とを有し、この開閉時期設定部にて設定された開閉時期となるように前記吸気制御弁の開閉が制御されることを特徴とするものである。 According to a first aspect of the present invention, an intake control valve that is provided in an intake passage and can open and close the intake passage according to the opening and closing timing of the intake valve, an operating state detecting means that detects an operating state of the engine, and the operating state An intake control device comprising control means for controlling opening and closing of the intake control valve based on a detection signal from the detection means, wherein the control means is configured to detect the engine based on the detection signal from the operating state detection means. An operating state determining unit that determines whether or not the engine is in a predetermined operating state, and when the operating state determining unit determines that the engine is in a predetermined operating state, the engine is formed in the combustion chamber according to the operating state of the engine. A required swirl ratio deriving unit for deriving a required swirl ratio to be calculated, and a real swirl ratio deriving for deriving an actual swirl ratio that is actually formed in the combustion chamber based on a detection signal from the operating state detection means And opening / closing timing setting for setting the opening / closing timing of the intake control valve so that the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is equal to the required swirl ratio derived by the required swirl ratio deriving unit And the opening / closing of the intake control valve is controlled so as to be the opening / closing timing set by the opening / closing timing setting unit.
本発明においては、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、運転状態判定部はエンジンが所定の運転状態にあるか否かを判定する。ここで、エンジンが所定の運転状態にあると運転状態判定部が判断した場合、要求スワール比導出部はエンジンの運転状態に応じて燃焼室内に形成されるべき要求スワール比を導出する一方、実スワール比導出部は運転状態検出手段からの検出信号に基づき、実際に燃焼室内に形成される実スワール比を導出する。そして、この実スワール比導出部にて導出された実スワール比が要求スワール比導出部にて導出された要求スワール比と等しくなるように、吸気制御弁の開閉時期が開閉時期設定部にて設定され、この開閉時期設定部にて設定された開閉時期となるように吸気制御弁の開閉が制御手段によって制御される。 In the present invention, based on the detection signal from the driving state detection means, the driving state determination unit determines whether or not the engine is in a predetermined driving state. Here, when the operating state determination unit determines that the engine is in a predetermined operating state, the required swirl ratio deriving unit derives a required swirl ratio to be formed in the combustion chamber according to the operating state of the engine, while The swirl ratio deriving unit derives the actual swirl ratio that is actually formed in the combustion chamber based on the detection signal from the operating state detecting means. Then, the opening / closing timing of the intake control valve is set by the opening / closing timing setting unit so that the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit becomes equal to the required swirl ratio derived by the required swirl ratio deriving unit. Then, the opening and closing of the intake control valve is controlled by the control means so that the opening / closing timing set by the opening / closing timing setting unit is reached.
本発明の第1の形態による吸気制御装置が吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路内の吸気圧を検出する吸気圧センサをさらに具え、制御手段は、この吸気圧センサからの検出信号に基づき、閉弁状態にある吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路内に充填される吸気量を導出する初期吸気量導出部と、開閉時期設定部による吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であるか否かを判定する開閉回数判定部と、この開閉回数判定部にて吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であると判定された場合、開閉時期設定部にて設定された吸気制御弁の開閉時期を初期吸気量導出部にて導出された吸気量に応じて補正する開閉時期補正部とをさらに有するものであってよい。 The intake control device according to the first aspect of the present invention further includes an intake pressure sensor for detecting an intake pressure in an intake passage between the intake valve and the intake control valve, and the control means detects a detection signal from the intake pressure sensor. Based on the above, the initial intake amount deriving unit for deriving the intake amount filled in the intake passage between the intake valve and the intake control valve in the closed state, and the opening / closing timing setting of the intake control valve by the opening / closing timing setting unit Is an opening / closing frequency determination unit that determines whether or not the intake control valve has been opened or closed for the second time or later, and the opening / closing timing setting of the intake control valve is determined by the intake control valve. When the opening / closing control of the engine is determined to be the second or later time, the opening / closing timing of the intake control valve set by the opening / closing timing setting unit is set according to the intake amount derived by the initial intake amount deriving unit. And an open / close timing correction unit for correction. It may be.
所定の運転状態は、エンジンの加速状態か、EGR運転状態か、触媒に付着したPMを燃焼させる後噴射処理か、あるいは圧縮点火機関における触媒の再生時に燃料を供給するための触媒再生処理であってよい。 The predetermined operating state is an engine acceleration state, an EGR operation state, a post-injection process for burning PM adhering to the catalyst, or a catalyst regeneration process for supplying fuel during regeneration of the catalyst in the compression ignition engine. It's okay.
本発明の第1の形態による吸気制御装置が燃焼室内に実際に導入される空気量を導出する実空気量導出手段をさらに具え、制御手段は、所定の運転状態に応じて燃焼室内に導入されるべき最低限の空気量を導出する要求空気量導出部をさらに有し、エンジンが所定の運転状態にある場合、制御手段は、実空気量導出手段により導出された空気量が要求空気量導出部にて導出された要求空気量となるように、燃焼室内に流入する空気量を制御するものであってよい。所定の運転状態がEGR運転状態の場合、制御手段は、吸気制御弁と吸気弁との間の吸気通路に連通して排気ガスの一部を吸気通路内に導くEGR通路に設けられたEGR制御弁の開閉を制御することにより、燃焼室内に流入する空気量を制御することができる。 The intake control device according to the first aspect of the present invention further includes an actual air amount deriving unit for deriving an air amount actually introduced into the combustion chamber, and the control unit is introduced into the combustion chamber according to a predetermined operating state. A required air amount deriving unit for deriving a minimum air amount to be obtained, and when the engine is in a predetermined operating state, the control means derives the required air amount from the actual air amount deriving means; The amount of air flowing into the combustion chamber may be controlled so as to be the required amount of air derived by the section. When the predetermined operation state is the EGR operation state, the control means communicates with the intake passage between the intake control valve and the intake valve and controls the EGR control provided in the EGR passage that guides a part of the exhaust gas into the intake passage. By controlling the opening and closing of the valve, the amount of air flowing into the combustion chamber can be controlled.
制御手段は、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比を導出する最低スワール比導出部をさらに有し、開閉時期設定部は、運転状態判定部にてエンジンが所定の運転状態にないと判断した場合、実スワール比導出部にて導出された実スワール比が最低スワール比導出部にて導出された最低スワール比と等しくなるように吸気制御弁の開閉時期を設定するものであってよい。 The control means further includes a minimum swirl ratio deriving unit for deriving a minimum swirl ratio at which the air-fuel mixture can normally burn in the combustion chamber based on a detection signal from the operation state detecting means, When the operating state determination unit determines that the engine is not in a predetermined operating state, the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is equal to the minimum swirl ratio derived by the minimum swirl ratio deriving unit The opening / closing timing of the intake control valve may be set.
本発明の第2の形態は、1つの燃焼室にそれぞれ連通する複数の吸気ポートを開閉するための複数の吸気弁と、前記複数の吸気ポートを流れる吸気の割合を変えて燃焼室に形成される吸気のスワール比を変更し得るスワール制御弁と、このスワール制御弁よりも上流側の吸気通路に設けられ、吸気弁の開閉タイミングに応じて吸気通路を開閉し得る吸気制御弁と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段からの検出信号に基づいて前記スワール制御弁および前記吸気制御弁の開閉をそれぞれ制御する制御手段とを具えた吸気制御装置であって、前記制御手段は、前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室内にて形成されるべき要求スワール比を導出する要求スワール比導出部と、前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、実際に燃焼室内に形成される吸気のスワール比を導出する実スワール比導出部と、この実スワール比導出部にて導出された実スワール比が前記要求スワール比導出部にて導出された要求スワール比と等しくなるように、前記スワール制御弁の開度を設定する開度設定部と、最大の吸気量が得られるような前記吸気制御弁の開弁時期を設定する開弁時期設定部とを有することを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, a plurality of intake valves for opening and closing a plurality of intake ports respectively communicating with one combustion chamber and a ratio of intake air flowing through the plurality of intake ports are formed in the combustion chamber. A swirl control valve that can change the swirl ratio of the intake air, an intake control valve that is provided in the intake passage upstream of the swirl control valve and that can open and close the intake passage according to the opening and closing timing of the intake valve, and the engine An intake control device comprising: an operation state detection unit that detects an operation state; and a control unit that controls opening and closing of the swirl control valve and the intake control valve based on a detection signal from the operation state detection unit. The control means includes a required swirl ratio deriving unit for deriving a required swirl ratio to be formed in the combustion chamber based on a detection signal from the operating condition detecting means, and the operating condition The actual swirl ratio deriving unit for deriving the swirl ratio of the intake air actually formed in the combustion chamber based on the detection signal from the output means, and the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is the required swirl ratio. An opening setting unit for setting the opening of the swirl control valve so as to be equal to the required swirl ratio derived by the deriving unit, and an opening timing of the intake control valve for obtaining the maximum intake amount And a valve opening timing setting section to be set.
本発明においては、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、要求スワール比導出部が燃焼室内にて形成されるべき要求スワール比を導出する一方、実スワール比導出部が実際に燃焼室内に形成される吸気のスワール比を導出する。そして、この実スワール比導出部にて導出された実スワール比が要求スワール比導出部にて導出された要求スワール比と等しくなるように、開度設定部がスワール制御弁の開度を設定する一方、最大の吸気量が得られるような吸気制御弁の開弁時期が開弁時期設定部にて設定される。制御手段は、スワール制御弁の開度が開度設定部で設定された開度となるように、このスワール制御弁の作動を制御する一方、開弁時期設定部にて設定された開弁時期となるように吸気制御弁の開弁時期を制御する。 In the present invention, the required swirl ratio deriving unit derives the required swirl ratio to be formed in the combustion chamber based on the detection signal from the operating state detecting means, while the actual swirl ratio deriving unit is actually formed in the combustion chamber. The intake air swirl ratio is derived. The opening setting unit sets the opening of the swirl control valve so that the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is equal to the required swirl ratio derived by the required swirl ratio deriving unit. On the other hand, the valve opening timing of the intake control valve is set by the valve opening timing setting section so that the maximum intake amount can be obtained. The control means controls the operation of the swirl control valve so that the opening of the swirl control valve becomes the opening set by the opening setting unit, while the valve opening timing set by the valve opening timing setting unit The opening timing of the intake control valve is controlled so that
本発明の第3の形態は、吸気弁の開閉タイミングに応じて吸気通路を開閉し得る吸気制御弁が設けられたエンジンの吸気制御方法であって、エンジンの運転状態を検出するステップと、検出されたエンジンの運転状態が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップと、エンジンが所定の運転状態にあると判断した場合、エンジンの運転状態に応じて燃焼室内に形成されるべき要求スワール比を導出するステップと、検出されたエンジンの運転状態に応じて実際に燃焼室内に形成される実スワール比を導出するステップと、導出された実スワール比が導出された要求スワール比と等しくなるように、吸気制御弁の開閉時期を設定するステップと、設定された開閉時期となるように吸気制御弁の開閉を制御するステップとを具えたことを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an intake control valve for an engine provided with an intake control valve capable of opening and closing an intake passage in accordance with the opening and closing timing of the intake valve, the step of detecting the operating state of the engine, A step for determining whether the engine operating state is in a predetermined operating state, and a request to be formed in the combustion chamber according to the engine operating state when it is determined that the engine is in the predetermined operating state A step of deriving a swirl ratio, a step of deriving an actual swirl ratio that is actually formed in the combustion chamber in accordance with the detected operating state of the engine, and a derived actual swirl ratio equal to the derived required swirl ratio And a step of setting the opening / closing timing of the intake control valve and a step of controlling the opening / closing of the intake control valve so as to be the set opening / closing timing. It is intended to.
本発明の第3の形態による吸気制御方法において、吸気通路内の吸気圧を検出するステップと、検出された吸気圧に基づき、閉弁状態にある吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路内に充填される吸気量を導出するステップと、吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であるか否かを判定するステップと、吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であると判断した場合、設定された吸気制御弁の開閉時期を導出された吸気量に応じて補正するステップとをさらに有することができる。 In the intake control method according to the third aspect of the present invention, the step of detecting the intake pressure in the intake passage, and the intake passage between the intake valve and the intake control valve in the closed state based on the detected intake pressure A step of deriving an intake air amount to be filled in, a step of determining whether or not the setting of the opening / closing timing of the intake control valve is the second or later time after starting the opening / closing control of the intake control valve, A step of correcting the set opening / closing timing of the intake control valve according to the derived intake air amount when it is determined that the setting of the opening / closing timing of the valve is the second or later time after starting the opening / closing control of the intake control valve; Can further be included.
本発明の第1の形態の吸気制御装置によると、制御手段が運転状態検出手段からの検出信号に基づき、エンジンが所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定部と、この運転状態判定部にてエンジンが所定の運転状態にあると判断した場合、この所定の運転状態に応じて燃焼室内にて形成されるべき要求スワール比を導出する要求スワール比導出部と、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、実際に燃焼室内に形成される吸気のスワール比を導出する実スワール比導出部と、この実スワール比導出部にて導出された実スワール比が要求スワール比導出部にて導出された要求スワール比と等しくなるように、吸気制御弁の開閉時期を設定する開閉時期設定部とを有し、この開閉時期設定部にて設定された開閉時期となるように吸気制御弁の開閉を制御するようにしたので、吸気制御弁による吸気量の増大と相俟って車両の運転状態に応じた適切なスワールを燃焼室に形成することができ、スモークの発生なども未然に防止することができる。 According to the intake control apparatus of the first aspect of the present invention, the control means determines whether or not the engine is in a predetermined operation state based on the detection signal from the operation state detection means, and this operation When the state determination unit determines that the engine is in a predetermined operating state, a required swirl ratio deriving unit that derives a required swirl ratio to be formed in the combustion chamber according to the predetermined operating state, and an operating state detection The actual swirl ratio deriving unit for deriving the swirl ratio of the intake air actually formed in the combustion chamber based on the detection signal from the means, and the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is the required swirl ratio deriving unit And an opening / closing timing setting section for setting the opening / closing timing of the intake control valve so as to be equal to the required swirl ratio derived in step S1, and the intake air is set so as to be the opening / closing timing set by the opening / closing timing setting section. Since the opening and closing of the control valve is controlled, an appropriate swirl according to the driving state of the vehicle can be formed in the combustion chamber in combination with the increase of the intake air amount by the intake control valve, and the occurrence of smoke etc. It can be prevented in advance.
制御手段が、吸気圧センサからの検出信号に基づき、閉弁状態にある吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路内に充填される吸気量を導出する初期吸気量導出部と、開閉時期設定部による吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であるか否かを判定する開閉回数判定部と、この開閉回数判定部にて吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であると判定された場合、開閉時期設定部にて設定された吸気制御弁の開閉時期を初期吸気量導出部にて導出された吸気量に応じて補正する開閉時期補正部とをさらに有する場合、閉弁状態にある吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路内に充填される吸気量を見込んで開閉時期設定部にて設定された吸気制御弁の開閉時期をより正確に補正することができ、これによって燃焼室により正確なスワールを形成することができ、スモークの発生などもより確実に防止することができる。 An initial intake amount deriving unit for deriving an intake amount filled in an intake passage between the intake valve and the intake control valve in a closed state based on a detection signal from the intake pressure sensor; An opening / closing number determination unit for determining whether or not the setting of the opening / closing timing of the intake control valve by the setting unit is the second or subsequent time after the start of the opening / closing control of the intake control valve, and the intake control at the opening / closing number determination unit If it is determined that the opening / closing timing of the valve is set to be the second or later time after starting the opening / closing control of the intake control valve, the opening / closing timing of the intake control valve set by the opening / closing timing setting unit is derived. And an opening / closing timing correction unit that corrects the intake amount derived in accordance with the intake amount derived from the intake portion, expecting the intake amount to be filled in the intake passage between the intake valve and the intake control valve in the closed state When opening and closing the intake control valve set in the opening / closing timing setting section More precisely can be corrected, whereby it is possible to form an accurate swirl the combustion chamber, it is possible to more reliably prevent well as smoke generation.
制御手段が、所定の運転状態に応じて燃焼室内に導入されるべき最低限の空気量を導出する要求空気量導出部をさらに有し、エンジンの所定の運転状態において、この制御手段が、実空気量導出手段により導出された空気量が要求空気量導出部にて導出された要求空気量となるように、燃焼室内に流入する空気量を制御する場合、特に所定の運転状態がEGR運転状態であって、制御手段が、吸気制御弁と吸気弁との間の吸気通路に連通して排気ガスの一部を吸気通路内に導くEGR通路に設けられたEGR制御弁の開閉を制御することにより、燃焼室内に流入する空気量を制御する場合、車両の運転状態に応じた適切なEGR量を保つことができ、排気ガスを無理なく清浄化させることができる。 The control means further includes a required air amount deriving unit for deriving a minimum air amount to be introduced into the combustion chamber in accordance with a predetermined operating state, and in the predetermined operating state of the engine, the control means When controlling the amount of air flowing into the combustion chamber so that the amount of air derived by the air amount deriving means becomes the required amount of air derived by the required amount of air deriving unit, the predetermined operating state is particularly the EGR operating state. The control means controls the opening and closing of the EGR control valve provided in the EGR passage that communicates with the intake passage between the intake control valves and guides a part of the exhaust gas into the intake passage. Thus, when the amount of air flowing into the combustion chamber is controlled, an appropriate EGR amount corresponding to the driving state of the vehicle can be maintained, and the exhaust gas can be cleaned without difficulty.
運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比を導出する最低スワール比導出部を制御手段がさらに有し、運転状態判定部にてエンジンが所定の運転状態にないとの開閉時期設定部の判断において、実スワール比導出部にて導出された実スワール比が最低スワール比導出部にて導出された最低スワール比と等しくなるように吸気制御弁の開閉時期を設定する場合、車両の運転状態に応じて要求される最低限のスワールを燃焼室に形成することが可能となり、スモークの発生などを確実に防止することができる。 The control means further has a minimum swirl ratio deriving unit for deriving a minimum swirl ratio at which the air-fuel mixture can normally burn in the combustion chamber based on the detection signal from the operating state detecting unit, and the engine in the operating state determining unit Is determined so that the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is equal to the minimum swirl ratio derived by the minimum swirl ratio deriving unit. When the opening / closing timing of the control valve is set, it is possible to form a minimum swirl required in accordance with the driving state of the vehicle in the combustion chamber, and it is possible to reliably prevent the occurrence of smoke.
本発明の第2の形態の吸気制御装置によると、制御手段が、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室内にて形成されるべき要求スワール比を導出する要求スワール比導出部と、運転状態検出手段からの検出信号に基づき、実際に燃焼室内に形成される吸気のスワール比を導出する実スワール比導出部と、この実スワール比導出部にて導出された実スワール比が要求スワール比導出部にて導出された要求スワール比と等しくなるように、スワール制御弁の開度を設定する開度設定部と、最大の吸気量が得られるような吸気制御弁の開弁時期を設定する開弁時期設定部とを制御装置が有しているので、吸気制御弁によって吸気量を最大にした状態にて車両の運転状態に応じたスワールを燃焼室に形成することができる。 According to the intake control device of the second aspect of the present invention, the control means derives a required swirl ratio deriving unit that derives a required swirl ratio to be formed in the combustion chamber based on a detection signal from the operating state detecting means; Based on the detection signal from the operating state detection means, the actual swirl ratio deriving unit for deriving the swirl ratio of the intake air actually formed in the combustion chamber, and the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is the required swirl Set the opening setting part to set the opening of the swirl control valve to be equal to the required swirl ratio derived by the ratio deriving part, and the opening timing of the intake control valve to obtain the maximum intake amount Since the control device has the valve opening timing setting section that performs this, a swirl according to the operating state of the vehicle can be formed in the combustion chamber in a state where the intake air amount is maximized by the intake control valve.
本発明の第3の形態の吸気制御方法によると、エンジンの運転状態を検出し、検出されたエンジンの運転状態が所定の運転状態にあるか否かを判定し、エンジンが所定の運転状態にあると判断した場合、エンジンの運転状態に応じて燃焼室内に形成されるべき要求スワール比を導出とする共に検出されたエンジンの運転状態に応じて実際に燃焼室内に形成される実スワール比を導出し、実スワール比が要求スワール比と等しくなるように、吸気制御弁の開閉時期を設定してその開閉を制御するようにしたので、吸気制御弁による吸気量の増大と相俟って車両の運転状態に応じた適切なスワールを燃焼室に形成することができ、スモークの発生なども未然に防止することができる。 According to the intake control method of the third aspect of the present invention, the operating state of the engine is detected, it is determined whether or not the detected operating state of the engine is in a predetermined operating state, and the engine is brought into a predetermined operating state. If it is determined that there is, the required swirl ratio to be formed in the combustion chamber according to the engine operating state is derived, and the actual swirl ratio actually formed in the combustion chamber according to the detected engine operating state is derived. The intake control valve is set to open and close so that the actual swirl ratio is equal to the required swirl ratio, so that the opening and closing of the intake control valve is controlled. An appropriate swirl according to the operating state can be formed in the combustion chamber, and the occurrence of smoke can be prevented in advance.
本発明による吸気制御装置を圧縮点火機関であるディーゼルエンジンに応用した一実施形態について、図1〜図10を参照しながら詳細に説明するが、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 the intake control device according to the present invention is applied to a diesel engine that is a compression ignition engine will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 10, but the present invention is not limited to such an embodiment. All changes and modifications that fall within the inventive concept described in the claims are possible, and can of course be applied to any other technique belonging to the spirit of the present invention.
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図1に示し、その吸気ポートの部分の概略構造を図2に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図3に示す。本実施形態におけるエンジン10は、燃料である軽油を燃料噴射弁11から圧縮状態にある燃焼室12内に直接噴射することにより、自然着火させる型式のものであり、このエンジン10には排気通路13内を流れる排気ガスの一部を吸気通路14内に導く排気ガス還流(EGR)装置15が組み込まれている。このEGR装置15は、排気管16によって画成される排気通路13に一端が連通すると共に他端が吸気管17によって画成される吸気通路14内に連通するEGR通路18を画成するEGR管19と、このEGR管19に設けられてEGR通路18内を流れる排気ガスの流量を制御するEGR制御弁20とを具えている。EGR制御弁20は、このエンジン10を搭載した車両が予め設定されたEGR運転領域にある場合、その開度が車両の運転状態に応じて制御装置21によって制御され、それ以外の場合は基本的にEGR通路18を塞ぐように閉じた状態に保持される。
The concept of the engine system in this embodiment is shown in FIG. 1, the schematic structure of the intake port portion is shown in FIG. 2, and the control block in this engine system is shown in FIG. The
燃焼室12にそれぞれ臨む吸気ポート22H,22T(以下、単に22と記述する場合がある)および排気ポート23が形成されたシリンダヘッド24には、吸気ポート22を開閉する吸気弁25および排気ポート23を開閉する排気弁26を含む図示しない動弁機構と、これら吸気弁25および排気弁26に挟まれるように燃焼室12の上端中央に臨む上述した燃料噴射弁11とが組み込まれている。本実施形態における吸気ポート22は、燃焼室12内に形成される吸気スワールの旋回方向(図2中、右回転方向)と同じ方向に吸気の旋回流を形成するような通路を形成したヘリカル吸気ポート22Hと、燃焼室12の内周壁の接線方向に沿った吸気を流入させるような通路を形成したタンジェンシャル吸気ポート22Tとを各燃焼室12毎にそれぞれ有する。これらを必要に応じてヘリカル吸気ポート22Hのみ、またはタンジェンシャル吸気ポート22Tのみで構成することも可能である。また、本実施形態における動弁機構は、エンジン10の運転状態に拘らず吸気弁25および排気弁26の開閉タイミングが常に一定の固定されたものであるが、エンジン10の運転状態に応じて吸気弁25および排気弁26の開閉タイミングを変更し得るものであってもよい。
An
吸気ポート22に連通するようにシリンダヘッド24に連結され、吸気ポート22と共に吸気通路14を画成する吸気管17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14に導くためのエアクリーナ27が設けられている。上述したEGR管19の他端は、吸気弁25と吸気管17の途中に形成されたサージタンク28との間の吸気管17の部分に接続しており、この接続部分とサージタンク28との間の吸気管17の途中には、吸気弁25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29により吸気通路14を開閉し得る吸気制御弁30が組み込まれている。
At the upstream end side of the
なお、本実施形態におけるサージタンク28からシリンダヘッド24に至る吸気管17の部分は、これがヘリカル吸気ポート22Hとタンジェンシャル吸気ポート22Tとにそれぞれ別々に連通するように2つの吸気通路14を画成している。つまり、ヘリカル吸気ポート22Hおよびタンジェンシャル吸気ポート22T毎に吸気制御弁30が独立して設けられ、これら吸気ポート22を個別に開閉できるようになっている。これら吸気制御弁30およびそのアクチュエータ29は、吸気弁25の開閉時期に応じて所望の時期に正確に吸気制御弁30が開閉するように、極めて制御応答性の高いものである。
In the present embodiment, the portion of the
本実施形態における吸気制御弁30は、車両の運転状態に基づき、燃焼室12内に形成されるスワールを考慮しながら例えばエンジン10の低回転高負荷運転領域では吸気弁25の開弁時期よりも遅く開弁し、そして吸気弁25の閉弁時期に合わせて閉弁する一方、それ以外の運転領域では吸気弁25の開閉動作に拘らず、基本的に常時全開状態となるように制御装置21からの指令に基づき、アクチュエータ29によってその開閉状態が制御されるものである。この結果、エンジン10の低回転高負荷運転領域ではエンジン10の吸気行程の途中まで負圧状態となっている燃焼室12内に吸気制御弁30よりも上流側に位置する吸気通路14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12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30を用いた過給においては、吸気の慣性と吸気制御弁30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30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。
In the present embodiment, the
本実施形態における燃料噴射弁11は、燃料である軽油をピストン31の圧縮上死点近傍でのみ燃焼室12内に噴射する単噴射型式のものであるが、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程において上述した吸気制御弁30の開弁前にも噴射する多噴射型式のものを採用することも可能である。
The
燃焼室12内に連通するようにシリンダヘッド24に連結されて排気ポート23と共に排気通路13を画成する排気管16の途中には、燃焼室12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触媒32が組み込まれている。この触媒32として、ディーゼルエンジンにおいて一般的な酸化触媒のみならず、DPR(Diesel Particulate active Reduction system)やDPNR(Diesel Particulate-NOx Reduction System)などに用いられるDPF(Diesel Particulate Filter)を採用することも可能である。従って、この触媒32に代えてDPRやDPNRなどを組み込むことができる。なお、上述したEGR管19の一端は、この触媒32よりも上流側で排気管16に接続している。
In the middle of the
従って、EGR管19を介して吸気管17内に還流される排気ガスと共にエアクリーナ27を通って吸気管17から燃焼室12内に供給される吸気は、燃料噴射弁11から燃焼室12内に噴射される燃料と混合気を形成し、ピストン31の圧縮上死点近傍にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが触媒32を通って排気管16から大気中に排出される。この場合、EGR装置15の作動によって供給される吸気中のCO2により、混合気の燃焼温度が低下するため、混合気の燃焼による窒素酸化物の生成が抑制されることとなる。
Accordingly, the intake gas supplied from the
本実施形態では、エンジン10およびこのエンジン10が搭載される車両の運転状態を把握して制御装置21が燃料噴射弁11からの燃料の噴射量および噴射時期や、EGR制御弁20の開度ならびに吸気制御弁30の作動を制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、運転者によって操作されるアクセルペダル33の踏み込み量を検出してこれを制御装置21に出力するアクセル開度センサ34と、車両の走行速度を検出してこれを制御装置21に出力する車速センサ35とを具えている。また、吸気弁25と吸気制御弁30との間の吸気通路14の途中には、この吸気通路14内の吸気圧を検出してこれを制御装置21に出力する吸気圧センサ36が取り付けられている。この吸気圧センサ36は、燃焼室12内に導入される実際の空気量を導出する本発明の実空気量導出手段の一部として機能する。なお、吸気管17に対する吸気圧センサ36の取り付け位置は、吸気制御弁30の取り付け位置よりも下流側であればよく、図1の如き位置に限定されるものではない。また、ピストン31が往復動するシリンダブロック37には、連接棒38を介してピストン31が連結されるクランク軸39の回転位相、つまりクランク角を検出してこれを制御装置21に出力するクランク角センサ40が取り付けられ、本実施形態ではこれをエンジン回転数センサとしても利用している。
In the present embodiment, the
制御装置21は、これらセンサ34〜36,40など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10の運転がなされるように、燃料噴射弁11,EGR制御弁20および吸気制御弁30などの作動を制御するようになっている。
Based on the detection signals from these
本実施形態における制御装置21は、車両の運転状態に基づいて燃料噴射弁11からの燃料の噴射量を設定する燃料噴射量設定部41と、この燃料噴射量設定部41にて設定された燃料噴射量に対応した燃料の噴射時期を設定する噴射時期設定部42と、車両が所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定部43と、この運転状態判定部43にてエンジン10が所定の運転状態にあると判断した場合、このエンジン10の運転状態に応じて燃焼室12内にて形成されるべき要求スワール比を導出する要求スワール比導出部44と、車両の運転状態に基づいて実際に燃焼室12内に形成される実スワール比を導出する実スワール比導出部45と、この実スワール比導出部45にて導出された実スワール比が要求スワール比導出部44にて導出された要求スワール比と等しくなるように、吸気制御弁30の開閉時期を設定する開閉時期設定部46と、吸気圧センサ36からの検出信号に基づき、閉弁状態にある吸気弁25と吸気制御弁30との間の吸気通路14内に充填される吸気量を導出する初期吸気量導出部47と、開閉時期設定部46による吸気制御弁30の開閉時期の設定がこの吸気制御弁30の開閉制御を開始してから2回目以降であるか否かを判定する開閉回数判定部48と、この開閉回数判定部48にて吸気制御弁30の開閉時期の設定がこの吸気制御弁30の開閉制御を開始してから2回目以降であると判定された場合、開閉時期設定部46にて設定された吸気制御弁30の開閉時期を初期吸気量導出部47にて導出された吸気量に応じて補正する開閉時期補正部49と、吸気圧センサ36からの検出信号に基づいて燃焼室12内に導入される実際の空気量を導出する実空気量導出部50と、所定の運転状態に応じて燃焼室12内に導入されるべき最低限の空気量を導出する要求空気量導出部51と、燃焼室12内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比を導出する最低スワール比導出部52とを有する。
The
本実施形態における燃料噴射量設定部41は、アクセル開度や車速などに応じてあらかじめ設定された燃料の噴射量に関する図示しないマップを有しており、アクセル開度センサ34および車速センサ35からの検出信号に基づき、このマップからエンジン10の駆動トルク、つまり燃料噴射弁11からの燃料の噴射量を読み出してこれを噴射時期設定部42に出力する。周知のように、燃料噴射量はエンジン負荷と同義であるので、燃料噴射量の設定に代えてエンジン負荷を算出するようにしてもよい。
The fuel injection
噴射時期設定部42は、燃料噴射量設定部41にて設定された燃料の噴射がピストン31の圧縮上死点近傍までに完了するように、その噴射時期を設定する。
The injection
運転状態判定部43は、クランク角センサ40からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数と、燃料噴射量設定部41にて設定された燃料噴射量から算出されるエンジン10の駆動トルクとに基づき、エンジン10が所定の運転状態、つまり本実施形態では図4のマップに示すようなEGR運転領域にあるか否かを判定し、その判定結果を要求スワール比導出部44,実スワール比導出部45,最低スワール比導出部52にそれぞれ出力する。
The driving state determination unit 43 calculates the engine speed calculated based on the detection signal from the
本実施形態における要求スワール比導出部44は、エンジン回転数とアクセル開度と要求スワール比とを関連付けた図5に示す如きマップを有しており、クランク角センサ40からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサ34によって検出されるアクセル開度とに対応した要求スワール比を図5のマップから読み出し、これを開閉時期設定部46に出力する。
The required swirl
本実施形態における実スワール比導出部45は、エンジン回転数とアクセル開度と実スワール比とを関連付けた図6に示す如きマップを有しており、クランク角センサ40からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサ34からの検出信号とから、実際に燃焼室12内に形成される実スワール比を図6のマップから読み出し、これを開閉時期設定部46に出力する。
The actual swirl
開閉時期設定部46は、車両が所定の運転状態、つまりEGR運転領域にないと運転状態判定部43が判断した場合、実スワール比導出部45にて導出された実スワール比が最低スワール比導出部52にて導出された最低スワール比と等しくなるように、吸気制御弁30の開閉時期を設定し、これを開閉時期補正部49に出力する。
The opening / closing
ここで、ヘリカル吸気ポート22Hにおける吸気弁25のリフト量と、これに対応した空気流量および燃焼室12に形成されるスワールとの関係を図8に示し、タンジェンシャル吸気ポート22Tにおける同様な関係を図9に示す。図中、実線で示す空気流量は、吸気弁25の開弁に伴って増大し、ある開度以上は一定となる傾向を持つ。これに対し、破線で示すスワール比は、ヘリカル吸気ポート22Hとタンジェンシャル吸気ポート22Tとでは大きく相違し、ヘリカル吸気ポート22Hでは吸気弁25の開弁初期とその後の2回に亙ってスワール比のピークが得られるのに対し、タンジェンシャル吸気ポート22Tでは吸気弁25の開弁途中から急にスワール比が増大するのが理解されよう。従って、ヘリカル吸気ポート22Hにおいて吸気量と共に大きなスワール比を考慮した場合、吸気制御弁30の開弁期間を例えば図8中の領域ZHに設定することにより、吸気量を確保しつつ燃焼室12内により強力なスワールを形成されることができる。しかしながら、タンジェンシャル吸気ポート22Tにおいて、大きなスワール比を得るためには吸気弁25のリフト量が大きな領域にて吸気制御弁30の開弁期間を設定すればよいことがわかる。換言すれば、図9中の領域ZTにて吸気制御弁30の開弁期間を設定した場合、吸気量を確保しつつスワール比を小さく抑えることができる。
Here, FIG. 8 shows the relationship between the lift amount of the
初期吸気量導出部47にて導出された閉弁状態にある吸気弁25と吸気制御弁30との間の吸気通路14内に充填される吸気量に関する情報は、開閉時期補正部49に出力される。同様に、開閉回数判定部48での判定結果も開閉時期補正部49に出力される。この初期吸気量導出部47からの情報は、実スワール比がより大きくなるような結果を招来する。
Information on the intake air amount filled in the
本実施形態における要求空気量導出部51は、エンジン回転数やアクセル開度や車速などに応じてあらかじめ設定された燃料の噴射量と関する図示しないマップを有しており、車両がEGR運転領域にある場合、燃料噴射量設定部41にて設定された燃料噴射量に対し、これを完全に燃焼させるために必要な最低限の空気量を図示しないマップから読み出す。
The required air
最低スワール比導出部52は、エンジン回転数と燃料当量比(空燃比の逆数)と最低スワール比とを関連付けた図7に示す如きマップを有しており、クランク角センサ40からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数と、燃料噴射量設定部41にて設定された燃料噴射量および吸気圧センサ36からの検出信号から算出される燃料当量比とに対応した最低スワール比を図7のマップから読み出し、これを開閉時期設定部46に出力する。
The minimum swirl
制御装置21は、車両の運転状態に応じて開閉時期設定部46にて設定された開閉時期か、あるいは開閉時期補正部49にて補正された開閉時期となるように、アクチュエータ29を介して吸気制御弁30の開閉を制御する。ただし、この吸気制御弁30を開閉する際の閉弁時期は、基本的に吸気弁25の閉弁時期と同じか、それよりも多少遅めに設定される。また、この制御装置21は、エンジン10が所定の運転状態にある場合、実空気量導出部50により導出された空気量が要求空気量導出部51にて導出された要求空気量となるように、燃焼室12内に流入する空気量を制御する。本実施形態では、車両がEGR運転状態の場合、制御装置21は吸気弁25と吸気制御弁30との間の吸気通路14に連通して排気ガスの一部を吸気通路14内に導くEGR通路18に設けられたEGR制御弁20の開閉を制御することにより、燃焼室12内に流入する空気量を制御する。なお、吸気制御弁30よりも上流側の吸気通路14にスロットル弁を設けた場合、上述したEGR制御弁20に代えてこのスロットル弁の開度を調整することにより、実空気量の調整を行うことも可能である。
The
このような本発明による吸気制御の手順を図10に示したフローチャートに沿って説明すると、まずS11のステップにて車両が加速状態にあるか否かを判定し、ここで車両が加速状態ではないと判断した場合には、本発明による吸気制御を行う必要がないので、この制御フローを終了する。 The procedure of the intake control according to the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 10. First, in step S11, it is determined whether or not the vehicle is in an acceleration state. Here, the vehicle is not in an acceleration state. If it is determined that the intake air flow is not necessary, the control flow is terminated.
S11のステップにて車両が加速状態にあると判断した場合には、この時の実スワール比および実空気量をS12のステップにて導出し、さらにS13のステップにて1つの気筒に関して吸気制御弁30の開閉制御が2回目以降であるか否かを判定する。最初はそうではないので、S14のステップに移行し、車両がEGR運転領域にあるか否かを判定する。また、S13のステップにて1つの気筒に関して吸気制御弁30の開閉制御が2回目以降であると判断した場合には、S15のステップに移行して初期吸気量を算出した後、S14のステップに移行する。
If it is determined in step S11 that the vehicle is in an accelerating state, the actual swirl ratio and actual air amount at this time are derived in step S12, and in step S13, the intake control valve for one cylinder is derived. It is determined whether or not the opening /
このS14のステップにて車両がEGR運転領域にあると判断した場合には、S16のステップに移行して要求スワール比を導出し、S17のステップにてこの要求スワール比が実スワール比と同じか否かを判定する。 If it is determined in step S14 that the vehicle is in the EGR driving range, the process proceeds to step S16 to derive a required swirl ratio. In step S17, whether the required swirl ratio is the same as the actual swirl ratio. Determine whether or not.
S17のステップにて要求スワール比が実スワール比と同じであると判断した場合には、S18のステップに移行して要求空気量を導出し、この要求空気量が実空気量と同じであるか否かをS19のステップにて判定する。ここで、要求空気量が実空気量と同じであると判断した場合には、さらなる吸気制御を特に行う必要がないので、この制御フローを終了する。 If it is determined in step S17 that the required swirl ratio is the same as the actual swirl ratio, the flow proceeds to step S18 to derive the required air amount, and is this required air amount the same as the actual air amount? It is determined whether or not in step S19. Here, when it is determined that the required air amount is the same as the actual air amount, there is no need to perform further intake air control, so this control flow is terminated.
S19のステップにて要求空気量が実空気量と同じではないと判断した場合には、S20のステップに移行して実空気量が要求空気量と同じになるように、EGR制御弁20の開閉を制御し、吸気通路14内に導入される排気ガス量を変更する。
If it is determined in step S19 that the required air amount is not the same as the actual air amount, the process proceeds to step S20 to open / close the
一方、S14のステップにて車両がEGR運転領域にないと判断した場合には、S21のステップに移行して最低スワール比を導出し、これが実スワール比と同じか否かをS22のステップにて判定する。ここで、実スワール比と最低スワール比とが同じであると判断した場合には、さらなる吸気制御を特に行う必要がないので、この制御フローを終了する。 On the other hand, if it is determined in step S14 that the vehicle is not in the EGR operation region, the process proceeds to step S21 to derive a minimum swirl ratio, and whether or not this is the same as the actual swirl ratio is determined in step S22. judge. Here, when it is determined that the actual swirl ratio and the minimum swirl ratio are the same, it is not necessary to perform further intake control, and thus this control flow is terminated.
S22のステップにて実スワール比が最低スワール比と同じではないと判断した場合には、この実スワール比が最低スワール比と同じになるように、吸気弁25のリフト量に応じて吸気制御弁30の開閉時期をS23のステップにて設定した後、S24のステップに移行して1つの気筒に関して吸気制御弁30の開閉制御が2回目以降であるか否かを再度判定する。最初はそうではないので、S25のステップに移行してS23のステップにて設定された開閉時期にて吸気制御弁30の開閉を行う。これにより、車両の加速に応じた最低限のスワールを確保しつつ大量の吸気を燃焼室12に導入させることができる。
If it is determined in step S22 that the actual swirl ratio is not the same as the minimum swirl ratio, the intake control valve is adjusted according to the lift amount of the
一方、S24のステップにて1つの気筒に関して吸気制御弁30の開閉制御が2回目以降であると判断した場合には、S26のステップに移行してS19のステップにて導出された吸気弁25と吸気制御弁30との間の吸気通路14内に充填された初期吸気量を考慮に入れ、その開閉時期の補正を行った後、S25のステップに移行し、S26のステップにて補正された開弁時期にて吸気制御弁30の開閉を行う。これにより、実スワール比をより正確に検出することができ、車両の加速中における制御の信頼性を高めることが可能である。
On the other hand, if it is determined in step S24 that the opening / closing control of the
さらに、S17のステップにて実スワール比が要求スワール比と同じではないと判断した場合には、この実スワール比が要求スワール比となるように、吸気弁25のリフト量に応じて吸気制御弁30の開閉時期をS27のステップにて設定し、S24のステップに移行して1つの気筒に関して吸気制御弁30の開閉制御が2回目以降であるか否かを再度判定する。最初はそうではないので、S25のステップに移行してS27のステップにて設定された開閉時期にて吸気制御弁30の開閉を行う。これにより、EGR運転に応じたスワールを確保しつつ大量の吸気を燃焼室12に導入させることができる。
Further, when it is determined in step S17 that the actual swirl ratio is not the same as the required swirl ratio, the intake control valve is adjusted according to the lift amount of the
一方、S24のステップにて1つの気筒に関して吸気制御弁30の開閉制御が2回目以降であると判断した場合には、S26のステップに移行してS19のステップにて導出された吸気弁25と吸気制御弁30との間の吸気通路14内に充填された初期吸気量を考慮に入れ、S27のステップにて設定された開閉時期の補正を行った後、S25のステップに移行し、S26のステップにて補正された開弁時期にて吸気制御弁30の開閉を行う。これにより、実スワール比をより正確に検出することができ、EGR運転中における制御の信頼性を高めることが可能である。
On the other hand, if it is determined in step S24 that the opening / closing control of the
上述した実施形態では、本発明における所定の運転状態がEGR運転状態の場合について説明したが、触媒32のための燃料の後噴射処理や触媒再生処理をエンジン10の所定の運転状態として挙げることができる。つまり、図10に示したフローチャートにおけるS14のステップにて車両が後噴射処理中または触媒再生中であるか否かを判定し、後噴射処理中または触媒再生中であると判断した場合には、これら後噴射処理または触媒再生処理にそれぞれ対応した要求スワール比をS16のステップにて導出し、これが実スワール比と同じか否かをS17のステップにて判定し、実スワール比が最低スワール比と同じになるようにS27のステップにて吸気制御弁30の開閉時期を設定することにより、後噴射処理または触媒再生処理に応じた要求スワールを同様に燃焼室12内に形成することができる。この場合、制御装置21は、後噴射処理設定部53や触媒再生処理設定部54を有し、これら後噴射処理設定部53や触媒再生処理設定部54にて設定された制御プラグラムに従って後噴射処理や触媒再生処理が行われ、これに関する情報が運転状態判定部43に出力される。
In the embodiment described above, the case where the predetermined operation state in the present invention is the EGR operation state has been described. However, the fuel post-injection process and the catalyst regeneration process for the
また、上述した実施形態では本発明を圧縮点火機関に応用した場合について説明したが、ガソリンやアルコールまたはLPG(液化天然ガス)などを燃料として点火プラグを用いる直噴形式の火花点火機関に対しても有効であり、上述したディーゼルエンジンの場合と同様な効果を得ることができる。また、上述した実施形態では、スワール比を制御するために吸気制御弁30の開閉を行うようにしたが、吸気制御弁の30開閉時期を燃焼室12に対して最大吸気量が得られるような開閉時期に設定する一方、燃焼室12内に形成されるスワール比を制御し得るスワール制御弁をこれらの上流側に組み込み、吸気ポート22を流れる吸気の状態を変更することにより、このスワール制御弁を用いてスワール比の制御を単独で制御することも可能となる。
Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the compression ignition engine has been described. However, the direct injection type spark ignition engine using an ignition plug using gasoline, alcohol, LPG (liquefied natural gas) or the like as fuel is described. Is also effective, and the same effect as in the case of the diesel engine described above can be obtained. Further, in the above-described embodiment, the
このような本発明による吸気制御装置を火花点火機関であるガソリンエンジンに応用した他の実施形態のエンジンシステムを図11に示し、その吸気制御に関する制御ブロックを図12に示すが、先の実施形態と同一機能の要素には、これと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施形態におけるエンジン10は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁11から燃焼室12内に直接噴射し、点火プラグ55によって着火させる型式のものであるが、アルコールやLPG(液化天然ガス)などを燃料として使用することも可能である。
FIG. 11 shows an engine system of another embodiment in which such an intake control device according to the present invention is applied to a gasoline engine that is a spark ignition engine, and FIG. 12 shows a control block related to the intake control. Elements having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. That is, the
燃焼室12にそれぞれ臨む吸気ポート22および排気ポート23が形成されたシリンダヘッド24には、吸気ポート22を開閉する吸気弁25および排気ポート23を開閉する排気弁26を含む動弁機構と、燃焼室12内の混合気を着火させる前述の点火プラグ55とが組み込まれ、さらにこの点火プラグ55に火花を発生させるイグニッションコイル56が搭載されている。なお、本実施形態におけるエンジン10は、吸気弁25および排気弁26がそれぞれ1弁タイプのものである。
A
吸気ポート22の上流端、つまり吸気管17の下流端には、吸気ポート22から燃焼室12に流入する吸気のスワール比を変更するためのスワール制御弁57が設けられ、このスワール制御弁57には車両の運転状況に応じて予め設定されたパターンにて制御装置21からの指令に基づき、これを駆動するスワールアクチュエータ58が連結されている。
A
また、エアクリーナ27とサージタンク28との間の吸気管17の部分には、運転者によって操作されるアクセルペダル33の踏み込み量に基づき、スロットルアクチュエータ59によって開度が調整されるスロットル弁60が組み込まれている。本実施形態では、アクセルペダル33の踏み込み動作と、スロットル弁60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33とスロットル弁60とを機械的に連結したものであってもよい。
In addition, a
本実施形態における制御装置21は、実スワール比導出部45にて導出された実スワール比が要求スワール比導出部44にて導出された要求スワール比と等しくなるように、スワール制御弁57の開度を設定する開度設定部61と、燃焼室12に対して最大の吸気量が得られるような吸気制御弁30の開弁時期を設定する開弁時期設定部62とを有する。
In the present embodiment, the
本実施形態における開度設定部61は、吸気弁25のリフト量と燃焼室12に形成されるスワールとを関係付けた図13に示す如きマップを有しており、このマップは図中、スワール制御弁57を開いた状態を実線で示し、スワール制御弁57を閉じた状態を破線で示している。所望のスワールが得られるようにスワール制御弁57の開弁状態をスワールアクチュエータ58を介して制御される。
The
上述した実施形態では本発明を直噴形式のガソリンエンジンに応用した場合について説明したが、点火プラグ55を用いないディーゼルエンジンなどの圧縮点火機関に対しても有効であり、ガソリンエンジンの場合と同様な効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a direct-injection type gasoline engine has been described. However, the present invention is also effective for a compression ignition engine such as a diesel engine that does not use a
10 エンジン
11 燃料噴射弁
12 燃焼室
13 排気通路
14 吸気通路
15 排気ガス還流(EGR)装置
16 排気管
17 吸気管
18 EGR通路
19 EGR管
20 EGR制御弁
21 制御装置
22,22H,22T 吸気ポート
23 排気ポート
24 シリンダヘッド
25 吸気弁
26 排気弁
27 エアクリーナ
28 サージタンク
29 アクチュエータ
30 吸気制御弁
31 ピストン
32 触媒
33 アクセルペダル
34 アクセル開度センサ
35 車速センサ
36 吸気圧センサ
37 シリンダブロック
38 連接棒
39 クランク軸
40 クランク角センサ
41 燃料噴射量設定部
42 噴射時期設定部
43 運転状態判定部
44 要求スワール比導出部
45 実スワール比導出部
46 開閉時期設定部
47 初期吸気量導出部
48 開閉回数判定部
49 開閉時期補正部
50 実空気量導出部
51 要求空気量導出部
52 最低スワール比導出部
53 後噴射処理設定部
54 触媒再生処理設定部
55 点火プラグ
56 イグニッションコイル
57 スワール制御弁
58 スワールアクチュエータ
59 スロットルアクチュエータ
60 スロットル弁
61 開度設定部
62 開弁時期設定部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
この運転状態検出手段からの検出信号に基づいて前記吸気制御弁の開閉を制御する制御手段と
を具えた吸気制御装置であって、前記制御手段は、
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、エンジンが所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定部と、
この運転状態判定部にてエンジンが所定の運転状態にあると判断した場合、エンジンの運転状態に応じて燃焼室内にて形成されるべき要求スワール比を導出する要求スワール比導出部と、
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、実際に燃焼室内に形成される実スワール比を導出する実スワール比導出部と、
この実スワール比導出部にて導出された実スワール比が前記要求スワール比導出部にて導出された要求スワール比と等しくなるように、前記吸気制御弁の開閉時期を設定する開閉時期設定部と
を有し、この開閉時期設定部にて設定された開閉時期となるように前記吸気制御弁の開閉が制御されることを特徴とする吸気制御装置。 An intake control valve provided in the intake passage and capable of opening and closing the intake passage according to the opening and closing timing of the intake valve;
An operating state detecting means for detecting the operating state of the engine;
An intake control device comprising: control means for controlling opening and closing of the intake control valve based on a detection signal from the operating state detection means, wherein the control means includes:
An operation state determination unit for determining whether the engine is in a predetermined operation state based on a detection signal from the operation state detection unit;
A request swirl ratio deriving unit for deriving a required swirl ratio to be formed in the combustion chamber according to the operation state of the engine when the operation state determining unit determines that the engine is in a predetermined operation state;
An actual swirl ratio deriving unit for deriving an actual swirl ratio that is actually formed in the combustion chamber based on a detection signal from the operating state detection means;
An opening / closing timing setting unit for setting the opening / closing timing of the intake control valve so that the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is equal to the required swirl ratio derived by the required swirl ratio deriving unit; The intake control device is characterized in that the opening and closing of the intake control valve is controlled so as to be the opening / closing timing set by the opening / closing timing setting unit.
前記制御手段は、この吸気圧センサからの検出信号に基づき、閉弁状態にある前記吸気弁と前記吸気制御弁との間の吸気通路内に充填される吸気量を導出する初期吸気量導出部と、
前記開閉時期設定部による前記吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であるか否かを判定する開閉回数判定部と、
この開閉回数判定部にて前記吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であると判定された場合、前記開閉時期設定部にて設定された前記吸気制御弁の開閉時期を前記初期吸気量導出部にて導出された吸気量に応じて補正する開閉時期補正部と
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の吸気制御装置。 An intake pressure sensor for detecting intake pressure in the intake passage,
The control means derives an intake air amount deriving unit for deriving an intake air amount filled in an intake passage between the intake valve and the intake control valve that are in a closed state based on a detection signal from the intake pressure sensor. When,
An opening / closing frequency determination unit that determines whether or not the setting of the opening / closing timing of the intake control valve by the opening / closing timing setting unit is the second or later time after starting the opening / closing control of the intake control valve;
When it is determined by the opening / closing frequency determination unit that the setting of the opening / closing timing of the intake control valve is the second or later time after starting the opening / closing control of the intake control valve, it is set by the opening / closing timing setting unit. The intake control device according to claim 1, further comprising: an open / close timing correction unit that corrects the open / close timing of the intake control valve in accordance with the intake air amount derived by the initial intake air amount deriving unit.
前記制御手段は、所定の運転状態に応じて燃焼室内に導入されるべき最低限の空気量を導出する要求空気量導出部をさらに有し、
エンジンが所定の運転状態にある場合、前記制御手段は、前記実空気量導出手段により導出された空気量が前記要求空気量導出部にて導出された要求空気量となるように、燃焼室内に流入する空気量を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の吸気制御装置。 An actual air amount deriving means for deriving an actual air amount introduced into the combustion chamber;
The control means further includes a required air amount deriving unit for deriving a minimum air amount to be introduced into the combustion chamber according to a predetermined operation state,
When the engine is in a predetermined operating state, the control means is arranged in the combustion chamber so that the air amount derived by the actual air amount deriving unit becomes the required air amount derived by the required air amount deriving unit. The intake air control device according to claim 1 or 2, wherein the intake air amount is controlled.
前記開閉時期設定部は、前記運転状態判定部にてエンジンが所定の運転状態にないと判断された場合、前記実スワール比導出部にて導出された実スワール比が前記最低スワール比導出部にて導出された最低スワール比と等しくなるように、前記吸気制御弁の開閉時期を設定することを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の吸気制御装置。 The control unit further includes a minimum swirl ratio deriving unit that derives a minimum swirl ratio at which the air-fuel mixture can normally burn in the combustion chamber based on a detection signal from the operating state detection unit,
The opening / closing timing setting unit determines that the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is the minimum swirl ratio deriving unit when the operation state determining unit determines that the engine is not in a predetermined operation state. The intake control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the opening / closing timing of the intake control valve is set so as to be equal to the lowest swirl ratio derived in this manner.
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室内にて形成されるべき要求スワール比を導出する要求スワール比導出部と、
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、実際に燃焼室内に形成される吸気のスワール比を導出する実スワール比導出部と、
この実スワール比導出部にて導出された実スワール比が前記要求スワール比導出部にて導出された要求スワール比と等しくなるように、前記スワール制御弁の開度を設定する開度設定部と、
最大の吸気量が得られるような前記吸気制御弁の開弁時期を設定する開弁時期設定部と
を有することを特徴とする吸気制御装置。 A plurality of intake valves for opening and closing a plurality of intake ports respectively communicating with one combustion chamber, and a ratio of intake air flowing through the plurality of intake ports can be changed to change a swirl ratio of intake air formed in the combustion chamber A swirl control valve, an intake control valve that is provided in the intake passage upstream of the swirl control valve and that can open and close the intake passage according to the opening and closing timing of the intake valve, and an operating state detection means that detects the operating state of the engine And an intake control device comprising control means for controlling opening and closing of the swirl control valve and the intake control valve based on a detection signal from the operating state detection means, wherein the control means includes:
A required swirl ratio deriving unit for deriving a required swirl ratio to be formed in the combustion chamber based on a detection signal from the operating state detecting means;
An actual swirl ratio deriving unit for deriving a swirl ratio of intake air actually formed in the combustion chamber based on a detection signal from the operating state detecting means;
An opening setting unit for setting the opening of the swirl control valve so that the actual swirl ratio derived by the actual swirl ratio deriving unit is equal to the required swirl ratio derived by the requested swirl ratio deriving unit; ,
And a valve opening timing setting section for setting a valve opening timing of the intake control valve so as to obtain a maximum intake amount.
エンジンの運転状態を検出するステップと、
検出されたエンジンの運転状態が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップと、
エンジンが所定の運転状態にあると判断した場合、エンジンの運転状態に応じて燃焼室内に形成されるべき要求スワール比を導出するステップと、
検出されたエンジンの運転状態に応じて実際に燃焼室内に形成される実スワール比を導出するステップと、
導出された実スワール比が導出された要求スワール比と等しくなるように、吸気制御弁の開閉時期を設定するステップと、
設定された開閉時期となるように吸気制御弁の開閉を制御するステップと
を具えたことを特徴とする吸気制御方法。 An intake control method for an engine provided with an intake control valve capable of opening and closing an intake passage according to the opening and closing timing of the intake valve,
Detecting the operating state of the engine;
Determining whether the detected engine operating state is in a predetermined operating state;
Deriving a required swirl ratio to be formed in the combustion chamber according to the operating state of the engine when it is determined that the engine is in a predetermined operating state;
Deriving an actual swirl ratio that is actually formed in the combustion chamber according to the detected operating state of the engine;
Setting the opening / closing timing of the intake control valve so that the derived actual swirl ratio is equal to the derived required swirl ratio;
And a step of controlling the opening and closing of the intake control valve so as to reach a set opening and closing timing.
検出された吸気圧に基づき、閉弁状態にある前記吸気弁と前記吸気制御弁との間の吸気通路内に充填される吸気量を導出するステップと、
前記吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であるか否かを判定するステップと、
前記吸気制御弁の開閉時期の設定がこの吸気制御弁の開閉制御を開始してから2回目以降であると判断した場合、設定された前記吸気制御弁の開閉時期を導出された前記吸気量に応じて補正するステップと
をさらに有することを特徴とする請求項7に記載の吸気制御方法。
Detecting the intake pressure in the intake passage;
Deriving an intake air amount to be filled in an intake passage between the intake valve and the intake control valve that are in a closed state based on the detected intake pressure;
Determining whether or not the setting of the opening / closing timing of the intake control valve is a second or later time after starting the opening / closing control of the intake control valve;
When it is determined that the setting of the opening / closing timing of the intake control valve is the second or later time after starting the opening / closing control of the intake control valve, the set opening / closing timing of the intake control valve is set to the derived intake air amount. The intake control method according to claim 7, further comprising a step of correcting in response.
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JP2008169790A (en) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Toyota Motor Corp | Swirl controller for internal combustion engine |
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- 2005-03-31 JP JP2005104837A patent/JP2006283659A/en active Pending
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