JP2008038825A - Internal combustion engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
従来、例えば特許文献1には、排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集する捕集手段を備える内燃機関の排気微粒子除去装置が開示されている。この従来の装置は、排気弁の開閉タイミングを変更可能とする可変動弁機構を備えている。そして、上記従来の装置は、捕集手段の捕集能力を再生させる目的で、排気弁の開弁時期を進角させるようにしている。
Conventionally, for example,
ところで、排気通路に配置される触媒を昇温或いは還元させる目的で、排気通路内に燃料を噴射する燃料添加弁を備える内燃機関が知られている。このような燃料添加弁が排気弁に近接して排気ポート内に配置される場合においては、上記従来の装置のように排気弁の開弁時期の進角が実行されると、排気ガスが筒内に逆流する事態が生じ得る。排気通路に添加された燃料を含む排気ガスが筒内に逆流すると、内燃機関の燃焼安定性が損なわれることがある。 By the way, an internal combustion engine is known that includes a fuel addition valve that injects fuel into the exhaust passage for the purpose of heating or reducing the catalyst disposed in the exhaust passage. In the case where such a fuel addition valve is arranged in the exhaust port in the vicinity of the exhaust valve, when the advance timing of the valve opening timing of the exhaust valve is executed as in the above-described conventional device, the exhaust gas is cylindered. A situation of backflowing in can occur. If exhaust gas containing fuel added to the exhaust passage flows back into the cylinder, the combustion stability of the internal combustion engine may be impaired.
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、排気弁近傍の排気通路に燃料添加弁が配置される内燃機関において、排気ガスの逆流に起因する燃焼の悪化を良好に回避し得る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 in an internal combustion engine in which a fuel addition valve is disposed in an exhaust passage in the vicinity of the exhaust valve, the deterioration of combustion due to the backflow of exhaust gas is improved. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can be avoided.
第1の発明は、全気筒ではない少なくとも1つの気筒における排気弁近傍の排気通路に配置され、当該排気通路に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁による燃料添加実施要求を検知する燃料添加要求検知手段と、
排気弁のバルブタイミングを変更可能とする可変動弁機構と、
前記燃料添加実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する気筒において前記排気通路から筒内への排気ガスの逆流が生じないように、前記燃料添加弁に近接する前記気筒の排気弁のバルブタイミングを、他の気筒とは独立したバルブタイミングとなるように制御する排気バルブタイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする。
A first invention is a fuel addition valve that is disposed in an exhaust passage in the vicinity of an exhaust valve in at least one cylinder that is not all cylinders, and that adds fuel to the exhaust passage;
Fuel addition request detecting means for detecting a fuel addition execution request by the fuel addition valve;
A variable valve mechanism that can change the valve timing of the exhaust valve;
When the fuel addition execution request is detected, the cylinder close to the fuel addition valve is prevented from causing a backflow of exhaust gas from the exhaust passage into the cylinder in the cylinder adjacent to the fuel addition valve. Exhaust valve timing control means for controlling the valve timing of the exhaust valve so as to be valve timing independent of other cylinders;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、排気弁の開き時期を調整する排気弁開き時期制御手段と、
排気弁の開き時期を進角する排気弁早開き制御の実施要求を検知する排気弁早開き要求検知手段とを更に備え、
前記排気バルブタイミング制御手段は、前記燃料添加実施要求が検知され、かつ、前記排気弁早開き制御の実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する前記気筒については、前記排気弁早開き制御を行わないことを特徴とする。
Further, the second invention is the first invention, wherein the exhaust valve opening timing control means for adjusting the opening timing of the exhaust valve;
An exhaust valve early opening request detecting means for detecting an execution request for exhaust valve early opening control for advancing the opening timing of the exhaust valve;
When the fuel addition execution request is detected and the exhaust valve early opening control execution request is detected, the exhaust valve timing control means is configured to perform the exhaust for the cylinders close to the fuel addition valve. It is characterized by not performing quick valve opening control.
また、第3の発明は、第1の発明において、排気弁の開き時期を調整する排気弁開き時期制御手段と、
排気弁の開き時期を進角する排気弁早開き制御の実施要求を検知する排気弁早開き要求検知手段とを更に備え、
前記排気バルブタイミング制御手段は、前記燃料添加実施要求が検知され、かつ、前記排気弁早開き制御の実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する前記気筒については、他の気筒よりも排気弁の開き時期の進角量を小さくすることを特徴とする。
The third invention is the first invention, wherein the exhaust valve opening timing control means for adjusting the opening timing of the exhaust valve;
An exhaust valve early opening request detecting means for detecting an execution request for exhaust valve early opening control for advancing the opening timing of the exhaust valve;
When the fuel addition execution request is detected, and the exhaust valve early opening control execution request is detected, the exhaust valve timing control means is configured for the cylinder adjacent to the fuel addition valve to The advance amount of the opening timing of the exhaust valve is made smaller than that of the cylinder.
第1の発明によれば、予定するバルブタイミングから排気弁のバルブタイミングを変更する気筒を最小限に抑えつつ、排気通路への燃料添加時に、排気ガスの逆流に起因する燃焼の悪化が生ずるのを良好に回避することができる。 According to the first aspect of the present invention, the deterioration of combustion due to the backflow of exhaust gas occurs at the time of fuel addition to the exhaust passage while minimizing the cylinder that changes the valve timing of the exhaust valve from the scheduled valve timing. Can be avoided well.
第2または第3の発明によれば、排気弁の早開きに伴う排気ガスの逆流に起因して、排気通路への燃料添加時に燃焼の悪化が生ずるのを良好に回避することができる。 According to the second or third invention, it is possible to satisfactorily avoid deterioration of combustion at the time of fuel addition to the exhaust passage due to the backflow of exhaust gas accompanying the rapid opening of the exhaust valve.
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、4サイクルのディーゼルエンジン10を備えている。ディーゼルエンジン10は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼルエンジン10は、#1〜#4の4つの気筒を有する直列4気筒型であるものとするが、本発明におけるディーゼルエンジンの気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
[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 four-
ディーゼルエンジン10の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ12が設置されている。各気筒のインジェクタ12は、共通のコモンレール14に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、図示しないサプライポンプによって所定の燃圧まで加圧されて、コモンレール14内に蓄えられ、コモンレール14から各インジェクタ12に供給される。
Each cylinder of the
ディーゼルエンジン10の排気通路16は、排気マニホールド18により枝分かれして、各気筒の排気ポート20(図2参照)に接続されている。本実施形態のディーゼルエンジン10は、電動機付きのターボ過給機22を備えている。排気通路16は、ターボ過給機22の排気タービンに接続されている。
The
排気通路16におけるターボ過給機22の下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化装置24が設けられている。排気浄化装置24としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択還元型の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などを用いることができる。
On the downstream side of the
また、#4気筒の排気ポート20、すなわち、#4気筒の排気弁56近傍の排気通路には、排気通路16内に燃料を噴射する燃料添加弁26が組み込まれている。このような燃料添加弁26によれば、排気浄化装置24の触媒を昇温或いは還元させる必要のあるときに、排気浄化装置24内の触媒に未燃HCを供給することができる。
A
ディーゼルエンジン10の吸気通路28の入口付近には、吸入空気量を検出するエアフローメータ30が設置されている。吸気通路28に取り込まれた空気は、ターボ過給機22の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ32で冷却される。インタークーラ32を通過した吸入空気は、吸気マニホールド34により、各気筒の吸気ポート35(図2参照)に分配される。また、吸気通路28において、インタークーラ32と吸気マニホールド34との間には、吸気絞り弁36が設置されている。
An
吸気通路28の吸気マニホールド34の近傍には、外部EGR通路38の一端が接続されている。外部EGR通路38の他端は、排気通路16の排気マニホールド18近傍に接続されている。本システムでは、この外部EGR通路38を通して、排気ガス(既燃ガス)の一部を吸気通路28に還流させること、つまり外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。
One end of an
外部EGR通路38の途中には、外部EGRガスを冷却するためのEGRクーラ40が設けられている。外部EGR通路38におけるEGRクーラ40の下流には、EGR弁42が設けられている。このEGR弁42の開度を変えることにより、外部EGR通路388を通る排気ガス量、すなわち外部EGR量を調整することができる。
An
吸気通路28における吸気絞り弁36の下流側には、吸気圧を検出する吸気圧センサ44および吸気温度を検出する吸気温度センサ46がそれぞれ設置されている。また、排気通路16における排気浄化装置24の上流側には、排気空燃比を検知するための空燃比センサ48および排気圧力を検出する排気圧センサ50が配置されている。また、排気浄化装置24には、その内部の触媒の温度を検出する触媒温度センサ52が組み込まれている。
An
そして、本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)54を備えている。ECU54には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ECU54は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動させることにより、ディーゼルエンジン10の運転状態を制御する。
The system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 54. The ECU 54 is connected to the various sensors and actuators described above. The ECU 54 controls the operating state of the
図2は、図1に示すシステムにおけるディーゼルエンジン10の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼルエンジン10について更に説明する。ディーゼルエンジン10には、排気弁56を駆動する排気可変動弁機構58と、吸気弁60を駆動する吸気可変動弁機構62とが備えられている。これら排気可変動弁機構58および吸気可変動弁機構62は、ECU54に接続されている。排気可変動弁機構58および吸気可変動弁機構62の具体的構成は、ここでは、排気弁56や吸気弁60を駆動するカム(図示せず)の位相を連続的に可変とするVVT機構であるものとする。但し、このようなVVT機構に限らず、例えば、任意のタイミングで排気弁56等を開閉可能な電磁駆動弁などを用いるようにしてもよい。
FIG. 2 is a view showing a cross section of one cylinder of the
[排気弁早開き制御]
本実施形態のシステムでは、排気温度を上昇させるために、暖気中などの所定の条件下において、排気弁56の開き時期を進角側に調整することによって、排気温度を上昇させる排気弁早開き制御が実行されることがある。図3は、そのような排気弁早開き制御中の排気弁56の開き時期の設定を説明するための図である。
[Exhaust valve quick opening control]
In the system of this embodiment, in order to increase the exhaust temperature, the exhaust valve is quickly opened by adjusting the opening timing of the
図3中に破線で表された曲線は、通常時の排気弁56の開閉時期の設定、より具体的には、ディーゼルエンジン10の運転状態に応じた排気弁56の開閉時期の設定を示している。また、図3中に実線で表された曲線は、排気弁早開き制御時の排気弁56の開閉時期の設定を示している。すなわち、本実施形態では、排気可変動弁機構58によって排気弁56の開弁位相を進角させることで、排気弁56の開き時期を進角させることとしている。
A curve represented by a broken line in FIG. 3 shows the setting of the opening / closing timing of the
[本実施形態の特徴部分]
燃料添加弁26による燃料添加(以下、単に「排気燃料添加」と略することがある)は、排気浄化装置24内の触媒の状態に基づいて要求される任意のタイミングで実行されるものである。そのような排気燃料添加が実行されている状況下で、排気弁56の開き時期の進角による上記排気弁早開き制御が実行された場合、当該燃料添加弁26が配置された#4気筒では、排気ポート20に添加された燃料を含む排気ガスが#4気筒の筒内に逆流する事態が生じ得る。そのような添加燃料を含む排気ガスの逆流は、エンジンの燃焼変動やスモーク排出増の要因となる。
[Characteristics of this embodiment]
The fuel addition by the fuel addition valve 26 (hereinafter sometimes simply referred to as “exhaust fuel addition”) is performed at an arbitrary timing required based on the state of the catalyst in the
そこで、本実施形態では、燃料添加弁26が配置された#4気筒については、排気燃料添加の実施要求がある場合には、排気ガスの逆流が生じるようなバルブタイミングとしないようにするため、他の気筒とは独立してバルブタイミングの制御を行うこととした。具体的には、排気燃料添加の実施要求がある場合には、排気弁早開き制御の実施要求が発せられた状況下においても、#4気筒については排気弁56の早開き制御を行わないようにした。
Therefore, in the present embodiment, for the # 4 cylinder in which the
図4は、上記の機能を実現するために、ECU54が実行するルーチンのフローチャートである。図4に示すルーチンでは、先ず、入力信号処理が実行される(ステップ100)。すなわち、ECU54が備える各種センサの信号の処理が行われる。
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the
次に、上記ステップ100における入力信号処理の結果に基づいて、排気燃料添加実施要求があるか否か、より具体的には、排気浄化装置24の触媒を昇温或いは還元させる必要があるか否かが判別される(ステップ102)。その結果、排気燃料添加実施要求がないと判定された場合には、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
Next, based on the result of the input signal processing in
一方、上記ステップ102において、排気燃料添加実施要求があると判定された場合には、次いで、排気弁56の早開き制御の実施中であるか否かが判別される(ステップ104)。その結果、排気弁早開き制御の実施中ではないと判定された場合には、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
On the other hand, if it is determined in
一方、上記ステップ104において、排気弁早開き制御の実施中であると判定された場合には、燃料添加弁26が配置された#4気筒のみ排気弁56の早開き制御の実行が禁止される(ステップ106)。具体的には、#4気筒においては、排気可変動弁機構58による排気弁56の開き時期の進角が行われず、他の残りの気筒においてのみ排気弁早開き制御が行われる。
On the other hand, if it is determined in
以上説明した図4に示すルーチンによれば、排気燃料添加の実施要求が出された状況下で排気弁早開き制御の実施要求がある場合には、#4気筒における排気弁早開き制御の実行が禁止される。つまり、#4気筒については、排気ガスの逆流が生じるようなバルブタイミングとしないようにするため、他の気筒とは独立して排気弁56のバルブタイミングの制御が行われる。このため、予定するバルブタイミングから排気弁のバルブタイミングを変更する気筒を#4気筒だけというように最小限に抑えつつ、排気ポート20に添加された燃料を含む排気ガスが#4気筒の筒内に逆流する事態を回避することができる。その結果として、そのような添加燃料を含む排気ガスの存在によって、ディーゼルエンジン10の燃料安定性が損なわれるのを回避することができる。
According to the routine shown in FIG. 4 described above, when there is a request for the exhaust valve quick opening control in a situation where an exhaust fuel addition execution request has been issued, execution of the exhaust valve quick open control in the # 4 cylinder is performed. Is prohibited. That is, for the # 4 cylinder, the valve timing of the
ところで、上述した実施の形態1においては、排気燃料添加の実施要求が出された状況下で排気弁早開き制御の実施要求がある場合には、燃料添加弁26が配置された気筒(#4気筒)では、排気弁56の早開き制御を実施しないようにしている。しかしながら、本発明において、燃料添加弁26が配置された気筒に対して、排気ガスの逆流が生じるようなバルブタイミングとしないようにするために、他の気筒とは独立して行う排気弁56のバルブタイミングの制御は、これに限定されるものではない。すなわち、排気ガスの逆流が生じ得る排気弁56の開き時期の進角量は、ディーゼルエンジン10の運転状態に応じて変化する。このため、例えば、排気ガスの逆流が生じない範囲内であれば、燃料添加弁26が配置された気筒においても、他の気筒よりは小さな開き時期の進角量で排気弁早開き制御を行うようにしてもよい。
By the way, in the first embodiment described above, when there is a request for the exhaust valve early opening control in a situation where an exhaust fuel addition execution request is issued, the cylinder (# 4) in which the
また、上述した実施の形態1においては、排気燃料添加の実施要求が出された状況下で排気弁早開き制御の実施要求がある場合には、排気ポート20に燃料添加弁26が配置された気筒(#4気筒)については、排気弁56の早開き制御を実施しないようにしている。しかしながら、燃料添加弁26は、排気弁56近傍の排気通路16に配置されていれば、上記のように排気弁56のすぐ近くである排気ポート20に配置された場合でなくても、添加燃料を含む排気ガスの筒内への逆流が生じ得る。そこで、以下に説明するような位置に燃料添加弁26が配置される場合には、以下に示すように、燃料添加弁26に近接する複数の気筒において、他の気筒と排気弁56のバルブタイミングを異ならせるようにしてもよい。
In the first embodiment described above, the
そのような燃料添加弁26の配置場所を上記図1を参照して説明する。既述したように、排気通路16は、排気マニホールド18によって各気筒に枝分かれしている。そこで、各気筒に対して枝分かれされた排気通路16の各部位を、それぞれ分岐管路18#1〜18#4と称する(図1参照)。そして、ここでは、排気弁近傍の吸気通路として、隣接し合う分岐管路18#3と分岐管路18#4との接続部(図1中に表されたA点)に燃料添加弁26が配置された場合を想定する。このような配置の場合には、燃料添加弁26に近接する複数の気筒、すなわち、#3気筒および#4気筒において排気ガスが筒内に逆流するのを回避すべく、排気燃料添加の実施要求が出された状況下で排気弁早開き制御の実施要求があるときは、#3気筒および#4気筒については排気弁早開き制御を行わないようにしてもよい。或いは、他の気筒よりも排気弁の開き時期の進角量を小さくしてもよい。
The location of the
尚、上述した実施の形態1においては、ECU54が、上記ステップ102の処理を実行することにより前記第1の発明における「燃料添加要求検知手段」が、上記ステップ104および106の処理を実行することにより前記第1の発明における「排気バルブタイミング制御手段」が、それぞれ実現されている。また、ECU54が、排気可変動弁機構58を用いて排気弁56の開き時期を調整することにより前記第2または第3の発明における「排気弁開き時期制御手段」が、上記ステップ104の処理を実行することにより前記第2または第3の発明における「排気弁早開き要求検知手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
10 ディーゼルエンジン
12 インジェクタ
16 排気通路
18 排気マニホールド
18#1〜#4 分岐管路
20 排気ポート
22 ターボ過給機
24 排気浄化装置
26 燃料添加弁
28 吸気通路
30 エアフローメータ
36 吸気絞り弁
44 吸気圧センサ
46 吸気温度センサ
48 空燃比センサ
50 排気圧センサ
52 触媒温度センサ
54 ECU(Electronic Control Unit)
56 排気弁
58 排気可変動弁機構
DESCRIPTION OF
56
Claims (3)
前記燃料添加弁による燃料添加実施要求を検知する燃料添加要求検知手段と、
排気弁のバルブタイミングを変更可能とする可変動弁機構と、
前記燃料添加実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する気筒において前記排気通路から筒内への排気ガスの逆流が生じないように、前記燃料添加弁に近接する前記気筒の排気弁のバルブタイミングを、他の気筒とは独立したバルブタイミングとなるように制御する排気バルブタイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A fuel addition valve that is disposed in an exhaust passage in the vicinity of the exhaust valve in at least one cylinder that is not all cylinders, and that adds fuel to the exhaust passage;
Fuel addition request detecting means for detecting a fuel addition execution request by the fuel addition valve;
A variable valve mechanism that can change the valve timing of the exhaust valve;
When the fuel addition execution request is detected, the cylinder close to the fuel addition valve is prevented from causing a backflow of exhaust gas from the exhaust passage into the cylinder in the cylinder adjacent to the fuel addition valve. Exhaust valve timing control means for controlling the valve timing of the exhaust valve so as to be valve timing independent of other cylinders;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
排気弁の開き時期を進角する排気弁早開き制御の実施要求を検知する排気弁早開き要求検知手段とを更に備え、
前記排気バルブタイミング制御手段は、前記燃料添加実施要求が検知され、かつ、前記排気弁早開き制御の実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する前記気筒については、前記排気弁早開き制御を行わないことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 Exhaust valve opening timing control means for adjusting the opening timing of the exhaust valve;
An exhaust valve early opening request detecting means for detecting an execution request for exhaust valve early opening control for advancing the opening timing of the exhaust valve;
When the fuel addition execution request is detected and the exhaust valve early opening control execution request is detected, the exhaust valve timing control means is configured to perform the exhaust for the cylinders close to the fuel addition valve. 2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein quick valve opening control is not performed.
排気弁の開き時期を進角する排気弁早開き制御の実施要求を検知する排気弁早開き要求検知手段とを更に備え、
前記排気バルブタイミング制御手段は、前記燃料添加実施要求が検知され、かつ、前記排気弁早開き制御の実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する前記気筒については、他の気筒よりも排気弁の開き時期の進角量を小さくすることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 Exhaust valve opening timing control means for adjusting the opening timing of the exhaust valve;
An exhaust valve early opening request detecting means for detecting an execution request for exhaust valve early opening control for advancing the opening timing of the exhaust valve;
When the fuel addition execution request is detected, and the exhaust valve early opening control execution request is detected, the exhaust valve timing control means is configured for the cylinder adjacent to the fuel addition valve to 2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an advance amount of the opening timing of the exhaust valve is made smaller than that of the cylinder.
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