JP2007255211A - Control device of compression ignition internal combustion engine - Google Patents

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Shinobu Ishiyama
忍 石山
Fumiaki Hattori
文昭 服部
Michio Furuhashi
道雄 古橋
Hisafumi Magata
尚史 曲田
Koichiro Nakatani
好一郎 中谷
Tomoyoshi Ogo
知由 小郷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively perform intake top dead center injection, by effectively restraining a piston from being damaged by the intake top dead center injection, in a control device of a compression ignition internal combustion engine. <P>SOLUTION: Auxiliary intake top dead center injection is performed besides main injection in the vicinity of the compression top dead center. In the intake top dead center injection, cylinder internal pressure in the vicinity of the intake top dead center is enhanced, by controlling a variable valve train so as to generate a negative valve overlap period when both an intake valve and an exhaust valve close in the vicinity of the intake top dead center. Both the starting timing and the finish timing of the intake top dead center injection are made to fall within the negative valve overlap period. By such the intake top dead center injection, the main injection timing is largely retarded even in idling and a light load area, and the required high exhaust temperature can be set for regenerating an exhaust emission control device. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧縮着火内燃機関の制御装置に係り、特に、吸気上死点付近で補助的な燃料噴射を行う圧縮着火内燃機関を制御する装置として好適な圧縮着火内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a compression ignition internal combustion engine, and more particularly, to a control device for a compression ignition internal combustion engine suitable as a device for controlling a compression ignition internal combustion engine that performs auxiliary fuel injection near an intake top dead center.

近年、自動車などに搭載されるディーゼルエンジン(圧縮着火内燃機関)に対し、煤などに代表される粒子状物質(PM:Particulate Matter)や窒素酸化物(NOx)の大気中への放出を一層抑制することが要求されている。このような要求に応えるため、ディーゼルエンジンの排気系に、PMを捕集するDPF(Diesel Particulate Filter)やDPNR(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)、NOx吸蔵還元型あるいはNOx選択還元型のNOx触媒などの排気浄化装置を設置することが行われている。   In recent years, the emission of particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx), such as soot, to the atmosphere has been further suppressed compared to diesel engines (compression ignition internal combustion engines) mounted on automobiles. Is required to do. In order to meet these requirements, DPF (Diesel Particulate Filter) and DPNR (Diesel Particulate-NOx-Reduction system), NOx occlusion reduction type or NOx selective reduction type NOx catalyst that collects PM in the exhaust system of diesel engines. Exhaust gas purification devices such as these are installed.

NOx触媒は、排気ガス中に含まれるSOx(硫黄酸化物)が吸着されていくことにより、その浄化能力が低下する。このため、時折、NOx触媒に蓄積した硫黄分を離脱させる処理(S再生)を行う必要がある。S再生を行うには、NOx触媒を例えば650〜700℃程度の高温にする必要がある。また、DPF、DPNR等に蓄積したPMを酸化して除去する処理(PM再生)を行うには、DPF、DPNR等を例えば600℃程度の高温にする必要がある。   The purification capacity of the NOx catalyst decreases as SOx (sulfur oxide) contained in the exhaust gas is adsorbed. For this reason, it is sometimes necessary to perform a process (S regeneration) for removing the sulfur content accumulated in the NOx catalyst. In order to perform S regeneration, it is necessary to raise the NOx catalyst to a high temperature of about 650 to 700 ° C, for example. Further, in order to perform a process (PM regeneration) for oxidizing and removing PM accumulated in DPF, DPNR, etc., DPF, DPNR, etc. need to be heated to a high temperature of about 600 ° C., for example.

このように、排気浄化装置の再生処理を行う場合には、排気浄化装置を高温にすることが求められるので、排気温度を高くすることが必要となる。このため、排気温度の低いアイドル時や軽負荷時には、PM再生やS再生を行うことが困難である。排気温度を高くする方法として、燃料噴射時期を遅くする方法(タイミングリタード)がある。ところが、アイドル時や軽負荷時では、筒内の温度および圧力が低いため、燃料噴射時期を遅くすると、排気中のHCの増加や、失火を招き易い。このため、十分なタイミングリタードをすることができない。   As described above, when the regeneration process of the exhaust purification device is performed, it is required to raise the exhaust purification device, so that it is necessary to increase the exhaust temperature. For this reason, it is difficult to perform PM regeneration or S regeneration at idling or light load when the exhaust temperature is low. As a method of increasing the exhaust temperature, there is a method of delaying the fuel injection timing (timing retard). However, since the temperature and pressure in the cylinder are low during idling or light load, if the fuel injection timing is delayed, HC in the exhaust gas is likely to increase or misfire may occur. For this reason, sufficient timing retard cannot be performed.

特開2000−291462号公報には、アイドル時や軽負荷時にも大幅なタイミングリタードを行うことができるようにするため、吸気上死点付近において補助的な燃料噴射(以下「吸気上死点噴射」と称する)を行う技術が開示されている。吸気上死点噴射を行うことにより、この吸気上死点噴射で噴射された燃料が火種となって、メイン噴射で噴射された燃料が燃え易くなり、確実に燃焼させることができる。このため、メイン噴射の時期を大幅に遅らせることが可能となる。   Japanese Patent Laid-Open No. 2000-291462 discloses an auxiliary fuel injection (hereinafter referred to as “intake top dead center injection” in the vicinity of the intake top dead center so that a large timing retard can be performed even during idling or light load. ) Is disclosed. By performing the intake top dead center injection, the fuel injected by the intake top dead center injection becomes a fire type, and the fuel injected by the main injection becomes easy to burn and can be surely burned. For this reason, it is possible to greatly delay the timing of the main injection.

特開2000−291462号公報JP 2000-291462 A 特開平11−324778号公報JP-A-11-324778 特開2005−155472号公報JP 2005-155472 A

しかしながら、吸気上死点噴射を行うと、次のような問題が発生する。吸気上死点付近では、圧縮上死点付近と比べ、筒内圧力が大幅に低い。筒内圧力が低いと、高圧で噴射された燃料が筒内の空気中を貫徹して進む力が強くなる。このため、吸気上死点噴射を行うと、噴射された燃料が強い勢いで大量にピストンに衝突するので、ピストンが傷み易い。また、ピストンに衝突した燃料は液体のままピストン壁面に残ってしまう。このため、吸気上死点噴射された燃料の多くがピストンに付着すると、吸気上死点噴射の効果が減殺されてしまう。近年では、コモンレールシステムの進化等に伴い、燃料噴射圧力の高圧化が進行しているため、上記のような問題が更に生じ易くなっている。   However, when the intake top dead center injection is performed, the following problem occurs. In the vicinity of the intake top dead center, the in-cylinder pressure is significantly lower than that near the compression top dead center. When the in-cylinder pressure is low, the force that fuel injected at a high pressure penetrates through the air in the cylinder increases. For this reason, when the intake top dead center injection is performed, the injected fuel collides with the piston in a large amount with a strong momentum, so that the piston is easily damaged. Further, the fuel that has collided with the piston remains on the piston wall surface as a liquid. For this reason, if much of the fuel injected by intake top dead center adheres to the piston, the effect of intake top dead center injection is diminished. In recent years, as the common rail system has evolved and the like, the fuel injection pressure has been increased, and thus the above problems are more likely to occur.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸気上死点噴射によってピストンがダメージを受けるのを有効に抑制することができるとともに、吸気上死点噴射を効果的に行うことのできる圧縮着火内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can effectively prevent the piston from being damaged by the intake top dead center injection and effectively perform the intake top dead center injection. An object of the present invention is to provide a control device for a compression ignition internal combustion engine that can be performed.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、圧縮着火内燃機関の制御装置であって、
圧縮着火内燃機関の筒内に直接燃料を噴射するインジェクタと、
圧縮上死点付近で前記インジェクタに主たる燃料噴射であるメイン噴射を行わせるメイン噴射手段と、
吸気上死点付近で前記インジェクタに補助的な燃料噴射である吸気上死点噴射を行わせる吸気上死点噴射手段と、
前記内燃機関の吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に開いている正のバルブオーバーラップ期間が生ずるように前記吸気弁および排気弁を駆動する正オーバーラップ状態と、前記吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に閉じている負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように前記吸気弁および排気弁を駆動する負オーバーラップ状態とをとり得る可変動弁機構と、
前記吸気上死点噴射が行われる場合に、前記可変動弁機構を前記負オーバーラップ状態とし、前記吸気上死点噴射の開始時期および終了時期が共に前記負のバルブオーバーラップ期間内に入るように制御する弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for a compression ignition internal combustion engine,
An injector that injects fuel directly into a cylinder of a compression ignition internal combustion engine;
Main injection means for causing the injector to perform main injection, which is the main fuel injection, near the compression top dead center;
Intake top dead center injection means for causing the injector to perform intake top dead center injection as auxiliary fuel injection near the intake top dead center;
A positive overlap state in which the intake valve and the exhaust valve are driven so that a positive valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve of the internal combustion engine are open near the intake top dead center occurs; and the intake valve and the exhaust A variable valve mechanism capable of taking a negative overlap state in which the intake valve and the exhaust valve are driven so that a negative valve overlap period in which the valves are closed near the intake top dead center occurs;
When the intake top dead center injection is performed, the variable valve mechanism is set to the negative overlap state so that the start timing and end timing of the intake top dead center injection are both within the negative valve overlap period. Valve control means to control,
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記可変動弁機構が前記負オーバーラップ状態とされて前記負のバルブオーバーラップ期間内に前記吸気上死点噴射が実行される場合に、前記メイン噴射のタイミングを通常のタイミングよりも遅らせるメイン噴射遅延手段を更に備えることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
When the variable valve mechanism is in the negative overlap state and the intake top dead center injection is executed within the negative valve overlap period, the main injection that delays the timing of the main injection from the normal timing It further has a delay means.

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記弁制御手段は、前記吸気上死点噴射の噴射量が所定値以上である場合には、前記可変動弁機構を前記負オーバーラップ状態とし、前記吸気上死点噴射の噴射量が前記所定値より小さい場合には、前記可変動弁機構を前記正オーバーラップ状態とすることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
When the injection amount of the intake top dead center injection is equal to or greater than a predetermined value, the valve control means sets the variable valve mechanism to the negative overlap state, and the injection amount of the intake top dead center injection is the predetermined amount. When the value is smaller than the value, the variable valve mechanism is set to the normal overlap state.

また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記吸気上死点噴射は、前記メイン噴射と同じ噴射圧力で行われるものであることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
The intake top dead center injection is performed at the same injection pressure as the main injection.

また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記吸気上死点噴射手段は、吸気上死点前に前記吸気上死点噴射を開始し、吸気上死点後に前記吸気上死点噴射を終了することを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The intake top dead center injection means starts the intake top dead center injection before the intake top dead center, and ends the intake top dead center injection after the intake top dead center.

第1の発明によれば、吸気上死点付近で補助的な燃料噴射である吸気上死点噴射を行うことができる。そして、吸気上死点噴射を行う場合には、吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に閉じている負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように可変動弁機構を制御し、その負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射を開始および終了することができる。負のバルブオーバーラップ期間においては、筒内に残留ガスが閉じ込められて圧縮された状態となるため、筒内圧を高くすることができる。よって、吸気上死点噴射された燃料の貫徹力を弱めることができ、ピストンへのダメージを有効に抑制することができる。その結果、大量の吸気上死点噴射が可能となる。また、吸気上死点噴射された燃料がピストンに付着するのを抑制することもできる。更に、噴射時の筒内温度も高いので、噴射された燃料の蒸発を促進することができる。このようなことから、吸気上死点噴射を極めて有効に行うことができ、メイン噴射で噴射された燃料を極めて燃え易くすることができる。   According to the first aspect of the invention, intake top dead center injection that is auxiliary fuel injection can be performed near the intake top dead center. When the intake top dead center injection is performed, the variable valve mechanism is controlled so that a negative valve overlap period occurs in which both the intake valve and the exhaust valve are closed near the intake top dead center. The intake top dead center injection can be started and ended within the valve overlap period. In the negative valve overlap period, since the residual gas is confined in the cylinder and compressed, the in-cylinder pressure can be increased. Therefore, the penetration force of the fuel injected at the intake top dead center can be weakened, and damage to the piston can be effectively suppressed. As a result, a large amount of intake top dead center injection becomes possible. Further, it is possible to suppress the fuel injected at the intake top dead center from adhering to the piston. Furthermore, since the in-cylinder temperature at the time of injection is high, evaporation of the injected fuel can be promoted. For this reason, the intake top dead center injection can be performed very effectively, and the fuel injected by the main injection can be made extremely easy to burn.

第2の発明によれば、負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射が実行される場合に、メイン噴射のタイミングリタードを行うことができる。負のバルブオーバーラップ期間内における吸気上死点噴射によれば、メイン噴射で噴射された燃料を極めて燃え易くすることができる。このため、アイドル時や軽負荷域でタイミングリタードしても、排気中のHC濃度増大や失火などの弊害を生じにくく、大幅なタイミングリタードが可能となる。よって、アイドル時や軽負荷域においても、タイミングリタードによって排気温度を十分に高くすることができ、PM再生やS再生を行うことが可能となる。   According to the second invention, when the intake top dead center injection is executed within the negative valve overlap period, the timing retard of the main injection can be performed. According to the intake top dead center injection in the negative valve overlap period, the fuel injected in the main injection can be made extremely easy to burn. For this reason, even when the timing retard is performed during idling or in a light load range, adverse effects such as an increase in the concentration of HC in the exhaust gas and misfire are unlikely to occur, and a significant timing retard is possible. Therefore, the exhaust temperature can be made sufficiently high by the timing retard even during idling or in a light load region, and PM regeneration and S regeneration can be performed.

第3の発明によれば、吸気上死点噴射の噴射量が所定値以上である場合には、負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように可変動弁機構を制御し、吸気上死点噴射の噴射量が前記所定値より小さい場合には、通常通りに正のバルブオーバーラップ期間が生ずるように可変動弁機構を制御することができる。このため、吸気上死点噴射の噴射量が多く、貫徹力の大きい場合にのみ負のバルブオーバーラップ期間が生ずるようにすることができる。   According to the third aspect of the invention, when the injection amount of the intake top dead center injection is greater than or equal to a predetermined value, the variable valve mechanism is controlled so that a negative valve overlap period occurs, and the intake top dead center injection is performed. When the injection amount is smaller than the predetermined value, the variable valve mechanism can be controlled so that a positive valve overlap period occurs as usual. Therefore, the negative valve overlap period can be generated only when the intake top dead center injection amount is large and the penetration force is large.

第4の発明によれば、吸気上死点噴射をメイン噴射と同じ高い噴射圧力で行うことができる。このため、吸気上死点噴射のときだけ噴射圧力を下げるような複雑かつ困難な噴射圧制御を行う必要がなく、システムの簡素化が図れる。   According to the fourth invention, the intake top dead center injection can be performed at the same high injection pressure as the main injection. For this reason, it is not necessary to perform complicated and difficult injection pressure control that lowers the injection pressure only during intake top dead center injection, and the system can be simplified.

第5の発明によれば、吸気上死点前に吸気上死点噴射を開始し、吸気上死点後に吸気上死点噴射を終了することができる。このため、最も筒内圧の高いタイミングで吸気上死点噴射を行うことができ、ピストンへのダメージをより確実に抑制することができるとともに、吸気上死点噴射の効果を更に高めることができる。   According to the fifth aspect, the intake top dead center injection can be started before the intake top dead center, and the intake top dead center injection can be ended after the intake top dead center. Therefore, intake top dead center injection can be performed at the timing with the highest in-cylinder pressure, damage to the piston can be more reliably suppressed, and the effect of intake top dead center injection can be further enhanced.

実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)10を備えている。図1に示す内燃機関10は、内部にピストン8が配置されたシリンダブロック4と、シリンダブロック4に組み付けられたシリンダヘッド6を備えている。シリンダヘッド6内には、吸気ポート12と排気ポート14とが形成されている。吸気ポート12には新気を筒内に導入するための吸気通路22が接続され、排気ポート14には排気ガスを排出するための排気通路24が接続されている。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine) 10. An internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 includes a cylinder block 4 in which a piston 8 is disposed, and a cylinder head 6 assembled to the cylinder block 4. An intake port 12 and an exhaust port 14 are formed in the cylinder head 6. An intake passage 22 for introducing fresh air into the cylinder is connected to the intake port 12, and an exhaust passage 24 for discharging exhaust gas is connected to the exhaust port 14.

内燃機関10の吸気弁32は、吸気可変動弁機構42により駆動される。吸気可変動弁機構42は、吸気弁32の少なくとも開時期を連続的または段階的に可変とするものである。この吸気可変動弁機構42は、吸気弁32の閉時期やリフト量を更に可変とするものであってもよい。吸気可変動弁機構42の構造は特に限定されず、例えば、機械的な可変機構のほか、電磁駆動弁や油圧駆動弁などを用いるものであってもよい。   The intake valve 32 of the internal combustion engine 10 is driven by an intake variable valve mechanism 42. The intake variable valve mechanism 42 changes at least the opening timing of the intake valve 32 continuously or stepwise. The intake variable valve mechanism 42 may further vary the closing timing and lift amount of the intake valve 32. The structure of the intake variable valve mechanism 42 is not particularly limited. For example, in addition to a mechanical variable mechanism, an electromagnetically driven valve or a hydraulically driven valve may be used.

内燃機関10の排気弁34は、排気可変動弁機構44により駆動される。排気可変動弁機構44は、排気弁34の少なくとも閉時期を連続的または段階的に可変とするものである。この排気可変動弁機構44は、排気弁34の開時期やリフト量を更に可変とするものであってもよい。排気可変動弁機構44の構造は特に限定されず、例えば、機械的な可変機構のほか、電磁駆動弁や油圧駆動弁などを用いるものであってもよい。   The exhaust valve 34 of the internal combustion engine 10 is driven by an exhaust variable valve mechanism 44. The exhaust variable valve mechanism 44 changes at least the closing timing of the exhaust valve 34 continuously or stepwise. The exhaust variable valve mechanism 44 may further vary the opening timing and lift amount of the exhaust valve 34. The structure of the exhaust variable valve mechanism 44 is not particularly limited. For example, in addition to a mechanical variable mechanism, an electromagnetically driven valve or a hydraulically driven valve may be used.

シリンダヘッド6には、燃料を筒内に直接噴射するためのインジェクタ30が設置されている。インジェクタ30は、図示しないコモンレールに接続され、コモンレールから高圧燃料の供給を受けている。コモンレールにはサプライポンプで圧縮された高圧燃料が常に蓄えられている。インジェクタ30は、1サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を噴射することができる。   The cylinder head 6 is provided with an injector 30 for directly injecting fuel into the cylinder. The injector 30 is connected to a common rail (not shown), and is supplied with high-pressure fuel from the common rail. The common rail always stores high-pressure fuel compressed by the supply pump. The injector 30 can inject fuel at an arbitrary timing a plurality of times during one cycle.

内燃機関10のクランク軸16の近傍には、クランク軸16の回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサ56が取り付けられている。   A crank angle sensor 56 that detects a rotation angle (crank angle) of the crankshaft 16 is attached in the vicinity of the crankshaft 16 of the internal combustion engine 10.

排気通路24には、排気浄化装置28が配置されている。排気浄化装置28としては、例えば、酸化触媒、NOx吸蔵還元型あるいはNOx選択還元型のNOx触媒、DPF(Diesel Particulate Filter)、DPNR(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のうちの一つ、またはこれらの組み合わせを用いることができる。   An exhaust purification device 28 is disposed in the exhaust passage 24. As the exhaust purification device 28, for example, one of an oxidation catalyst, NOx occlusion reduction type or NOx selective reduction type NOx catalyst, DPF (Diesel Particulate Filter), DPNR (Diesel Particulate-NOx-Reduction system), or these Can be used.

吸気通路22には、吸気絞り弁36が設けられている。吸気通路22における吸気絞り弁36の下流には、EGR通路26が接続されている。EGR通路26の逆側の端部は排気通路24における排気浄化装置28の上流に接続されている。EGR通路26を通して、一部の排気ガス(EGRガス)を吸気通路22に導入することができる。EGR通路26の途中には、EGR通路26を開閉するEGR弁38が設けられている。また、排気通路24には、排気絞り弁46が設けられている。   An intake throttle valve 36 is provided in the intake passage 22. An EGR passage 26 is connected downstream of the intake throttle valve 36 in the intake passage 22. The end on the opposite side of the EGR passage 26 is connected upstream of the exhaust purification device 28 in the exhaust passage 24. A part of exhaust gas (EGR gas) can be introduced into the intake passage 22 through the EGR passage 26. An EGR valve 38 that opens and closes the EGR passage 26 is provided in the middle of the EGR passage 26. Further, an exhaust throttle valve 46 is provided in the exhaust passage 24.

本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50の出力側には、前述のインジェクタ30、吸気絞り弁36、EGR弁38、吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44、排気絞り弁46等の各種アクチュエータが接続されている。ECU50の入力側には、クランク角センサ56、アクセル開度センサ58等の各種センサ類が接続されている。アクセル開度センサ58は、アクセルペダル(図示略)の開度に応じた信号を出力するセンサである。ECU50は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを駆動するようになっている。   The system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. Various actuators such as the injector 30, the intake throttle valve 36, the EGR valve 38, the intake variable valve mechanism 42, the exhaust variable valve mechanism 44, and the exhaust throttle valve 46 are connected to the output side of the ECU 50. Various sensors such as a crank angle sensor 56 and an accelerator opening sensor 58 are connected to the input side of the ECU 50. The accelerator opening sensor 58 is a sensor that outputs a signal corresponding to the opening of an accelerator pedal (not shown). The ECU 50 drives each actuator according to a predetermined control program based on the output of each sensor.

[実施の形態1の動作]
図2は、本実施形態のシステムにおける吸気上死点噴射を説明するための図である。より詳しくは、図2(A)は、吸気弁32および排気弁34のリフト線図であり、図2(B)は、インジェクタ30を作動させるための噴射用駆動パルスを示す図である。
[Operation of Embodiment 1]
FIG. 2 is a view for explaining intake top dead center injection in the system of the present embodiment. More specifically, FIG. 2 (A) is a lift diagram of the intake valve 32 and the exhaust valve 34, and FIG. 2 (B) is a diagram showing an injection drive pulse for operating the injector 30.

図2(B)に示すように、内燃機関10は、インジェクタ30による燃料噴射として、圧縮上死点付近で行われる主たる燃料噴射(以下「メイン噴射」と称する)のほか、必要に応じて、パイロット噴射、ポスト噴射、吸気上死点噴射を行うことができる。パイロット噴射は、メイン噴射に先立って行われる燃料噴射であり、メイン噴射の燃料を燃え易くし、騒音等を防止する効果を奏する。ポスト噴射は、燃焼が終了した後に行われる燃料噴射であり、内燃機関10の出力に寄与しない燃料噴射である。ポスト噴射を行うことにより、排気浄化装置28に未燃燃料(HC)を供給することができ、排気浄化装置を昇温したり還元したりすることができる。吸気上死点噴射については後述する。   As shown in FIG. 2B, the internal combustion engine 10 performs fuel injection by the injector 30 in addition to main fuel injection performed near the compression top dead center (hereinafter referred to as “main injection”), as necessary. Pilot injection, post injection, and intake top dead center injection can be performed. The pilot injection is a fuel injection that is performed prior to the main injection, and has the effect of facilitating burning of the fuel of the main injection and preventing noise and the like. The post-injection is a fuel injection that is performed after the completion of combustion, and is a fuel injection that does not contribute to the output of the internal combustion engine 10. By performing post injection, unburned fuel (HC) can be supplied to the exhaust purification device 28, and the exhaust purification device can be heated or reduced. The intake top dead center injection will be described later.

なお、内燃機関10は、メイン噴射の直前のプレ噴射や、メイン噴射の直後のアフター噴射などを必要に応じて更に実行するものであってもよい。   The internal combustion engine 10 may further perform pre-injection immediately before the main injection, after-injection immediately after the main injection, or the like as necessary.

本実施形態のシステムでは、排気浄化装置28にPM(Particulate Matter)や硫黄分が蓄積した場合に、PMを燃焼させて除去するPM再生処理や、硫黄分を還元させて離脱させるS再生処理が行われる。PM再生やS再生を行うには、排気浄化装置28を例えば600〜700℃程度の高温にする必要がある。   In the system of this embodiment, when PM (Particulate Matter) or sulfur content accumulates in the exhaust purification device 28, PM regeneration processing for burning and removing PM, or S regeneration processing for reducing and removing sulfur content. Done. In order to perform PM regeneration and S regeneration, it is necessary to set the exhaust purification device 28 to a high temperature of about 600 to 700 ° C., for example.

ところが、アイドル時や軽負荷域においては、排気温度が例えば100〜150℃程度と低いため、ポスト噴射等を行ったとしても、PM再生やS再生に必要な温度まで排気浄化装置28を昇温するのが従来は困難であった。排気温度は、メイン噴射の噴射タイミングを遅らせる(以下、「タイミングリタード」ともいう)ほど、高くすることができる。しかしながら、タイミングリタードするほど、燃料が燃えにくくなるので、排気中のHC濃度が増加し、更には失火に至る。そして、アイドル時や軽負荷域においては、筒内の温度および圧力が低いため、タイミングリタードによるHC濃度の増大や失火が生じ易く、大幅なタイミングリタードはできない。このため、従来、アイドル時や軽負荷域においては、PM再生やS再生を行うのに必要な排気温度が得られるまでタイミングリタードすることができず、ポスト噴射等を併用しても、PM再生やS再生を行うことは困難であった。   However, when the engine is idling or in a light load region, the exhaust temperature is as low as about 100 to 150 ° C., so even if post injection or the like is performed, the temperature of the exhaust purification device 28 is raised to the temperature required for PM regeneration or S regeneration. Conventionally, it has been difficult to do. The exhaust temperature can be increased as the injection timing of the main injection is delayed (hereinafter also referred to as “timing retard”). However, the more retarded the timing is, the more difficult the fuel burns, so the HC concentration in the exhaust increases and further misfires occur. In the idling or light load range, the temperature and pressure in the cylinder are low, so the HC concentration is increased and misfires are likely to occur due to the timing retard, and a significant timing retard is not possible. For this reason, conventionally, at idle or in a light load range, timing retard cannot be performed until the exhaust temperature necessary for PM regeneration or S regeneration is obtained. It was difficult to perform S regeneration.

これに対し、本実施形態では、アイドル時や軽負荷域においても十分なタイミングリタードを可能とするべく、吸気上死点噴射を行うこととした。本明細書において、吸気上死点噴射とは、吸気上死点(排気行程の終了点、吸気行程の開始点)の付近で行う補助的な燃料噴射のことを言う。この吸気上死点噴射を行うと、噴射された燃料が吸気行程および圧縮行程の間に十分に蒸発して燃焼し易い混合気が形成される。そして、この混合気が着火し、火種のできたところにパイロット噴射やメイン噴射が行われることとなるので、パイロット噴射やメイン噴射で噴射された燃料が燃え易くなり、確実に燃焼させることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the intake top dead center injection is performed in order to enable sufficient timing retard even in idling or in a light load range. In this specification, the intake top dead center injection refers to auxiliary fuel injection performed near the intake top dead center (exhaust stroke end point, intake stroke start point). When the intake top dead center injection is performed, the injected fuel is sufficiently evaporated during the intake stroke and the compression stroke to form an air-fuel mixture that is easy to burn. Then, the air-fuel mixture is ignited, and pilot injection and main injection are performed where the kind of fire is generated. Therefore, the fuel injected by the pilot injection and main injection becomes easy to burn and can be reliably burned.

吸気上死点噴射を行うことによって、メイン噴射で噴射された燃料を燃え易くすることができれば、メイン噴射をタイミングリタードしても、HC濃度の増大や失火が起こりにくくすることができる。このため、アイドル時や軽負荷域であっても、十分なタイミングリタードが可能となる。その結果、アイドル時や軽負荷域であっても、排気温度を十分に高くすることができ、PM再生やS再生を行うことが可能となる。   If the fuel injected in the main injection can be easily burned by performing the intake top dead center injection, it is possible to prevent the increase in HC concentration and misfire even if the timing of the main injection is retarded. For this reason, sufficient timing retard is possible even during idling or in a light load range. As a result, the exhaust temperature can be made sufficiently high even during idling or in a light load range, and PM regeneration and S regeneration can be performed.

なお、本明細書において「吸気上死点付近」とは、インジェクタ30からの燃料噴霧が、ピストン8の頂面に形成された燃焼室内に収まる程度にピストン8が上死点に近い位置にあるクランク角範囲を言い、通常は、吸気上死点の前後30°CA程度の範囲である。このような範囲内で吸気上死点噴射が行われるので、噴射された燃料は、シリンダ内壁(ボア壁面)に当たることはない。このため、シリンダ内壁の油膜が洗い流されるボアフラッシングや、オイル希釈などの問題が生ずることを防止することができる。   In the present specification, “near intake top dead center” means that the piston 8 is close to top dead center so that the fuel spray from the injector 30 is contained in the combustion chamber formed on the top surface of the piston 8. This is the crank angle range, and is usually in the range of about 30 ° CA before and after the intake top dead center. Since the intake top dead center injection is performed within such a range, the injected fuel does not hit the cylinder inner wall (bore wall surface). For this reason, problems such as bore flushing in which the oil film on the inner wall of the cylinder is washed away and oil dilution can be prevented.

ところで、本実施形態の内燃機関10において、通常運転時は、一般的な内燃機関と同様に、吸気弁32は吸気上死点の前から開き始め、排気弁34は吸気上死点を過ぎた後に完全に閉じることとされる。このときの吸気弁32および排気弁34のバルブリフト曲線を図2(A)中の破線で示す。このように、内燃機関10の通常運転時は、吸気弁32および排気弁34が吸気上死点付近で共に開いている期間(以下、「正のバルブオーバーラップ期間」と称する)が生ずるように、吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44が制御される。吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44がこのように作動する状態を以下「正オーバーラップ状態」と称する。   Incidentally, in the internal combustion engine 10 of the present embodiment, during normal operation, the intake valve 32 starts to open before the intake top dead center, and the exhaust valve 34 has passed the intake top dead center, as in a general internal combustion engine. It will be completely closed later. The valve lift curves of the intake valve 32 and the exhaust valve 34 at this time are indicated by broken lines in FIG. Thus, during normal operation of the internal combustion engine 10, a period in which both the intake valve 32 and the exhaust valve 34 are open near the intake top dead center (hereinafter referred to as “positive valve overlap period”) occurs. Then, the intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 are controlled. The state in which the intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 operate in this way is hereinafter referred to as a “normal overlap state”.

このように、吸気上死点付近においては、通常は吸気弁32および排気弁34が共に開いた状態とされている。このため、吸気上死点付近における筒内圧力は、通常、吸気管圧力と同程度の低いレベルにある。このように筒内圧が低い状態で吸気上死点噴射が行われると、インジェクタ30から噴射された高圧の燃料は筒内の空気中を容易に貫徹し、ピストン8の頂面に形成された燃焼室の壁に勢い良く大量に衝突し易い。   Thus, in the vicinity of the intake top dead center, the intake valve 32 and the exhaust valve 34 are normally open. For this reason, the in-cylinder pressure in the vicinity of the intake top dead center is normally at a level as low as the intake pipe pressure. When the intake top dead center injection is performed in such a state where the in-cylinder pressure is low, the high-pressure fuel injected from the injector 30 easily penetrates the air in the cylinder and the combustion formed on the top surface of the piston 8 It is easy to collide with the walls of the room vigorously and in large quantities.

近年では、コモンレールシステムの進化などに伴い、燃料噴射圧力の高圧化が一層進んでいる。このため、インジェクタ30からそのような高圧で噴射された燃料がピストンに勢い良く大量に衝突すると、ピストン8を傷め易い。また、ピストン8に衝突してピストン8の表面に付着した燃料は、その後の吸気行程および圧縮行程を経ても蒸発しないまま残ってしまい易く、混合気形成に寄与しにくい。このため、吸気上死点噴射を行っても、ピストン8に付着する燃料量が多いと、効果が減殺されてしまうという問題もある。   In recent years, the fuel injection pressure has been further increased along with the evolution of the common rail system. For this reason, if the fuel injected from the injector 30 at such a high pressure collides with the piston in a large amount, the piston 8 is easily damaged. Further, the fuel that collides with the piston 8 and adheres to the surface of the piston 8 is likely to remain without being evaporated even after the subsequent intake stroke and compression stroke, and does not contribute to the formation of the air-fuel mixture. For this reason, even if the intake top dead center injection is performed, if the amount of fuel adhering to the piston 8 is large, the effect is diminished.

吸気上死点噴射のときだけ噴射圧力を下げるようにすれば、上記のような問題を回避することはできるが、吸気上死点噴射とメイン噴射等の他の噴射タイミングとの時間間隔は極めて微小であるため、そのような噴射圧の制御を短時間で行うことは極めて困難である。このため、本実施形態では、吸気上死点噴射は、メイン噴射等と同じ噴射圧力(同じコモンレール圧力)で行うこととしている。   If the injection pressure is lowered only during the intake top dead center injection, the above problem can be avoided, but the time interval between the intake top dead center injection and other injection timings such as the main injection is extremely small. Since it is minute, it is extremely difficult to perform such injection pressure control in a short time. For this reason, in the present embodiment, the intake top dead center injection is performed at the same injection pressure (same common rail pressure) as the main injection or the like.

本実施形態では、上述したような吸気上死点噴射に伴う問題を解決するため、吸気上死点噴射の実行時には、吸気弁32の開時期および排気弁34の閉時期を変更することとした。図2(A)中の実線は、吸気上死点噴射実行時の吸気弁32および排気弁34のバルブリフト曲線を表している。このときには、吸気弁32の開時期を通常時(正オーバーラップ状態)よりも遅くし、排気弁34の閉時期を通常時よりも早くすることにより、吸気弁32および排気弁34が吸気上死点付近で共に閉じている期間(以下、「負のバルブオーバーラップ期間」と称する)が生ずるように吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44が制御される。吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44がこのように作動する状態を以下「負オーバーラップ状態」と呼ぶ。   In the present embodiment, in order to solve the problem associated with the intake top dead center injection as described above, the opening timing of the intake valve 32 and the closing timing of the exhaust valve 34 are changed when the intake top dead center injection is executed. . The solid line in FIG. 2A represents the valve lift curves of the intake valve 32 and the exhaust valve 34 when the intake top dead center injection is executed. At this time, the intake valve 32 and the exhaust valve 34 are dead dead by making the opening timing of the intake valve 32 later than normal (normal overlap state) and closing the exhaust valve 34 earlier than normal. The intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 are controlled so that a closed period (hereinafter referred to as a “negative valve overlap period”) occurs near the point. The state in which the intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 operate in this way is hereinafter referred to as a “negative overlap state”.

そして、吸気上死点噴射を実行する場合には、吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44が負オーバーラップ状態とされ、負のバルブオーバーラップ期間内で吸気上死点噴射が開始および終了される。   When the intake top dead center injection is executed, the intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 are in a negative overlap state, and the intake top dead center injection is started within the negative valve overlap period. And finished.

負のバルブオーバーラップ期間では、吸気弁32および排気弁34が共に閉じられているので、吸気管圧力が筒内に伝わってくることがない。また、排気弁34が早期に閉じられることにより前サイクルの既燃ガス(残留ガス)が筒内に多く残存し、閉じ込められた状態となる。このため、正のバルブオーバーラップ期間が生ずる場合と比べて、吸気上死点付近の筒内圧を大幅に高くすることができる。この高い筒内圧により、吸気上死点噴射で噴射された燃料の貫徹力を弱めることができる。よって、吸気上死点噴射された燃料がピストン8に勢い良く衝突するのを防止することができ、ピストン8へのダメージを有効に抑制することができる。このため、大量の吸気上死点噴射を行うことが可能となる。また、噴射された燃料の貫徹力が弱まり、ピストン8に当たる量が少なくなるので、ピストン8に付着する燃料量を少なくすることができる。   In the negative valve overlap period, since the intake valve 32 and the exhaust valve 34 are both closed, the intake pipe pressure is not transmitted into the cylinder. Further, when the exhaust valve 34 is closed early, a large amount of the burned gas (residual gas) of the previous cycle remains in the cylinder and becomes trapped. For this reason, in-cylinder pressure in the vicinity of the intake top dead center can be significantly increased as compared with the case where a positive valve overlap period occurs. This high in-cylinder pressure can weaken the penetration force of the fuel injected by the intake top dead center injection. Therefore, it is possible to prevent the fuel injected with the intake top dead center from colliding with the piston 8 vigorously, and the damage to the piston 8 can be effectively suppressed. For this reason, a large amount of intake top dead center injection can be performed. Further, since the penetrating force of the injected fuel is weakened and the amount hitting the piston 8 is reduced, the amount of fuel adhering to the piston 8 can be reduced.

更に、負のバルブオーバーラップ期間の筒内は、新気がまだ入っておらず、残留ガス、すなわち既燃ガスで満たされているので、筒内温度も高い状態にある。このため、吸気上死点噴射で噴射された燃料の蒸発を促進することができるので、噴射された燃料がピストン8に当たるのがより一層抑制されるとともに、その後の混合気形成を良好に促進することができる。   Further, the cylinder in the negative valve overlap period is not yet filled with fresh air, and is filled with residual gas, that is, burned gas, so that the cylinder temperature is also high. For this reason, since the evaporation of the fuel injected by the intake top dead center injection can be promoted, it is further suppressed that the injected fuel hits the piston 8, and the subsequent air-fuel mixture formation is favorably promoted. be able to.

このようなことから、負のバルブオーバーラップ期間中に吸気上死点噴射を行うことにより、ピストン8を傷めるのを有効に防止することができる。また、大量の吸気上死点噴射が可能となり、また、噴射された燃料の蒸発促進が図れることから、吸気上死点噴射をより効果的に行うことができる。このため、アイドル時や軽負荷域であっても、タイミングリタードによるHC濃度の増大や失火を生じにくく、大幅なタイミングリタードが可能となる。具体的には、メイン噴射のタイミングを圧縮上死点後まで遅らせることができる。その結果、アイドル時や軽負荷域であっても、排気温度を十分に高くすることができ、PM再生やS再生を確実に行うことが可能となる。   For this reason, it is possible to effectively prevent the piston 8 from being damaged by performing the intake top dead center injection during the negative valve overlap period. Further, a large amount of intake top dead center injection is possible, and evaporation of the injected fuel can be promoted, so that intake top dead center injection can be performed more effectively. For this reason, even during idling or in a light load range, an increase in HC concentration or misfire due to timing retard is unlikely to occur, and significant timing retard is possible. Specifically, the timing of main injection can be delayed until after the compression top dead center. As a result, the exhaust temperature can be made sufficiently high even during idling or in a light load range, and PM regeneration and S regeneration can be performed reliably.

特に、本発明では、吸気上死点噴射の開始時期および終了時期が共に負のバルブオーバーラップ期間内に入るようにすることで、上記効果をより確実に発揮させることができる。   In particular, in the present invention, by making the start timing and end timing of the intake top dead center injection both fall within the negative valve overlap period, the above-described effect can be more reliably exhibited.

吸気上死点噴射時の筒内圧をより高くする観点からは、負オーバーラップ状態とする場合、排気弁34の閉時期が吸気上死点より前になるように排気可変動弁機構44を制御することが好ましい。これにより、筒内の残留ガス量が更に多くなると共に、排気弁34が閉じられた後でその残留ガスがピストン8によって圧縮されるので、吸気上死点付近の筒内圧をより高くすることができる。   From the viewpoint of increasing the in-cylinder pressure at the time of intake top dead center injection, in the case of a negative overlap state, the variable exhaust valve mechanism 44 is controlled so that the closing timing of the exhaust valve 34 is before the intake top dead center. It is preferable to do. As a result, the amount of residual gas in the cylinder further increases, and the residual gas is compressed by the piston 8 after the exhaust valve 34 is closed, so that the in-cylinder pressure near the intake top dead center can be further increased. it can.

そして、アイドル付近の特に軽負荷の領域においては、残留ガス量を増やすため、排気行程の途中で排気弁34を閉じるようにするのが好ましい。これにより、そのような運転領域においても、吸気上死点噴射時の筒内圧力を十分に高くすることができる。   In the light load region near the idle, it is preferable to close the exhaust valve 34 during the exhaust stroke in order to increase the amount of residual gas. Thereby, the cylinder pressure at the time of intake top dead center injection can be sufficiently increased even in such an operation region.

また、負オーバーラップ状態とする場合には、吸気弁32の開時期が吸気上死点後となるように吸気可変動弁機構42を制御することが好ましい。これにより、吸気上死点付近の筒内圧をより高くすることができ、また、筒内圧が最も高まったタイミングで吸気上死点噴射を行うことができる。   In the case of a negative overlap state, it is preferable to control the intake variable valve mechanism 42 so that the opening timing of the intake valve 32 is after the intake top dead center. As a result, the in-cylinder pressure near the intake top dead center can be further increased, and the intake top dead center injection can be performed at the timing when the in-cylinder pressure is highest.

また、吸気上死点噴射は、負のバルブオーバーラップ期間中であれば、吸気上死点前に開始および終了してもよく、あるいは、吸気上死点後に開始および終了してもよいが、筒内圧の最も高いタイミングで行う観点からは、吸気上死点直前に開始し、吸気上死点直後に終了するのが好ましい。   In addition, the intake top dead center injection may start and end before the intake top dead center, or may start and end after the intake top dead center, during the negative valve overlap period, From the viewpoint of performing the timing at which the in-cylinder pressure is highest, it is preferable to start immediately before the intake top dead center and end immediately after the intake top dead center.

次に、本実施形態におけるPM再生およびS再生時の制御例について説明する。図3は、PM再生およびS再生時の制御を説明するための図であり、横軸にエンジン回転数、縦軸に燃料噴射量(負荷)をとった内燃機関10の運転領域のマップである。図3に示すように、本実施形態では、内燃機関10の運転領域を低回転・軽負荷の順に1〜5の領域に分け、PM再生およびS再生を行う場合には、各領域毎に次のような制御を行う。   Next, an example of control during PM regeneration and S regeneration in the present embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining control during PM regeneration and S regeneration, and is a map of the operation region of the internal combustion engine 10 with the engine speed on the horizontal axis and the fuel injection amount (load) on the vertical axis. . As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the operating region of the internal combustion engine 10 is divided into regions 1 to 5 in the order of low rotation and light load, and when PM regeneration and S regeneration are performed, the following is performed for each region. Control like this.

領域1は、アイドル付近の領域であり、最も低回転・軽負荷の領域である。PM再生およびS再生時に領域1にあった場合には、前述したようにして、吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44を負オーバーラップ状態として、負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射が実行されるとともに、メイン噴射のタイミングリタードが行われる。このタイミングリタードでは、メイン噴射の開始時期を圧縮上死点後まで遅らせることが好ましい。更に、領域1では、ポスト噴射および排気絞りも行われる。排気絞り弁46の開度を小さくして排気絞りを行うことにより、ポンピングロスが増大し、そのポンピングロスが熱エネルギーに変換されるので、排気温度を更に高めることができる。このように、負のバルブオーバーラップ期間内における吸気上死点噴射、タイミングリタード、ポスト噴射、および排気絞りを組み合わせて行うことにより、最も低回転・軽負荷の領域1においても、排気温度を十分に高くすることができ、PM再生およびS再生が実行可能となる。   Region 1 is a region near the idle, and is the region of the lowest rotation and light load. When in the region 1 during PM regeneration and S regeneration, as described above, the intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 are set in a negative overlap state, and intake is performed within the negative valve overlap period. While top dead center injection is performed, timing retard of main injection is performed. In this timing retard, it is preferable to delay the start timing of the main injection until after the compression top dead center. Further, in region 1, post injection and exhaust throttling are also performed. By performing exhaust throttling by reducing the opening of the exhaust throttle valve 46, the pumping loss increases and the pumping loss is converted into thermal energy, so that the exhaust temperature can be further increased. As described above, by combining the intake top dead center injection, the timing retard, the post injection, and the exhaust throttling within the negative valve overlap period, the exhaust temperature can be sufficiently increased even in the region 1 of the lowest speed and light load. Therefore, PM regeneration and S regeneration can be performed.

領域2では、元々の排気温度が領域1より少し高いので、排気絞りを行わなくても排気温度を十分に高くすることができる。そこで、PM再生およびS再生時に領域2にある場合には、排気絞りは行わずに、負のバルブオーバーラップ期間内における吸気上死点噴射、タイミングリタード、およびポスト噴射を組み合わせて行うこととされる。   In region 2, the original exhaust temperature is slightly higher than in region 1, so that the exhaust temperature can be made sufficiently high without exhaust throttling. Therefore, in the region 2 during PM regeneration and S regeneration, exhaust throttling is not performed, but intake top dead center injection, timing retard, and post injection within a negative valve overlap period are performed in combination. The

領域3では、ポスト噴射および排気絞りは行わず、負のバルブオーバーラップ期間内における吸気上死点噴射と、タイミングリタードとが組み合わせて実行される。これにより、PM再生およびS再生に必要な排気温度が得られる。   In region 3, post injection and exhaust throttling are not performed, and intake top dead center injection in the negative valve overlap period and timing retard are performed in combination. Thereby, the exhaust temperature required for PM regeneration and S regeneration is obtained.

領域4では、筒内の温度および圧力が比較的高いので、タイミングリタードをしても、HC濃度の増加や失火が起こりにくい。このため、吸気上死点噴射を行わなくても、十分にタイミングリタードすることが可能である。そこで、PM再生およびS再生時に領域4にある場合には、吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44を通常の正オーバーラップ状態としたまま、つまり、正のバルブオーバーラップ期間の生じる状態のままで、吸気上死点噴射を行わず、メイン噴射のタイミングリタードのみを行う。これにより、PM再生およびS再生に必要な排気温度が得られる。   In the region 4, since the temperature and pressure in the cylinder are relatively high, even if timing retard is performed, the increase in HC concentration and misfire are unlikely to occur. Therefore, it is possible to sufficiently retard the timing without performing the intake top dead center injection. Therefore, when the PM regeneration and the S regeneration are in the region 4, the intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 remain in the normal positive overlap state, that is, a positive valve overlap period occurs. In this state, the intake top dead center injection is not performed, but only the timing retard of the main injection is performed. Thereby, the exhaust temperature required for PM regeneration and S regeneration is obtained.

領域5では、元々排気温度が高いので、PM再生およびS再生をする場合でも、排気温度を高める措置をとる必要はない。このため、PM再生およびS再生時に領域5にあった場合には、正のバルブオーバーラップ期間の生じる状態のままとされ、タイミングリタードを行わず、通常のタイミングでメイン噴射が実行される。   In region 5, since the exhaust temperature is originally high, it is not necessary to take measures to increase the exhaust temperature even when performing PM regeneration and S regeneration. For this reason, when it is in the region 5 at the time of PM regeneration and S regeneration, a state in which a positive valve overlap period is generated is maintained, and main injection is performed at normal timing without performing timing retard.

なお、負のバルブオーバーラップ期間が生ずる状態とする場合には、負のバルブオーバーラップ期間の長さを、負荷や排気温度に応じて変化させるようにしてもよい。   When the negative valve overlap period occurs, the length of the negative valve overlap period may be changed according to the load and the exhaust temperature.

以上説明したように、本発明によれば、アイドル時や軽負荷域であっても、吸気上死点噴射を行うことにより、タイミングリタードによるHC濃度の増加や失火を回避することができ、十分にタイミングリタードを行うことができる。その結果、アイドル時や軽負荷域であっても、排気温度を十分に高めることができ、PM再生やS再生を行うことが可能となる。そして、アイドル時や軽負荷域でPM再生やS再生を行うことにより、再生時の燃費悪化を有効に抑制することができる。   As described above, according to the present invention, an increase in HC concentration and misfire due to timing retard can be avoided by performing the intake top dead center injection even when idling or in a light load range. Timing retard can be performed. As a result, the exhaust temperature can be sufficiently increased even during idling or in a light load range, and PM regeneration and S regeneration can be performed. Further, by performing PM regeneration or S regeneration at idle or in a light load range, it is possible to effectively suppress deterioration in fuel consumption during regeneration.

また、本発明によれば、吸気弁32および排気弁34が共に閉じる負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44を作動させ、その負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射を行うことにより、吸気上死点噴射によりピストン8が傷むのを有効に抑制することができる。このため、大量の吸気上死点噴射が可能となり、また、噴射された燃料がピストン8に付着することも抑制することができる。このため、吸気上死点噴射を、弊害を伴うことなく、効果的に行うことができ、アイドル時や軽負荷域での大幅なタイミングリタードが可能となる。   Further, according to the present invention, the intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 are operated so that a negative valve overlap period in which both the intake valve 32 and the exhaust valve 34 are closed, and the negative valve overflow is caused. By performing the intake top dead center injection within the lap period, it is possible to effectively suppress the piston 8 from being damaged by the intake top dead center injection. For this reason, a large amount of intake top dead center injection can be performed, and the injected fuel can be prevented from adhering to the piston 8. For this reason, the intake top dead center injection can be effectively performed without causing any harmful effects, and a significant timing retard can be achieved at idle or in a light load range.

なお、上述した実施の形態1では、吸気上死点噴射を行う場合には常に負のバルブオーバーラップ期間内に行うものとして説明したが、本発明では、吸気上死点噴射の噴射量が多く、貫徹力の強い場合だけ負のバルブオーバーラップ期間内に行うようにしてもよい。つまり、吸気上死点噴射量が所定値以上であり、燃料の貫徹力が強いと判断できる場合には、吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44を負オーバーラップ状態として負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射を行い、吸気上死点噴射量が前記所定値より小さく、燃料の貫徹力が小さいと判断できる場合には、吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44を正のバルブオーバーラップ期間の生ずる状態としたままで吸気上死点噴射を行うようにしてもよい。   In the first embodiment described above, it has been described that the intake top dead center injection is always performed within the negative valve overlap period. However, in the present invention, the injection amount of the intake top dead center injection is large. The negative valve overlap period may be performed only when the penetrating force is strong. In other words, when it is determined that the intake top dead center injection amount is equal to or greater than the predetermined value and the fuel penetration force is strong, the intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 are set in a negative overlap state so that the negative valve When the intake top dead center injection is performed within the overlap period, and it can be determined that the intake top dead center injection amount is smaller than the predetermined value and the fuel penetration force is small, the variable intake valve mechanism 42 and the variable exhaust valve mechanism The intake top dead center injection may be performed while the mechanism 44 is in a state in which a positive valve overlap period occurs.

また、上述した実施の形態1では、吸気上死点噴射と組み合わせてメイン噴射のタイミングリタードを行う場合について説明したが、本発明は、タイミングリタード以外の目的で吸気上死点噴射を行う場合にも適用することが可能である。   In the above-described first embodiment, the case where the timing retard of the main injection is performed in combination with the intake top dead center injection has been described. However, the present invention applies to the case where the intake top dead center injection is performed for purposes other than the timing retard. Can also be applied.

また、上述した実施の形態1においては、吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44が前記第1の発明における「可変動弁機構」に相当している。また、ECU50が、メイン噴射を行うための信号を発することにより前記第1の発明における「メイン噴射手段」が、吸気上死点噴射を行うための信号を発することにより前記第1の発明における「吸気上死点噴射手段」が、吸気上死点噴射の実行時に吸気上死点噴射の開始時期および終了時期が負のバルブオーバーラップ期間内に入るように吸気可変動弁機構42および排気可変動弁機構44を制御することにより前記第1の発明における「弁制御手段」が、図3中の領域1〜3の場合にメイン噴射のタイミングリタードを行うことにより前記第2の発明における「メイン噴射遅延手段」が、それぞれ実現されている。   In the first embodiment described above, the intake variable valve mechanism 42 and the exhaust variable valve mechanism 44 correspond to the “variable valve mechanism” according to the first aspect of the present invention. Further, when the ECU 50 issues a signal for performing main injection, the “main injection means” in the first aspect of the invention issues a signal for performing intake top dead center injection. The intake variable top valve mechanism 42 and the variable exhaust valve control mechanism are arranged so that the intake top dead center injection start timing and end timing fall within the negative valve overlap period when the intake top dead center injection is executed. By controlling the valve mechanism 44, the “valve control means” in the first invention performs timing retard of the main injection in the case of the regions 1 to 3 in FIG. "Delay means" are realized respectively.

本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 1 of this invention. 吸気上死点噴射を説明するための図である。It is a figure for demonstrating intake top dead center injection. PM再生およびS再生時の制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating control at the time of PM reproduction | regeneration and S reproduction | regeneration.

符号の説明Explanation of symbols

8 ピストン
10 内燃機関
16 クランク軸
22 吸気通路
24 排気通路
26 EGR通路
28 排気浄化装置
30 インジェクタ
32 吸気弁
34 排気弁
36 吸気絞り弁
38 EGR弁
42 吸気可変動弁機構
44 排気可変動弁機構
46 排気絞り弁
50 ECU
56 クランク角センサ
58 アクセル開度センサ
8 piston 10 internal combustion engine 16 crankshaft 22 intake passage 24 exhaust passage 26 EGR passage 28 exhaust purification device 30 injector 32 intake valve 34 exhaust valve 36 intake throttle valve 38 EGR valve 42 intake variable valve mechanism 44 exhaust variable valve mechanism 46 exhaust Throttle valve 50 ECU
56 Crank angle sensor 58 Accelerator opening sensor

Claims (5)

圧縮着火内燃機関の筒内に直接燃料を噴射するインジェクタと、
圧縮上死点付近で前記インジェクタに主たる燃料噴射であるメイン噴射を行わせるメイン噴射手段と、
吸気上死点付近で前記インジェクタに補助的な燃料噴射である吸気上死点噴射を行わせる吸気上死点噴射手段と、
前記内燃機関の吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に開いている正のバルブオーバーラップ期間が生ずるように前記吸気弁および排気弁を駆動する正オーバーラップ状態と、前記吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に閉じている負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように前記吸気弁および排気弁を駆動する負オーバーラップ状態とをとり得る可変動弁機構と、
前記吸気上死点噴射が行われる場合に、前記可変動弁機構を前記負オーバーラップ状態とし、前記吸気上死点噴射の開始時期および終了時期が共に前記負のバルブオーバーラップ期間内に入るように制御する弁制御手段と、
を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御装置。
An injector that injects fuel directly into a cylinder of a compression ignition internal combustion engine;
Main injection means for causing the injector to perform main injection, which is the main fuel injection, near the compression top dead center;
Intake top dead center injection means for causing the injector to perform intake top dead center injection as auxiliary fuel injection near the intake top dead center;
A positive overlap state in which the intake valve and the exhaust valve are driven so that a positive valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve of the internal combustion engine are open near the intake top dead center occurs; and the intake valve and the exhaust A variable valve mechanism capable of taking a negative overlap state in which the intake valve and the exhaust valve are driven so that a negative valve overlap period in which the valves are closed near the intake top dead center occurs;
When the intake top dead center injection is performed, the variable valve mechanism is set to the negative overlap state so that the start timing and end timing of the intake top dead center injection are both within the negative valve overlap period. Valve control means to control,
A control apparatus for a compression ignition internal combustion engine.
前記可変動弁機構が前記負オーバーラップ状態とされて前記負のバルブオーバーラップ期間内に前記吸気上死点噴射が実行される場合に、前記メイン噴射のタイミングを通常のタイミングよりも遅らせるメイン噴射遅延手段を更に備えることを特徴とする請求項1記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。   When the variable valve mechanism is in the negative overlap state and the intake top dead center injection is executed within the negative valve overlap period, the main injection that delays the timing of the main injection from the normal timing The control apparatus for a compression ignition internal combustion engine according to claim 1, further comprising a delay means. 前記弁制御手段は、前記吸気上死点噴射の噴射量が所定値以上である場合には、前記可変動弁機構を前記負オーバーラップ状態とし、前記吸気上死点噴射の噴射量が前記所定値より小さい場合には、前記可変動弁機構を前記正オーバーラップ状態とすることを特徴とする請求項1または2記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。   When the injection amount of the intake top dead center injection is equal to or greater than a predetermined value, the valve control means sets the variable valve mechanism to the negative overlap state, and the injection amount of the intake top dead center injection is the predetermined amount. 3. The control device for a compression ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein when the value is smaller than the value, the variable valve mechanism is set to the normal overlap state. 4. 前記吸気上死点噴射は、前記メイン噴射と同じ噴射圧力で行われるものであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。   The control apparatus for a compression ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the intake top dead center injection is performed at the same injection pressure as the main injection. 前記吸気上死点噴射手段は、吸気上死点前に前記吸気上死点噴射を開始し、吸気上死点後に前記吸気上死点噴射を終了することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。   5. The intake top dead center injection means starts the intake top dead center injection before the intake top dead center, and ends the intake top dead center injection after the intake top dead center. The control apparatus for a compression ignition internal combustion engine according to any one of the preceding claims.
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