JP2012233435A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine.
内燃機関の燃焼室においては、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。混合気を圧縮するときの圧縮比は、出力されるトルクおよび燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力されるトルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。一方で、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が生じることが知られている。従来の技術においては、運転期間中に圧縮比を変更することができる圧縮比可変機構を備える内燃機関が知られている。また、圧縮比可変機構に加えて、吸気弁の開閉時期を変更可能に形成された可変バルブタイミング機構を備える内燃機関が知られている。 In the combustion chamber of the internal combustion engine, the air-fuel mixture is ignited in a compressed state. It is known that the compression ratio when compressing the air-fuel mixture affects the output torque and the fuel consumption. By increasing the compression ratio, the output torque can be increased or the fuel consumption can be reduced. On the other hand, it is known that if the compression ratio is too high, abnormal combustion such as knocking occurs. In the prior art, an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism capable of changing the compression ratio during an operation period is known. In addition to the compression ratio variable mechanism, there is known an internal combustion engine that includes a variable valve timing mechanism formed so that the opening / closing timing of the intake valve can be changed.
特開2005−207273号公報においては、排気通路に配置された排気浄化触媒と、燃焼室の容積を変化させることによって圧縮比が変更される圧縮比可変機構とを有する内燃機関が開示されている。この公報には、圧縮比が変更される過渡時に気筒内における混合気の空燃比が圧縮比の変更前後とほぼ同等となるように燃料噴射量を補正することが開示されている。圧縮比が高圧縮比へ変更される過渡時には、圧縮比が一定とされている場合よりも燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を低減する補正を行なうことが開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-207273 discloses an internal combustion engine having an exhaust purification catalyst disposed in an exhaust passage and a compression ratio variable mechanism in which the compression ratio is changed by changing the volume of the combustion chamber. . This publication discloses that the fuel injection amount is corrected so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder becomes substantially equal to before and after the change of the compression ratio at the time of transition when the compression ratio is changed. It is disclosed that at the time of transition when the compression ratio is changed to a high compression ratio, correction for reducing the fuel injection amount injected from the fuel injection valve is performed as compared with the case where the compression ratio is constant.
特開2009−114966号公報においては、機械圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを具備し、高圧縮比から低圧縮比に移行する際に、吸気弁の閉弁時期を制御することにより、燃焼室への吸入空気量を制御する内燃機関が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-114966 includes a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio and a variable valve timing mechanism that can control the closing timing of the intake valve, from a high compression ratio to a low compression ratio. An internal combustion engine that controls the amount of intake air into the combustion chamber by controlling the closing timing of the intake valve during the transition is disclosed.
特開2010−190193号公報においては、圧縮比可変機構と可変動弁機構とを備える内燃機関において、低負荷域において吸気弁を閉じる閉時期は下死点よりも進角側に制御されるが、機関の要求負荷が急に増加した加速時には、目標の吸気弁閉時期を遅角側のノッキング限界まで遅角する。このときに、気筒内の吸気量が最大となる吸気量最大吸気弁閉時期を経ることになるが、この期間にスロットル弁開度が一時的に減少補正され、過渡的なノッキング発生を回避することが開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-190193, in an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism and a variable valve mechanism, the closing timing for closing the intake valve in a low load range is controlled to be advanced from the bottom dead center. At the time of acceleration when the required load of the engine suddenly increases, the target intake valve closing timing is retarded to the knocking limit on the retarded side. At this time, the intake amount maximum intake valve closing timing at which the intake amount in the cylinder becomes maximum is passed, but during this period, the throttle valve opening is temporarily corrected to avoid transient knocking. It is disclosed.
圧縮比可変機構は、たとえば、ピストンが圧縮上死点に到達したときの燃焼室の容積を変化させる機構を含むことにより、機械圧縮比を変更することができる。機械圧縮比を変更している過渡運転時には、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積が徐々に変化する。たとえば、機械圧縮比を小さく変更する場合には、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積が大きくなる。 The compression ratio variable mechanism can change the mechanical compression ratio by including a mechanism for changing the volume of the combustion chamber when the piston reaches the compression top dead center, for example. During the transient operation in which the mechanical compression ratio is changed, the volume of the combustion chamber when the piston reaches top dead center gradually changes. For example, when the mechanical compression ratio is changed to be small, the volume of the combustion chamber when the piston reaches top dead center is increased.
ところで、燃焼室においては、混合気が着火されると、たとえば火炎が点火栓を中心に広がる。このときに、燃焼室内には火炎が到達しない領域が存在する。燃焼室において混合気が燃焼した場合に、一部の領域においては燃焼せずに未燃ガスとして残存する。このような燃焼が生じない領域はクエンチゾーンと呼ばれる。クエンチゾーンの大きさは、燃焼室の大きさに依存する。このために、燃焼室の大きさを変化させて機械圧縮比を変更すると、クエンチゾーンの大きさが変化し、この結果、未燃ガスの割合も変化する。 By the way, in the combustion chamber, when the air-fuel mixture is ignited, for example, a flame spreads around the spark plug. At this time, there is a region where the flame does not reach in the combustion chamber. When the air-fuel mixture burns in the combustion chamber, it remains as unburned gas in some areas without burning. The region where such combustion does not occur is called a quench zone. The size of the quench zone depends on the size of the combustion chamber. For this reason, if the mechanical compression ratio is changed by changing the size of the combustion chamber, the size of the quench zone changes, and as a result, the proportion of unburned gas also changes.
一方で、燃焼サイクルの排気行程においては、膨張行程において燃焼した気体の全てが排出されることはなく、燃焼した気体の一部が次の燃焼サイクルまで残留する。この残留ガスには、既に燃焼した既燃ガスに加えて上記の未燃ガスが含まれる。 On the other hand, in the exhaust stroke of the combustion cycle, not all of the gas burned in the expansion stroke is exhausted, and part of the burned gas remains until the next combustion cycle. This residual gas includes the above-mentioned unburned gas in addition to the already burned burned gas.
機械圧縮比を変更している過渡運転の期間においては、クエンチゾーンの大きさが変化することにより残留ガスに含まれる未燃ガスの割合が変化する。このために、想定外の大きさのトルクが出力されたり、想定外の量のNOXが排出されたりする場合があった。また、出力されるトルクの変化が短時間である場合には、トルク変動により生じる衝撃であるトルクショックが生じる虞があった。 During the transient operation period in which the mechanical compression ratio is changed, the ratio of the unburned gas contained in the residual gas changes due to the change in the size of the quench zone. For this reason, an unexpectedly large torque may be output, or an unexpected amount of NO X may be discharged. Further, when the output torque changes for a short time, there is a possibility that a torque shock, which is an impact caused by torque fluctuation, may occur.
本発明は、圧縮比可変機構を備え、機械圧縮比を変更したときに安定した運転を行なうことができる内燃機関を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an internal combustion engine that includes a variable compression ratio mechanism and can perform stable operation when the mechanical compression ratio is changed.
本発明の内燃機関は、機械圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構を備え、今回の燃焼サイクルよりも前の燃焼サイクルにて排出されずに燃焼室に残留する残留ガスには、未燃ガスおよび既に燃焼した既燃ガスが含まれており、燃焼サイクルの吸気行程において供給される新混合気と、残留ガスに含まれる未燃ガスとにより吸気弁が閉じた時に充填されている未燃の混合気が構成されている。内燃機関は、機械圧縮比を変更している過渡運転時に、過渡運転時における残留ガスに含まれる未燃ガスと既燃ガスとの割合と、今回の燃焼サイクルにおける機械圧縮比とを推定する。内燃機関は、推定した未燃ガスと既燃ガスとの割合および推定した機械圧縮比に基づいて、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼室に充填されている未燃の混合気の量または既燃ガスの量のうち少なくとも一方の量が、機械圧縮比がほぼ一定の定常運転時の量とほぼ同じになるように、今回の燃焼サイクルにおける残留ガスの量および新混合気の量のうち少なくとも一方の量を調整する。 The internal combustion engine of the present invention includes a compression ratio variable mechanism that can change the mechanical compression ratio, and the residual gas remaining in the combustion chamber without being discharged in the combustion cycle prior to the current combustion cycle includes unburned gas. And the already burned burned gas is included, and the unburned gas that is filled when the intake valve is closed by the new mixture supplied in the intake stroke of the combustion cycle and the unburned gas contained in the residual gas. A mixture is formed. The internal combustion engine estimates the ratio of unburned gas and burned gas contained in the residual gas during the transient operation and the mechanical compression ratio in the current combustion cycle during the transient operation in which the mechanical compression ratio is changed. Based on the estimated ratio of unburned gas to burned gas and the estimated mechanical compression ratio, the internal combustion engine determines the amount of unburned mixture or burned gas filled in the combustion chamber in the current combustion cycle. The amount of at least one of the amount of residual gas and the amount of new mixture in the current combustion cycle is set so that at least one of the amounts is substantially the same as the amount in steady operation where the mechanical compression ratio is substantially constant. Adjust.
上記発明においては、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を備え、燃焼室内に残留する残留ガスに含まれる未燃ガスの量および機械圧縮比に基づいて、過渡運転時の未燃の混合気の量が定常運転時の未燃の混合気の量とほぼ同じになる吸気弁の閉弁時期を推定し、推定した吸気弁の閉弁時期に制御することにより、燃焼室に供給する新混合気の量を調整することができる。 In the above-described invention, the variable valve mechanism that can change the closing timing of the intake valve is provided, and based on the amount of unburned gas and the mechanical compression ratio contained in the residual gas remaining in the combustion chamber, Estimating the closing timing of the intake valve where the amount of fuel mixture is almost the same as the amount of unburned mixture during steady operation, and controlling it to the estimated closing timing of the intake valve allows The amount of new mixture to be supplied can be adjusted.
上記発明においては、吸気弁の開弁時期を変更可能な可変動弁機構および排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を備え、燃焼室内に残留する残留ガスに含まれる既燃ガスの量および機械圧縮比に基づいて、過渡運転時の既燃ガスの量が定常運転時の既燃ガスの量とほぼ同じになる吸気弁の開弁時期および排気弁の閉弁時期を推定し、推定した吸気弁の開弁時期および推定した排気弁の閉弁時期に制御することにより、燃焼室に残留する残留ガスの量を調整することができる。 In the above invention, the burned gas included in the residual gas remaining in the combustion chamber is provided with a variable valve mechanism that can change the valve opening timing of the intake valve and a variable valve mechanism that can change the valve closing timing of the exhaust valve. The intake valve opening timing and exhaust valve closing timing when the amount of burned gas during transient operation is almost the same as the amount of burned gas during steady operation are estimated based on the amount of gas and the mechanical compression ratio. By controlling the estimated intake valve opening timing and the estimated exhaust valve closing timing, the amount of residual gas remaining in the combustion chamber can be adjusted.
本発明によれば、圧縮比可変機構を備え、機械圧縮比を変更したときに安定した運転を行なうことができる内燃機関を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an internal combustion engine that includes a variable compression ratio mechanism and can perform stable operation when the mechanical compression ratio is changed.
図1から図11を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。 An internal combustion engine according to an embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an internal combustion engine disposed in a vehicle will be described as an example.
図1は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体1を備える。機関本体1は、シリンダブロック2とシリンダヘッド4とを含む。シリンダブロック2の内部には、ピストン3が配置されている。ピストン3は、シリンダブロック2の内部で往復運動する。
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition type. The internal combustion engine includes an
燃焼室5は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室5には、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室5に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃料の燃焼により生じた排気を燃焼室5から排出するための通路である。
The
シリンダヘッド4には、吸気ポート7および排気ポート9が形成されている。吸気弁6は吸気ポート7の端部に配置され、燃焼室5に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁8は、排気ポート9の端部に配置され、燃焼室5に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド4には、点火装置としての点火プラグ10が固定されている。点火プラグ10は、燃焼室5にて燃料を点火するように形成されている。
An
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室5に燃料を供給するための燃料噴射弁11を備える。本実施の形態における燃料噴射弁11は、吸気ポート7に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁11は、この形態に限られず、燃焼室5に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、燃焼室に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。
The internal combustion engine in the present embodiment includes a
燃料噴射弁11は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ29を介して燃料タンク28に接続されている。燃料タンク28内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ29によって燃料噴射弁11に供給される。
The
各気筒の吸気ポート7は、対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結されている。サージタンク14は、吸気ダクト15を介してエアクリーナ(図示せず)に連結されている。吸気ダクト15の内部には、吸入空気量を検出するエアフローメータ16が配置されている。吸気ダクト15の内部には、ステップモータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置されている。一方、各気筒の排気ポート9は、対応する排気枝管19に連結されている。排気枝管19は、排気処理装置21に連結されている。本実施の形態における排気処理装置21は、三元触媒20を含む。排気処理装置21は、排気管22に接続されている。
The
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット31を備える。本実施の形態における電子制御ユニット31は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット31は、双方向バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36および出力ポート37を含む。
The internal combustion engine in the present embodiment includes an electronic control unit 31. The electronic control unit 31 in the present embodiment includes a digital computer. The electronic control unit 31 includes a RAM (random access memory) 33, a ROM (read only memory) 34, a CPU (microprocessor) 35, an
エアフローメータ16の出力信号は、対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。アクセルペダル40には、負荷センサ41が接続されている。負荷センサ41は、アクセルペダル40の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
The output signal of the
クランク角センサ42は、クランクシャフトが、例えば所定の角度を回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート36に入力される。クランク角センサ42の出力により、機関回転数を検出することができる。また、クランク角センサ42の出力により、クランク角度を検出することができる。機関排気通路において、排気処理装置21の下流には、排気処理装置21の温度を検出する温度検出器としての温度センサ43が配置されている。温度センサ43の出力は、対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
The
電子制御ユニット31の出力ポート37は、それぞれの対応する駆動回路39を介して燃料噴射弁11および点火プラグ10に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット31は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット31により制御される。更に点火プラグ10の点火時期が電子制御ユニット31により制御されている。また、出力ポート37は、対応する駆動回路39を介して、スロットル弁18を駆動するステップモータ17および燃料ポンプ29に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット31により制御されている。
The
吸気弁6は、吸気カム51が回転することにより開閉するように形成されている。排気弁8は、排気カム52が回転するようことにより開閉するように形成されている。本実施の形態における内燃機関は、可変動弁機構を備える。可変動弁機構は、吸気弁6の開閉時期を変更する可変バルブタイミング装置53を含む。本実施の形態における可変バルブタイミング装置53は、吸気カム51の回転軸に接続されている。可変バルブタイミング装置53は、電子制御ユニット31により制御されている。
The
更に、本実施の形態における可変動弁機構は、排気弁8の開閉時期を変更する可変バルブタイミング装置54を含む。可変バルブタイミング装置54は、排気カム52の回転軸に接続され、電子制御ユニット31により制御されている。
Furthermore, the variable valve mechanism in the present embodiment includes a variable
本実施の形態における可変バルブタイミング装置は、弁が開き始めてから閉じ終わるまでの作動角がほぼ一定で、作動角の中心の位相を変更可能に形成されている。可変バルブタイミング装置としては、この形態に限られず、作動角が可変に形成されていても構わない。また、吸気弁または排気弁の開閉時期を変更可能に形成されている任意の可変バルブタイミング装置を採用することができる。 The variable valve timing device according to the present embodiment is configured such that the operating angle from when the valve starts to open until it closes is substantially constant, and the phase at the center of the operating angle can be changed. The variable valve timing device is not limited to this form, and the operating angle may be variably formed. Also, any variable valve timing device that can change the opening / closing timing of the intake valve or the exhaust valve can be adopted.
本実施の形態における内燃機関は、圧縮比可変機構を備える。内燃機関の圧縮比は、ピストンが圧縮上死点に達したときの燃焼室の容積等に依存して定まる。本実施の形態における圧縮比可変機構は、燃焼室の容積を変更することにより圧縮比を変更するように形成されている。燃焼室における実際の圧縮比である実圧縮比は、(実圧縮比)=(燃焼室の容積+吸気弁が閉じている期間のピストンの行程容積)/(燃焼室の容積)で示される。 The internal combustion engine in the present embodiment includes a variable compression ratio mechanism. The compression ratio of the internal combustion engine is determined depending on the volume of the combustion chamber when the piston reaches the compression top dead center. The variable compression ratio mechanism in the present embodiment is formed to change the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber. The actual compression ratio, which is the actual compression ratio in the combustion chamber, is expressed by (actual compression ratio) = (combustion chamber volume + piston stroke volume when the intake valve is closed) / (combustion chamber volume).
図2は、本実施の形態における内燃機関の圧縮比可変機構の分解斜視図である。図3は、内燃機関の燃焼室の部分の第1の概略断面図である。図3は、圧縮比可変機構により高圧縮比になったときの概略図である。本実施の形態における内燃機関は、クランクケースを含む下部構造物と、下部構造物の上側に配置されているシリンダブロックとが互いに相対移動する。本実施の形態における下部構造物は、圧縮比可変機構を介してシリンダブロックを支持している。また、本実施の形態における下部構造物は、クランクシャフトを支持している。 FIG. 2 is an exploded perspective view of the compression ratio variable mechanism of the internal combustion engine in the present embodiment. FIG. 3 is a first schematic cross-sectional view of the combustion chamber portion of the internal combustion engine. FIG. 3 is a schematic diagram when a high compression ratio is obtained by the variable compression ratio mechanism. In the internal combustion engine in the present embodiment, the lower structure including the crankcase and the cylinder block arranged on the upper side of the lower structure move relative to each other. The substructure in the present embodiment supports the cylinder block via a compression ratio variable mechanism. Further, the lower structure in the present embodiment supports the crankshaft.
図2および図3を参照して、シリンダブロック2の両側の側壁の下方には複数個の突出部80が形成されている。突出部80には、断面形状が円形のカム挿入孔81が形成されている。クランクケース79の上壁には、複数個の突出部82が形成されている。突出部82には、断面形状が円形のカム挿入孔83が形成されている。クランクケース79の突出部82は、シリンダブロック2の突出部80同士の間に嵌合する。
2 and 3, a plurality of
本実施の形態における圧縮比可変機構は、シリンダブロックの支持軸としての一対のカムシャフト84,85を含む。カムシャフト84,85には、それぞれのカム挿入孔83内に回転可能に挿入される円形カム88が固定されている。円形カム88は各カムシャフト84,85の回転軸線と同軸状に配置されている。一方で、それぞれの円形カム88の両側には、カムシャフト84,85の回転軸線に対して偏心して配置された偏心軸87が延びている。この偏心軸87上には、別の円形カム86が偏心して回転可能に取付けられている。これらの円形カム86は円形カム88の両側に配置されている。円形カム86は対応するカム挿入孔81内に回転可能に挿入されている。
The compression ratio variable mechanism in the present embodiment includes a pair of
圧縮比可変機構は、モータ89を含む。モータ89の回転軸90には、螺旋方向が互いに逆向きの2つのウォーム91,92が取付けられている。それぞれのカムシャフト84,85の端部には、ウォームホイール93,94が固定されている。ウォームホイール93,94は、ウォーム91,92と噛み合うように配置されている。モータ89が回転軸90を回転させることにより、カムシャフト84,85を、互いに反対方向に回転させることができる。
The compression ratio variable mechanism includes a
図3を参照して、それぞれのカムシャフト84,85上に配置された円形カム88を、矢印97に示すように互いに反対方向に回転させると、偏心軸87が円形カム88の上端に向けて移動する。円形カム86は、カム挿入孔81内において、矢印96に示すように円形カム88と反対方向に回転する。
Referring to FIG. 3, when the
図4に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の第2の概略断面図を示す。図4は、圧縮比可変機構により低圧縮比になったときの概略図である。図4に示されるように偏心軸87が円形カム88の上端まで移動すると、円形カム88の中心軸が偏心軸87よりも下方に移動する。図3および図4を参照して、クランクケース79とシリンダブロック2との相対位置は、円形カム86の中心軸と円形カム88の中心軸との距離によって定まる。円形カム86の中心軸と円形カム88の中心軸との距離が大きくなるほどシリンダブロック2はクランクケース79から離れる。矢印98に示すようにシリンダブロック2がクランクケース79から離れるほど、ピストン3が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積が大きくなる。
FIG. 4 shows a second schematic cross-sectional view of the combustion chamber portion of the internal combustion engine in the present embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram when a low compression ratio is achieved by the compression ratio variable mechanism. As shown in FIG. 4, when the
本実施の形態における圧縮比可変機構は、クランクケースに対してシリンダブロックが相対的に移動することにより、燃焼室の容積が可変に形成されている。本実施の形態においては、下死点から上死点までのピストンの行程容積と燃焼室の容積のみから定まる圧縮比を機械圧縮比と言う。図3ではピストン3が圧縮上死点に到達しており、燃焼室5の容積が小さくなっている。吸入空気量が常時一定の場合には圧縮比が高くなる。この状態は、機械圧縮比が高い状態である。これに対して、図4ではピストン3が圧縮上死点に到達しており、燃焼室5の容積が大きくなっている。吸入空気量が常時一定の場合には圧縮比が低くなる。この状態は、機械圧縮比が低い状態である。このように、本実施の形態における内燃機関は、運転期間中に圧縮比を変更することができる。たとえば、内燃機関の運転状態に応じて、圧縮比可変機構により圧縮比を変更することができる。
In the variable compression ratio mechanism in the present embodiment, the volume of the combustion chamber is variably formed by moving the cylinder block relative to the crankcase. In the present embodiment, a compression ratio determined only from the stroke volume of the piston from the bottom dead center to the top dead center and the volume of the combustion chamber is referred to as a mechanical compression ratio. In FIG. 3, the
図3を参照して、クランクケース79とシリンダブロック2との境界部分には、クランクケース79とシリンダブロック2との相対位置を検出するための相対位置センサ95が取付けられている。相対位置センサ95により、クランクケース79とシリンダブロック2との相対位置を検出し、機械圧縮比を検出することができる。相対位置センサ95の出力信号は、電子制御ユニットに入力される。
Referring to FIG. 3, a
本実施の形態における圧縮比可変機構は、回転軸を偏心させた円形カムを回転させることにより、クランクケースに対してシリンダブロックを相対的に移動させているが、この形態に限られず、任意の機構により機械圧縮比を変更できる任意の圧縮比可変機構を採用することができる。 The variable compression ratio mechanism according to the present embodiment moves the cylinder block relative to the crankcase by rotating a circular cam having an eccentric rotation shaft. Any variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio by the mechanism can be employed.
ところで、燃料と空気との混合気が燃焼室において燃焼した場合に、燃焼せずに未燃ガスとなる部分が残存する。混合気が点火プラグにおいて点火されると火炎が生成され、生成された火炎は、燃焼室内の全体に向かって伝播していく。このときに、燃焼室では火炎が到達しないクエンチゾーンが発現する。このために、燃焼が終了した燃焼ガスには、燃料が燃焼した既燃ガスに加えて、燃料が燃焼しないで残存する未燃ガスが含まれる。未燃ガスには、燃料および空気が含まれる。 By the way, when the air-fuel mixture of fuel and air burns in the combustion chamber, there remains a portion that does not burn but becomes unburned gas. When the air-fuel mixture is ignited at the spark plug, a flame is generated, and the generated flame propagates toward the entire combustion chamber. At this time, a quench zone in which no flame reaches in the combustion chamber appears. For this reason, in addition to the burned gas in which the fuel is burned, the burned gas that has been burned includes unburned gas that remains without burning the fuel. Unburned gas includes fuel and air.
また、本実施の形態における内燃機関は、燃焼サイクルの排気行程において、ピストンが圧縮上死点まで上昇するが、一部の燃焼ガスは機関排気通路に流出せずに燃焼室に残留する。残留ガスは、次の燃焼サイクルまで残存する。このため、それぞれの燃焼サイクルにおいて燃焼室に封入される気体には、機関吸気通路から供給される燃料および空気の新混合気(新気)と、以前の燃焼サイクルにおいて残留した残留ガスが含まれる。 In the internal combustion engine in the present embodiment, the piston rises to the compression top dead center in the exhaust stroke of the combustion cycle, but a part of the combustion gas does not flow into the engine exhaust passage but remains in the combustion chamber. Residual gas remains until the next combustion cycle. For this reason, the gas sealed in the combustion chamber in each combustion cycle includes a new mixture of fuel and air (fresh air) supplied from the engine intake passage and residual gas remaining in the previous combustion cycle. .
燃焼ガスには、既燃ガスおよび未燃ガスが含まれるが、機械圧縮比を変更するとクエンチゾーンの大きさが変化する。このために、機械圧縮比が変化すると、残留ガスに含まれる既燃ガスと未燃ガスとの割合が変化する。 The combustion gas includes burned gas and unburned gas, but when the mechanical compression ratio is changed, the size of the quench zone changes. For this reason, when the mechanical compression ratio changes, the ratio of burned gas and unburned gas contained in the residual gas changes.
図5に、機械圧縮比が変化したときに燃焼室に残留する残留ガスの組成を説明する概略図を示す。ピストン3は、コネクティングロッド58を介して、クランクシャフト59に支持されている。クランクシャフト59が回転することにより、ピストン3は上死点と下死点との間で往復運動する。図5においては、高圧縮比の例として機械圧縮比εが20の場合と、低圧縮比としての機械圧縮比εが10の場合が示されている。また、それぞれの機械圧縮比が一定に維持されている定常運転の状態の例を示している。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the composition of residual gas remaining in the combustion chamber when the mechanical compression ratio changes. The
本実施の形態の圧縮比可変機構においては、クランクケースを含む下部構造物に対して、シリンダブロックが移動する。このために、機械圧縮比が変化すると燃焼室の大きさが変化する。本実施の形態においては、特に言及しない限り、吸気弁の開弁時期(IVO)は吸気行程における上死点(TDC)であり、吸気弁の閉弁時期(IVC)は吸気行程における下死点(BDC)である。また、排気弁の閉弁時期(EVC)は、排気行程における上死点(TDC)である。更に、吹き戻しがない状態を前提としている。 In the variable compression ratio mechanism of the present embodiment, the cylinder block moves relative to the lower structure including the crankcase. For this reason, when the mechanical compression ratio changes, the size of the combustion chamber changes. In this embodiment, unless otherwise specified, the opening timing (IVO) of the intake valve is a top dead center (TDC) in the intake stroke, and the closing timing (IVC) of the intake valve is a bottom dead center in the intake stroke. (BDC). Further, the closing timing (EVC) of the exhaust valve is a top dead center (TDC) in the exhaust stroke. Further, it is assumed that there is no blowback.
ピストン3が排気行程において上死点に到達した場合に燃焼室内に残留している気体が、残留ガス64に相当する。残留ガス64は、燃焼せずに燃料が残っている未燃ガス64aと、燃焼した既燃ガス64bとを含む。また、ピストン3が上死点から下死点まで移動する行程容積の部分は、新たに気筒内に供給される新混合気63に相当する。新混合気63および未燃ガス64aには燃料61と空気62とが含まれ、未燃の混合気が構成されている。
The gas remaining in the combustion chamber when the
クエンチゾーンは、機械圧縮比が高圧縮比から低圧縮比になるほど小さくなる。機械圧縮比が小さくなるほど、残留ガス64に含まれる未燃ガス64aの割合が小さくなる。残留ガス64における既燃ガスの割合rを高圧縮比の場合と低圧縮比の場合とで比較すると、高圧縮比の既燃ガス64bの割合r(ε=20)は、低圧縮比の既燃ガス64bの割合r(ε=10)よりも小さくなっていることが分かる。
The quench zone becomes smaller as the mechanical compression ratio changes from a high compression ratio to a low compression ratio. As the mechanical compression ratio becomes smaller, the proportion of the
図6に、本実施の形態の第1の運転制御における気筒内の気体の割合を説明する概略図を示す。比較例1は、機械圧縮比εを15に維持した定常運転を行なっている時の例である。残留ガス64における未燃ガス64aと既燃ガス64bとの比は、(1−r(ε=15)):r(ε=15)と表すことができる。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the ratio of gas in the cylinder in the first operation control of the present embodiment. Comparative Example 1 is an example when a steady operation is performed with the mechanical compression ratio ε maintained at 15. The ratio of the
比較例2は、機械圧縮比εが20から低下して15になったときの例である。機械圧縮比εは、比較例1と同じであるが、比較例2では機械圧縮比が変更する過渡運転を行なっている。機械圧縮比が大きくなるほど、未燃ガス64aの割合が大きくなるために、機械圧縮比を低下させる過渡運転においては、高い未燃ガス64aの割合の影響を受ける。このため、比較例2の過渡運転時の未燃ガス64aの割合は、比較例1の定常運転時よりも大きくなる。比較例2では、未燃ガス64aと新混合気63と合わせた気筒内の未燃の混合気の量が比較例1よりも大きくなる。このために、発生するトルクが大きくなったり、トルクショックが生じたりする場合がある。このように、機械圧縮比が同じであっても、過渡運転時には燃焼室に封入される未燃の混合気の量が定常運転時よりも多くなるために、出力されるトルクが大きくなる場合がある。
Comparative Example 2 is an example when the mechanical compression ratio ε decreases from 20 to 15. The mechanical compression ratio ε is the same as that in the comparative example 1, but in the comparative example 2, a transient operation in which the mechanical compression ratio is changed is performed. Since the ratio of the
実施例1は、本実施の形態における第1の運転制御を行なったときの例を示している。第1の運転制御においては、気筒内に残留する残留ガス量と、残留ガスに含まれる未燃ガスの量を推定し、推定した未燃ガスの量に基づいて、気筒内に供給する新混合気の量を調整する制御を行う。比較例1と比較例2とを参照すると、比較例2では、燃料61と空気62とを含む未燃の混合気の量が差分Δmcylのみ比較例1よりも大きくなっている。本実施の形態の第1の運転制御においては、新たに供給する新混合気の量を減少させて、過渡運転時の未燃の混合気の量が、定常運転時の未燃の混合気の量と同じになるように制御する。
Example 1 shows an example when the first operation control in the present embodiment is performed. In the first operation control, the amount of residual gas remaining in the cylinder and the amount of unburned gas contained in the residual gas are estimated, and a new mixture is supplied to the cylinder based on the estimated amount of unburned gas. Control to adjust the amount of qi. Referring to Comparative Example 1 and Comparative Example 2, in Comparative Example 2, the amount of unburned air-fuel
本実施の形態の第1の運転制御においては、吸気弁の閉弁時期を基準となる閉弁時期の下死点から進角することにより、気筒内に供給する燃料61と空気62の新混合気63の量を減少させる補正を行なう。混合気の減少量は、比較例1と比較例2との残留ガス64の未燃ガス64aの量の差分Δmcylに相当する。この制御により、比較例1における未燃の混合気65の量と、実施例1における未燃の混合気65の量とをほぼ同じにすることができる。燃焼室に封入される燃焼可能な混合気の量を互いに同じにすることができる。このために、機械圧縮比を変更している期間においても、出力されるトルクが大きく変化したり、トルクショックが生じたりすることを抑制できる。本実施の形態における内燃機関は、機械圧縮比を変更しても安定した運転を行なうことができる。
In the first operation control of the present embodiment, the intake valve closing timing is advanced from the bottom dead center of the reference valve closing timing, thereby newly mixing the
次に、本実施の形態における第1の運転制御について具体例を説明する。 Next, a specific example of the first operation control in the present embodiment will be described.
図7に、本実施の形態における第1の運転制御のフローチャートを示す。図7に示すフローチャートは、例えば、機械圧縮比を変更している期間中に繰り返して行なうことができる。 FIG. 7 shows a flowchart of the first operation control in the present embodiment. The flowchart shown in FIG. 7 can be repeated, for example, while the mechanical compression ratio is being changed.
はじめに、ステップ101においては、ピストンが圧縮行程の上死点(圧縮上死点)に位置しているか否かを判別する。ピストンが圧縮行程の上死点でない場合には、この制御を終了する。ステップ101において、ピストンが圧縮行程の上死点に位置している場合にはステップ102に移行する。
First, in
ステップ102においては、ピストンが圧縮行程の上死点に位置している時の機械圧縮比εTDCfpを検出する。すなわち、燃焼室において点火が行なわれるときの上死点の機械圧縮比を検出する。
In
次に、ステップ103においては、ピストンが吸気行程の上死点(または排気行程の上死点)に位置しているか否かを判別する。ステップ103において、ピストンが吸気行程の上死点に位置していない場合には、この制御を繰り返す。すなわち、ピストンが吸気行程の上死点に到達するまで(クランク角度が360°回転するまで)待機する。ステップ103において、ピストンが吸気行程の上死点に到達していれば、ステップ104に移行する。ステップ104においては、この時の機械圧縮比εTDCvoを検出する。
Next, in
次に、ステップ105において、ピストンが吸気行程の下死点に到達したときの機械圧縮比εTDCivcを推定する。ピストンが吸気行程の下死点に到達した時期は、吸気弁が閉弁する基準となる時期であり、この吸気弁が開くときの機械圧縮比を推定する。ピストンが吸気行程の下死点に到達したときの機械圧縮比εBDCivcは、ステップ102において検出した機械圧縮比εTDCfpおよびステップ104において検出した機械圧縮比εTDCvoを用いて推定することができる。吸気行程においてピストンが下死点(吸気下死点)に位置したときの機械圧縮比εBDCivcは、次の式1により推定することができる。
次に、ステップ106において、ピストンが圧縮行程の上死点に位置しているときの残留ガスにおける既燃ガスの割合r(εTDCfp)およびピストンが吸気行程の下死点に位置したときの残留ガスにおける既燃ガスの割合r(εBDCivc)を推定する。
Next, in
図8に、それぞれの機械圧縮比における残留ガスに含まれる既燃ガスの割合を説明するグラフを示す。機械圧縮比εが大きくなるほど、残留ガスにおける既燃ガスの割合rが減少する。図8に示す機械圧縮比と既燃ガスの割合との関係をマップにして、予め電子制御ユニット等に記憶させておくことができる。図7のステップ106においては、ステップ102において検出した機械圧縮比εTDCfpと、ステップ104において検出した機械圧縮比εTDCvoとにより、それぞれの状態における既燃ガスの割合rをマップから読み込むことができる。
In FIG. 8, the graph explaining the ratio of the burned gas contained in the residual gas in each mechanical compression ratio is shown. As the mechanical compression ratio ε increases, the ratio r of the burned gas in the residual gas decreases. The relationship between the mechanical compression ratio and the ratio of burned gas shown in FIG. 8 can be stored as a map in advance in an electronic control unit or the like. In
次に、ステップ107においては、ピストンが吸気行程の下死点に到達したときの残留ガス量mres(εBDCivc)を算出する。ピストンが吸気行程の下死点に到達したとき、すなわち、吸気弁の基準の閉弁時期における機械圧縮比に対応する残留ガス量を推定する。それぞれの機械圧縮比における残留ガス量mresは、次の式2で算出することができる。
ここで、変数PEVCは、排気弁が閉弁したときの気筒内の圧力である。変数VEVCは、排気弁が閉弁したときの気筒内の容積であり、それぞれの機械圧縮比により変化する。定数Rは気体定数であり、変数TEVCは、排気弁が閉弁したときの気筒内の温度である。 Here, the variable P EVC is the pressure in the cylinder when the exhaust valve is closed. The variable VEVC is the volume in the cylinder when the exhaust valve is closed, and varies depending on the respective mechanical compression ratios. The constant R is a gas constant, and the variable TEVC is the temperature in the cylinder when the exhaust valve is closed.
変数PEVCは、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサを配置することにより検出することができる。または、クランク角センサの出力等を用いて推定することができる。変数VEVCは、例えば、次の式3から算出することができる。
ここで、変数Vcylは排気量を示し、変数ncylは気筒数を示し、変数EVCは、排気弁の閉弁時期であり、単位は[rad ATDC]である。 Here, the variable V cyl indicates the displacement, the variable n cyl indicates the number of cylinders, the variable EVC is the closing timing of the exhaust valve, and the unit is [rad ATDC].
また、変数TEVCは、例えば、予め内燃機関の運転状態を関数にするマップを電子制御ユニット等に記憶させておくことができる。変数TEVCは、内燃機関の運転状態を検出し、記憶したマップから読み込むことにより推定することができる。変数TEVCは、次の式4にて表すことができる。
ここで、変数NEは、機関回転数であり、変数KLは充填効率であり、変数SAは点火時期である。 Here, the variable NE is the engine speed, the variable KL is the charging efficiency, and the variable SA is the ignition timing.
図9に、排気弁が閉弁したときの気筒内の温度TEVCを推定するときのマップを説明するグラフを示す。温度TEVCは、例えば、機関回転数NEに対して単調増加であり、充填効率KLに対し単調増加である。一方で、温度TEVCは、点火時期SAに対して単調減少である。このような関係を有するマップから温度TEVCを推定することができる。このように、上記の式2から、それぞれの機械圧縮比における残留ガス量mresを算出することができる。
FIG. 9 shows a graph for explaining a map for estimating the temperature TEVC in the cylinder when the exhaust valve is closed. The temperature T EVC is, for example, monotonically increasing with respect to the engine speed NE and monotonically increasing with respect to the charging efficiency KL. On the other hand, the temperature T EVC decreases monotonously with respect to the ignition timing SA. The temperature T EVC can be estimated from the map having such a relationship. In this way, the residual gas amount m res at each mechanical compression ratio can be calculated from the
図7を参照して、ステップ107において、ピストンが吸気行程の下死点に到達したときの残留ガス量mres(εBDCivc)を推定後に、ステップ108に移行する。ステップ108においては、気筒内において新たに供給する新混合気を減少させる減少量Δmcylを算出する。気筒内のガスの減少量Δmcylは、次の式5により算出することができる。
式5においては、圧縮上死点での機械圧縮比おける未燃ガスの割合(1−r(εTDCfp))から吸気行程の下死点における未燃ガスの割合(1−r(εBDCivc))を減算し、ステップ107において算出した残留ガス量mres(εBDCivc)を乗じることにより算出することができる。
In
次に、ステップ109においては、気筒内に新たに供給する新混合気量mnewを推定する。気筒内に供給する新混合気量mnewは、例えば、エアフローメータの出力により推定することができる。または、以前の燃焼サイクルにおいて充填した新混合気量により、今回の燃焼サイクルにおける新混合気量を推定することができる。
Next, in
次に、ステップ110において、次の式6により、吸気弁の閉弁時期を算出する。ここで、プラスの符号は進角を示している。すなわち、本実施の形態においては、吸気弁の閉弁時期を進角させている。
次に、ステップ111において算出した閉弁時期にて吸気弁を閉弁する。この制御を行なうことにより、機械圧縮比を変更している期間中においても、新混合気の量を補正して、燃料と空気との混合気の総量を、定常運転時とほぼ同じにすることができる。本実施の形態の第1の運転制御は、機械圧縮比が変更している期間中に繰り返して行なうことができる。このため、機械圧縮比を変更している過渡運転の期間中に、不測のトルクが出力されたり、トルクショックが生じたりすることを抑制することができる。
Next, the intake valve is closed at the valve closing timing calculated in
本実施の形態における第1の運転制御においては、燃焼室内に残留する残留ガスに含まれる未燃ガスの量および機械圧縮比に基づいて、過渡運転時の未燃の混合気の量が定常運転時の未燃の混合気の量とほぼ同じになる吸気弁の閉弁時期を推定する。推定した吸気弁の閉弁時期に制御することにより、燃焼室に供給する新混合気の量を調整し、安定した運転を行なうことができる。 In the first operation control in the present embodiment, the amount of unburned air-fuel mixture during transient operation is determined as steady operation based on the amount of unburned gas contained in the residual gas remaining in the combustion chamber and the mechanical compression ratio. Estimate the closing timing of the intake valve that is almost the same as the amount of unburned air-fuel mixture at the time. By controlling the estimated intake valve closing timing, the amount of new air-fuel mixture supplied to the combustion chamber can be adjusted, and stable operation can be performed.
本実施の形態においては、吸気弁の閉弁時期を進角する補正を行っているが、この形態に限られず、吸気弁の閉弁時期を遅角することにより新混合気量を調整する制御を行っても構わない。または、燃焼室に充填する新混合気量を調整する任意の制御または任意の装置を採用することができる。 In this embodiment, correction is performed to advance the closing timing of the intake valve. However, the present invention is not limited to this configuration, and control for adjusting the new mixture amount by retarding the closing timing of the intake valve. You may do. Alternatively, any control or any device that adjusts the amount of new mixture to be filled in the combustion chamber can be employed.
次に、本実施の形態における第2の運転制御について説明する。過渡運転状態においては、出力されるトルクの変動のみではなくて、燃焼室から排出されるNOXの量が変化する場合がある。たとえば、燃焼室から排出されるNOXの量が多くなる場合がある。本実施の形態の第2の運転制御においては、過渡運転状態において生じるNOXの量が増加することを抑制する制御を行う。 Next, the second operation control in the present embodiment will be described. In transient operation state, not only variations in torque output, may vary the amount of the NO X discharged from the combustion chamber. For example, there are cases where the amount of the NO X discharged from the combustion chamber increases. In the second operation control of the present embodiment, control is performed to suppress an increase in the amount of NO X that occurs in the transient operation state.
図10は、本実施の形態の第2の運転制御における気筒内の気体の割合を説明する概略図である。比較例1および比較例2は、第1の運転制御の説明における比較例1および比較例2と同様である(図6参照)。実施例2は、本実施の形態における第2の運転制御を行なったときの気筒内の気体の割合を示している。 FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the ratio of gas in the cylinder in the second operation control of the present embodiment. Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are the same as Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in the description of the first operation control (see FIG. 6). Example 2 shows the ratio of gas in the cylinder when the second operation control in the present embodiment is performed.
比較例2を参照して、過渡運転時における既燃ガス64bの量は、機械圧縮比が同じであっても定常運転時における既燃ガス64bの量よりも少なくなる。すなわち、気筒内の既燃ガス64bの割合が小さくなる。このために、混合気が燃焼する時の温度が上昇し、NOXの発生量が増加する。機械圧縮比εがほぼ同じ場合であっても、過渡運転時において生じるNOXの量は、定常運転時において生じるNOXの量よりも多くなる。
Referring to Comparative Example 2, the amount of burnt
本実施の形態の第2の運転制御においては、過渡運転時における既燃ガス64bの量を増加させて、発生するNOXの量を抑制する制御を行う。本実施の形態の第2の運転制御においては、過渡運転時における残留ガス64に含まれる既燃ガス64bの量を、定常運転時における既燃ガス64bの量とほぼ同じにする制御を行う。
In the second operation control of the present embodiment, by increasing the amount of burned
本実施の形態の第2の運転制御においては、吸気弁の開弁時期を進角させる制御を行う。さらに、排気弁の閉弁時期を遅角させる制御を行う。この制御を行うことにより、過渡運転時における残留ガス量mresを大きくすることができる。このために、残留ガス64に含まれる既燃ガス64bの量を多く補正することができる。実施例2においては過渡運転時の既燃ガス64bの量が、定常運転時の比較例1の既燃ガス64bの量と同じになるように調整する。この制御を行うことにより、生じるNOXの量を抑制することができる。過渡運転時にNOX量が変化することを抑制することができて、安定した内燃機関の運転を行なうことができる。
In the second operation control of the present embodiment, control is performed to advance the valve opening timing of the intake valve. Furthermore, control is performed to retard the closing timing of the exhaust valve. By performing this control, the residual gas amount m res during transient operation can be increased. For this reason, it is possible to correct a large amount of burned
図11に、本実施の形態における第2の運転制御のフローチャートを示す。本実施の形態の第2の運転制御は、機械圧縮比を変更している期間中に繰り返して行なうことができる。 FIG. 11 shows a flowchart of the second operational control in the present embodiment. The second operation control of the present embodiment can be repeatedly performed during the period when the mechanical compression ratio is changed.
ステップ121およびステップ122は、第1の運転制御のステップ101およびステップ102と同様である(図7参照)。ピストンが圧縮行程の上死点に位置しているときの機械圧縮比εTDCfpを検出する。
Step 121 and step 122 are the same as
次に、ステップ123においては、ピストンが排気行程の下死点(膨張行程の下死点)に位置しているか否かを判別する。ステップ123において、ピストンが排気行程の下死点に到達するまで(クランク角度が180°回転するまで)待機する。ステップ123において、ピストンが排気行程の下死点に到達していればステップ124に移行する。ステップ124においては、ピストンが排気行程の下死点に位置しているときの機械圧縮比εBDCevoを検出する。排気弁が開弁する時の機械圧縮比εBDCevoを検出する。
Next, in
次に、ステップ125において、ピストンが吸気行程の上死点(排気行程の上死点)に到達したときの機械圧縮比εTDCvoを推定する。吸気弁を開弁するための基準開弁時期または、排気弁を閉弁するための基準閉弁時期における機械圧縮比を推定する。ピストンが吸気行程の上死点に到達したときの機械圧縮比は、ステップ122において検出した機械圧縮比εTDCfpおよびステップ124において検出した機械圧縮比εBDCevoを用いて推定することができる。吸気行程においてピストンが上死点に位置したときの機械圧縮比εTDCvoは、次の式7により推定することができる。
次に、ステップ126において、ピストンが圧縮行程の上死点に位置するときの残留ガスに含まれる既燃ガスの割合r(εTDCfp)およびピストンが吸気行程の上死点に位置するときの残留ガスに含まれる既燃ガスの割合r(εTDCvo)を読み込む。これらの割合rは、本実施の形態における第1の運転制御のステップ106(図7参照)と同様に、予めマップを作成し、マップから読み込むことにより推定することができる。
Next, in
次に、ステップ127においては、ピストンが吸気行程の上死点(吸気弁が開弁するための基準開弁時期)に位置する時の基準となる残留ガス量mres(εTDCvo)を算出する。ここでの残留ガス量は、本実施の形態における第1の運転制御のステップ107(図7参照)と同様の方法を用いて、たとえば、前回の燃焼サイクルの残留ガス量を採用することができる。または、前の燃焼サイクルの残留ガス量に基づいて推定しても構わない。
Next, in
次に、ステップ128においては、排気弁が閉弁したときの目標値となる目標残留ガス量mres,tを算出する。目標残留ガス量mres,tは、ピストンが吸気行程の上死点に到達したときの基準となる残留ガス量mresに、ピストンが圧縮行程の上死点に到達したときの残留ガスにおける既燃ガスの割合r(εTDCfp)と、ピストンが吸気行程の上死点に位置するときの機械圧縮比における既燃ガスの割合r(εTDCvo)を用いることにより算出することができる。目標残留ガス量mres,tは、次の式8により算出することができる。
次に、ステップ129においては、気筒内に供給する新混合気量mnewを推定する。新混合気量mnewは、たとえば、第1の運転制御における方法と同様に、エアフローメータの出力により推定することができる。
Next, in
次に、ステップ130において、気筒内の新混合気量mnewおよび目標残留ガス量mres,t、および吸気行程の上死点における残留ガス量mres(εTDCvo)を用いて、吸気弁の開時期(IVO)および排気弁の閉弁時期(EVC)を算出することができる。吸気弁の開時期(IVO)は、次の式9により算出することができる。排気弁の閉弁時期(EVC)は、次の式10により算出することができる。
次に、ステップ131においては、算出された開弁時期にて吸気弁を開弁する制御を行う。また、算出した閉弁時期にて排気弁を閉弁する制御を行う。この制御を行なうことにより、過渡運転時における残留ガスの既燃ガスの量を、定常運転時における既燃ガスの量とほぼ同じにすることができて、NOXの増加を抑制することができる。
Next, in
本実施の形態の第2の運転制御では、燃焼室内に残留する残留ガスに含まれる既燃ガスの量および機械圧縮比に基づいて、過渡運転時の既燃ガスの量が定常運転時の既燃ガスの量とほぼ同じになる吸気弁の開弁時期および排気弁の閉弁時期を推定している。推定した吸気弁の開弁時期および推定した排気弁の閉弁時期に制御することにより、燃焼室に残留する残留ガスの量を調整し、NOX量の放出量が増大することを抑制することができる。また、燃焼室から流出するNOX量が大きく変動することを抑制できる。 In the second operation control of the present embodiment, the amount of burned gas during transient operation is the same as that during steady operation based on the amount of burned gas contained in the residual gas remaining in the combustion chamber and the mechanical compression ratio. The intake valve opening timing and exhaust valve closing timing, which are almost the same as the amount of fuel gas, are estimated. By controlling the closing timing of the valve-opening timing of the estimated intake valve and the estimated exhaust valve to adjust the amount of residual gas remaining in the combustion chamber, the amount of released amount of NO X is prevented from being increased Can do. Further, it is possible to suppress the NO X amount flowing out from the combustion chamber varies greatly.
本実施の形態の第2の運転制御においては、吸気弁の開く時期を進角し、更に、排気弁を閉じる時期を遅角しているが、この形態に限られず、燃焼室に残留する残留ガスに含まれる既燃ガスの量を調整可能な任意の制御または任意の装置を採用することができる。 In the second operational control of the present embodiment, the timing for opening the intake valve is advanced, and further, the timing for closing the exhaust valve is retarded. However, the present invention is not limited to this configuration, and the residual remaining in the combustion chamber. Any control or any device capable of adjusting the amount of burnt gas contained in the gas can be employed.
さらに、内燃機関の運転制御においては、第1の運転制御に加えて第2の運転制御を行なうことができる。すなわち、第1の運転制御の気筒内に供給される新混合気量を定常運転時とほぼ同じにすると共に、第2の運転制御の残留ガス量を定常運転時とほぼ同じにする制御を行なうことができる。この場合には、吸気弁の開閉時期を変更する可変バルブタイミング装置に加えて、吸気弁が開いている時間長さ(作動角)を調整可能な作動角調整機構を採用することにより、吸気弁の開弁時期と吸気弁の閉弁時期とを個別に調整することができる。 Furthermore, in the operation control of the internal combustion engine, the second operation control can be performed in addition to the first operation control. That is, control is performed so that the amount of new mixture supplied into the cylinder of the first operation control is substantially the same as that in the steady operation, and the residual gas amount in the second operation control is substantially the same as that in the steady operation. be able to. In this case, in addition to the variable valve timing device that changes the opening and closing timing of the intake valve, an intake angle adjustment mechanism that can adjust the length of time that the intake valve is open (operating angle) is adopted. The valve opening timing and the intake valve closing timing can be individually adjusted.
上記の第1の運転制御および第2の運転制御において示したように、本実施の形態における内燃機関は、過渡運転時における残留ガスに含まれる未燃ガスと既燃ガスとの割合と、今回の燃焼サイクルにおける機械圧縮比とを推定し、推定した未燃ガスと既燃ガスとの割合および推定した機械圧縮比に基づいて、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼室に充填されている未燃の混合気の量または既燃ガスの量のうち少なくとも一方の量が、機械圧縮比がほぼ一定の定常運転時の量とほぼ同じになるように補正する制御を行うことができる、今回の燃焼サイクルにおける残留ガスの量および新混合気の量のうち少なくとも一方の量を調整することができる。 As shown in the first operation control and the second operation control described above, the internal combustion engine in the present embodiment has the ratio of the unburned gas and the burned gas contained in the residual gas during the transient operation, and this time The mechanical compression ratio in the combustion cycle is estimated, and based on the estimated ratio of unburned gas to burned gas and the estimated mechanical compression ratio, the unburned mixture filled in the combustion chamber in the current combustion cycle In the current combustion cycle, control can be performed so that at least one of the amount of air and the amount of burned gas is approximately the same as the amount during steady operation where the mechanical compression ratio is substantially constant. At least one of the amount of the residual gas and the amount of the new gas mixture can be adjusted.
本実施の形態においては、機械圧縮比が変更される過渡運転のうち、機械圧縮比が小さくなる過渡運転を例示したが、この形態に限られず、機械圧縮比が大きくなる過渡運転にも本発明を適用することができる。 In the present embodiment, of the transient operations in which the mechanical compression ratio is changed, the transient operation in which the mechanical compression ratio is reduced is illustrated. However, the present invention is not limited to this embodiment, and the present invention is also applied to a transient operation in which the mechanical compression ratio is increased. Can be applied.
本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、圧縮比可変機構を備える任意の内燃機関に本発明を適用することができる。 In the present embodiment, the internal combustion engine disposed in the vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this embodiment, and the present invention can be applied to any internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism.
上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。 In the respective drawings described above, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. In the embodiment, the change shown in a claim is included.
2 シリンダブロック
3 ピストン
5 燃焼室
6 吸気弁
8 排気弁
31 電子制御ユニット
51 吸気カム
52 排気カム
53 可変バルブタイミング装置
54 可変バルブタイミング装置
61 燃料
62 空気
63 新混合気
64 残留ガス
64a 未燃ガス
64b 既燃ガス
65 未燃の混合気
79 クランクケース
86 円形カム
87 偏心軸
88 円形カム
89 モータ
95 相対位置センサ
2
Claims (3)
今回の燃焼サイクルよりも前の燃焼サイクルにて排出されずに燃焼室に残留する残留ガスには、未燃ガスおよび既に燃焼した既燃ガスが含まれており、
燃焼サイクルの吸気行程において供給される新混合気と、残留ガスに含まれる未燃ガスとにより吸気弁が閉じた時に充填されている未燃の混合気が構成されており、
機械圧縮比を変更している過渡運転時に、過渡運転時における残留ガスに含まれる未燃ガスと既燃ガスとの割合と、今回の燃焼サイクルにおける機械圧縮比とを推定し、
推定した未燃ガスと既燃ガスとの割合および推定した機械圧縮比に基づいて、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼室に充填されている未燃の混合気の量または既燃ガスの量のうち少なくとも一方の量が、機械圧縮比がほぼ一定の定常運転時の量とほぼ同じになるように、今回の燃焼サイクルにおける残留ガスの量および新混合気の量のうち少なくとも一方の量を調整することを特徴とする、内燃機関。 Equipped with a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio.
Residual gas remaining in the combustion chamber without being discharged in the combustion cycle prior to the current combustion cycle includes unburned gas and burned burned gas,
A new mixture supplied in the intake stroke of the combustion cycle and an unburned gas included in the residual gas constitute an unburned mixture that is filled when the intake valve is closed,
At the time of transient operation where the mechanical compression ratio is changed, the ratio of unburned gas and burned gas contained in the residual gas during transient operation and the mechanical compression ratio in this combustion cycle are estimated,
Based on the estimated ratio of unburned gas to burned gas and the estimated mechanical compression ratio, at least of the amount of unburned mixture or burned gas filled in the combustion chamber in the current combustion cycle Adjust the amount of at least one of the amount of residual gas and the amount of new mixture in the current combustion cycle so that one amount is almost the same as the amount in steady operation where the mechanical compression ratio is almost constant. An internal combustion engine characterized by
燃焼室内に残留する残留ガスに含まれる未燃ガスの量および機械圧縮比に基づいて、過渡運転時の未燃の混合気の量が定常運転時の未燃の混合気の量とほぼ同じになる吸気弁の閉弁時期を推定し、
推定した吸気弁の閉弁時期に制御することにより、燃焼室に供給する新混合気の量を調整することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関。 Equipped with a variable valve mechanism that can change the closing timing of the intake valve,
Based on the amount of unburned gas contained in the residual gas remaining in the combustion chamber and the mechanical compression ratio, the amount of unburned mixture during transient operation is almost the same as the amount of unburned mixture during steady operation. Estimate the closing timing of the intake valve
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the amount of new air-fuel mixture supplied to the combustion chamber is adjusted by controlling the estimated closing timing of the intake valve.
燃焼室内に残留する残留ガスに含まれる既燃ガスの量および機械圧縮比に基づいて、過渡運転時の既燃ガスの量が定常運転時の既燃ガスの量とほぼ同じになる吸気弁の開弁時期および排気弁の閉弁時期を推定し、
推定した吸気弁の開弁時期および推定した排気弁の閉弁時期に制御することにより、燃焼室に残留する残留ガスの量を調整することを特徴とする、請求項1または2に記載の内燃機関。 A variable valve mechanism that can change the valve opening timing of the intake valve and a variable valve mechanism that can change the valve closing timing of the exhaust valve,
Based on the amount of burned gas contained in the residual gas remaining in the combustion chamber and the mechanical compression ratio, the amount of burned gas during transient operation is almost the same as the amount of burned gas during steady operation. Estimate valve opening timing and exhaust valve closing timing,
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the amount of residual gas remaining in the combustion chamber is adjusted by controlling the estimated opening timing of the intake valve and the estimated closing timing of the exhaust valve. organ.
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