JP2010007538A - Engine controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの運転を制御するエンジン制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control device that controls the operation of an engine.
従来、いわゆる可変圧縮比機構と可変動弁機構とを備えたエンジンが知られている(例えば、特開2003−193872号公報、特開2004−218522号公報、特開2007−239550号公報、特開2007−303423号公報、等参照。)。 Conventionally, an engine having a so-called variable compression ratio mechanism and a variable valve mechanism is known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-193872, 2004-218522, 2007-239550, (See JP 2007-303423, etc.).
前記可変圧縮比機構は、隙間容積を変更したり(例えば特開2004−218522号公報等参照)ピストン行程容積を変更したり(例えば特開2007−239550号公報等参照)することで、隙間容積とピストン行程容積との和を隙間容積で割った値として定義される機械的圧縮比(膨張比)を変更可能に構成されている。 The variable compression ratio mechanism changes the gap volume (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-218522 etc.) or changes the piston stroke volume (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-239550 etc.). And the mechanical compression ratio (expansion ratio) defined as a value obtained by dividing the sum of the piston stroke volume and the clearance volume by a gap volume.
低負荷運転領域においては、吸入空気量が少ないため、圧縮上死点での燃焼室内のガスの温度や圧力が低く、燃焼安定度が悪い。そこで、圧縮比が高く制御される。これにより、燃焼の安定が図られる。また、膨張比が高くなるので、熱効率が向上し、燃料消費量を低減することができる。一方、高負荷運転領域においては、吸入空気量が増加するとともに、前記燃焼室内のガス温度が上昇するため、異常燃焼(ノッキング)が発生しやすくなる。そこで、圧縮比が低く制御される。これにより、ノッキングが抑制されつつ、出力の向上が図られる。このように、低負荷運転領域では高圧縮比に、高負荷運転領域では低圧縮比に、それぞれ制御される。 In the low load operation region, since the intake air amount is small, the temperature and pressure of the gas in the combustion chamber at the compression top dead center are low, and the combustion stability is poor. Therefore, the compression ratio is controlled to be high. This stabilizes combustion. Moreover, since the expansion ratio becomes high, the thermal efficiency can be improved and the fuel consumption can be reduced. On the other hand, in the high load operation region, the intake air amount increases and the gas temperature in the combustion chamber rises, so that abnormal combustion (knocking) is likely to occur. Therefore, the compression ratio is controlled to be low. Thereby, the output is improved while knocking is suppressed. As described above, the high compression ratio is controlled in the low load operation region, and the low compression ratio is controlled in the high load operation region.
前記可変動弁機構は、吸気バルブのリフト特性(タイミングやリフト量)を変更可能に構成されている。バルブタイミングに関しては、周知の通り、吸入空気の慣性等の影響で、前記吸気バルブの閉弁時期が吸気下死点よりも若干遅角側に設定された場合に、吸気効率が最も高くなる(このような最高効率が得られる遅角量はエンジン回転数等によって変化する)。よって、吸気効率が最高となる時期よりも前記閉弁時期をずらす(例えばより大きく遅角する)ことで、実圧縮比が低くされ得る。ここで、前記実圧縮比は、吸入空気に対する実効的な圧縮比であり、典型的には、吸入空気の圧縮開始時の前記燃焼室の容積を圧縮終了時の前記燃焼室の容積で割った値となる。 The variable valve mechanism is configured to be able to change the lift characteristics (timing and lift amount) of the intake valve. Regarding the valve timing, as is well known, intake efficiency is highest when the closing timing of the intake valve is set slightly behind the intake bottom dead center due to the inertia of the intake air, etc. ( The amount of retardation at which such maximum efficiency is obtained varies depending on the engine speed and the like. Therefore, the actual compression ratio can be lowered by shifting the valve closing timing from the timing at which the intake efficiency is maximized (for example, by delaying the valve closing timing more greatly). Here, the actual compression ratio is an effective compression ratio with respect to intake air. Typically, the volume of the combustion chamber at the start of compression of intake air is divided by the volume of the combustion chamber at the end of compression. Value.
また、従来、理論空燃比よりもリーン側(空気過剰率が1より大)で燃焼を行うリーンバーン技術が知られている(例えば特開2007−239550号公報等参照)。このリーンバーンは、通常、低負荷運転領域にて行われ、燃料消費性能の向上等の効果を有する。
例えば、前記可変圧縮比機構を備え且つリーンバーン運転可能な構成(例えば特開2007−239550号公報等参照)においては、上述の通り、低負荷運転領域にて、高圧縮比運転及びリーンバーン運転が行われ得る。このため、高圧縮比状態でリーンバーン運転が行われると、高圧縮比化に伴う圧縮端温度の上昇により、前記燃焼室から排出されるガス中のNOx濃度が増加する。 For example, in a configuration including the variable compression ratio mechanism and capable of lean burn operation (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-239550), the high compression ratio operation and lean burn operation are performed in the low load operation region as described above. Can be done. For this reason, when the lean burn operation is performed in a high compression ratio state, the NOx concentration in the gas discharged from the combustion chamber increases due to an increase in the compression end temperature accompanying the increase in the compression ratio.
このように、高圧縮比運転によりNOx濃度の増加が生じると、排気ガス浄化用触媒装置のNOx吸蔵性能が、その限界に早期に達することとなる。したがって、触媒性能を再生するためのいわゆるリッチスパイク処理(燃料混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチ側に設定する処理)を比較的高頻度で行う必要が生じる。すると、高圧縮比(及びリーンバーン)運転による燃費低減効果が、リッチスパイク処理によって相殺されてしまうこととなる。 As described above, when the NOx concentration increases due to the high compression ratio operation, the NOx occlusion performance of the exhaust gas purifying catalyst device reaches its limit early. Therefore, it is necessary to perform a so-called rich spike process (a process for temporarily setting the air-fuel ratio of the fuel mixture to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio) for regenerating the catalyst performance at a relatively high frequency. Then, the fuel consumption reduction effect due to the high compression ratio (and lean burn) operation is offset by the rich spike processing.
本発明は、このような課題に対処するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、前記機械的圧縮比が高い状態で、前記空気過剰率を高くすることにより、良好に燃費を低減することにある。 The present invention has been made to address such problems. That is, an object of the present invention is to satisfactorily reduce fuel consumption by increasing the excess air ratio while the mechanical compression ratio is high.
本発明のエンジン制御装置は、機械的圧縮比(上述のように隙間容積及びピストン行程容積から定義される)、吸気バルブのリフト特性(例えば前記吸気バルブの閉弁時期)、並びに燃焼室内の燃料混合気の空気過剰率(空燃比)を変更可能に構成されたエンジンの運転を制御するように構成されている。 The engine control device of the present invention includes a mechanical compression ratio (defined from the gap volume and the piston stroke volume as described above), lift characteristics of the intake valve (for example, the closing timing of the intake valve), and fuel in the combustion chamber. It is configured to control the operation of an engine configured to be able to change the excess air ratio (air-fuel ratio) of the air-fuel mixture.
前記機械的圧縮比は、例えば、クランクシャフトが回転可能に支持されたクランクケースと、シリンダヘッドが上端部に固定されたシリンダブロックとを、シリンダの中心軸に沿って相対移動させることで変更され得る。あるいは、前記機械的圧縮比は、コンロッド(ピストンと前記クランクシャフトとを連結する部材)が屈曲可能に構成されている場合に、このコンロッドの屈曲状態を変更することで変更され得る。 The mechanical compression ratio is changed, for example, by relatively moving a crankcase in which a crankshaft is rotatably supported and a cylinder block having a cylinder head fixed to an upper end portion along the center axis of the cylinder. obtain. Alternatively, the mechanical compression ratio can be changed by changing the bending state of the connecting rod when the connecting rod (member connecting the piston and the crankshaft) is configured to be bent.
本発明の特徴は、前記エンジン制御装置が、以下のように前記リフト特性を制御するリフト特性制御手段を備えたことにある。 A feature of the present invention resides in that the engine control device includes a lift characteristic control means for controlling the lift characteristic as follows.
すなわち、本発明においては、前記リフト特性制御手段は、前記機械的圧縮比がその可変範囲における中央値よりも高圧縮比側の所定値である高圧縮比状態にて、前記空気過剰率が第一の値である場合の方が、同空気過剰率が前記第一の値より低い第二の値である場合よりも、実圧縮比が低くなるように前記リフト特性を制御する。 That is, in the present invention, the lift characteristic control means is configured such that the excess air ratio is the first in a high compression ratio state in which the mechanical compression ratio is a predetermined value on a higher compression ratio side than a median value in the variable range. The lift characteristic is controlled so that the actual compression ratio is lower when the value is one than when the excess air ratio is a second value lower than the first value.
例えば、前記高圧縮比状態にて、前記空気過剰率が1を超える(例えば1.1以上の)前記第一の値であるリーン燃焼時の方が、同空気過剰率が1であるストイキ燃焼時よりも、実圧縮比が低くなるように前記リフト特性が制御される。 For example, in the high compression ratio state, the stoichiometric combustion in which the excess air ratio is 1 when the excess air ratio is greater than 1 (for example, 1.1 or more) and the first value is lean combustion. The lift characteristic is controlled so that the actual compression ratio becomes lower than the time.
かかる構成によれば、前記機械的圧縮比が前記高圧縮比状態に設定された場合であっても、前記実圧縮比が低くされることで、圧縮端温度の上昇が抑制される。このため、前記高圧縮比状態にて前記空気過剰率を高くすることによる燃費の低減が、良好に行われ得る。すなわち、例えば、前記機械的圧縮比が高い状態で、燃費低減効果を減殺することなく、リーンバーン運転を行うことができる。 According to such a configuration, even when the mechanical compression ratio is set to the high compression ratio state, an increase in the compression end temperature is suppressed by reducing the actual compression ratio. For this reason, the fuel consumption can be reduced satisfactorily by increasing the excess air ratio in the high compression ratio state. That is, for example, lean burn operation can be performed without reducing the fuel consumption reduction effect in a state where the mechanical compression ratio is high.
以下、本発明の実施形態(本願の出願時点において出願人が最良と考えている実施形態)について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (embodiments that the applicant considers best at the time of filing of the present application) will be described with reference to the drawings.
なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件(記述要件・実施可能要件)を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。実施形態に対する変形例(modification)は、当該実施形態の説明中に挿入されると、首尾一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。 In addition, the description about the following embodiment is specific to the extent possible, merely an example of the embodiment of the present invention in order to satisfy the description requirement (description requirement / practicability requirement) of the specification required by law. It is only what is described in. Therefore, as will be described later, it is quite natural that the present invention is not limited to the specific configurations of the embodiments described below. Modifications to the embodiments are listed together at the end, as insertions during the description of the embodiment impede understanding of the description of the consistent embodiment.
<システムの全体構成>
図1は、本発明の一実施形態が適用されたシステムS(車両等)の全体構成を示す概略図である。このシステムSには、直列複数気筒のエンジン1が搭載されている(なお、図1には、気筒配列方向と直交する面によるエンジン1の側断面図が示されているものとする。)。このエンジン1には、吸排気通路2が接続されている。また、本実施形態のエンジン制御装置3は、エンジン1の運転を制御するように構成されている。
<Overall system configuration>
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a system S (vehicle or the like) to which an embodiment of the present invention is applied. This system S is equipped with an in-line multiple cylinder engine 1 (note that FIG. 1 is a side sectional view of the engine 1 taken along a plane orthogonal to the cylinder arrangement direction). An intake /
<エンジン>
エンジン1は、シリンダブロック11と、シリンダヘッド12と、クランクケース13と、可変圧縮比機構14と、を備えている。
<Engine>
The engine 1 includes a
シリンダブロック11には、略円柱形状の貫通孔であるシリンダボア111が形成されている。シリンダボア111の内側には、ピストン112が、シリンダボア111の中心軸線であるシリンダ中心軸CCAに沿って往復移動可能に収容されている。
The
シリンダブロック11の上端部(ピストン112の上死点側の、シリンダブロック11の端部)には、シリンダヘッド12が接合されている。シリンダヘッド12は、シリンダブロック11に対して相対移動しないように、シリンダブロック11の前記上端部に対して、図示しないボルト等によって固定されている。
A cylinder head 12 is joined to the upper end of the cylinder block 11 (the end of the
シリンダヘッド12の下端部には、複数の凹部が、各シリンダボア111の上端部に対応する位置に設けられている。すなわち、シリンダヘッド12がシリンダブロック11に接合されて固定された状態における、ピストン112の頂面よりも上側(シリンダヘッド12側)のシリンダボア111の内側の空間と、上述の凹部の内側(下側)の空間と、によって、燃焼室CCが形成されている。この燃焼室CCに連通するように、シリンダヘッド12には、吸気ポート121及び排気ポート122が形成されている。
In the lower end portion of the cylinder head 12, a plurality of concave portions are provided at positions corresponding to the upper end portions of the
シリンダヘッド12には、また、吸気バルブ123と、排気バルブ124と、可変吸気バルブタイミング装置125と、可変排気バルブタイミング装置126と、インジェクタ127と、が備えられている。
The cylinder head 12 is also provided with an
吸気バルブ123は、吸気ポート121と燃焼室CCとの連通状態を制御するためのバルブである。排気バルブ124は、排気ポート122と燃焼室CCとの連通状態を制御するためのバルブである。
The
可変吸気バルブタイミング装置125及び可変排気バルブタイミング装置126は、吸気バルブ123及び排気バルブ124の開閉タイミングを変更することで、実圧縮比を変更し得るように構成されている。かかる可変吸気バルブタイミング装置125及び可変排気バルブタイミング装置126の具体的な構成については周知なので、その説明を省略する。
The variable intake
インジェクタ127は、燃焼室CC内に供給するための燃料を、吸気ポート121内に噴射し得るように構成されている。
The
クランクケース13内には、クランクシャフト131が回転可能に支持されている。クランクシャフト131は、気筒配列方向と平行に配置されている。このクランクシャフト131は、ピストン112のシリンダ中心軸CCAに沿った往復移動に基づいて回転駆動されるように、コンロッド132を介して、ピストン112と連結されている。
A
本実施形態の可変圧縮比機構14は、シリンダブロック11とシリンダヘッド12との接合体を、クランクケース13に対して、シリンダ中心軸CCAに沿って互いに相対移動させて、隙間容積を変更することで、機械的圧縮比を変更し得るように構成されている。
The variable
可変圧縮比機構14は、特開2003−206771号公報や特開2007−85300号公報等に記載されているものと同様の構成を備えている。したがって、本明細書においては、この機構の詳細な説明は省略され、概要のみが説明されている。
The variable
可変圧縮比機構14は、連結機構141と、駆動機構142と、を備えている。連結機構141は、シリンダブロック11とクランクケース13とを、シリンダ中心軸CCAに沿って互いに相対移動可能に連結するように構成されている。駆動機構142は、モータやギヤ機構等を備えていて、シリンダブロック11とクランクケース13とをシリンダ中心軸CCAに沿って(すなわち図中上下方向に沿って)互いに相対移動させ得るように構成されている。
The variable
<吸排気通路>
吸排気通路2は、インテークマニホールドやサージタンク等を含む吸気通路201と、エキゾーストマニホールドを含む排気通路202と、を含んでいて、吸気通路201は吸気ポート121と接続され、排気通路202は排気ポート122と接続されている。
<Intake and exhaust passage>
The intake /
吸気通路201には、スロットルバルブ203が介装されている。スロットルバルブ203は、DCモータからなるスロットルバルブアクチュエータ204によって回転駆動されるように構成されている。
A
また、吸気通路201における、スロットルバルブ203とインジェクタ127との間の位置には、吸気流制御バルブ(SCV)205が設けられている。吸気流制御バルブ205は、DCモータからなるSCVアクチュエータ206によって回転駆動されるように構成されている。この吸気流制御バルブ205は、スワールコントロールバルブ及び/又はタンブルコントロールバルブの機能を有するものであって、極めてリーンな燃料混合気でも燃焼室CC内にて良好に点火され得るように、SCVアクチュエータ206によって回転駆動されることで吸気ポート121及び燃焼室CC内に流入する吸入空気(燃料混合気)の流れの状態を制御して燃焼室CC内の燃料混合気を成層化すべく構成されている。
An intake flow control valve (SCV) 205 is provided in the
排気通路202は、排気ポート122を介して燃焼室CCから排出される排気ガスの通路である。この排気通路202には、上流側触媒207及び下流側触媒208が介装されている。上流側触媒207及び下流側触媒208は、酸素吸蔵機能を有する三元触媒をその内部に備えていて、排気ガス中のHC、CO、及びNOxを浄化可能に構成されている。上流側触媒207は、下流側触媒208よりも、排気ガスの流動方向における上流側に設けられている。
The
<エンジン制御装置>
エンジン制御装置3は、本発明のリフト特性制御手段を構成する、エンジン電子制御ユニット(以下、「ECU300」と称する。)300を備えている。
<Engine control device>
The engine control device 3 includes an engine electronic control unit (hereinafter referred to as “
ECU300は、CPU301と、ROM302と、RAM303と、バックアップRAM304と、インターフェース305と、バス306と、を備えている。CPU301、ROM302、RAM303、バックアップRAM304、及びインターフェース305は、バス306によって互いに接続されている。
The
ROM302には、CPU301が実行するルーチン(プログラム)、及びこのルーチン実行の際に参照されるテーブル(ルックアップテーブル、マップ)やパラメータ等、が予め格納されている。RAM303は、CPU301がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納し得るように構成されている。バックアップRAM304は、電源が投入された状態でCPU301がルーチンを実行する際にデータが格納されるとともに、この格納されたデータが電源遮断後も保持され得るように構成されている。
The
インターフェース305は、後述する各種のセンサや出力部と電気回路的に接続されていて、これらからの信号をCPU301に伝達し得るように構成されている。また、インターフェース305は、可変吸気バルブタイミング装置125、可変排気バルブタイミング装置126、インジェクタ127、駆動機構142、等の動作部と電気回路的に接続されていて、これらの動作部を動作させるための動作信号をCPU301からこれらの動作部に伝達し得るように構成されている。すなわち、エンジン制御装置3は、インターフェース305を介して上述のセンサ等からの信号を受け取り、当該信号に応じたCPU301の演算結果に基づいて、上述の動作信号を各動作部に向けて送出するように構成されている。
The
<<各種センサ>>
冷却水温センサ311は、シリンダブロック11に装着されている。この冷却水温センサ311は、シリンダブロック11内の冷却水温Twに対応する信号を出力するように構成されている。
<< Various sensors >>
The cooling
クランクポジションセンサ312は、クランクケース13に装着されている。このクランクポジションセンサ312は、クランクシャフト131の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号を出力するように構成されている。具体的には、クランクポジションセンサ312は、クランクシャフト131が10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに、クランクシャフト131が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するように構成されている。すなわち、クランクポジションセンサ312は、エンジン回転数Neに対応する信号を出力するように構成されている。
The crank
吸気カムポジションセンサ313及び排気カムポジションセンサ314は、シリンダヘッド12に装着されている。吸気カムポジションセンサ313は、吸気バルブ123を往復移動させるための図示しない吸気カムシャフト(可変吸気バルブタイミング装置125に含まれている)の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号を出力するように構成されている。排気カムポジションセンサ314も、同様に、図示しない排気カムシャフトの回転角度に応じたパルスを有する波形の信号を出力するように構成されている。
The intake
エアフローメータ315、吸気温センサ316、及びスロットルポジションセンサ317は、吸気通路201に装着されている。エアフローメータ315は、吸気通路201内を流れる吸入空気の質量流量である吸入空気流量Gaに対応する信号を出力するように構成されている。吸気温センサ316は、吸入空気の温度に対応する信号を出力するように構成されている。スロットルポジションセンサ317は、スロットルバルブ203の回転位相(スロットルバルブ開度TA)に対応する信号を出力するように構成されている。
The
上流側空燃比センサ318a及び下流側空燃比センサ318bは、排気通路202に介装されている。上流側空燃比センサ318aは、上流側触媒207よりも排気ガスの流動方向における上流側に配置されている。下流側空燃比センサ318bは、上流側触媒207よりも排気ガスの流動方向における下流側であって、下流側触媒208よりも同方向における上流側に配置されている。
The upstream air-
上流側空燃比センサ318aは、幅広い空燃比の範囲で比較的リニアな出力特性を有する全領域型の空燃比センサである。具体的には、この上流側空燃比センサ318aは、限界電流式酸素濃度センサから構成されている。
The upstream air-
下流側空燃比センサ318bは、理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側にてほぼ一定である一方で理論空燃比の前後において急変する出力特性を有する空燃比センサである。具体的には、この下流側空燃比センサ318bは、固体電解質型のジルコニア酸素センサから構成されている。
The downstream air-
アクセル開度センサ319は、運転者によって操作されるアクセルペダル320の操作量Accpに対応する信号を出力するように構成されている。
The
車速出力部321は、図示しない車輪速センサからの矩形波パルス信号を処理することで、車速信号を生成するとともに、この信号をECU300に向けて出力するようになっている。
The vehicle
シフト情報出力部322は、図示しない変速機構の動作状態(シフト状態)に対応するシフト情報をECU300に向けて出力するようになっている。
The shift
<動作の概要>
本実施形態のシステムSにおいては、エンジン制御装置3によって、以下の処理が行われる。
<Overview of operation>
In the system S of the present embodiment, the engine control device 3 performs the following processing.
<<空燃比制御>>
車速、シフト状態、エンジン負荷、冷却水温、スロットルバルブ開度、等の運転状態に基づいて、目標空燃比が設定される。続いて、設定された目標空燃比と、吸入空気流量等と、に基づいて、インジェクタ127から噴射される燃料量の基本値(基本燃料噴射量)が取得される。
<< Air-fuel ratio control >>
A target air-fuel ratio is set based on operating conditions such as vehicle speed, shift state, engine load, cooling water temperature, throttle valve opening, and the like. Subsequently, a basic value (basic fuel injection amount) of the fuel amount injected from the
エンジン1の始動直後で上流側空燃比センサ318a及び下流側空燃比センサ318bが充分に暖機されていない場合等、所定のフィードバック制御条件が成立していない場合は、基本燃料噴射量に基づくオープンループ制御が行われる(このオープンループ制御では学習補正係数に基づく学習制御が行われ得る)。
If the predetermined feedback control condition is not satisfied, such as when the upstream air-
これらのセンサの活性化後にフィードバック制御条件が成立した場合は、基本燃料噴射量が、上流側空燃比センサ318a及び下流側空燃比センサ318bからの出力に基づいてフィードバック補正されることで、インジェクタ127からの実際の燃料噴射量(指令燃料噴射量)が取得される。また、上流側空燃比センサ318a及び下流側空燃比センサ318bからの出力に基づいて、上述のオープンループ制御の際の学習補正係数を取得するための空燃比学習が行われる。
When the feedback control condition is satisfied after the activation of these sensors, the basic fuel injection amount is feedback-corrected based on the outputs from the upstream air-
上述の目標空燃比は、通常は理論空燃比に設定される。一方、必要に応じて、理論空燃比からリッチ側あるいはリーン側にシフトした値に目標空燃比が設定され得る。 The target air-fuel ratio described above is normally set to the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, if necessary, the target air-fuel ratio can be set to a value shifted from the stoichiometric air-fuel ratio to the rich side or the lean side.
例えば、暖機完了後、所定の車速及び回転数の範囲(これらは上述のシフト状態に応じて異なる)にて、低〜中負荷運転領域にある場合、リーンバーン運転が行われる。このリーンバーン運転時においては、目標空燃比が16(空気過剰率が1.1)程度あるいはそれ以上に設定される。一方、急加速時等においては、目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ(空気過剰率が1未満)に設定される。その他の場合においては、目標空燃比が理論空燃比(空気過剰率が1)に設定される(ストイキ運転)。 For example, after the warm-up is completed, the lean burn operation is performed when the vehicle is in the low to medium load operation region within a predetermined vehicle speed and rotation speed range (which differ depending on the shift state described above). During the lean burn operation, the target air-fuel ratio is set to about 16 (the excess air ratio is 1.1) or more. On the other hand, at the time of rapid acceleration or the like, the target air-fuel ratio is set richer than the stoichiometric air-fuel ratio (the excess air ratio is less than 1). In other cases, the target air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio (the excess air ratio is 1) (stoichiometric operation).
<<圧縮比制御>>
運転状態に基づいて、可変圧縮比機構14により、機械的圧縮比が設定される。すなわち、上述のように、低負荷運転領域においては、機械的圧縮比が高く設定されることで、燃焼の安定及び燃費の向上が図られる。一方、高負荷運転領域においては、機械的圧縮比が低く設定されることで、ノッキングが抑制されつつ、出力の向上が図られる。
<< Compression ratio control >>
A mechanical compression ratio is set by the variable
ここで、本実施形態においては、機械的圧縮比が(可変範囲における中央値よりも)高く設定された状態で、リーンバーン運転が行われる場合に、同一の機械的圧縮比設定状態におけるストイキ運転時よりも実圧縮比が低くなってNOx発生が抑制されるように、可変吸気バルブタイミング装置125により吸気バルブ123の閉弁タイミングが設定される(吸気VVTによる実圧縮比制御)。
Here, in this embodiment, when the lean burn operation is performed in a state where the mechanical compression ratio is set higher (than the median value in the variable range), the stoichiometric operation in the same mechanical compression ratio setting state is performed. The valve closing timing of the
<動作の詳細>
次に、図1に示されている本実施形態のエンジン制御装置3の動作の具体例について、フローチャートを用いて説明する。なお、以下の説明及び図面において、「ステップ」は“S”と略記されている。
<Details of operation>
Next, a specific example of the operation of the engine control device 3 of the present embodiment shown in FIG. 1 will be described using a flowchart. In the following description and drawings, “step” is abbreviated as “S”.
CPU301は、図2に示されているVVT制御ルーチン200を、所定タイミング毎に実行する。このルーチン200が起動されると、まず、S210にて、車速、シフト状態、エンジン負荷、冷却水温、スロットルバルブ開度、等の運転状態が取得される。
The
次に、S220にて、これらの運転状態と、当該運転状態に基づいて他のルーチンによって設定された機械的圧縮比と、ROM302に格納された所定のマップと、に基づいて、吸気バルブ123の閉弁時期θcが設定される。このマップにより設定される閉弁時期θcは、上述のように、吸気下死点よりも若干遅角したタイミングに設定されている。すなわち、閉弁時期θcを設定するためのマップは、上述の運転状態等に応じて吸気効率が最も高くなるように、実験あるいは計算機シミュレーションによって予め求められたものである。
Next, in S220, based on these operating conditions, the mechanical compression ratio set by another routine based on the operating conditions, and a predetermined map stored in the
続いて、S230にて、機械的圧縮比εが、その可変範囲における中央値εc以下であるか否かが判定される。 Subsequently, in S230, it is determined whether or not the mechanical compression ratio ε is equal to or less than the median value εc in the variable range.
機械的圧縮比εが中央値εc以下である場合(S230=Yes)、上述のように吸気バルブ123の閉弁時期θcが設定された状態で本ルーチンが一旦終了する。すなわち、上述のS220にて設定された閉弁時期θcで、吸気バルブ123の開閉が行われる。
When the mechanical compression ratio ε is equal to or less than the median value εc (S230 = Yes), the routine is temporarily terminated with the closing timing θc of the
機械的圧縮比εが中央値εcより高い場合(S230=No)、処理がS240に進行し、所定のリーンバーン運転条件が成立しているか否かが判定される。リーンバーン運転条件が成立していない場合(S240=No)、処理がS250に進行せず、本ルーチンが一旦終了する。 When the mechanical compression ratio ε is higher than the median value εc (S230 = No), the process proceeds to S240, and it is determined whether or not a predetermined lean burn operation condition is satisfied. When the lean burn operation condition is not satisfied (S240 = No), the process does not proceed to S250, and this routine is temporarily ended.
一方、リーンバーン運転条件が成立している場合(S240=Yes)、処理がS250に進行し、その後、本ルーチンが一旦終了する。S250においては、閉弁時期θcが、S220にて設定されたタイミングからさらに遅角される。すなわち、閉弁時期θcが、S220にて設定されたタイミングよりも、吸気下死点からさらに遠ざけられる。これにより、高機械的圧縮比リーンバーン運転にて、同一の機械的圧縮比設定状態におけるストイキ運転時よりも、実圧縮比が低くなるように閉弁時期θcが制御され、圧縮端温度の上昇抑制及びNOx発生量抑制が実現される。 On the other hand, when the lean burn operation condition is satisfied (S240 = Yes), the process proceeds to S250, and then this routine is temporarily ended. In S250, the valve closing timing θc is further retarded from the timing set in S220. That is, the valve closing timing θc is further away from the intake bottom dead center than the timing set in S220. As a result, in the high mechanical compression ratio lean burn operation, the valve closing timing θc is controlled so that the actual compression ratio becomes lower than in the stoichiometric operation in the same mechanical compression ratio setting state, and the compression end temperature rises. Suppression and NOx generation amount suppression are realized.
<実施形態の構成による効果>
上述の動作説明において記述した通り、本実施形態においては、高圧縮比側の所定の機械的圧縮比にて、空気過剰率が1を超える(例えば1.1以上の)リーンバーン運転時の方が、空気過剰率が1であるストイキ運転時よりも、実圧縮比が低くなるように、吸気バルブ123のリフト特性が制御される。
<Effects of Configuration of Embodiment>
As described in the above description of the operation, in the present embodiment, the lean burn operation in which the excess air ratio exceeds 1 (for example, 1.1 or more) at a predetermined mechanical compression ratio on the high compression ratio side. However, the lift characteristic of the
これにより、リーンバーン運転時に機械的圧縮比が高く設定された場合であっても、実圧縮比が低くされることで、圧縮端温度の上昇が抑制され、NOx発生が抑制される。よって、燃費低減効果を減殺することなく(過剰なリッチスパイク処理を介入させることなく)、機械的圧縮比が高く設定された状態でリーンバーン運転を行うことができる。すなわち、機械的圧縮比が高く設定された状態にて空気過剰率を高くすることによる燃費の低減が、良好に行われ得る。 As a result, even when the mechanical compression ratio is set high during the lean burn operation, the actual compression ratio is lowered, so that the increase in the compression end temperature is suppressed and the generation of NOx is suppressed. Therefore, the lean burn operation can be performed in a state where the mechanical compression ratio is set high without reducing the fuel consumption reduction effect (without interposing an excessive rich spike process). That is, fuel consumption can be reduced satisfactorily by increasing the excess air ratio while the mechanical compression ratio is set high.
<変形例の例示列挙>
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具体的構成例を単に例示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態に示された具体的構成に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。
<List of examples of modification>
Note that, as described above, the above-described embodiment is merely an example of a specific configuration of the present invention considered to be the best by the applicant at the time of filing of the present application. It should not be limited at all by the embodiment. Therefore, it goes without saying that various modifications can be made to the specific configurations shown in the above-described embodiments within a range that does not change the essential part of the present invention.
以下、変形例について幾つか例示する。ここで、以下の変形例の説明において、上述の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、当該変形例においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとする。そして、当該構成要素の説明については、上述の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする。 Hereinafter, some modifications will be exemplified. Here, in the following description of the modified example, components having the same configurations and functions as the components in the above-described embodiment are given the same name and the same reference numerals in the modified example. And And about description of the said component, description in the above-mentioned embodiment shall be used suitably in the range which is not inconsistent.
もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、(特に先願主義の下で出願を急ぐ)出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。 However, it goes without saying that the modified examples are not limited to the following. The limited interpretation of the present invention based on the description of the above-described embodiment and the following modifications unfairly harms the interests of the applicant (especially rushing the application under the principle of prior application), but improperly imitates the imitator. It is beneficial and not allowed.
また、上述の実施形態の構成、及び下記の各変形例に記載された構成は、技術的に矛盾しない範囲において、適宜複合して適用され得ることも、いうまでもない。 Further, it goes without saying that the configuration of the above-described embodiment and the configuration described in each of the following modifications can be applied in an appropriate combination within a technically consistent range.
(1)本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他の任意のタイプの内燃機関に適用され得る。気筒数、気筒配列方式(直列、V型、水平対向)、燃料噴射方式(ポート噴射、筒内直接噴射)も、特に限定はない。 (1) The present invention can be applied to gasoline engines, diesel engines, methanol engines, bioethanol engines, and any other types of internal combustion engines. The number of cylinders, cylinder arrangement system (series, V type, horizontally opposed), and fuel injection system (port injection, in-cylinder direct injection) are not particularly limited.
(2)本発明は、上述の具体的動作態様に限定されない。例えば、上述のフローチャートの説明において、高圧縮比状態(S230=Yes)ではあるがリーンバーン運転時ではない場合(S240=No)、S250におけるΔθcよりも少なめの量で閉弁時期θcが遅角されてもよい。これにより、低〜中負荷におけるストイキ運転中におけるNOxの発生が効果的に抑制され得る。 (2) The present invention is not limited to the specific operation mode described above. For example, in the description of the flowchart described above, when the compression ratio state is high (S230 = Yes) but not during lean burn operation (S240 = No), the valve closing timing θc is retarded by a smaller amount than Δθc in S250. May be. Thereby, generation | occurrence | production of NOx during the stoichiometric operation in a low-medium load can be suppressed effectively.
あるいは、S230における中央値εcに代えて、同中央値εcよりも高圧縮比側の所定値εh、あるいは同中央値εcよりも若干低圧縮比側の所定値εlが用いられ得る。 Alternatively, instead of the median value εc in S230, a predetermined value εh on the higher compression ratio side than the median value εc, or a predetermined value εl slightly lower than the median value εc may be used.
(3)可変圧縮比機構14を含むエンジン1の構成も、上述の実施形態のものに限定されない。例えば、コンロッド132がマルチリンク構造を有していて、このコンロッド132の屈曲状態が変更されることで機械的圧縮比が変更されるように、エンジン1が構成されていても、本発明は良好に適用される。
(3) The configuration of the engine 1 including the variable
また、実圧縮比の変更も、吸気バルブ123の閉弁時期の変更に限定されない。
Further, the change in the actual compression ratio is not limited to the change in the closing timing of the
(4)一般に、空燃比が16以上(空気過剰率が1.1以上)になると、空燃比がリーンになるほど(空気過剰率が大きくなるほど)NOxの発生量が少なくなる。よって、リーンバーン運転は、空燃比が16以上(空気過剰率が1.1以上)となるように行われることが好適である。 (4) Generally, when the air-fuel ratio becomes 16 or more (the excess air ratio is 1.1 or more), the amount of NOx generated decreases as the air-fuel ratio becomes leaner (as the excess air ratio increases). Therefore, the lean burn operation is preferably performed so that the air-fuel ratio is 16 or more (the excess air ratio is 1.1 or more).
また、機械的圧縮比が高くなるほど、リーンリミットが高くなる。よって、機械的圧縮比が高くなるほど空気過剰率が高くなるように、リーンバーン運転が行われることが好適である。 Also, the higher the mechanical compression ratio, the higher the lean limit. Therefore, it is preferable that the lean burn operation is performed so that the excess air ratio increases as the mechanical compression ratio increases.
(5)その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。 (5) Other modifications not specifically mentioned are also naturally included in the technical scope of the present invention within the scope not changing the essential part of the present invention.
さらに、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。 Furthermore, in each element constituting the means for solving the problems of the present invention, elements expressed functionally and functionally include the specific structures disclosed in the above-described embodiments and modifications, It includes any structure that can realize this action / function.
S…システム
1…エンジン
11…シリンダブロック 111…シリンダボア 12…シリンダヘッド
125…可変吸気バルブタイミング装置 127…インジェクタ
13…クランクケース 131…クランクシャフト 132…コンロッド
14…可変圧縮比機構 141…連結機構 142…駆動機構
2…吸排気通路 205…吸気流制御バルブ
3…エンジン制御装置 300…ECU
S ... System 1 ...
Claims (4)
前記機械的圧縮比がその可変範囲における中央値よりも高圧縮比側の所定値である高圧縮比状態にて、前記空気過剰率が第一の値である場合の方が、同空気過剰率が前記第一の値より低い第二の値である場合よりも、実圧縮比が低くなるように前記リフト特性を制御する、リフト特性制御手段を備えたことを特徴とする、エンジン制御装置。 In an engine control apparatus for controlling an operation of an engine configured to be able to change a mechanical compression ratio defined from a clearance volume and a piston stroke volume, a lift characteristic of an intake valve, and an excess air ratio of a fuel mixture in a combustion chamber. ,
In the high compression ratio state in which the mechanical compression ratio is a predetermined value on the higher compression ratio side than the median value in the variable range, the excess air ratio is the same when the excess air ratio is the first value. An engine control device comprising: lift characteristic control means for controlling the lift characteristic so that the actual compression ratio is lower than when the second value is lower than the first value.
前記リフト特性制御手段は、前記高圧縮比状態にて、前記空気過剰率が1を超える前記第一の値であるリーン燃焼時の方が、同空気過剰率が1であるストイキ燃焼時よりも、実圧縮比が低くなるように前記リフト特性を制御することを特徴とする、エンジン制御装置。 The engine control device according to claim 1,
In the high compression ratio state, the lift characteristic control means is configured to perform the lean combustion, which is the first value in which the excess air ratio is greater than 1, than the stoichiometric combustion in which the excess air ratio is 1. An engine control device that controls the lift characteristics so that the actual compression ratio becomes low.
前記第一の値は1.1以上であることを特徴とする、エンジン制御装置。 The engine control device according to claim 2,
The engine control device according to claim 1, wherein the first value is 1.1 or more.
前記リフト特性制御手段は、前記吸気バルブの閉弁時期を制御することを特徴とする、エンジン制御装置。 The engine control device according to any one of claims 1 to 3,
The engine control device, wherein the lift characteristic control means controls a closing timing of the intake valve.
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JP2011163303A (en) * | 2010-02-15 | 2011-08-25 | Toyota Motor Corp | Spark ignition internal combustion engine |
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