JP2013130121A - Exhaust gas recirculation system for spark-ignition-type internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas recirculation system for spark-ignition-type internal combustion engine Download PDF

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Naoya Takagi
直也 高木
Yasuhiro Oi
康広 大井
Takayuki Demura
隆行 出村
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Toyota Motor Corp
トヨタ自動車株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas recirculation system capable of an appropriate quantity of EGR reliably and accurately even in a high load region in such a case that internal EGR takes place in a spark-ignition-type internal combustion engine which controls an intake air flow by a throttle.SOLUTION: A gasoline engine system 2 includes an exhaust valve 20b, a first EGR valve 20a, an exhaust pipe 24, an EGR passage 50, an exhaust valve mechanism 28, a second EGR valve 52, and an ECU 90. The EGR passage 50 has one end communicating with an exhaust port 22a and the another end communicating with the exhaust pipe 24. The exhaust valve mechanism 28 has an internal EGR drive mode for opening the exhaust valve 20b in an exhaust process and opening the first EGR valve 20a in an intake process. The second EGR valve 52 is provided between the one end and the another end of the EGR passage 50. The ECU 90 for a valve capable of varying an opening makes an opening of the second EGR valve 52 the larger, the higher the engine load becomes during internal EGR driving mode.

Description

本発明は、火花点火式内燃機関の排気還流装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for a spark ignition type internal combustion engine.
従来、排気ガス再循環(EGR)を行う排気還流装置を備えた各種の内燃機関が知られている。特に、昨今では、火花点火式内燃機関(以下、特に「ガソリンエンジン」ともいう)において、ポンピングロス低減の観点から、多量のEGRガスを再循環させるいわゆる大量EGRを実施する技術が知られている。   Conventionally, various internal combustion engines equipped with an exhaust gas recirculation device that performs exhaust gas recirculation (EGR) are known. In particular, in recent years, a technique for performing so-called mass EGR in which a large amount of EGR gas is recirculated in a spark ignition internal combustion engine (hereinafter, also referred to as “gasoline engine” in particular) is known from the viewpoint of reducing pumping loss. .
この点、特開平6−10774号公報(以下、「特許文献1」とも称す)は、火花点火式内燃機関の排気還流装置を開示している。この公報の排気還流装置は、複数の排気ポートにそれぞれ排気バルブを設け、一部の排気バルブをEGRバルブとして使い、残りの排気バルブを通常の排気バルブとして使う。各排気ポートは、排気ガス下流側で合流部を介して互いに連通している。EGRバルブとして用いる排気バルブを吸気行程中に開くことで、一方の排気ポートからの排気ガスが開かれた他方の排気ポートへと合流部を介して流れる。つまり、EGRバルブ側の排気ポートから排気ガスが再度気筒内に吸入される。この仕組みは、いわゆる内部EGR方式の排気還流装置に属するものといえる。以下、排気行程で排気バルブが開く排気ポートを「排気バルブ側排気ポート」と称し、吸気行程で排気バルブが開く排気ポートを「EGR側排気ポート」と称す。   In this regard, Japanese Patent Laid-Open No. 6-10774 (hereinafter also referred to as “Patent Document 1”) discloses an exhaust gas recirculation device for a spark ignition type internal combustion engine. The exhaust gas recirculation device of this publication is provided with exhaust valves at a plurality of exhaust ports, some exhaust valves are used as EGR valves, and the remaining exhaust valves are used as normal exhaust valves. The exhaust ports communicate with each other via a merging portion on the exhaust gas downstream side. By opening the exhaust valve used as the EGR valve during the intake stroke, the exhaust gas from one exhaust port flows to the other exhaust port that has been opened via the junction. That is, the exhaust gas is again taken into the cylinder from the exhaust port on the EGR valve side. This mechanism can be said to belong to a so-called internal EGR type exhaust gas recirculation device. Hereinafter, the exhaust port that opens the exhaust valve in the exhaust stroke is referred to as “exhaust valve side exhaust port”, and the exhaust port that opens the exhaust valve in the intake stroke is referred to as “EGR side exhaust port”.
特許文献1にかかる内部EGR方式によれば、2つの排気バルブのうち1つを吸気行程中に開くことで、吸気行程のピストン下降に伴い排気ポートから排気ガスを吸入する。この方式は、いわゆる外部EGR方式のように吸気通路のEGRガス導入部における吸気側圧力に左右されることがない。よって、低負荷域から高負荷域にわたって確実にEGRを実施でき、過給内燃機関の過給域でも確実にEGRを実施できるという利点がある。   According to the internal EGR system according to Patent Document 1, one of the two exhaust valves is opened during the intake stroke, whereby the exhaust gas is sucked from the exhaust port as the piston descends during the intake stroke. This method does not depend on the intake side pressure in the EGR gas introduction part of the intake passage unlike the so-called external EGR method. Therefore, there is an advantage that EGR can be reliably performed from a low load range to a high load range, and EGR can be reliably performed even in a supercharge range of a supercharged internal combustion engine.
特開平6−10774号公報JP-A-6-10774 特開2004−293341号公報JP 2004-293341 A
特許文献1にかかる技術は、スロットル付の一般的なガソリンエンジン向けのものではない。スロットルで吸入空気量制御をする一般的なガソリンエンジンに対してその内部EGR方式を適用するには不十分な点がある。この点について以下説明する。   The technique according to Patent Document 1 is not intended for a general gasoline engine with a throttle. There is a point that is not enough to apply the internal EGR system to a general gasoline engine that controls the intake air amount with a throttle. This point will be described below.
特許文献1にかかる技術は、スロットル付の一般的なガソリンエンジンを念頭においたEGR量の適正化について検討がされていない。特許文献1は「EGRバルブ側排気ポート」の側の排気通路にバルブ(調整弁)を設けてEGR量を調節する技術を開示するものの、その調整弁の制御は特殊である。特許文献1にかかる排気還流装置は、低負荷時には、調整弁11の開度を負荷が小さくなるほど大きく制御している(特許文献1の段落0024参照)。このような制御を採用する理由は、主に、特許文献1の内燃機関が有する特殊な構成(特殊なハードウェア及び制御)に起因している。   In the technique according to Patent Document 1, optimization of the EGR amount in consideration of a general gasoline engine with a throttle has not been studied. Patent Document 1 discloses a technique for adjusting the EGR amount by providing a valve (regulating valve) in the exhaust passage on the “EGR valve side exhaust port” side, but the control of the regulating valve is special. The exhaust gas recirculation device according to Patent Document 1 controls the opening degree of the regulating valve 11 to be larger as the load becomes smaller at low load (see Paragraph 0024 of Patent Document 1). The reason for adopting such control is mainly due to the special configuration (special hardware and control) of the internal combustion engine of Patent Document 1.
特許文献1に係る技術はガソリンエンジンを対象とするものだが、そのガソリンエンジンはスロットルを有さない等の特殊なハードウェア構成を有している(特許文献1の段落0021参照)。特許文献1の調整バルブの制御が実効性を持つかどうかは、特許文献1で前提とする特殊なハードウェア構成に起因する部分が大きい。特許文献1にかかるガソリンエンジンと吸入空気量をスロットルで調節する仕組みの一般的なガソリンエンジンとでは、スロットルでの吸入空気量制御等の面で前提が大きく異なる。   The technology according to Patent Document 1 is directed to a gasoline engine, but the gasoline engine has a special hardware configuration such as not having a throttle (see paragraph 0021 of Patent Document 1). Whether or not the control of the adjustment valve of Patent Document 1 has effectiveness is largely due to a special hardware configuration assumed in Patent Document 1. The premise of the gasoline engine according to Patent Document 1 and a general gasoline engine having a mechanism for adjusting the intake air amount with a throttle are greatly different in terms of intake air amount control with the throttle.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スロットルで吸入空気量制御をする火花点火式内燃機関に対して内部EGRを実施する場合において、適正量のEGRを高負荷域でも確実かつ精度よく実施することができる排気還流装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. When internal EGR is performed on a spark ignition type internal combustion engine in which intake air amount control is performed by a throttle, an appropriate amount of EGR is loaded at a high load. An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device that can be reliably and accurately carried out even in a region.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、火花点火式内燃機関の排気還流装置であって、
スロットル付の火花点火式内燃機関の燃焼室に連通する第1排気ポートに備えられ、前記第1排気ポートの開閉をする排気バルブと、
前記燃焼室に連通する第2排気ポートに備えられ、前記第2排気ポートの開閉をする第1バルブと、
前記第1排気ポートに連通する排気管と、
一端が前記第2排気ポートに連通し、他の一端が前記排気管に連通するEGR通路と、
前記内燃機関の排気行程で前記排気バルブを開き且つ前記内燃機関の吸気行程で前記第1バルブを開く駆動モードを有する動弁装置と、
前記EGR通路において前記一端と前記他の一端との間に設けられ、開度を変更可能な第2バルブと、
前記駆動モード中に前記内燃機関の負荷が高くなるほど前記第2バルブの開度を大きくする制御部と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust gas recirculation device for a spark ignition type internal combustion engine,
An exhaust valve provided in a first exhaust port communicating with a combustion chamber of a spark ignition type internal combustion engine with a throttle, and opening and closing the first exhaust port;
A first valve provided in a second exhaust port communicating with the combustion chamber and opening and closing the second exhaust port;
An exhaust pipe communicating with the first exhaust port;
An EGR passage having one end communicating with the second exhaust port and the other end communicating with the exhaust pipe;
A valve gear having a drive mode for opening the exhaust valve in an exhaust stroke of the internal combustion engine and opening the first valve in an intake stroke of the internal combustion engine;
A second valve that is provided between the one end and the other end in the EGR passage and is capable of changing an opening;
A controller that increases the opening of the second valve as the load of the internal combustion engine increases during the drive mode;
It is characterized by providing.
第2の発明は、第1の発明において、
前記火花点火式内燃機関が、過給機を備える過給内燃機関であり、
前記燃焼室に連通する吸気ポートに備えられた吸気バルブと、
前記吸気バルブを駆動し、当該吸気バルブの位相が可変な吸気側可変動弁装置と、
前記火花点火式内燃機関で吸気圧が排気圧よりも高くなる運転域である正圧域において、前記第1バルブと前記吸気バルブとの間のバルブオーバーラップ量の減少をするように、前記吸気弁の位相を遅角する吸気バルブ制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記正圧域での前記第2バルブの開度を前記火花点火式内燃機関の吸気圧が排気圧よりも低い負圧域での前記第2バルブの開度よりも大きな開度に設定する設定部を、含むことを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The spark ignition internal combustion engine is a supercharged internal combustion engine including a supercharger,
An intake valve provided in an intake port communicating with the combustion chamber;
An intake side variable valve operating device that drives the intake valve, and the phase of the intake valve is variable;
In the spark ignition type internal combustion engine, the intake air pressure is reduced so that the valve overlap amount between the first valve and the intake valve is reduced in a positive pressure region where the intake pressure is higher than the exhaust pressure. An intake valve controller that retards the phase of the valve;
With
The controller opens the opening of the second valve in the positive pressure region to be larger than the opening of the second valve in the negative pressure region where the intake pressure of the spark ignition internal combustion engine is lower than the exhaust pressure. It includes a setting unit for setting the time.
第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記EGR通路において前記第2バルブと前記他の一端との間に設けられたEGRクーラを、更に備えることを特徴とする。
According to a third invention, in the first or second invention,
The EGR passage further includes an EGR cooler provided between the second valve and the other end.
第1の発明によれば、負荷に応じてEGRガスを増量でき、適正量のEGRガスを、高負荷域においても精度よく確実に燃焼室に再循環させることができる。これにより、スロットル付の火花点火式内燃機関における大量EGRを、高負荷域を含む広範囲の運転域に渡って、適正量かつ確実に実施することができる排気還流装置が提供される。   According to the first invention, the amount of EGR gas can be increased according to the load, and an appropriate amount of EGR gas can be accurately and reliably recirculated to the combustion chamber even in a high load region. Thus, there is provided an exhaust gas recirculation device that can carry out a large amount of EGR in a spark ignition type internal combustion engine with a throttle over a wide range of operation including a high load range with an appropriate amount.
第2の発明によれば、吸気圧が排気圧より高い過給域においても、第1バルブ開によるEGRガス導入量の確保をすることができる。   According to the second invention, it is possible to secure the EGR gas introduction amount by opening the first valve even in the supercharging region where the intake pressure is higher than the exhaust pressure.
第3の発明によれば、高負荷運転域においても低温度かつ適正量の排気ガスを、EGRガスとして燃焼室に循環させることができる。失火抑制とノッキング抑制の双方の要求を満たしつつ、高負荷運転域でのEGRを内部EGR方式で実現することができる。   According to the third aspect of the invention, it is possible to circulate a low temperature and appropriate amount of exhaust gas as EGR gas to the combustion chamber even in a high load operation region. While satisfying the requirements of both misfire suppression and knocking suppression, EGR in the high load operation region can be realized by the internal EGR method.
本発明の実施の形態にかかる火花点火式内燃機関の排気還流装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exhaust gas recirculation apparatus of the spark ignition type internal combustion engine concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる火花点火式内燃機関の排気還流装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the exhaust gas recirculation apparatus of the spark ignition internal combustion engine concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる火花点火式内燃機関の排気還流装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the exhaust gas recirculation apparatus of the spark ignition internal combustion engine concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる火花点火式内燃機関の排気還流装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the exhaust gas recirculation apparatus of the spark ignition internal combustion engine concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる火花点火式内燃機関の排気還流装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the exhaust gas recirculation apparatus of the spark ignition internal combustion engine concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる火花点火式内燃機関の排気還流装置において、ECUが実行するルーチンのフローチャートである。4 is a flowchart of a routine executed by the ECU in the exhaust gas recirculation apparatus for the spark ignition type internal combustion engine according to the embodiment of the present invention.
[実施の形態の構成]
図1は、本発明の実施の形態にかかる火花点火式内燃機関の排気還流装置の構成を示す図である。図1は、本実施の形態にかかる排気還流装置が適用されるガソリンエンジンシステム2を模式的に示している。ガソリンエンジンシステム2は、スロットル34を備え、ガソリンを燃料とする火花点火式内燃機関である。
[Configuration of the embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an exhaust gas recirculation device for a spark ignition type internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 schematically shows a gasoline engine system 2 to which an exhaust gas recirculation apparatus according to the present embodiment is applied. The gasoline engine system 2 is a spark ignition internal combustion engine that includes a throttle 34 and uses gasoline as fuel.
ガソリンエンジンシステム2は、その内部にピストンを備える気筒10を備えている。気筒10内には、ピストン上面およびシリンダヘッド内面からなる燃焼室が形成される。気筒10には、点火プラグ12および筒内燃料噴射弁14が設けられている。   The gasoline engine system 2 includes a cylinder 10 having a piston therein. A combustion chamber including an upper surface of the piston and an inner surface of the cylinder head is formed in the cylinder 10. The cylinder 10 is provided with a spark plug 12 and an in-cylinder fuel injection valve 14.
気筒10には、吸気ポート18aおよび吸気ポート18bが連通している。吸気ポート18aおよび吸気ポート18bには、それぞれの吸気ポートを開閉する吸気バルブ16aおよび吸気バルブ16bが設けられている。気筒10の燃焼室には、排気ポート22aおよび排気ポート22bが連通している。排気ポート22aにはその開閉を担う第1EGRバルブ20aが設けられており、排気ポート22bにはその開閉を担う排気バルブ20bが設けられている。気筒10に設けられたこれら4つのバルブは、いずれも一般的なポペットバルブである。以下の説明では、便宜上、吸気バルブ16a、16b、第1EGRバルブ20aおよび排気バルブ20bを総括的に、「吸排気バルブ群16a、16b、20a、20b」とも称する。   An intake port 18a and an intake port 18b communicate with the cylinder 10. The intake port 18a and the intake port 18b are provided with an intake valve 16a and an intake valve 16b that open and close the respective intake ports. An exhaust port 22 a and an exhaust port 22 b communicate with the combustion chamber of the cylinder 10. The exhaust port 22a is provided with a first EGR valve 20a responsible for opening and closing thereof, and the exhaust port 22b is provided with an exhaust valve 20b responsible for opening and closing thereof. These four valves provided in the cylinder 10 are all general poppet valves. In the following description, for convenience, the intake valves 16a and 16b, the first EGR valve 20a, and the exhaust valve 20b are also collectively referred to as “intake and exhaust valve groups 16a, 16b, 20a, and 20b”.
なお、ガソリンエンジンシステム2は実際には車両搭載用の直列4気筒ガソリンエンジンであるが、図1では便宜上1つの気筒10のみを図示している。ガソリンエンジンシステム2は直列4気筒のシリンダブロック(不図示)を有し、このシリンダブロックには気筒10周辺の構成(点火プラグ、筒内燃料噴射弁、吸気バルブ、吸気ポート、第1EGRバルブ、排気バルブ、排気ポート)が4セット組み込まれているものとする。4つの気筒10の各吸気ポートと接続する吸気マニホールド、および4つの気筒10の各排気ポートと接続する排気マニホールドは、図示を省略する。   The gasoline engine system 2 is actually an in-line four-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle, but FIG. 1 shows only one cylinder 10 for convenience. The gasoline engine system 2 has an inline 4-cylinder cylinder block (not shown). The cylinder block includes a configuration around the cylinder 10 (ignition plug, in-cylinder fuel injection valve, intake valve, intake port, first EGR valve, exhaust gas). 4 sets of valves and exhaust ports) are incorporated. The illustration of the intake manifold connected to each intake port of the four cylinders 10 and the exhaust manifold connected to each exhaust port of the four cylinders 10 is omitted.
吸気ポート18a、18bは、サージタンク30に連通している。サージタンク30は、吸気管32に連通している。吸気管32はスロットル34、インタークーラ36、およびエアフローメータ38を備えており、上流においてエアクリーナ40と連通している。   The intake ports 18 a and 18 b communicate with the surge tank 30. The surge tank 30 communicates with the intake pipe 32. The intake pipe 32 includes a throttle 34, an intercooler 36, and an air flow meter 38, and communicates with an air cleaner 40 upstream.
排気ポート22bは、排気管24と連通している。排気管24には、スタート触媒42、メイン触媒44が排気ガスの下流側に向かって順次設けられている。排気管24におけるスタート触媒42の上流部には、空燃比センサ46が設けられている。排気管24におけるスタート触媒42とメイン触媒44の間には、サブ酸素センサ48が設けられている。   The exhaust port 22 b communicates with the exhaust pipe 24. A start catalyst 42 and a main catalyst 44 are sequentially provided in the exhaust pipe 24 toward the downstream side of the exhaust gas. An air-fuel ratio sensor 46 is provided upstream of the start catalyst 42 in the exhaust pipe 24. A sub oxygen sensor 48 is provided between the start catalyst 42 and the main catalyst 44 in the exhaust pipe 24.
ガソリンエンジンシステム2は、EGR通路50を備えている。EGR通路50の一端は、排気ポート22aに連通している。EGR通路50の他の一端は、排気管24におけるスタート触媒42とメイン触媒44の間の部位に連通している。   The gasoline engine system 2 includes an EGR passage 50. One end of the EGR passage 50 communicates with the exhaust port 22a. The other end of the EGR passage 50 communicates with a portion between the start catalyst 42 and the main catalyst 44 in the exhaust pipe 24.
EGR通路50には、第2EGRバルブ52およびEGRクーラ54が備えられている。第2EGRバルブ52は、EGR通路50における上記一端と上記他の一端との間に設けられ、開度を変更可能なバルブである。
EGRガスの導入量が適正でないと失火等の問題が生じるため、EGR量を適正量とする要請がある。そこで、EGR量の調節を精度よく行うため、排気ポート22a側に調整バルブとして第2EGRバルブ52を設ける。吸気行程中の第1EGRバルブ20aの開弁とともにこの第2EGRバルブ52でEGRガスの流量を調整することで、EGR量の調節精度を高めることができる。
第2EGRバルブ52は好ましくはバタフライバルブとする。バタフライバルブによれば、開度調整(流量調整)が連続的かつ精度良く実施可能であり、流路抵抗も少なく、大量のEGRを導入する上で好適である。
The EGR passage 50 is provided with a second EGR valve 52 and an EGR cooler 54. The second EGR valve 52 is a valve that is provided between the one end and the other end in the EGR passage 50 and whose opening degree can be changed.
If the amount of EGR gas introduced is not appropriate, problems such as misfire occur, and there is a demand for an appropriate amount of EGR. Therefore, in order to accurately adjust the EGR amount, a second EGR valve 52 is provided as an adjustment valve on the exhaust port 22a side. By adjusting the flow rate of the EGR gas with the second EGR valve 52 together with the opening of the first EGR valve 20a during the intake stroke, the adjustment accuracy of the EGR amount can be increased.
The second EGR valve 52 is preferably a butterfly valve. According to the butterfly valve, the opening degree adjustment (flow rate adjustment) can be carried out continuously and accurately, the flow path resistance is small, and it is suitable for introducing a large amount of EGR.
EGRクーラ54は、EGR通路50において第2EGRバルブ52と合流部24aとの間に設けられている。ガソリンエンジンシステム2によれば、タービン64およびスタート触媒42を経由して温度が低下した排気ガスを合流部24aからEGR通路50へと導き、さらにEGRクーラ54で冷やすことができる。このようにして十分に冷却したEGRガスを導入することで、ノッキングを避けつつ大量のEGRガスを導入することができる。   The EGR cooler 54 is provided between the second EGR valve 52 and the merging portion 24a in the EGR passage 50. According to the gasoline engine system 2, the exhaust gas whose temperature has decreased via the turbine 64 and the start catalyst 42 can be guided from the joining portion 24 a to the EGR passage 50 and further cooled by the EGR cooler 54. By introducing the sufficiently cooled EGR gas in this way, a large amount of EGR gas can be introduced while avoiding knocking.
ガソリンエンジンシステム2は、吸気動弁装置26および排気動弁装置28を備えている。吸気動弁装置26は、吸気バルブ16a、16bを駆動する装置であり、吸気バルブ16a、16bの位相が可変である。排気動弁装置28は、第1EGRバルブ20aおよび排気バルブ20bを駆動する装置であり、同じく位相可変な可変動弁装置である。特に、排気動弁装置28は、第1EGRバルブ20aの位相を、吸気バルブ16a、16bおよび排気バルブ20bに対して独立に変化させることができるように構成されている。バルブの位相が可変な可変動弁装置は既に各種の技術文献が公知となっており、新規な事項ではないため、詳細な説明は省略する。   The gasoline engine system 2 includes an intake valve operating device 26 and an exhaust valve operating device 28. The intake valve device 26 is a device that drives the intake valves 16a and 16b, and the phases of the intake valves 16a and 16b are variable. The exhaust valve device 28 is a device for driving the first EGR valve 20a and the exhaust valve 20b, and is also a variable valve device having a variable phase. In particular, the exhaust valve device 28 is configured so that the phase of the first EGR valve 20a can be changed independently of the intake valves 16a and 16b and the exhaust valve 20b. Various technical literatures are already known for variable valve actuating devices in which the phase of the valve is variable, and are not new matters, so detailed description thereof will be omitted.
排気動弁装置28は、気筒10の排気行程で排気バルブ20bを開き、且つ気筒10の吸気行程(吸気TDC以後)に第1EGRバルブ20aを開く駆動モードを有している。以下、この駆動モードを「内部EGR駆動モード」とも称す。
この内部EGR駆動モードによれば、特許文献1に記載された排気還流装置と同様の原理で内部EGRを実施することができる。つまり、排気ポート22a、22bにそれぞれポペットバルブを設け、一方を通常の排気バルブ(排気バルブ20b)として使い、他方をEGRバルブ(第1EGRバルブ20a)として使う。排気ポート22a、22bは、排気ガス下流側で合流部24aを介して互いに連通している。第1EGRバルブ20aを吸気行程中に開くことで、排気ポート22bからの排気ガスが排気ポート22aへと合流部24aを介して流れる。排気ポート22bが「排気バルブ側排気ポート」に相当し、排気ポート22aが「EGR側排気ポート」に相当する。内部EGR駆動モードによれば、外部EGR方式のように吸気通路のEGRガス導入部における吸気側圧力に左右されることがなく、低負荷域から高負荷域にわたって確実にEGRを実施できるという利点がある。
The exhaust valve device 28 has a drive mode in which the exhaust valve 20b is opened during the exhaust stroke of the cylinder 10 and the first EGR valve 20a is opened during the intake stroke of the cylinder 10 (after intake TDC). Hereinafter, this drive mode is also referred to as “internal EGR drive mode”.
According to the internal EGR drive mode, the internal EGR can be performed on the same principle as that of the exhaust gas recirculation apparatus described in Patent Document 1. That is, a poppet valve is provided in each of the exhaust ports 22a and 22b, one is used as a normal exhaust valve (exhaust valve 20b), and the other is used as an EGR valve (first EGR valve 20a). The exhaust ports 22a and 22b communicate with each other via a merging portion 24a on the exhaust gas downstream side. By opening the first EGR valve 20a during the intake stroke, the exhaust gas from the exhaust port 22b flows to the exhaust port 22a via the junction 24a. The exhaust port 22b corresponds to an “exhaust valve side exhaust port”, and the exhaust port 22a corresponds to an “EGR side exhaust port”. According to the internal EGR drive mode, unlike the external EGR system, there is an advantage that the EGR can be reliably performed from the low load range to the high load range without being influenced by the intake side pressure in the EGR gas introduction portion of the intake passage. is there.
ガソリンエンジンシステム2は過給機を備える過給内燃機関である。本実施の形態では過給機をターボチャージャ60とする。ターボチャージャ60は、コンプレッサ62およびタービン64を備えている。コンプレッサ62は、吸気管32に設けられており、その位置は吸気管32におけるインタークーラ36上流であってエアクリーナ40下流(エアフローメータ38下流)である。タービン64は、排気管24(排気ポート22b下流)のスタート触媒42上流に設けられている。ターボチャージャ60に代えてスーパーチャージャを過給機として用いてもよい。   The gasoline engine system 2 is a supercharged internal combustion engine provided with a supercharger. In the present embodiment, the turbocharger is a turbocharger 60. The turbocharger 60 includes a compressor 62 and a turbine 64. The compressor 62 is provided in the intake pipe 32, and its position is upstream of the intercooler 36 in the intake pipe 32 and downstream of the air cleaner 40 (downstream of the air flow meter 38). The turbine 64 is provided upstream of the start catalyst 42 in the exhaust pipe 24 (downstream of the exhaust port 22b). Instead of the turbocharger 60, a supercharger may be used as a supercharger.
本実施の形態のシステムは、ガソリンエンジンシステム2のエンジン運転状態の把握等のための各種センサを含むセンサ系統と、エンジン制御のためのECU(Electronic Control Unit)90とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサは、クランク軸の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローメータ38は吸入空気量を検出する。また、水温センサは、エンジンの温度状態が反映される機関温度の一例として、エンジン冷却水の温度(エンジン水温)を検出し、吸気温センサは吸気温度を検出する。センサ系統には、この他にも、エンジン制御に必要な各種のセンサ(スロットル34の開度検出用のスロットルセンサ等)が含まれている。   The system of the present embodiment includes a sensor system including various sensors for grasping the engine operating state of the gasoline engine system 2 and an ECU (Electronic Control Unit) 90 for engine control. First, the sensor system will be described. The crank angle sensor outputs a signal synchronized with the rotation of the crankshaft, and the air flow meter 38 detects the intake air amount. The water temperature sensor detects the temperature of the engine cooling water (engine water temperature) as an example of the engine temperature that reflects the temperature state of the engine, and the intake air temperature sensor detects the intake air temperature. In addition to this, the sensor system includes various sensors necessary for engine control (such as a throttle sensor for detecting the opening of the throttle 34).
ECU90は、例えばROM、RAM、不揮発性メモリ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ECU90の入力側には、センサ系統の各センサが接続されており、ECU90の出力側には、スロットル34、点火プラグ12、筒内燃料噴射弁14等を含む各種のアクチュエータが接続されている。また、ECU90は、クランク角に応じて変化する各種のデータを、当該クランク角と共に時系列データとして記憶する機能を備えている。この時系列データには、各センサの出力値、及び当該出力値に基づいて算出される各種の指標、パラメータ等が含まれる。   The ECU 90 is configured by an arithmetic processing device including a storage circuit including, for example, a ROM, a RAM, a nonvolatile memory, and the like. Each sensor of the sensor system is connected to the input side of the ECU 90, and various actuators including the throttle 34, the spark plug 12, the in-cylinder fuel injection valve 14, and the like are connected to the output side of the ECU 90. In addition, the ECU 90 has a function of storing various data that change according to the crank angle as time series data together with the crank angle. This time-series data includes the output value of each sensor and various indexes, parameters, and the like calculated based on the output value.
そして、ECU90は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動して運転状態を制御する。具体的には、クランク角センサ(図示せず)の出力に基づいてエンジン回転数(機関回転数)とクランク角とを検出し、エアフローメータ38の出力に基づいて吸入空気量を算出する。吸気圧センサや吸気温センサを用いてもよい。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基づいてエンジンの負荷(負荷率)を算出する。そして、クランク角に基づいて燃料噴射時期や点火時期を決定し、これらの時期が到来したときには、点火プラグ12や筒内燃料噴射弁14を駆動する。これにより、気筒10内で混合気を燃焼させ、エンジンを運転することができる。   The ECU 90 controls the operating state by driving each actuator while detecting the operation information of the engine by the sensor system. Specifically, the engine speed (engine speed) and the crank angle are detected based on the output of a crank angle sensor (not shown), and the intake air amount is calculated based on the output of the air flow meter 38. An intake pressure sensor or an intake air temperature sensor may be used. Further, the engine load (load factor) is calculated based on the intake air amount, the engine speed, and the like. Then, the fuel injection timing and the ignition timing are determined based on the crank angle, and when these timings arrive, the spark plug 12 and the in-cylinder fuel injection valve 14 are driven. Thereby, the air-fuel mixture is combusted in the cylinder 10 and the engine can be operated.
ECU90は、第2EGRバルブ52と接続しており、具体的には第2EGRバルブ52の開度調節用アクチュエータ(モータ)と接続している。第2EGRバルブ52の開度は、ECU90からの制御信号に従って調節される。ECU90は、吸気動弁装置26および排気動弁装置28とも接続している。ECU90は、ROMに記憶された可変動弁装置制御用の制御プログラムに従って、吸排気バルブ群16a、16b、20a、20bを駆動する。「内部EGR駆動モード」も、あらかじめこの制御プログラムの一部として記憶されている。   The ECU 90 is connected to the second EGR valve 52, and specifically, is connected to an opening adjusting actuator (motor) of the second EGR valve 52. The opening degree of the second EGR valve 52 is adjusted according to a control signal from the ECU 90. The ECU 90 is also connected to the intake valve device 26 and the exhaust valve device 28. The ECU 90 drives the intake / exhaust valve groups 16a, 16b, 20a, 20b in accordance with a control program for controlling the variable valve operating device stored in the ROM. The “internal EGR drive mode” is also stored in advance as part of this control program.
[実施の形態の動作]
図2乃至5は、本発明の実施の形態にかかる火花点火式内燃機関の排気還流装置の動作を説明するための図である。このうち、図2、図4および図5は、運転状態に応じた各バルブ位相タイミングを示す図である。具体的には、図2は、エンジン暖機後のEGR導入時における、各バルブ位相タイミングを示す図である。図4は、高負荷運転域でのEGR導入時における、各バルブ位相タイミングを示す図である。図5は、WOT(Wide open throttle)域でのEGR導入時における、各バルブ位相タイミングを示す図である。一方、図3は、エンジン負荷に対する第2EGRバルブ52の開度および吸気バルブ16a、16bの開弁タイミングを示す図である。
[Operation of the embodiment]
2 to 5 are diagrams for explaining the operation of the exhaust gas recirculation device for the spark ignition type internal combustion engine according to the embodiment of the present invention. Among these, FIG. 2, FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams showing the valve phase timings according to the operating state. Specifically, FIG. 2 is a diagram showing each valve phase timing when the EGR is introduced after the engine is warmed up. FIG. 4 is a diagram showing valve phase timings when EGR is introduced in the high load operation region. FIG. 5 is a diagram showing valve phase timings when EGR is introduced in the WOT (Wide open throttle) region. On the other hand, FIG. 3 is a diagram showing the opening degree of the second EGR valve 52 and the opening timings of the intake valves 16a and 16b with respect to the engine load.
(暖機後の低、中負荷域)
本実施の形態では、エンジンが暖機された状態においてエンジン負荷が低負荷域から中負荷域に属するときは、図2に示す開弁特性で吸排気バルブ群16a、16b、20a、20bを駆動する。図2に示す開弁特性は「内部EGR駆動モード」のときのものであり、気筒10の排気行程で排気バルブ20bを開き、且つ気筒10の吸気行程(吸気TDC以後)に第1EGRバルブ20aを開く制御動作が実施されている。なお、図2で斜線を付した領域(吸気バルブ特性と第1EGRバルブ特性の重複領域)がバルブオーバーラップ区間である。この領域の面積が吸気バルブ16a、16bと第1EGRバルブ20aのバルブオーバーラップ量に相当する。
(Low, medium load range after warm-up)
In the present embodiment, when the engine load is in the low to medium load range with the engine warmed up, the intake / exhaust valve groups 16a, 16b, 20a and 20b are driven with the valve opening characteristics shown in FIG. To do. The valve opening characteristics shown in FIG. 2 are those in the “internal EGR drive mode”. The exhaust valve 20b is opened during the exhaust stroke of the cylinder 10, and the first EGR valve 20a is opened during the intake stroke of the cylinder 10 (after the intake TDC). An open control action has been implemented. In FIG. 2, the hatched area (the overlapping area of the intake valve characteristic and the first EGR valve characteristic) is the valve overlap section. The area of this region corresponds to the valve overlap amount between the intake valves 16a and 16b and the first EGR valve 20a.
図2では第2EGRバルブ52については開度50%として記載しているが、本実施の形態においては、第2EGRバルブ52の制御はエンジン負荷に応じた開度コントロールである。
ガソリンエンジンシステム2では、一般的なスロットル付の火花点火式内燃機関がそうであるように、負荷増大に伴ってスロットル34開度増大及び吸入空気量増加となる。ECU90は、図3に示すように、内部EGR駆動モード中にエンジン負荷が高くなるほど第2EGRバルブ52の開度を大きくする。これにより、負荷の増大(吸入空気量増大)に応じてEGR量を増大させることができる。本実施の形態では、開度と負荷の関係を直線的な比例関係としている。本実施の形態では、開度と負荷を比例させる制御を、エンジン負荷が所定の低中負荷域内にあるときに実行する。図3で「負圧域」と示した領域で実行される。負圧域とは、吸気通路(吸気管32内の圧力)の圧力が負圧である負荷域を意味している。
In FIG. 2, the opening degree of the second EGR valve 52 is described as 50%, but in the present embodiment, the control of the second EGR valve 52 is opening degree control according to the engine load.
In the gasoline engine system 2, as with a general spark ignition internal combustion engine with a throttle, as the load increases, the throttle 34 opens and the intake air amount increases. As shown in FIG. 3, the ECU 90 increases the opening degree of the second EGR valve 52 as the engine load increases during the internal EGR drive mode. Thereby, the amount of EGR can be increased in accordance with the increase in load (intake air amount increase). In the present embodiment, the relationship between the opening degree and the load is a linear proportional relationship. In the present embodiment, control for making the opening degree and the load proportional is executed when the engine load is within a predetermined low and medium load range. The process is executed in a region indicated as “negative pressure region” in FIG. The negative pressure region means a load region where the pressure in the intake passage (pressure in the intake pipe 32) is negative.
上記制御によれば、吸気行程における第1EGRバルブ20aの開弁で、内部EGRを実施でき、高負荷域を含む広範囲の運転域に渡って、確実にEGRを実施できる。さらに、第1EGRバルブ20aに第2EGRバルブ52でEGR量調節機能を付加することで、精度よくEGR量を調節できる。さらに、負荷増大に応じて第2EGRバルブ52を開度増大することで、負荷に応じてEGRガスを増量でき、適正量のEGRを実施することができる。従って、負荷に応じてEGRガスを増量でき、適正量のEGRガスを、高負荷域を含む広範囲の運転域に渡って、精度よく確実に燃焼室に再循環させることができる。これにより、一般的なスロットル付火花点火式内燃機関における大量EGRに適した排気還流装置が提供される。   According to the above control, the internal EGR can be performed by opening the first EGR valve 20a in the intake stroke, and the EGR can be reliably performed over a wide range of operation including the high load range. Furthermore, by adding an EGR amount adjustment function by the second EGR valve 52 to the first EGR valve 20a, the EGR amount can be adjusted with high accuracy. Furthermore, by increasing the opening of the second EGR valve 52 in accordance with the load increase, the EGR gas can be increased in accordance with the load, and an appropriate amount of EGR can be performed. Therefore, the amount of EGR gas can be increased according to the load, and an appropriate amount of EGR gas can be accurately and reliably recirculated to the combustion chamber over a wide range of operation including the high load region. Thus, an exhaust gas recirculation device suitable for mass EGR in a general spark ignition internal combustion engine with a throttle is provided.
(高負荷運転域・過給域)
本実施の形態では、エンジン負荷が高負荷域(過給域)に属するときは、図4に示す開弁特性で吸排気バルブ群16a、16b、20a、20bを駆動する。図4に示す開弁特性は「内部EGR駆動モード」のときのものであるが、図2に示す開弁特性とは吸気バルブ16a、16bの位相が異なる。図4に示す開弁特性では、吸気バルブ16a、16bの位相が遅角されており、バルブオーバーラップ量が減少している。本実施の形態では、ECU90が、図3における「正圧域」において上記図4の開弁特性制御を実施する。この正圧域は、吸気圧が排気圧よりも高くなる運転域である。ECU90が吸気動弁装置26を制御して、第1EGRバルブ20aと吸気バルブ16a、16bの間のバルブオーバーラップ量の減少をするように、吸気バルブ16a、16bの位相を遅角する。なお、図3の「吸気バルブ開きタイミング」に破線で示すように、本実施の形態では、エンジン負荷増大に応じて開弁タイミングを比例的に遅角側へ推移させている。
(High load operating range / supercharging range)
In the present embodiment, when the engine load belongs to a high load region (supercharging region), the intake / exhaust valve groups 16a, 16b, 20a, 20b are driven with the valve opening characteristics shown in FIG. The valve opening characteristics shown in FIG. 4 are those in the “internal EGR drive mode”, but the phases of the intake valves 16a and 16b are different from the valve opening characteristics shown in FIG. In the valve opening characteristics shown in FIG. 4, the phases of the intake valves 16a and 16b are retarded, and the valve overlap amount is reduced. In the present embodiment, the ECU 90 performs the valve opening characteristic control of FIG. 4 in the “positive pressure region” of FIG. This positive pressure region is an operating region where the intake pressure is higher than the exhaust pressure. The ECU 90 controls the intake valve device 26 to retard the phase of the intake valves 16a and 16b so as to reduce the valve overlap amount between the first EGR valve 20a and the intake valves 16a and 16b. Note that, as shown by the broken line in “intake valve opening timing” in FIG. 3, in this embodiment, the valve opening timing is proportionally shifted to the retard side as the engine load increases.
また、ECU90は、正圧域での第2EGRバルブ52の開度を、図3のように所定負荷(閾値)で全開へと切り替える。図4でも「第2EGRバルブ開度%」を100%と記載している。なお、必ずしも所定高負荷域で第2EGRバルブ52をステップ的に全開としなくともよく、80%→90%→100%のように複数段階に分けてステップ的又は連続的に全開に近づけてもよい。負圧域での第2EGRバルブ52の開度よりも更に大きな開度に設定すればよい。   Further, the ECU 90 switches the opening degree of the second EGR valve 52 in the positive pressure region to fully open at a predetermined load (threshold value) as shown in FIG. In FIG. 4 as well, “second EGR valve opening%” is described as 100%. Note that the second EGR valve 52 does not necessarily have to be fully opened stepwise in a predetermined high load region, and may be made to be fully opened stepwise or continuously in multiple stages, such as 80% → 90% → 100%. . What is necessary is just to set the opening degree larger than the opening degree of the 2nd EGR valve 52 in a negative pressure area.
正圧域では、吸気圧が排気圧より高い。オーバーラップ量が大きいと、第1EGRバルブ20aのEGRガス吸入が高圧の吸気(新気)によって妨げられてしまう。そこで、本実施の形態ではこれを避けるためにオーバーラップ量を低減している。また、第2EGRバルブ52を増大させることにより、正圧域での多量の新気に見合った大量のEGRガスを確保することができる。   In the positive pressure region, the intake pressure is higher than the exhaust pressure. If the overlap amount is large, the EGR gas suction of the first EGR valve 20a is hindered by the high pressure intake air (fresh air). Therefore, in this embodiment, the overlap amount is reduced to avoid this. Also, by increasing the second EGR valve 52, a large amount of EGR gas commensurate with a large amount of fresh air in the positive pressure region can be secured.
(WOT域)
本実施の形態では、エンジン負荷がWOT域に属するときは、図5に示す開弁特性で吸排気バルブ群16a、16b、20a、20bを駆動する。図5に示す開弁特性はもはや「内部EGR駆動モード」ではなく、第1EGRバルブ20aに排気バルブの役割を持たせる駆動モードである。すなわち、第1EGRバルブ20aは排気行程中(BDCからTDCの区間)に開弁される。第2EGRバルブ52も全開(開度100%)とされる。その結果、排気行程で排気ポート22aを介してEGR通路50へと排気ガスが流れて、その排気ガスが第2EGRバルブ52を通過して排気管24へと流れ出る。その結果、排気ポンプ損失を低減することができる。
(WOT area)
In the present embodiment, when the engine load belongs to the WOT region, the intake / exhaust valve groups 16a, 16b, 20a, and 20b are driven with the valve opening characteristics shown in FIG. The valve opening characteristic shown in FIG. 5 is no longer the “internal EGR drive mode”, but a drive mode in which the first EGR valve 20a functions as an exhaust valve. That is, the first EGR valve 20a is opened during the exhaust stroke (between BDC and TDC). The second EGR valve 52 is also fully opened (opening degree 100%). As a result, the exhaust gas flows into the EGR passage 50 through the exhaust port 22a in the exhaust stroke, and the exhaust gas flows through the second EGR valve 52 to the exhaust pipe 24. As a result, exhaust pump loss can be reduced.
(EGRガスの冷却)
本実施の形態によれば、タービン64、スタート触媒42およびEGRクーラ54を経て十分に冷却したEGRガスを導入することで、ノッキングを避けつつ大量EGRを実施することができる。従って、高負荷運転域においても低温度かつ適正量の排気ガスを、EGRガスとして燃焼室に循環させることができる。これにより失火およびノッキングの双方を回避しつつEGRを実施可能となる。
(Cooling of EGR gas)
According to the present embodiment, by introducing the EGR gas sufficiently cooled through the turbine 64, the start catalyst 42, and the EGR cooler 54, a large amount of EGR can be performed while avoiding knocking. Therefore, an appropriate amount of exhaust gas at a low temperature can be circulated in the combustion chamber as EGR gas even in the high load operation region. This makes it possible to perform EGR while avoiding both misfire and knocking.
この有利な効果について、従来技術との関係を以下説明する。
特許文献2は、ディーゼルエンジンを前提とする内部EGR方式の排気還流装置を開示する。ディーゼルエンジンがNOx低減をEGRの主たる目的の一つとしているのに対し、スロットル付の火花点火式内燃機関はポンピングロス低減による燃費向上をEGRの主たる目的の一つとしている。両者を同一視することはできない。特許文献1と特許文献2は、ともに、高温のEGRガスを再循環させる目的があるという共通点がある。両者は、内部EGR方式により、その共通目的を達成している。しかし、火花点火式内燃機関における大量EGRを考える場合には、事情が異なる。高温EGRガスの大量に導入することはノッキングを誘発するおそれがあり、火花点火式内燃機関ではノッキングを軽視することはできないからである。
先行技術文献にかかる排気還流装置は、火花点火式内燃機関での大量EGRを念頭に置いていない。これに対して、本実施の形態にかかる排気還流装置は、失火抑制とノッキング抑制の双方の要求を満たしつつ高負荷運転域でのEGRを内部EGR方式で実現することができる装置であり、一般的なスロットル付火花点火式内燃機関での大量EGRを実現可能である。
Regarding this advantageous effect, the relationship with the prior art will be described below.
Patent Document 2 discloses an internal EGR type exhaust gas recirculation device based on a diesel engine. Diesel engines make NOx reduction one of the main purposes of EGR, while spark-ignition internal combustion engines with throttles make fuel efficiency improvement by reducing pumping loss one of the main purposes of EGR. Both cannot be identified. Both Patent Document 1 and Patent Document 2 have a common point that the purpose is to recirculate high-temperature EGR gas. Both of them achieve the common purpose by the internal EGR method. However, the situation is different when considering a large amount of EGR in a spark ignition type internal combustion engine. This is because introduction of a large amount of high-temperature EGR gas may induce knocking, and knocking cannot be neglected in a spark ignition internal combustion engine.
The exhaust gas recirculation device according to the prior art document does not have a large amount of EGR in a spark ignition type internal combustion engine in mind. On the other hand, the exhaust gas recirculation device according to the present embodiment is a device that can realize EGR in the high load operation region by the internal EGR method while satisfying both the misfire suppression and knocking suppression requirements. A large amount of EGR in a spark-ignition internal combustion engine with a throttle can be realized.
[実施の形態の具体的処理]
図6は、本発明の実施の形態にかかる火花点火式内燃機関の排気還流装置において、ECU90が実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ガソリンエンジンシステム2のエンジン運転中に、所定の周期で繰り返し実行されるものである。
[Specific processing of the embodiment]
FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the ECU 90 in the exhaust gas recirculation apparatus for the spark ignition type internal combustion engine according to the embodiment of the present invention. This routine is repeatedly executed at a predetermined cycle during the engine operation of the gasoline engine system 2.
図6のルーチンでは、先ず、ECU90が、ガソリンエンジンシステム2においてエンジン暖機後か否かを判定する処理を実行する(ステップS100)。暖機後で無い場合には、今回のルーチンが終了する。   In the routine of FIG. 6, first, the ECU 90 executes a process of determining whether or not the engine is warmed up in the gasoline engine system 2 (step S100). If there is no warm-up, the current routine ends.
ステップS100の結果がYESであった場合には、次に、ECU90が、エンジン負荷が高負荷域に属するか否かを判定する処理を実行する(ステップS102)。このステップでは、現在のエンジン負荷と予め定めた負荷の値(図3の「閾値」)とを比較する比較処理が実行される。エンジン負荷が閾値以上であればステップS102の結果はYESとなり、エンジン負荷が閾値未満であればステップS102の結果はNOとなる。   If the result of step S100 is YES, the ECU 90 next executes a process of determining whether or not the engine load belongs to a high load range (step S102). In this step, a comparison process for comparing the current engine load with a predetermined load value (“threshold” in FIG. 3) is executed. If the engine load is equal to or greater than the threshold, the result of step S102 is YES, and if the engine load is less than the threshold, the result of step S102 is NO.
ステップS102の結果がNOであった場合には、ECU90は、ステップS104の処理を実行する。ステップS104の処理は、上述した実施の形態にかかる動作の説明のうち「暖機後の低、中負荷域」で説明した動作を実現する制御処理である。すなわち、下記のサブステップA1およびサブステップA2が実行される。
サブステップA1では、ECU90が、排気動弁装置28を前述した内部EGR駆動モードに設定する。その結果、図2に示す開弁特性で吸排気バルブ群16a、16b、20a、20bが駆動される。
サブステップA2では、ECU90が、エンジン負荷増大に応じて比例的に大きな開度となるように第2EGRバルブ52を制御する。前提として、本実施の形態では、ECU90が「第2EGRバルブ開弁特性マップ」を記憶している。「第2EGRバルブ開弁特性マップ」は、図3に示すエンジン負荷と第2EGRバルブ開度との関係を規定したマップであり、事前に作成してECU90のROMに記憶しておく。ステップS104では、ECU90が、現在のエンジン負荷に基づいて、「第2EGRバルブ開弁特性マップ」に従って、現時点での第2EGRバルブ52の目標開度を取得する。この目標開度を実現するように、第2EGRバルブ52のアクチュエータに対して制御信号が送られる。
その後、今回のルーチンが終了する。
If the result of step S102 is NO, the ECU 90 executes the process of step S104. The process of step S104 is a control process that realizes the operation described in “low and medium load range after warm-up” in the description of the operation according to the above-described embodiment. That is, the following substep A1 and substep A2 are executed.
In substep A1, the ECU 90 sets the exhaust valve device 28 to the above-described internal EGR drive mode. As a result, the intake / exhaust valve groups 16a, 16b, 20a, 20b are driven with the valve opening characteristics shown in FIG.
In sub-step A2, the ECU 90 controls the second EGR valve 52 so that the opening degree is proportionally increased as the engine load increases. As a premise, in the present embodiment, the ECU 90 stores a “second EGR valve opening characteristic map”. The “second EGR valve opening characteristic map” is a map that defines the relationship between the engine load and the second EGR valve opening shown in FIG. 3, and is created in advance and stored in the ROM of the ECU 90. In step S104, the ECU 90 acquires the current target opening of the second EGR valve 52 according to the “second EGR valve opening characteristic map” based on the current engine load. A control signal is sent to the actuator of the second EGR valve 52 so as to realize this target opening.
Thereafter, the current routine ends.
ステップS102の結果がYESであった場合には、次に、ECU90が、WOT領域に該当するか否かを判定する処理を実行する(ステップS106)。WOT領域に該当するかどうかの判定は、例えばスロットルセンサの出力に基づく検出等により実施すればよい。   If the result of step S102 is YES, the ECU 90 next executes a process of determining whether or not it corresponds to the WOT region (step S106). The determination as to whether it falls within the WOT region may be performed by detection based on the output of the throttle sensor, for example.
ステップS106の結果がNOであった場合には、ECU90は、ステップS108の処理を実行する。ステップS108の処理は、上述した実施の形態にかかる動作の説明のうち「高負荷運転域・過給域」で説明した動作を実現する制御処理である。この時点では、ターボチャージャ60による過給が行われており、過給圧が高くなっている。ステップS102の結果がYESであるため、エンジン負荷が閾値以上となっており、吸気圧が排気圧よりも高い正圧域に存在している。ステップS108では下記のサブステップB1およびサブステップB2が実行される。   If the result of step S106 is NO, the ECU 90 executes the process of step S108. The process of step S108 is a control process for realizing the operation described in the “high load operation region / supercharging region” in the description of the operation according to the above-described embodiment. At this time, supercharging by the turbocharger 60 is performed, and the supercharging pressure is high. Since the result of step S102 is YES, the engine load is equal to or greater than the threshold value, and the intake pressure is in a positive pressure range higher than the exhaust pressure. In step S108, the following sub-step B1 and sub-step B2 are executed.
サブステップB1では、ECU90が排気動弁装置28を前述した内部EGR駆動モードに設定する。さらに、ECU90は、吸気バルブ16a、16bの開弁タイミング(位相)がエンジン負荷に応じて比例的に遅角させられるように、吸気動弁装置26を制御する。前提として、本実施の形態では、ECU90が「吸気バルブ開弁特性マップ」を記憶している。「吸気バルブ開弁特性マップ」は、図3に示すエンジン負荷と吸気バルブ開きタイミングとの関係を規定したマップであり、事前に作成してECU90のROMに記憶しておく。ステップS108では、ECU90が、現在のエンジン負荷に基づいて、「吸気バルブ開弁特性マップ」に従って、現時点での吸気バルブ16a、16bの開弁タイミングを取得する。ここでいう開弁タイミングとは、図2に示した基準特性からの遅角量である。ECU90は、この遅角量だけ位相が遅角するように吸気動弁装置26に対して制御信号が送られる。この結果、図4に示す開弁特性で吸排気バルブ群16a、16b、20a、20bが駆動される。
一方、サブステップB2では、第2EGRバルブ52が全開(開度100%)に設定される。その後、今回のルーチンが終了する。
In sub-step B1, the ECU 90 sets the exhaust valve device 28 to the internal EGR drive mode described above. Further, the ECU 90 controls the intake valve operating device 26 so that the opening timing (phase) of the intake valves 16a and 16b is proportionally retarded according to the engine load. As a premise, in the present embodiment, the ECU 90 stores an “intake valve opening characteristic map”. The “intake valve opening characteristic map” is a map that defines the relationship between the engine load and the intake valve opening timing shown in FIG. 3 and is created in advance and stored in the ROM of the ECU 90. In step S108, the ECU 90 acquires the current valve opening timing of the intake valves 16a, 16b according to the “intake valve opening characteristic map” based on the current engine load. The valve opening timing here is the amount of retardation from the reference characteristic shown in FIG. The ECU 90 sends a control signal to the intake valve device 26 so that the phase is retarded by this retard amount. As a result, the intake / exhaust valve groups 16a, 16b, 20a, 20b are driven with the valve opening characteristics shown in FIG.
On the other hand, in sub-step B2, the second EGR valve 52 is set to fully open (opening degree 100%). Thereafter, the current routine ends.
ステップS106の結果がYESであった場合には、ECU90は、ステップS110の処理を実行する。ステップS110の処理は、上述した実施の形態にかかる動作の説明のうち「WOT域」で説明した動作を実現する制御処理である。ECU90は、吸排気バルブ群16a、16b、20a、20bが図5に示す開弁特性に従うように、第1EGRバルブ20aが排気行程中に開弁するように所定量だけその位相をコントロールする。これにより、第1EGRバルブ20aが排気バルブの役割を果たすようになる。さらに、第2EGRバルブ52は全開とされる。その後、今回のルーチンが終了する。   If the result of step S106 is YES, the ECU 90 executes the process of step S110. The process of step S110 is a control process for realizing the operation described in the “WOT region” in the description of the operation according to the above-described embodiment. The ECU 90 controls the phase of the first EGR valve 20a by a predetermined amount so that the first EGR valve 20a opens during the exhaust stroke so that the intake / exhaust valve groups 16a, 16b, 20a, 20b follow the valve opening characteristics shown in FIG. As a result, the first EGR valve 20a functions as an exhaust valve. Further, the second EGR valve 52 is fully opened. Thereafter, the current routine ends.
以上説明した具体的処理によれば、エンジン負荷に応じてEGRガスを増量でき(図3参照)、適正量のEGRガスを、高負荷域においても精度よく確実に燃焼室に再循環させることができる。これにより、スロットル34を備えるガソリンエンジンシステム2において、大量EGRを、高負荷域を含む広範囲の運転域に渡って(図3参照)、適正量かつ確実に実施することができる排気還流装置が提供される。
また、上記の具体的処理によれば、バルブオーバーラップ量の調節および第2EGRバルブ52の開度増大(全開)によって、正圧域においても、第1EGRバルブ20aの開弁によるEGRガス導入量を十分に確保することができる。
また、本実施の形態によれば、タービン64、スタート触媒42およびEGRクーラ54を経由させることで冷却したEGRガスを得ることができる。高負荷運転域においても低温度かつ適正量の排気ガスを、EGRガスとして燃焼室に循環させることができる。失火抑制とノッキング抑制の双方の要求を満たしつつ、高負荷運転域でのEGRを内部EGR方式で実現することができる。
According to the specific processing described above, the amount of EGR gas can be increased according to the engine load (see FIG. 3), and an appropriate amount of EGR gas can be accurately and reliably recirculated to the combustion chamber even in a high load region. it can. As a result, in the gasoline engine system 2 having the throttle 34, an exhaust gas recirculation device that can carry out a large amount of EGR in an appropriate amount and reliably over a wide range of operation including a high load range (see FIG. 3) is provided. Is done.
Further, according to the above specific processing, the amount of EGR gas introduced by opening the first EGR valve 20a can be reduced even in the positive pressure region by adjusting the valve overlap amount and increasing the opening degree of the second EGR valve 52 (fully opened). It can be secured sufficiently.
Further, according to the present embodiment, the cooled EGR gas can be obtained by passing through the turbine 64, the start catalyst 42, and the EGR cooler 54. Even in a high load operation region, an appropriate amount of exhaust gas at a low temperature can be circulated as EGR gas to the combustion chamber. While satisfying the requirements of both misfire suppression and knocking suppression, EGR in the high load operation region can be realized by the internal EGR method.
2 ガソリンエンジンシステム、10 気筒、11 調整弁、12 点火プラグ、14 筒内燃料噴射弁、16a 吸気バルブ、16b 吸気バルブ、18a 吸気ポート、20a 第1EGRバルブ、20b 排気バルブ、22a 排気ポート、22b 排気ポート、24 排気管、24a 合流部、26 吸気動弁装置、28 排気動弁装置、30 サージタンク、32 吸気管、34 スロットル、36 インタークーラ、38 エアフローメータ、40 エアクリーナ、42 スタート触媒、44 メイン触媒、46 空燃比センサ、48 サブ酸素センサ、50 EGR通路、52 第2EGRバルブ、54 EGRクーラ、60 ターボチャージャ、62 コンプレッサ、64 タービン 2 Gasoline engine system, 10 cylinders, 11 regulating valve, 12 spark plug, 14 cylinder fuel injection valve, 16a intake valve, 16b intake valve, 18a intake port, 20a first EGR valve, 20b exhaust valve, 22a exhaust port, 22b exhaust Port, 24 Exhaust pipe, 24a Merging section, 26 Inlet valve operating device, 28 Exhaust valve operating device, 30 Surge tank, 32 Intake pipe, 34 Throttle, 36 Intercooler, 38 Air flow meter, 40 Air cleaner, 42 Start catalyst, 44 Main Catalyst, 46 Air-fuel ratio sensor, 48 Sub oxygen sensor, 50 EGR passage, 52 Second EGR valve, 54 EGR cooler, 60 Turbocharger, 62 Compressor, 64 Turbine

Claims (3)

  1. スロットル付の火花点火式内燃機関の燃焼室に連通する第1排気ポートに備えられ、前記第1排気ポートの開閉をする排気バルブと、
    前記燃焼室に連通する第2排気ポートに備えられ、前記第2排気ポートの開閉をする第1バルブと、
    前記第1排気ポートに連通する排気管と、
    一端が前記第2排気ポートに連通し、他の一端が前記排気管に連通するEGR通路と、
    前記内燃機関の排気行程で前記排気バルブを開き且つ前記内燃機関の吸気行程で前記第1バルブを開く駆動モードを有する動弁装置と、
    前記EGR通路において前記一端と前記他の一端との間に設けられ、開度を変更可能な第2バルブと、
    前記駆動モード中に前記内燃機関の負荷が高くなるほど前記第2バルブの開度を大きくする制御部と、
    を備えることを特徴とする火花点火式内燃機関の排気還流装置。
    An exhaust valve provided in a first exhaust port communicating with a combustion chamber of a spark ignition type internal combustion engine with a throttle, and opening and closing the first exhaust port;
    A first valve provided in a second exhaust port communicating with the combustion chamber and opening and closing the second exhaust port;
    An exhaust pipe communicating with the first exhaust port;
    An EGR passage having one end communicating with the second exhaust port and the other end communicating with the exhaust pipe;
    A valve gear having a drive mode for opening the exhaust valve in an exhaust stroke of the internal combustion engine and opening the first valve in an intake stroke of the internal combustion engine;
    A second valve that is provided between the one end and the other end in the EGR passage and is capable of changing an opening;
    A controller that increases the opening of the second valve as the load of the internal combustion engine increases during the drive mode;
    An exhaust gas recirculation apparatus for a spark ignition type internal combustion engine.
  2. 前記火花点火式内燃機関が、過給機を備える過給内燃機関であり、
    前記燃焼室に連通する吸気ポートに備えられた吸気バルブと、
    前記吸気バルブを駆動し、当該吸気バルブの位相が可変な吸気側可変動弁装置と、
    前記火花点火式内燃機関で吸気圧が排気圧よりも高くなる運転域である正圧域において、前記第1バルブと前記吸気バルブとの間のバルブオーバーラップ量の減少をするように、前記吸気弁の位相を遅角する吸気バルブ制御部と、
    を備え、
    前記制御部が、前記正圧域での前記第2バルブの開度を前記火花点火式内燃機関の吸気圧が排気圧よりも低い負圧域での前記第2バルブの開度よりも大きな開度に設定する設定部を、含むことを特徴とする請求項1に記載の火花点火式内燃機関の排気還流装置。
    The spark ignition internal combustion engine is a supercharged internal combustion engine including a supercharger,
    An intake valve provided in an intake port communicating with the combustion chamber;
    An intake side variable valve operating device that drives the intake valve, and the phase of the intake valve is variable;
    In the spark ignition type internal combustion engine, the intake air pressure is reduced so that the valve overlap amount between the first valve and the intake valve is reduced in a positive pressure region where the intake pressure is higher than the exhaust pressure. An intake valve controller that retards the phase of the valve;
    With
    The controller opens the opening of the second valve in the positive pressure region to be larger than the opening of the second valve in the negative pressure region where the intake pressure of the spark ignition internal combustion engine is lower than the exhaust pressure. The exhaust gas recirculation device for a spark ignition type internal combustion engine according to claim 1, further comprising a setting unit that sets the temperature.
  3. 前記EGR通路において前記第2バルブと前記他の一端との間に設けられたEGRクーラを、更に備えることを特徴とする請求項2に記載の火花点火式内燃機関の排気還流装置。   The exhaust gas recirculation device for a spark ignition type internal combustion engine according to claim 2, further comprising an EGR cooler provided between the second valve and the other end in the EGR passage.
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