JP2009047010A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、過給機を備える内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control device, and more particularly to an internal combustion engine control device including a supercharger.
従来、例えば、特開平10−299524号公報に開示されているように、吸気通路における機械式過給機の上流側および下流側に、それぞれ絞り弁を設けた過給機付エンジンの吸気装置が提案されている。この装置では、エンジンの負荷に応じて、これら2つの絞り弁を制御することで、過給機の上流側と下流側との差圧を小さくすることとしている。具体的には、吸気通路における機械式過給機の上流側および下流側をバイパスさせるバイパス通路を備え、エンジンの低負荷域では、バイパス通路を連通させるとともに、上流側の絞り弁に比して下流側の絞り弁の開度が大きくなるように制御され、エンジンの高負荷域では、バイパス通路を閉塞させるとともに、上流側の絞り弁に比して下流側の絞り弁の開度が小さくなるように制御される。これにより、過給機の上流側と下流側との差圧を小さくすることができ、過給機の耐久性向上、およびエンジンの燃費性能向上を図ることができる。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-299524, an intake device for a supercharged engine in which a throttle valve is provided on each of an upstream side and a downstream side of a mechanical supercharger in an intake passage. Proposed. In this device, the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the supercharger is reduced by controlling these two throttle valves according to the engine load. Specifically, a bypass passage that bypasses the upstream side and downstream side of the mechanical supercharger in the intake passage is provided, and in the low load region of the engine, the bypass passage is communicated and compared to the upstream throttle valve. The downstream throttle valve is controlled to have a large opening. In a high engine load range, the bypass passage is closed, and the downstream throttle valve has a smaller opening than the upstream throttle valve. To be controlled. Thereby, the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the supercharger can be reduced, and the durability of the supercharger can be improved and the fuel efficiency performance of the engine can be improved.
しかしながら、上記従来のシステムでは、高回転域において所望の高過給圧を確保することが困難となる。つまり、上記従来のシステムでは、エンジンの高負荷域において過給機下流の絞り弁の開度が小さくなるように制御されるため、過給機において過給された空気が下流の絞り弁において減圧されてしまう。このため、筒内の空気量不足や圧縮比の低下により、失火の発生やTHCの排出量の増大を招くおそれがあった。 However, in the conventional system, it is difficult to ensure a desired high supercharging pressure in a high rotation range. In other words, in the above conventional system, since the opening degree of the throttle valve downstream of the supercharger is controlled to be small in the high engine load range, the air supercharged in the supercharger is depressurized in the downstream throttle valve. Will be. For this reason, there is a possibility that misfire or an increase in THC discharge amount may be caused due to insufficient air amount in the cylinder or a reduction in the compression ratio.
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、内燃機関の中高負荷の高回転領域において、THC低減およびNOx低減を図ることのでき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 provides a control device for an internal combustion engine capable of reducing THC and NOx in a medium and high load, high rotation region of the internal combustion engine. Objective.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に設けられた過給機と、
前記吸気通路における前記過給機の上流側に配置された第1の絞り弁と、
前記吸気通路における前記過給機の下流側に配置された第2の絞り弁と、
前記第1の絞り弁および/または前記第2の絞り弁の開度を調整することにより、吸入空気量を制御する制御手段と、
前記内燃機関の中高負荷域において、機関回転数が所定値以上となる高回転領域にあるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記高回転領域にあると判定された場合に、主として前記第1の絞り弁を用いて吸入空気量を制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
A supercharger provided in the intake passage of the internal combustion engine;
A first throttle valve disposed upstream of the supercharger in the intake passage;
A second throttle valve disposed downstream of the supercharger in the intake passage;
Control means for controlling the amount of intake air by adjusting the opening of the first throttle valve and / or the second throttle valve;
A determination means for determining whether or not the engine speed is in a high rotation range where the engine speed is equal to or higher than a predetermined value in a medium to high load range of the internal combustion engine
The control means includes
The intake air amount is controlled mainly by using the first throttle valve when it is determined that the vehicle is in the high rotation region.
第2の発明は、第1の発明において、
前記制御手段は、
前記高回転領域にあると判定された場合に、前記第2の絞り弁を全開に開弁することを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The control means includes
The second throttle valve is fully opened when it is determined that the rotation speed is in the high rotation range.
第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記吸気通路における、前記第1の絞り弁の下流側且つ前記過給機の上流側と、前記内燃機関の排気通路とを接続するEGR通路と、
前記EGR通路を通って還流する外部EGR量を可変とする外部EGR量可変手段と、
前記高回転領域にあると判定された場合に、外部EGR量が増大するように前記外部EGR量可変手段を制御する外部EGR量制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
According to a third invention, in the first or second invention,
An EGR passage that connects a downstream side of the first throttle valve and an upstream side of the supercharger and an exhaust passage of the internal combustion engine in the intake passage;
An external EGR amount varying means for varying the amount of external EGR flowing back through the EGR passage;
An external EGR amount control means for controlling the external EGR amount variable means so as to increase the external EGR amount when it is determined to be in the high rotation region;
Is further provided.
第4の発明は、第1乃至第3の何れか1つの発明において、
吸気弁および排気弁のバルブオーバーラップを変化させることで、内部EGR量を可変とする内部EGR量可変手段と、
前記高回転領域にあると判定された場合に、内部EGR量が増大するように前記内部EGR量可変手段を制御する内部EGR量制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
A fourth invention is any one of the first to third inventions,
An internal EGR amount variable means for changing the internal EGR amount by changing the valve overlap of the intake valve and the exhaust valve;
An internal EGR amount control means for controlling the internal EGR amount variable means so that the internal EGR amount increases when it is determined that the engine is in the high rotation region;
Is further provided.
第5の発明は、第1乃至第4の何れか1つの発明において、
前記過給機は、過給圧の調整が可能な可変ノズル式過給機であり、
前記高回転領域にあると判定された場合に、過給圧が増大するように可変ノズルを絞る過給圧制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The supercharger is a variable nozzle supercharger capable of adjusting the supercharging pressure,
The supercharging pressure control means for restricting the variable nozzle so as to increase the supercharging pressure when it is determined to be in the high rotation region, further comprising a supercharging pressure control means. Control device for internal combustion engine.
過給機が駆動している内燃機関の高回転領域において、過給機の下流側の第2の絞り弁を絞ると、内燃機関への吸気圧力が低下してしまう。第1の発明によれば、内燃機関の中高負荷の運転領域の機関回転数が所定値以上となる高回転領域にある場合に、過給機の上流側の第1の絞り弁を用いて吸入空気量が制御される。このため、本発明によれば、高回転領域において過給圧が制限される事態を回避し、圧縮圧力を大きくすることができるので、THC排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。 If the second throttle valve on the downstream side of the supercharger is throttled in the high speed region of the internal combustion engine in which the supercharger is driven, the intake pressure to the internal combustion engine is reduced. According to the first aspect of the present invention, when the engine speed in the medium and high load operation region of the internal combustion engine is in a high rotation region where the value is equal to or higher than a predetermined value, the suction is performed using the first throttle valve upstream of the supercharger. The amount of air is controlled. Therefore, according to the present invention, it is possible to avoid a situation in which the supercharging pressure is limited in the high rotation region and to increase the compression pressure, so that it is possible to effectively suppress the increase in the THC emission amount and the occurrence of misfire. Can do.
第2の発明によれば、内燃機関の機関回転数が所定値以上となる高回転領域にある場合に、過給機の下流側の第2の絞り弁が全開にされるので、高回転領域において過給圧が制限される事態を効果的に回避することができる。 According to the second invention, the second throttle valve on the downstream side of the supercharger is fully opened when the engine speed of the internal combustion engine is in a high rotation region where the engine speed is equal to or greater than a predetermined value. The situation in which the supercharging pressure is limited in can be effectively avoided.
第3の発明によれば、内燃機関の高回転領域において、EGR通路を介して導入される外部EGRの量が増大される。EGR通路は、吸気通路における過給機の上流側且つ第1の絞り弁の下流側と、排気通路とを接続している。このため、本発明によれば、過給機の上流にEGRが導入されるので、過給圧を利用してEGR量を効果的に増大することができ、NOxの排出量の増加を効果的に抑制することができる。 According to the third aspect of the invention, the amount of external EGR introduced through the EGR passage is increased in the high speed region of the internal combustion engine. The EGR passage connects the exhaust passage and the upstream side of the supercharger and the downstream side of the first throttle valve in the intake passage. For this reason, according to the present invention, since EGR is introduced upstream of the supercharger, it is possible to effectively increase the EGR amount by using the supercharging pressure, effectively increasing the NOx emission amount. Can be suppressed.
第4の発明によれば、内燃機関の高回転領域において、バルブタイミングを可変させることで、バルブオーバーラップを拡大させることができる。このため、本発明によれば、で、内部EGR量を増大させてNOxの排出量の増加を効果的に抑制することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the valve overlap can be increased by varying the valve timing in the high rotation region of the internal combustion engine. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively suppress the increase in the NOx emission amount by increasing the internal EGR amount.
第5の発明によれば、過給機として、可変ノズルの開度を変化させることで、過給圧の調整が可能な可変ノズル式の過給機が使用される。このため、本発明によれば、内燃機関の高回転領域において、過給圧を増大させることができるので、THC排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, a variable nozzle type supercharger capable of adjusting the supercharging pressure by changing the opening degree of the variable nozzle is used as the supercharger. For this reason, according to the present invention, it is possible to increase the supercharging pressure in the high rotation region of the internal combustion engine, and therefore it is possible to effectively suppress the increase in the THC emission amount and the occurrence of misfire.
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1としての内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。図1に示すとおり、本実施の形態のシステムは、複数気筒(図1では4気筒)を有する4サイクルのディーゼル機関10を備えている。ディーゼル機関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。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of an internal combustion engine system as a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes a four-
ディーゼル機関10の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するためのインジェクタ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、サプライポンプ16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
ディーゼル機関10の排気通路18は、排気マニホールド20により枝分かれして、各気筒の排気ポート(図示せず)に接続されている。排気通路18は、ターボ過給機24の排気タービンに接続されている。排気通路18におけるターボ過給機24の下流側には、排気ガスを浄化するための後処理装置26が設けられている。後処理装置26としては、例えば、酸化触媒、NOx触媒、DPF(Diesel Particulate Filter)、DPNR(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)等を用いることができる。
An
ディーゼル機関10の吸気通路28の入口付近には、エアクリーナ30が設けられている。エアクリーナ30を通って吸入された空気は、ターボ過給機24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(図示せず)に分配される。
An
吸気通路28におけるエアクリーナ30とターボ過給機24との間には、第1吸気絞り弁36が設けられている。また、吸気通路28におけるインタークーラ32と吸気マニホールド34との間には、第2吸気絞り弁38が設置されている。また、吸気通路28におけるエアクリーナ30の下流近傍には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ72が設置されている。
A first
吸気通路28における吸気マニホールド34近傍には、HPL(High Pressure Loop)−EGR通路40の一端が接続されている。HPL−EGR通路40の他端は、排気通路18における排気マニホールド20近傍に接続されている。本システムでは、このHPL−EGR通路40を通して、排気ガス(既燃ガス)の一部を吸気通路28へ還流させる外部EGR(以下、「HPL−EGR」と称す)を行うことができる。以下、HPL−EGR通路40を通して吸気通路28へ還流される排気ガスのことを「HPL−EGRガス」と称する。
One end of an HPL (High Pressure Loop) -
HPL−EGR通路40の途中には、HPL−EGRガスを冷却するためのHPL−EGRクーラ42が設けられている。HPL−EGR通路40におけるHPL−EGRクーラ42下流には、HPL−EGR弁44が設けられている。このHPL−EGR弁44の開度を変化させることにより、HPL−EGR通路40を通る排気ガス量、すなわちHPL−EGR量を調整することができる。尚、本実施の形態では、HPL−EGRクーラ42が設けられているが、高温の排気ガスを還流させる場合には、当該HPL−EGRクーラ42を設けない構成でもよい。
An HPL-
また、吸気通路28におけるターボ過給機24の上流側近傍には、LPL(Low Pressure Loop)−EGR通路46の一端が接続されている。LPL−EGR通路46の他端は、排気通路18における後処理装置26の下流側近傍に接続されている。本システムでは、このLPL−EGR通路46を通して、排気ガス(既燃ガス)の一部をターボ過給機24の上流の吸気通路28へ還流させる外部EGR(以下、「LPL−EGR」と称す)を行うことができる。以下、LPL−EGR通路46を通して吸気通路28へ還流される排気ガスのことを「LPL−EGRガス」と称する。
Further, one end of an LPL (Low Pressure Loop) -
LPL−EGR通路46の途中には、LPL−EGRガスを冷却するためのLPL−EGRクーラ48が設けられている。LPL−EGR通路46におけるLPL−EGRクーラ48下流には、LPL−EGR弁50が設けられている。このLPL−EGR弁50の開度を変化させることにより、LPL−EGR通路46を通る排気ガス量、すなわちLPL−EGR量を調整することができる。
An LPL-
排気通路18におけるLPL−EGR通路46との接続部の下流側近傍には、排気絞り弁52が設けられている。また、吸気通路28における第2吸気絞り弁38下流には、吸気圧を検出するための吸気圧センサ74が設置されている。また、排気通路18におけるターボ過給機24の上流側には、背圧を検出するための背圧センサ76が設置されている。また、本システムは、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出するためのアクセル開度センサ78が設置されている。
An
本実施の形態のシステムは、図1に示すとおり、ECU(Electronic Control Unit)70を備えている。ECU70の入力部には、上述したエアフローメータ72、吸気圧センサ74、背圧センサ76、アクセル開度センサ78の他、ディーゼル機関10を制御するための各種センサが接続されている。また、ECU70の出力部には、上述したインジェクタ12、第1吸気絞り弁36、第2吸気絞り弁38、排気絞り弁52、HPL−EGR弁44、LPL−EGR弁50の他、ディーゼル機関10を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ECU70は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各機器を駆動する。
The system of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 70 as shown in FIG. In addition to the
図2は、図1に示すディーゼル機関10の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼル機関10について更に詳細に説明する。図2に示すとおり、ディーゼル機関10のクランク軸60の近傍には、クランク軸60の回転角度(クランク角)を検出するためのクランク角センサ80が取り付けられている。このクランク角センサ80は、ECU70に接続されている。クランク角センサ80によれば、機関回転数を検出することができる。
FIG. 2 is a view showing a cross section of one cylinder of the
また、ディーゼル機関10は、吸気弁62のバルブタイミング(開閉時期)を連続的に可変とする吸気可変動弁機構64と、排気弁66のバルブタイミングを連続的に可変とする排気可変動弁機構68とが備えられている。これらの吸気可変動弁機構64および排気可変動弁機構68は、それぞれECU70に接続されている。
Further, the
吸気可変動弁機構64および排気可変動弁機構68の具体的構成は特に限定されず、カム機構などの機械的な機構を利用するものであってもよいし、また、任意の時期に開閉可能な電磁駆動弁あるいは油圧駆動弁などを利用するものであってもよい。
The specific configurations of the intake
[実施の形態1の動作]
(HPL−EGRの制御)
HPL−EGRは、HPL−EGR通路40を通して、排気ガス(既燃ガス)の一部を吸気通路28へ還流させることにより行われる。より具体的には、ディーゼル機関10の運転状態に応じてHPL−EGR弁44の開度が調整されて、排気ガスがHPL−EGR通路40に導入される。導入された排気ガスは、HPL−EGRクーラ42において冷却された後に、吸気通路28に還流される。
[Operation of Embodiment 1]
(Control of HPL-EGR)
HPL-EGR is performed by returning a part of the exhaust gas (burned gas) to the
また、HPL−EGR量は、HPL−EGR弁44の開度だけでなく、第2吸気絞り弁38の開度によっても調整することができる。第2吸気絞り弁38の開度を小さくして吸気を絞ると、吸気圧が小さくなるので、背圧(排気圧)との差圧が大きくなる。つまり、HPL−EGR通路40の前後の差圧が大きくなる。これにより、HPL−EGRの量を効果的に増量することができる。
Further, the HPL-EGR amount can be adjusted not only by the opening degree of the HPL-
(LPL−EGRの制御)
LPL−EGRは、LPL−EGR通路46を通して、排気ガス(既燃ガス)の一部を吸気通路28におけるターボ過給機24の上流側へ還流させることにより行われる。より具体的には、ディーゼル機関10の運転状態に応じてLPL−EGR弁50の開度が調整されて、排気ガスがLPL−EGR通路46に導入される。導入された排気ガスは、LPL−EGRクーラ48において冷却された後に、吸気通路28に還流される。
(Control of LPL-EGR)
The LPL-EGR is performed by returning a part of the exhaust gas (burned gas) to the upstream side of the
また、LPL−EGR量は、LPL−EGR弁50の開度だけでなく、第1吸気絞り弁36および排気絞り弁52の開度によっても調整することができる。第1吸気絞り弁36の開度を小さくして吸気を絞ると、ターボ過給機24の駆動も相まって、吸気通路28におけるLPL−EGR通路46との接続部近傍の吸気圧が小さくなる。一方、排気絞り弁52の開度を小さくして排気を絞ると、排気通路18におけるLPL−EGR通路46との接続部近傍の排気圧が大きくなる。これにより、LPL−EGR通路46の前後の差圧を大きくすることができるので、LPL−EGRの量を効果的に増量することができる。
Further, the LPL-EGR amount can be adjusted not only by the opening degree of the LPL-
(運転条件に応じたEGR制御)
機関回転数、負荷等の運転条件によって、適切なEGR量は変化する。具体的には、EGR量が少なすぎるとNOx低減等のEGRの目的を達成することができず、逆にEGR量が多すぎると、酸素濃度の減少によってスモークやTHC(炭化水素)の排出量が増加してしまう。このため、EGR制御においては、EGR量を高い精度で制御することが要求される。
(EGR control according to operating conditions)
The appropriate amount of EGR varies depending on operating conditions such as engine speed and load. Specifically, if the amount of EGR is too small, the purpose of EGR such as NOx reduction cannot be achieved. On the other hand, if the amount of EGR is too large, the amount of smoke and THC (hydrocarbon) emissions due to the decrease in oxygen concentration Will increase. For this reason, in EGR control, it is required to control the EGR amount with high accuracy.
ここで、上述したとおり、本実施の形態のシステムは外部EGR系を2系統、すなわちLPL−EGRおよびLPL−EGRを備えている。そして、これらのEGRでは、効率よくEGRを実行可能な運転領域がそれぞれ異なる。そこで、本実施の形態のシステムでは、ディーゼル機関10の運転条件に基づいてこれらのEGRを使い分けることとしている。
Here, as described above, the system of the present embodiment includes two external EGR systems, that is, LPL-EGR and LPL-EGR. And in these EGR, the driving | operation area | region which can perform EGR efficiently differs, respectively. Therefore, in the system of the present embodiment, these EGRs are properly used based on the operating conditions of the
図3は、ディーゼル機関10の運転領域と実施されるEGRとの関係を示す図である。この図に示すとおり、機関回転数および負荷に基づいて、効率よく実行可能なEGRが決定される。具体的には、比較的低負荷の領域ではHPL−EGRが実施される。これは、低負荷領域では、吸気圧および背圧がともに低いため、LPL―EGRを効率よく実施するだけの差圧が生じないからである。以下、HPL−EGRが実施される低負荷領域を「HPL領域」と称することとする。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the operating range of the
また、図3に示すとおり、ディーゼル機関10の運転領域がHPL領域の負荷よりも大きい中負荷程度の領域となると、LPL−EGRを実施することができる。これは、吸気圧および背圧がターボ過給機24の駆動によりある程度上昇し、LPL−EGR通路46の前後差圧が、LPL−EGRを実施し得る程度に大きくなるからである。また、当該中負荷領域であっても、機関回転数が比較的小さい領域であれば、HPL−EGRを実施することも可能である。このため、当該中負荷領域における所定の低回転領域では、HPL−EGRおよびLPL―EGRが実施される。以下、HPL−EGRおよびLPL−EGRが実施される中負荷の低回転領域を「HPL+LPL領域」と称することとする。
Further, as shown in FIG. 3, LPL-EGR can be performed when the operation range of the
また、中負荷領域における機関回転数が比較的大きい領域では、LPL−EGRが実施される。中負荷領域における所定の高回転領域では、過給圧の上昇によりHPL−EGR通路40の前後差圧が小さくなるため、HPL−EGRを効率よく実施するだけの差圧が生じないからである。以下、LPL−EGRが実施される中負荷の高回転領域を「LPL領域」と称することとする。
Further, LPL-EGR is performed in a region where the engine speed in the medium load region is relatively large. This is because in the predetermined high rotation region in the middle load region, the differential pressure across the HPL-
[実施の形態1の特徴的動作]
上述したとおり、本実施の形態のシステムでは、吸気通路28におけるインタークーラ32と吸気マニホールド34との間に設置されている第2吸気絞り弁38の開度を制御することにより、ディーゼル機関10に吸入される空気量を制御することができる。具体的には、ディーゼル機関10の運転領域がHPL領域あるいはHPL+LPL領域である場合に、第2吸気絞り弁38を利用した吸入空気量(Ga)制御が実施される。
[Characteristic Operation of First Embodiment]
As described above, in the system according to the present embodiment, the
一方、ディーゼル機関10の運転領域がLPL領域である場合には、過給圧が高い状態となっている。このため、第2吸気絞り弁38による吸入空気量制御を実施することとすると所望の過給圧を確保することができず、THC排出量の増加や失火の発生を引き起こすおそれがある。
On the other hand, when the operation region of the
そこで、本実施の形態では、ディーゼル機関10の運転領域がLPL領域である場合に、ターボ過給機24の上流側から吸入空気量を制御することとする。吸気通路28におけるエアクリーナ30とターボ過給機24との間には、第1吸気絞り弁36が設けられている。このため、LPL領域においては、第2吸気絞り弁を全開にして、第1吸気絞り弁36を用いて吸入空気量の制御を実施することとする。つまり、第1吸気絞り弁36を制御することにより空気量(酸素量)を調整し、過給に必要な空気をLPL−EGRから補うこととすれば、所望の過給圧を確保しつつ空気量(酸素量)を精度よく制御することができる。これにより、所望の酸素濃度を確保しつつ筒内圧力を上昇させることができるので、THCの増加および失火の発生を効果的に抑制することができる。また、LPL−EGRにより、過給圧が高い領域においてもEGRガスを大量に導入することができるので、NOxの排出量を効果的に抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, the intake air amount is controlled from the upstream side of the
尚、第1吸気絞り弁36による吸入空気量制御は、第1吸気絞り弁36によるそれに比して開度変更に伴う吸気量変化の応答性が悪い。このため、第1吸気絞り弁36による吸入空気量制御は、第2吸気絞り弁による吸入空気量制御では所望の過給圧を確保できない高回転領域に限り実施される。
Note that the intake air amount control by the first
[実施の形態1における具体的処理]
次に、図4を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図4は、ECU70が、吸入空気量制御を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Embodiment 1]
Next, with reference to FIG. 4, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a flowchart of a routine in which the
図4に示すルーチンでは、先ず、ディーゼル機関10における運転条件が読み込まれる(ステップ100)。ここでは、具体的には、アクセル開度センサ78の検出信号や、クランク角センサ80の検出信号等が読み込まれる。
In the routine shown in FIG. 4, first, the operating conditions in the
次に、ディーゼル機関10の運転領域がLPL領域か否かが判定される(ステップ102)。ここでは、具体的には、上記ステップ100において読み込まれた運転条件に基づいて、機関回転数および機関負荷が演算される。ECU70は、機関回転数および機関負荷と、実行されるEGRの種類により分別された運転領域とを規定したマップ(図3参照)を記憶している。ここでは、かかるマップに基づいて、演算された機関回転数および機関負荷に対応する運転領域が特定される。そして、特定された運転領域がLPL領域であるか否かが判定される。
Next, it is determined whether or not the operation region of the
上記ステップ102において、現在の運転領域がLPL領域ではないと判定された場合、すなわち、運転領域がHPL領域あるいはHPL+LPL領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第2吸気絞り弁38を使用した吸入空気量制御が実行される(ステップ104)。
If it is determined in
一方、上記ステップ102において、現在の運転領域がLPL領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第1吸気絞り弁36を使用した吸入空気量制御が実行される(ステップ106)。ここでは、具体的には、第2吸気絞り弁38が全開に開弁された上で、第1吸気絞り弁36により吸入空気量制御が実行される。また、所望の過給圧を確保するために、LPL−EGRが導入される。
On the other hand, if it is determined in
以上説明したとおり、本実施の形態1のシステムによれば、中負荷の高回転域であるLPL領域において、第1吸気絞り弁36を制御することにより、過給圧を確保しつつ空気量を精度よく制御することができる。これにより、THC排出量の増大や失火の発生を効果的に抑制することができる。また、過給圧を確保するためにLPL−EGRが導入されるので、NOx排出量の増大を効果的に抑制することができる。
As described above, according to the system of the first embodiment, in the LPL region, which is a high rotation region with a medium load, by controlling the first
ところで、上述した実施の形態1においては、ディーゼル機関10の運転領域がLPL領域となった場合に、第1の吸気絞り弁36により吸入空気量制御を行うこととしているが、第1の吸気絞り弁36を制御する領域はLPL領域に限らない。すなわち、高過給圧が要求される領域、すなわち中高負荷の高回転領域であれば、HPL+LPL領域であってもよい。
Incidentally, in the first embodiment described above, when the operating range of the
また、上述した実施の形態1においては、LPL領域において、第2吸気絞り弁38が全開に開弁されることとしているが、第2吸気絞り弁38の開度は常に全開とは限らない。すなわち、主として第1絞り弁の開度を制御することにより、吸入空気量の制御を行うのであれば、過給圧を制限しない範囲内で第2吸気絞り弁38の開度も調整することとしてもよい。
In the first embodiment described above, the second
また、上述した実施の形態1においては、ディーゼル機関(圧縮着火内燃機関)10の制御に適用した場合について説明したが、本発明はディーゼル機関に限定されるものではなく、ガソリン機関(火花点火内燃機関)、その他の各種の内燃機関の制御に適用することとしてもよい。 In the first embodiment described above, the case where the present invention is applied to control of a diesel engine (compression ignition internal combustion engine) 10 has been described. However, the present invention is not limited to a diesel engine, but a gasoline engine (spark ignition internal combustion engine). Engine) and other various internal combustion engines.
尚、上述した実施の形態1においては、第1吸気絞り弁36が、前記第1の発明における「第1の絞り弁」に、第2吸気絞り弁38が、前記第1の発明における「第2の絞り弁」に、それぞれ相当している。また、ECU70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「判定手段」が、上記ステップ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「制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the first
また、上述した実施の形態1においては、LPL−EGR通路46が、前記第3の発明における「EGR通路」に相当している。また、ECU70が、上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第3の発明における「外部EGR量制御手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the LPL-
実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態は、図1に示すハードウェア構成におけるターボ過給機24として、可変ノズル(Variable Nozzle)型のターボ過給機を用いて、ECU70に後述する図5に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。尚、本実施の形態の説明では、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Embodiment 2. FIG.
[Features of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a variable nozzle (Variable Nozzle) type turbocharger is used as the
ターボ過給機24は図示しない可変ノズル機構を備えている。可変ノズル機構は、開度を調整可能なノズル(以下、「可変ノズル」または「VN」と称す)と、この可変ノズルの開度を例えば電動により変化させる駆動機構とを有している。この可変ノズル機構によれば、可変ノズルの開度を調整することにより、過給圧を制御することができる。すなわち、可変ノズルの開度を小さくすると、排気タービンの入口面積が小さくなり、排気タービン内に流入する排気ガスの流速が速くなる。その結果、ターボ回転数が上昇し、過給圧を上昇させることができる。逆に、可変ノズルの開度を大きくすると、排気タービンの入口面積が大きくなり、排気タービン内に流入する排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下し、過給圧が降下する。以下、可変ノズルの開度を「VN開度」と称する。
The
このようなターボ過給機24を備えたシステムを利用して、本実施の形態2では、上述した実施の形態1における第1の絞り弁36による吸入空気量の制御を行う場合に、VN開度を絞ることとする。これにより、LPL領域、すなわち、中高負荷の高回転領域における過給圧を効果的に高めてLPL−EGRを大量に導入することができるので、NOx排出量の増大を効果的に抑制することができる。
In the second embodiment using such a system including the
[実施の形態2における具体的処理]
次に、図5を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図5は、ECU70が、吸入空気量制御を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 5, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 5 is a flowchart of a routine in which the
図5に示すルーチンでは、先ず、ディーゼル機関10における運転条件が読み込まれる(ステップ200)。次に、ディーゼル機関10の運転領域がLPL領域か否かが判定される(ステップ202)。ここでは、具体的には、図4に示すステップ100および102と同様の処理が実行される。
In the routine shown in FIG. 5, first, the operating conditions in the
上記ステップ202において、現在の運転領域がLPL領域ではないと判定された場合、すなわち、運転領域がHPL領域あるいはHPL+LPL領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第2吸気絞り弁38を使用した吸入空気量制御が実行される(ステップ204)。
When it is determined in
一方、上記ステップ202において、現在の運転領域がLPL領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第1吸気絞り弁36を使用した吸入空気量制御が実行される(ステップ206)。また、これと同時に、VN開度の絞り動作が実行される(ステップ208)。ここでは、具体的には、ターボ過給機24の可変ノズルの開度が小さくされる。また、過給圧の上昇に伴いLPL−EGRが増量される。
On the other hand, when it is determined in
以上説明したとおり、本実施の形態2のシステムによれば、中高負荷の高回転域であるLPL領域において、ターボ過給機24のVN開度を絞ることにより、過給圧を効果的に上昇させることができる。これにより、LPL−EGRを大量に導入することができるので、NOx排出量の増大を効果的に抑制することができる。
As described above, according to the system of the second embodiment, the supercharging pressure is effectively increased by reducing the VN opening of the
ところで、上述した実施の形態2においては、ディーゼル機関10の運転領域がLPL領域となった場合に、ターボ過給機24のVN開度を絞ることとしているが、VN開度を絞る領域はLPL領域に限らない。すなわち、高過給圧が要求される領域、すなわち中高負荷の高回転領域であれば、HPL+LPL領域であってもよい。
By the way, in Embodiment 2 mentioned above, when the operation area | region of the
また、上述した実施の形態2においては、ディーゼル機関(圧縮着火内燃機関)10の制御に適用した場合について説明したが、本発明はディーゼル機関に限定されるものではなく、ガソリン機関(火花点火内燃機関)、その他の各種の内燃機関の制御に適用することとしてもよい。 In the second embodiment described above, the case where the present invention is applied to the control of the diesel engine (compression ignition internal combustion engine) 10 has been described. However, the present invention is not limited to the diesel engine, but a gasoline engine (spark ignition internal combustion engine). Engine) and other various internal combustion engines.
尚、上述した実施の形態2においては、第1吸気絞り弁36が、前記第1の発明における「第1の絞り弁」に、第2吸気絞り弁38が、前記第1の発明における「第2の絞り弁」に、それぞれ相当している。また、ECU70が、上記ステップ202の処理を実行することにより、前記第1の発明における「判定手段」が、上記ステップ206の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the first
また、上述した実施の形態2においては、ターボ過給機24が、前記第5の発明における「可変ノズル式過給機」に相当している。また、ECU70が、上記ステップ208の処理を実行することにより、前記第5の発明における「過給圧制御手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the
実施の形態3.
[実施の形態3の特徴]
次に、図6を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態は、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図6に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。尚、本実施の形態の説明では、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Embodiment 3 FIG.
[Features of Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment can be realized by causing the
上述した実施の形態1においては、中高負荷の高回転域であるLPL領域において、第1の吸気絞り弁36を制御することにより、過給圧を確保しつつLPL−EGRを大量に導入することができる。
In the first embodiment described above, a large amount of LPL-EGR is introduced while securing the supercharging pressure by controlling the first
ここで、EGRの制御においては、外部EGRだけでなく内部EGRを導入することも考えられる。内部EGRは、筒内で燃焼に付された排気ガス(既燃ガス)が筒内に残存あるいは再び吸い戻されることで行われる。つまり、バルブオーバーラップ期間、すなわち排気弁66が閉じ終わる前に吸気弁62が開くことで吸気弁62および排気弁66が共に開いている期間には、排気ガス(既燃ガス)が筒内および吸気ポート内に吸い戻されることがある。この吸い戻された排気ガスは、その後、ピストンの動きにより新気と共に筒内に流入することで、内部EGRが実行される。
Here, in the EGR control, it is conceivable to introduce not only the external EGR but also the internal EGR. The internal EGR is performed by exhaust gas (burned gas) subjected to combustion in the cylinder remaining in the cylinder or sucked back again. That is, during the valve overlap period, that is, the period during which both the
内部EGR量は、バルブオーバーラップ期間が長いほど多量となる。そこで、吸気可変動弁機構64を駆動することにより吸気弁62の開き時期を早くするとともに、排気可変動弁機構68を駆動することにより排気弁66の閉じ時期を遅くすることで、バルブオーバーラップ期間を拡大して内部EGR量を増量することができる。
The amount of internal EGR increases as the valve overlap period increases. Therefore, by driving the intake
このようなバルブタイミングの可変動作を利用して、本実施の形態3では、上述した実施の形態1における第1の絞り弁36による吸入空気量の制御を行う場合に、内部EGRを増量することとする。これにより、LPL領域、すなわち、中高負荷の高回転領域において、LPL−EGRだけでなく内部EGRを増量することができるので、NOx排出量の増大を効果的に抑制することができる。
By utilizing such variable valve timing operation, the third embodiment increases the internal EGR when the intake air amount is controlled by the
[実施の形態3における具体的処理]
次に、図6を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図6は、ECU70が、吸入空気量制御を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Embodiment 3]
Next, with reference to FIG. 6, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart of a routine in which the
図6に示すルーチンでは、先ず、ディーゼル機関10における運転条件が読み込まれる(ステップ300)。次に、ディーゼル機関10の運転領域がLPL領域か否かが判定される(ステップ302)。ここでは、具体的には、図4に示すステップ100および102と同様の処理が実行される。
In the routine shown in FIG. 6, first, the operating conditions in the
上記ステップ302において、現在の運転領域がLPL領域ではないと判定された場合、すなわち、運転領域がHPL領域あるいはHPL+LPL領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第2吸気絞り弁38を使用した吸入空気量制御が実行される(ステップ304)。
If it is determined in
一方、上記ステップ202において、現在の運転領域がLPL領域であると判定された場合には、次のステップに移行し、第1吸気絞り弁36を使用した吸入空気量制御が実行される(ステップ306)。また、これと同時に、内部EGRの増量制御が実行される(ステップ308)。ここでは、具体的には、吸気可変動弁機構64および排気可変動弁機構68を駆動することにより、バルブオーバーラップ期間が拡大される。
On the other hand, when it is determined in
以上説明したとおり、本実施の形態3のシステムによれば、中高負荷の高回転域であるLPL領域において、バルブオーバーラップ期間を拡大することにより、内部EGRを増量することができる。これにより、EGR量を効果的に増量することができるので、NOx排出量の増大を効果的に抑制することができる。 As described above, according to the system of the third embodiment, the internal EGR can be increased by expanding the valve overlap period in the LPL region, which is a high rotation region with medium and high loads. Thereby, since the amount of EGR can be increased effectively, an increase in the NOx emission amount can be effectively suppressed.
ところで、上述した実施の形態3においては、ディーゼル機関10の運転領域がLPL領域となった場合に、内部EGRを増量することとしているが、内部EGRを増量する領域はLPL領域に限らない。すなわち、EGRを増量すべき領域であれば、HPL+LPL領域であってもよい。
By the way, in Embodiment 3 mentioned above, when the driving | running area | region of the
また、上述した実施の形態3においては、ディーゼル機関(圧縮着火内燃機関)10の制御に適用した場合について説明したが、本発明はディーゼル機関に限定されるものではなく、ガソリン機関(火花点火内燃機関)、その他の各種の内燃機関の制御に適用することとしてもよい。 In the third embodiment described above, the case where the present invention is applied to the control of the diesel engine (compression ignition internal combustion engine) 10 has been described. However, the present invention is not limited to the diesel engine, but a gasoline engine (spark ignition internal combustion engine). Engine) and other various internal combustion engines.
尚、上述した実施の形態3においては、第1吸気絞り弁36が、前記第1の発明における「第1の絞り弁」に、第2吸気絞り弁38が、前記第1の発明における「第2の絞り弁」に、それぞれ相当している。また、ECU70が、上記ステップ302の処理を実行することにより、前記第1の発明における「判定手段」が、上記ステップ306の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the third embodiment described above, the first
また、上述した実施の形態3においては、吸気可変動弁機構64および排気可変動弁機構68が、前記第4の発明における「内部EGR量可変手段」に相当している。また、ECU70が、上記ステップ308の処理を実行することにより、前記第4の発明における「内部EGR量制御手段」が実現されている。
In the third embodiment described above, the intake
10 ディーゼル機関
12 インジェクタ
14 コモンレール
16 サプライポンプ
18 排気通路
20 排気マニホールド
24 ターボ過給機
26 後処理装置
28 吸気通路
30 エアクリーナ
32 インタークーラ
34 吸気マニホールド
36 第1吸気絞り弁
38 第2吸気絞り弁
40 HPL−EGR通路
42 HPL−EGRクーラ
44 HPL−EGR弁
46 LPL−EGR通路
48 LPL−EGRクーラ
50 LPL−EGR弁
52 排気絞り弁
60 クランク軸
62 吸気弁
64 吸気可変動弁機構
66 排気弁
68 排気可変動弁機構
70 ECU(Electronic Control Unit)
72 エアフローメータ
74 吸気圧センサ
76 背圧センサ
78 アクセル開度センサ
80 クランク角センサ
DESCRIPTION OF
72
Claims (5)
前記吸気通路における前記過給機の上流側に配置された第1の絞り弁と、
前記吸気通路における前記過給機の下流側に配置された第2の絞り弁と、
前記第1の絞り弁および/または前記第2の絞り弁の開度を調整することにより、吸入空気量を制御する制御手段と、
前記内燃機関の中高負荷域において、機関回転数が所定値以上となる高回転領域にあるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記高回転領域にあると判定された場合に、主として前記第1の絞り弁を用いて吸入空気量を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A supercharger provided in the intake passage of the internal combustion engine;
A first throttle valve disposed upstream of the supercharger in the intake passage;
A second throttle valve disposed downstream of the supercharger in the intake passage;
Control means for controlling the amount of intake air by adjusting the opening of the first throttle valve and / or the second throttle valve;
A determination means for determining whether or not the engine speed is in a high rotation range where the engine speed is equal to or higher than a predetermined value in a medium to high load range of the internal combustion engine
The control means includes
A control device for an internal combustion engine, wherein when it is determined that the engine is in the high rotation range, the intake air amount is controlled mainly by using the first throttle valve.
前記高回転領域にあると判定された場合に、前記第2の絞り弁を全開に開弁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。 The control means includes
2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein when it is determined that the engine is in the high rotation region, the second throttle valve is fully opened.
前記EGR通路を通って還流する外部EGR量を可変とする外部EGR量可変手段と、
前記高回転領域にあると判定された場合に、外部EGR量が増大するように前記外部EGR量可変手段を制御する外部EGR量制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。 An EGR passage that connects a downstream side of the first throttle valve and an upstream side of the supercharger and an exhaust passage of the internal combustion engine in the intake passage;
An external EGR amount varying means for varying the amount of external EGR flowing back through the EGR passage;
An external EGR amount control means for controlling the external EGR amount variable means so as to increase the external EGR amount when it is determined to be in the high rotation region;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising:
前記高回転領域にあると判定された場合に、内部EGR量が増大するように前記内部EGR量可変手段を制御する内部EGR量制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。 An internal EGR amount variable means for changing the internal EGR amount by changing the valve overlap of the intake valve and the exhaust valve;
An internal EGR amount control means for controlling the internal EGR amount variable means so as to increase the internal EGR amount when it is determined to be in the high rotation region;
The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記高回転領域にあると判定された場合に、過給圧が増大するように可変ノズルを絞る過給圧制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。 The supercharger is a variable nozzle supercharger capable of adjusting the supercharging pressure,
The supercharging pressure control means for restricting the variable nozzle so as to increase the supercharging pressure when it is determined to be in the high rotation region, further comprising a supercharging pressure control means. Control device for internal combustion engine.
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JP2007211344A JP2009047010A (en) | 2007-08-14 | 2007-08-14 | Control device for internal combustion engine |
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Cited By (1)
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WO2014046141A1 (en) * | 2012-09-21 | 2014-03-27 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Control device for internal combustion engines |
-
2007
- 2007-08-14 JP JP2007211344A patent/JP2009047010A/en active Pending
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