JP2013036377A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関が備えている可変バルブタイミング機構を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls a variable valve timing mechanism provided in an internal combustion engine.
車両等に搭載される内燃機関について、吸気弁及び/または排気弁のバルブタイミングを可変制御できる可変バルブタイミング機構を備えたものが知られている(例えば、下記特許文献を参照)。 2. Description of the Related Art An internal combustion engine mounted on a vehicle or the like is known that includes a variable valve timing mechanism that can variably control the valve timing of an intake valve and / or an exhaust valve (see, for example, the following patent document).
可変バルブタイミング機構の用途の一つとして、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)がある。内部EGRでは、排気弁の閉弁タイミングを遅らせることで、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバラップ期間を長くし、気筒から排出された排気ガスを吸気行程の初期に気筒内に逆流させる。この内部EGRにより、気筒内燃焼室の温度を上昇させて燃料の気化を促進し、特に低中負荷域での燃焼を安定させることができる。 One of uses of the variable valve timing mechanism is internal EGR (Exhaust Gas Recirculation). In the internal EGR, by delaying the closing timing of the exhaust valve, the valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open is lengthened, and the exhaust gas discharged from the cylinder is put into the cylinder at the beginning of the intake stroke. Back flow. By this internal EGR, the temperature of the in-cylinder combustion chamber can be raised to promote the vaporization of fuel, and the combustion can be stabilized particularly in the low and medium load regions.
しかしながら、バルブオーバラップ期間には、気筒内の排気ガスが一部吸気ポートから吸気通路側に流出してしまう。流出した排気ガスは、吸気通路で冷却されてから再び気筒に充填される。それ故、気筒内燃焼室の昇温効果が低減するという問題があった。 However, during the valve overlap period, part of the exhaust gas in the cylinder flows out from the intake port to the intake passage side. The exhaust gas that has flowed out is cooled in the intake passage and then filled into the cylinder again. Therefore, there is a problem that the temperature rise effect of the in-cylinder combustion chamber is reduced.
本発明は、内部EGRによる気筒内燃焼室の昇温効果を一層高めることを所期の目的としている。 An object of the present invention is to further increase the temperature rise effect of the in-cylinder combustion chamber by the internal EGR.
本発明では、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関における、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを制御する制御装置であって、内燃機関に対する要求負荷が所定以下の運転領域にて、排気弁を排気上死点以降に閉じ、かつ排気弁を閉じた後に吸気弁を開く制御を行うことを特徴とする制御装置を構成した。 The present invention relates to a control device for controlling the opening and closing timings of an intake valve and an exhaust valve in an internal combustion engine having a variable valve timing mechanism capable of changing the opening and closing timings of an intake valve and an exhaust valve. The control device is configured to perform control to close the exhaust valve after exhaust top dead center and open the intake valve after closing the exhaust valve in an operation region where the load is equal to or less than a predetermined value.
即ち、内部EGRを実施するにあたり、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバラップ期間を敢えて設けず、気筒内の排気ガスが吸気通路側に流出するのを阻止するようにしたのである。 That is, when carrying out the internal EGR, the valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open is not intentionally provided, but the exhaust gas in the cylinder is prevented from flowing out to the intake passage side. .
本発明によれば、内部EGRによる気筒内燃焼室の昇温効果を一層高めることができる。 According to the present invention, the temperature rise effect of the in-cylinder combustion chamber by the internal EGR can be further enhanced.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)と、各気筒1内に燃料を噴射するインジェクタ11と、各気筒1に吸気を供給するための吸気通路3と、各気筒1から排気を排出するための排気通路4と、吸気通路3を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機5と、排気通路4から吸気通路3に向けて外部EGRガスを還流させる外部EGR装置2とを具備している。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. This internal combustion engine is of a direct injection type, and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1), an
吸気通路3は、外部から空気を取り入れて気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、過給機5のコンプレッサ51、インタクーラ32、電子スロットル弁33、サージタンク34、吸気マニホルド35を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 takes in air from the outside and guides it to the intake port of the cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42、過給機5の駆動タービン52及び三元触媒41を配置している。加えて、タービン52を迂回する排気バイパス通路43、及びこのバイパス通路43の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲート弁44を設けてある。ウェイストゲート弁44は、アクチュエータに制御信号lを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲート弁であり、そのアクチュエータとしてDCサーボモータを用いている。
The exhaust passage 4 guides exhaust generated as a result of burning fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of the cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42, a
排気ターボ過給機5は、駆動タービン52とコンプレッサ51とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン52を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ51にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。
The exhaust turbocharger 5 is configured such that the
外部EGR装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものである。外部EGR通路の入口は、排気通路4におけるタービン52の上流の所定箇所に接続している。外部EGR通路の出口は、吸気通路3におけるスロットル弁33の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク34に接続している。外部EGR通路上にも、EGRクーラ21及びEGR弁22を設けてある。
The external EGR device 2 realizes a so-called high-pressure loop EGR. The inlet of the external EGR passage is connected to a predetermined location upstream of the
本実施形態における内燃機関には、吸気弁12及び排気弁13のそれぞれの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を実装している。可変バルブタイミング機構の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。例えば、吸気弁12及び排気弁13をそれぞれ電磁弁としたものや、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのそれぞれの回転位相を液圧により進角/遅角させるもの、吸気弁12を開弁駆動する吸気カム及び排気弁13を開弁駆動する排気カムをそれぞれ複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動モータで変化させるもの等、既知の種々の機構の中から選択して採用することが許される。
The internal combustion engine in this embodiment is equipped with a variable valve timing mechanism that changes the opening / closing timings of the
内燃機関の運転制御を司るECU(Electronic Control Unit)0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。 An ECU (Electronic Control Unit) 0 that controls operation of the internal combustion engine is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.
入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度ひいてはエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号b、アクセルペダルの踏込量(または、スロットル弁33の開度)を検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号c、吸気通路3(特に、サージタンク34)内の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号d、吸気通路3内の吸気圧(過給圧)を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号e、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力される排気カム信号g等が入力される。エンジン回転センサは、例えば10°CA(クランク角度)毎にパルス信号bを発する。カム角センサは、720°CAを気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば240°CA毎にパルス信号gを発する。アクセルペダルの踏込量(または、スロットル弁33の開度)cは、運転者が指令する要求負荷、換言すればエンジン出力と捉えることができる。但し、吸気圧eまたは吸気圧eを基に演算される気筒1への吸気の充填量を、要求負荷に見立ててもよい。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the vehicle speed, an engine rotation signal b output from the engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and thus the engine speed, and the amount of depression of the accelerator pedal (or , An accelerator opening signal c output from an accelerator opening sensor that detects the opening of the
出力インタフェースからは、インジェクタ11に対して燃料噴射信号h、点火プラグ(のイグニッションコイル)に対して点火信号i、EGR弁22に対して開度操作信号j、スロットル弁33に対して開度操作信号k、ウェイストゲート弁44に対して開度操作信号l、可変バルブタイミング機構に対して制御信号m、n等を出力する。制御信号m、nは、吸気弁12の開閉タイミング及び排気弁13の開閉タイミングをそれぞれ制御するための信号である。例えば、吸気弁12及び排気弁13をそれぞれ電磁弁とした機構であれば、吸気弁12を開弁するタイミングでソレノイドに入力する信号m、排気弁13を開弁するタイミングでソレノイドに入力する信号nとなる。クランクシャフトに対する吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのそれぞれの回転位相を液圧により操作する機構であれば、吸気カムシャフトに付設された液圧ベーンに与える作動液の流れ方向及び流量を制御するOCV(Oil Control Valve)に入力するDUTY信号m、排気カムシャフトに付設された液圧ベーンに与える作動液の流れ方向及び流量を制御するOCVに入力するDUTY信号nとなる。吸気カム及び排気カムをそれぞれ使い分けるものであれば、吸気カムプロファイルを切り替える作動液の流れ方向を制御する切替バルブに入力する信号m、排気カムプロファイルを切り替える作動液の流れ方向を制御する切替バルブに入力する信号nとなる。ロッカーアームのレバー比を電動モータで変化させるものであれば、吸気側のロッカーアームを駆動する電動モータの回転量及び回転方向を規定する信号m、排気側のロッカーアームを駆動する電動モータの回転量及び回転方向を規定する信号nとなる。
From the output interface, the fuel injection signal h for the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、gを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求EGR率(または、EGR量)、吸気弁12の要求バルブタイミング等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号h、i、j、k、l、mを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in the memory in advance and controls the operation of the internal combustion engine. The ECU 0 acquires various information a, b, c, d, e, f, and g necessary for operation control of the internal combustion engine via the input interface, and based on them, the intake air amount, the required fuel injection amount, the ignition timing, A required EGR rate (or EGR amount), a required valve timing of the
制御装置たるECU0は、内燃機関に対する要求負荷(または、エンジン出力)が所定以下である、低負荷ないし中負荷の運転領域にあるときに、以下に述べるバルブタイミング制御を実行する。 The ECU 0 serving as the control device performs the valve timing control described below when the required load (or engine output) for the internal combustion engine is in a low load to medium load operation region where the required load is less than a predetermined value.
即ち、図2に示しているように、排気行程において開弁した排気弁13(そのバルブリフト量を図中破線で示す)を、排気上死点以降、所要のクランク角度tを経過した後に閉弁する。それとともに、吸気行程において開弁するべき吸気弁12(そのバルブリフト量を図中実線で示す)を、排気弁13が閉じた後に開弁する。この制御は、内部EGRにより気筒1内の燃焼室の温度を高める目的で行われるのであるが、従来より周知の内部EGR制御とは異なり、吸気弁12と排気弁13との双方が開弁しているバルブオーバラップ期間を設けない。
That is, as shown in FIG. 2, the
排気上死点から排気弁13を閉弁するまでの間のクランク角度t、つまりは排気上死点から排気弁13の閉弁までの遅角量tは、必要となる内部EGRガス量を確保できるように設定する。そのために、排気上死点から排気弁13の閉弁までの遅角量tは、要求負荷が低いほど小さく、要求負荷が高いほど大きくする。これは、低負荷運転の方が要求EGR量が少ないことによる。また、排気上死点から排気弁13の閉弁までの遅角量tは、最大で例えば90°CAとする。
The crank angle t from the exhaust top dead center to the closing of the
本実施形態では、吸気弁12及び排気弁13の開閉タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関における、吸気弁12及び排気弁13の開閉タイミングを制御するものであって、内燃機関に対する要求負荷が所定以下の運転領域にて、排気弁13を排気上死点以降に閉じ、かつ排気弁13を閉じた後に吸気弁12を開く制御を行うことを特徴とする制御装置0を構成した。
In the present embodiment, the opening / closing timing of the
本実施形態によれば、吸気弁12と排気弁13とがともに開いているバルブオーバラップ期間を設けないことから、気筒1内の排気ガスが一部吸気通路側に流出して冷却され気筒1に再充填されることを阻止でき、気筒1内の燃焼室の温度降下を有効に回避することができる。従って、特に低中負荷の運転領域にて、気筒1内の燃焼室での燃料の気化が促進され、燃焼が安定化する。燃焼の安定化によりEGR耐力が高まり、より多量のEGRガスを還流させても失火するおそれが小さくなる。外部EGRを含むEGR量の限界を引き上げることができるため、燃費の向上にも資する。
According to the present embodiment, since there is no valve overlap period in which both the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. The specific configuration of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。 The present invention can be applied to control of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
12…吸気弁
13…排気弁
0 ... Control unit (ECU)
12 ...
Claims (1)
内燃機関に対する要求負荷が所定以下の運転領域にて、排気弁を排気上死点以降に閉じ、かつ排気弁を閉じた後に吸気弁を開く制御を行うことを特徴とする制御装置。 A control device for controlling the opening and closing timings of an intake valve and an exhaust valve in an internal combustion engine having a variable valve timing mechanism capable of changing the opening and closing timings of an intake valve and an exhaust valve,
A control device that performs control to close an exhaust valve after exhaust top dead center and open an intake valve after closing the exhaust valve in an operation region where a required load on the internal combustion engine is a predetermined value or less.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018101152A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | 三菱重工業株式会社 | Marine diesel engine |
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- 2011-08-08 JP JP2011172523A patent/JP2013036377A/en active Pending
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