JP2014077387A - Internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine capable of making EGR effective while suppressing an increase in an in-cylinder maximum pressure due to supercharging.SOLUTION: An internal combustion engine having a plurality of cylinders 2 includes: turbochargers 5 and 6 for supercharging suction air of the cylinder 2; an intake and exhaust valve control unit 8 for controlling a valve timing of an intake valve 3 of the cylinder 2; an EGR passage 7 for recirculating an exhaust gas of the cylinder 2 to an intake side; and an ECU 10 for controlling an exhaust pressure or a supercharging pressure. The intake and exhaust valve control unit 8 controls the valve timing of the intake valve 3 to suppress an increase in an in-cylinder maximum pressure of the cylinder 2 due to supercharging.

Description

本発明は、吸排気バルブのバルブタイミングを変更可能な内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine capable of changing the valve timing of intake and exhaust valves.

従来、このような内燃機関に関する技術文献として、例えば下記の特許文献1が知られている。特許文献1には、車両に備えられるディーゼルエンジンであって、吸排気バルブのバルブタイミングをエンジン運転状態に応じて制御することで気筒内の実圧縮比を制御するものが開示されている。   Conventionally, for example, the following Patent Document 1 is known as a technical document relating to such an internal combustion engine. Patent Document 1 discloses a diesel engine provided in a vehicle that controls the actual compression ratio in a cylinder by controlling the valve timing of intake and exhaust valves in accordance with the engine operating state.

特開2002−54489号公報JP 2002-54489 A

ところで、内燃機関の高出力化のために過給機を採用することが広く行われている。しかしながら、単純に過給機を採用すると、過給により気筒内の筒内最高圧力が増大し、内燃機関本体の機械的強度に悪影響を及ぼす場合がある。また、過給圧力が気筒の排気圧力より高くなるとEGRが効かなくなり燃費が悪化するという問題があった。   By the way, a turbocharger is widely used to increase the output of an internal combustion engine. However, if a supercharger is simply adopted, the maximum cylinder pressure in the cylinder increases due to supercharging, which may adversely affect the mechanical strength of the internal combustion engine body. Further, when the supercharging pressure becomes higher than the exhaust pressure of the cylinder, there is a problem that EGR is not effective and fuel consumption is deteriorated.

そこで、本発明は、過給による筒内最高圧力の増大を抑えながらEGRを有効にできる内燃機関を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of making EGR effective while suppressing an increase in the in-cylinder maximum pressure due to supercharging.

上記課題を解決するため、本発明は、複数の気筒を有する内燃機関であって、気筒の吸引空気の過給を行う過給機と、気筒の吸気バルブのバルブタイミングを制御する吸気バルブ制御手段と、気筒の排気ガスを吸気側に再循環させるためのEGR通路と、気筒の排気圧力又は過給機の過給圧力を制御する圧力制御手段と、を備え、吸気バルブ制御手段は、過給機の過給による気筒の筒内最高圧力の増大を抑えるように、吸気バルブのバルブタイミングを制御することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is an internal combustion engine having a plurality of cylinders, a supercharger for supercharging the intake air of the cylinders, and an intake valve control means for controlling the valve timing of the intake valves of the cylinders And an EGR passage for recirculating the exhaust gas of the cylinder to the intake side, and a pressure control means for controlling the exhaust pressure of the cylinder or the supercharging pressure of the supercharger. The valve timing of the intake valve is controlled so as to suppress an increase in the cylinder maximum pressure due to supercharging of the machine.

本発明に係る内燃機関によれば、過給機による過給を行いつつ、吸気バルブのバルブタイミングの制御によって気筒の筒内最高圧力の増大を抑制するので、過給による高出力化を図りながら、筒内最高圧力の増大による内燃機関本体の機械的強度への影響を抑えることができる。また、この内燃機関によれば、過給圧力と気筒の排気圧力との差圧がなくなるとEGRが効かなくなることから、圧力制御手段によって排気圧力が過給圧力を上回るように制御することで、EGRを有効にすることができる。従って、この内燃機関によれば、過給による高出力化を図りながら、筒内最高圧力の増大による内燃機関本体の機械的強度への影響を抑えて長寿命化を実現し、更にはEGRの有効性を確保することで燃費向上を図ることができる。   According to the internal combustion engine of the present invention, the increase in the in-cylinder maximum pressure of the cylinder is suppressed by controlling the valve timing of the intake valve while performing supercharging by the supercharger. The influence on the mechanical strength of the internal combustion engine main body due to the increase in the in-cylinder maximum pressure can be suppressed. Further, according to this internal combustion engine, when the differential pressure between the supercharging pressure and the exhaust pressure of the cylinder disappears, EGR becomes ineffective, and by controlling the exhaust pressure to exceed the supercharging pressure by the pressure control means, EGR can be enabled. Therefore, according to this internal combustion engine, while achieving high output by supercharging, the influence on the mechanical strength of the internal combustion engine main body due to the increase in the maximum cylinder pressure is suppressed, and a long life is achieved. Fuel efficiency can be improved by ensuring the effectiveness.

本発明に係る内燃機関において、過給機は、可変ノズルターボチャージャーであり、圧力制御手段は、気筒の排気圧力が過給機の過給圧力より大きくなるように過給機のノズルを変化させてもよい。
この内燃機関によれば、可変ノズルターボチャージャーのノズルを変更して気筒の排気圧力が過給機の過給圧力より大きくすることで、過給による高出力化を図りながらEGRを有効にすることができる。
In the internal combustion engine according to the present invention, the supercharger is a variable nozzle turbocharger, and the pressure control means changes the nozzle of the supercharger so that the exhaust pressure of the cylinder becomes larger than the supercharge pressure of the supercharger. May be.
According to this internal combustion engine, by changing the nozzle of the variable nozzle turbocharger to make the exhaust pressure of the cylinder larger than the supercharging pressure of the supercharger, the EGR is made effective while achieving high output by supercharging. Can do.

本発明に係る内燃機関において、気筒の排気通路に設けられた排気ブレーキバルブを更に備え、圧力制御手段は、気筒の排気圧力が過給機の過給圧力より大きくなるように排気ブレーキバルブを制御してもよい。
この内燃機関によれば、排気ブレーキバルブを制御して気筒の排気圧力(排気通路内の圧力)を増大させることにより、気筒の排気圧力を過給機の過給圧力より十分に大きくすることで、過給による高出力化を図りながらEGRを有効にすることができる。
The internal combustion engine according to the present invention further comprises an exhaust brake valve provided in the exhaust passage of the cylinder, and the pressure control means controls the exhaust brake valve so that the exhaust pressure of the cylinder becomes larger than the supercharging pressure of the supercharger. May be.
According to this internal combustion engine, by controlling the exhaust brake valve to increase the exhaust pressure of the cylinder (pressure in the exhaust passage), the exhaust pressure of the cylinder is made sufficiently larger than the supercharging pressure of the supercharger. The EGR can be made effective while increasing the output by supercharging.

本発明によれば、過給による筒内最高圧力の増大を抑えながらEGRを有効にできる内燃機関を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the internal combustion engine which can make EGR effective, suppressing the increase in the cylinder maximum pressure by supercharging can be provided.

本実施形態に係るエンジンの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the engine which concerns on this embodiment. 本実施形態のミラーサイクルを説明するlogP−logV線図である。It is a logP-logV diagram explaining the mirror cycle of this embodiment. ECUによる制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of control by ECU.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に示す本実施形態のエンジン(内燃機関)1は、車両の動力源として使用され、複数の気筒2を有するディーゼルエンジンである。気筒2には、吸気バルブ3及び排気バルブ4が設けられている。このエンジン1は、いわゆるミラーサイクルエンジンであり、吸気バルブ3を下死点よりも早く又は遅く閉じることにより気筒2内の圧縮比を膨張比よりも小さく維持し、ノッキングの発生を抑えながら高い熱効率を得ることができる。   An engine (internal combustion engine) 1 according to this embodiment shown in FIG. 1 is a diesel engine that is used as a power source of a vehicle and has a plurality of cylinders 2. The cylinder 2 is provided with an intake valve 3 and an exhaust valve 4. The engine 1 is a so-called Miller cycle engine, and the intake valve 3 is closed earlier or later than the bottom dead center, thereby maintaining the compression ratio in the cylinder 2 smaller than the expansion ratio and suppressing the occurrence of knocking and high thermal efficiency. Can be obtained.

エンジン1は、二段過給システムを構成する低圧段ターボチャージャー(過給機)5及び高圧段ターボチャージャー(過給機)6と、EGR通路7と、吸排気バルブ制御部(吸気バルブ制御手段)8と、排気ブレーキバルブ9と、ECU(圧力制御手段)[Engine Control Unit]10と、を備えている。   The engine 1 includes a low-pressure stage turbocharger (supercharger) 5 and a high-pressure stage turbocharger (supercharger) 6, an EGR passage 7, and an intake / exhaust valve control unit (intake valve control means) constituting a two-stage supercharging system. ) 8, an exhaust brake valve 9, and an ECU (pressure control means) [Engine Control Unit] 10.

低圧段ターボチャージャー5は、吸気通路11の入口側に配置された低圧段コンプレッサ5Aと排気通路12の出口側に配置された低圧段タービン5Bから構成される。低圧段ターボチャージャー5では、低圧段タービン5Bが排気ガスの排気エネルギーにより回転されることで、低圧段コンプレッサ5Aが駆動して吸気通路11内の空気圧縮すなわち過給が行われる。   The low-pressure stage turbocharger 5 includes a low-pressure stage compressor 5 </ b> A disposed on the inlet side of the intake passage 11 and a low-pressure stage turbine 5 </ b> B disposed on the outlet side of the exhaust passage 12. In the low-pressure stage turbocharger 5, the low-pressure stage turbine 5 </ b> B is rotated by the exhaust energy of the exhaust gas, so that the low-pressure stage compressor 5 </ b> A is driven to compress the air in the intake passage 11, that is, supercharge.

高圧段ターボチャージャー6は、高圧段コンプレッサ6A及び高圧段タービン6Bから構成される。高圧段コンプレッサ6Aは吸気通路11において低圧段コンプレッサ5Aより下流に配置され、高圧段タービン6Bは排気通路12において低圧段タービン5Bより上流に配置されている。   The high-pressure turbocharger 6 includes a high-pressure compressor 6A and a high-pressure turbine 6B. The high pressure compressor 6A is disposed downstream of the low pressure compressor 5A in the intake passage 11, and the high pressure turbine 6B is disposed upstream of the low pressure turbine 5B in the exhaust passage 12.

この高圧段ターボチャージャー6においても、高圧段タービン6Bが排気ガスの排気エネルギーにより回転されることで、高圧段コンプレッサ6Aが駆動して吸気通路11内の過給が行われる。   Also in the high-pressure stage turbocharger 6, the high-pressure stage turbine 6 </ b> B is rotated by the exhaust energy of the exhaust gas, so that the high-pressure stage compressor 6 </ b> A is driven and supercharging in the intake passage 11 is performed.

高圧段ターボチャージャー6は、低圧段ターボチャージャー5と比べて容量の小さいものが用いられる。言い換えると、低圧段ターボチャージャー5は、高圧段ターボチャージャー6と比べて容量の大きいものが用いられる。これは、高圧段ターボチャージャー6において排気エネルギーが一度回収され、膨張した排気ガスを低圧段ターボチャージャー5で扱うためである。   The high-pressure stage turbocharger 6 has a smaller capacity than the low-pressure stage turbocharger 5. In other words, the low-pressure stage turbocharger 5 having a larger capacity than the high-pressure stage turbocharger 6 is used. This is because exhaust energy is once recovered in the high-pressure stage turbocharger 6 and the expanded exhaust gas is handled by the low-pressure stage turbocharger 5.

吸気通路11を流れる空気は、低圧段コンプレッサ5A、高圧段コンプレッサ6Aの順に圧縮されてエンジン1本体の気筒2内に供給される。なお、吸気通路11には、低圧段コンプレッサ5Aによる圧縮で温度上昇した空気を冷却するためのインタークーラ13と、高圧段コンプレッサ6Aによる圧縮で温度上昇した空気を冷やすためのアフタークーラ14が設けられている。インタークーラ13については、必ずしも設ける必要はない。   The air flowing through the intake passage 11 is compressed in the order of the low-pressure compressor 5A and the high-pressure compressor 6A and is supplied into the cylinder 2 of the engine 1 body. The intake passage 11 is provided with an intercooler 13 for cooling the air whose temperature has increased due to compression by the low-pressure compressor 5A, and an after-cooler 14 for cooling the air whose temperature has increased by compression by the high-pressure compressor 6A. ing. The intercooler 13 is not necessarily provided.

低圧段ターボチャージャー5及び高圧段ターボチャージャー6は、可変ノズルターボチャージャーであり、タービン側に複数の可変ベーンを有している。低圧段ターボチャージャー5及び高圧段ターボチャージャー6は、複数の可変ベーンから構成される可変ノズルの開度を変えることで排気ガスの流量を制御し、過給効率を変更する。   The low-pressure stage turbocharger 5 and the high-pressure stage turbocharger 6 are variable nozzle turbochargers, and have a plurality of variable vanes on the turbine side. The low-pressure stage turbocharger 5 and the high-pressure stage turbocharger 6 change the supercharging efficiency by controlling the flow rate of the exhaust gas by changing the opening degree of the variable nozzle composed of a plurality of variable vanes.

EGR通路7は、排気通路12内の排気ガスの一部を吸気通路11に戻すことで再循環させるための通路である。EGR通路7の途中には、通過する排気ガスの流量を制御するためのEGRバルブ15と、排気ガスを冷却するためのEGRクーラー16が設けられている。   The EGR passage 7 is a passage for recirculation by returning a part of the exhaust gas in the exhaust passage 12 to the intake passage 11. In the middle of the EGR passage 7, an EGR valve 15 for controlling the flow rate of the exhaust gas passing therethrough and an EGR cooler 16 for cooling the exhaust gas are provided.

EGR通路7は、気筒2の下流側で排気ブレーキバルブ9の上流側の排気通路12と、気筒2の上流側でアフタークーラ14の下流側の吸気通路11と、を接続しており、いわゆるハイプレッシャーEGRシステムを構成している。なお、EGR通路7の接続場所は上述した場所に限られない。   The EGR passage 7 connects the exhaust passage 12 upstream of the exhaust brake valve 9 on the downstream side of the cylinder 2 and the intake passage 11 downstream of the aftercooler 14 on the upstream side of the cylinder 2. It constitutes the pressure EGR system. The connection place of the EGR passage 7 is not limited to the place described above.

吸排気バルブ制御部8は、吸気バルブ3及び排気バルブ4のバルブタイミング及びリフト量を制御する。吸排気バルブ制御部8は、エンジン1の可変バルブ機構を駆動させることにより、吸気バルブ3及び排気バルブ4のバルブタイミング及びリフト量を変更する。可変バルブ機構の構成は特に限定されず、バルブタイミング及びリフト量を変更できるものであればよい。可変バルブ機構は、例えば油圧や電動モータ等によってカムシャフトの回転角位相を変更することでバルブタイミング等を変更する。   The intake / exhaust valve control unit 8 controls the valve timing and the lift amount of the intake valve 3 and the exhaust valve 4. The intake / exhaust valve control unit 8 drives the variable valve mechanism of the engine 1 to change the valve timing and the lift amount of the intake valve 3 and the exhaust valve 4. The configuration of the variable valve mechanism is not particularly limited as long as the valve timing and the lift amount can be changed. The variable valve mechanism changes the valve timing or the like by changing the rotation angle phase of the camshaft by, for example, hydraulic pressure or an electric motor.

排気ブレーキバルブ9は、排気通路12に設けられており、排気圧力を高めることでて制動力を発生させるためのバルブである。排気ブレーキバルブ9は、高圧段タービン6Bの手前(上流側)に配置されている。排気ブレーキバルブ9は、開度を小さくして排気通路12の流量を制限することにより排気通路12内の圧力を高め、エンジン1のポンピングロスを増大させることで制動力を発生させる。   The exhaust brake valve 9 is provided in the exhaust passage 12 and is a valve for generating a braking force by increasing the exhaust pressure. The exhaust brake valve 9 is disposed in front (upstream side) of the high-pressure turbine 6B. The exhaust brake valve 9 increases the pressure in the exhaust passage 12 by reducing the opening and restricting the flow rate of the exhaust passage 12, and generates a braking force by increasing the pumping loss of the engine 1.

ECU10は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットである。ECU10では、ROMに記憶されているプログラムをRAMにロードし、CPUで実行することでエンジン制御に関する処理が行われる。   The ECU 10 is an electronic control unit including a CPU [Central Processing Unit], a ROM [Read Only Memory], a RAM [Random Access Memory], and the like. In the ECU 10, a program stored in the ROM is loaded into the RAM and executed by the CPU to perform processing related to engine control.

ECU10は、低圧段ターボチャージャー5、高圧段ターボチャージャー6、吸排気バルブ制御部8、排気ブレーキバルブ9、及びEGRバルブ15と接続されている。また、ECU10は、過給圧センサ17及び排気圧センサ18と接続されている。   The ECU 10 is connected to the low-pressure stage turbocharger 5, the high-pressure stage turbocharger 6, the intake / exhaust valve control unit 8, the exhaust brake valve 9, and the EGR valve 15. The ECU 10 is connected to a supercharging pressure sensor 17 and an exhaust pressure sensor 18.

過給圧センサ17は、高圧段コンプレッサ6Aの直後(下流側)の吸気通路11に設けられた圧力センサである。過給圧センサ17は、二段過給後の吸引空気の圧力(過給圧力)Ptを検出する。排気圧センサ18は、気筒2と排気ブレーキバルブ9の間の排気通路12に設けられ圧力センサである。排気圧センサ18は、排気通路12内の排気ガスの圧力(排気圧力)Peを検出する。   The supercharging pressure sensor 17 is a pressure sensor provided in the intake passage 11 immediately after the high-pressure compressor 6A (downstream side). The supercharging pressure sensor 17 detects the pressure (supercharging pressure) Pt of the suction air after the two-stage supercharging. The exhaust pressure sensor 18 is a pressure sensor provided in the exhaust passage 12 between the cylinder 2 and the exhaust brake valve 9. The exhaust pressure sensor 18 detects the pressure (exhaust pressure) Pe of the exhaust gas in the exhaust passage 12.

ECU10は、過給圧センサ17の検出した過給圧力Pt及び排気圧センサ18の検出した排気圧力Peに基づいて、低圧段ターボチャージャー5、高圧段ターボチャージャー6、吸排気バルブ制御部8、排気ブレーキバルブ9、及びEGRバルブ15を制御する。   Based on the supercharging pressure Pt detected by the supercharging pressure sensor 17 and the exhaust pressure Pe detected by the exhaust pressure sensor 18, the ECU 10 performs low pressure stage turbocharger 5, high pressure stage turbocharger 6, intake / exhaust valve control unit 8, exhaust gas. The brake valve 9 and the EGR valve 15 are controlled.

ECU10は、過給による高出力化を図りつつも、気筒2の筒内最高圧力Pmaxの増大を抑え、且つ、EGRが有効となるように、吸気バルブ3のバルブタイミング制御及び圧力制御(過給圧力や排気圧力の制御)を行う。ECU10は、特許請求の範囲に記載の圧力制御手段として機能する。   The ECU 10 controls the valve timing and pressure control (supercharging) of the intake valve 3 so as to suppress the increase in the in-cylinder maximum pressure Pmax of the cylinder 2 and to enable the EGR while achieving high output by supercharging. Control of pressure and exhaust pressure). The ECU 10 functions as pressure control means described in the claims.

ここで、図2は、本実施形態のミラーサイクルを説明するlogP−logV線図である。図2の縦軸は気筒2内の圧力Pの対数logPを示し、横軸は気筒2内のガスの体積Vの対数logVを示している。図2に、過給を行わない場合のlogP−logV線図(破線)と、過給及びバルブタイミング制御を行った場合のlogP−logV線図(実線)を示す。   Here, FIG. 2 is a logP-logV diagram for explaining the mirror cycle of the present embodiment. 2 indicates the logarithm logP of the pressure P in the cylinder 2, and the horizontal axis indicates the logarithm logV of the gas volume V in the cylinder 2. FIG. 2 shows a logP-logV diagram (broken line) when supercharging is not performed and a logP-logV diagram (solid line) when supercharging and valve timing control are performed.

まず、過給を行わない場合(破線)について説明する。図2に示されるように、気筒2では、空気を吸引する吸気行程(m1)の後、ピストンにより空気を圧縮する圧縮行程(m2)を経て気筒内の圧力Pが筒内最高圧力Pmaxとなる。その後、噴射燃料の燃焼により膨張行程(m3)が行われ、排気ガスを排気する排気行程(m4)を経て、再び吸気行程(m1)に戻る。   First, the case where supercharging is not performed (broken line) will be described. As shown in FIG. 2, in the cylinder 2, the pressure P in the cylinder becomes the in-cylinder maximum pressure Pmax through an intake stroke (m1) for sucking air and then a compression stroke (m2) for compressing air by the piston. . Thereafter, the expansion stroke (m3) is performed by the combustion of the injected fuel, and after returning to the intake stroke (m1) through the exhaust stroke (m4) for exhausting the exhaust gas.

次に、過給及びバルブタイミング制御を行った場合(実線)について説明する。この場合には、吸気行程(M1)において、ターボチャージャー5,6により過給圧力Ptで吸引空気が気筒2内に供給され、続いて圧縮行程(M2)に入る。ここで、ECU10は、気筒2の筒内最高圧力Pmaxが過給を行わない場合(破線)と同等になるように、吸排気バルブ制御部8を制御する。吸排気バルブ制御部8は、過給による筒内最高圧力Pmaxの増大を抑えるように、吸気バルブ3の閉弁時期を早めるか又は遅らせる制御を行う。   Next, a case where supercharging and valve timing control are performed (solid line) will be described. In this case, in the intake stroke (M1), the suction air is supplied into the cylinder 2 at the supercharging pressure Pt by the turbochargers 5 and 6, and subsequently enters the compression stroke (M2). Here, the ECU 10 controls the intake / exhaust valve control unit 8 so that the in-cylinder maximum pressure Pmax of the cylinder 2 is equivalent to that when the supercharging is not performed (broken line). The intake / exhaust valve control unit 8 performs control to advance or delay the closing timing of the intake valve 3 so as to suppress an increase in the in-cylinder maximum pressure Pmax due to supercharging.

その後、膨張行程(M3)を経て排気行程(M4)が行われる。ここで、ECU10は、過給圧センサ17及び排気圧センサ18の検出結果に基づいて、排気行程(M4)における排気ガスの排気圧力Peが過給圧力Ptより大きいか否かを判定する。なお、EGRを適切に効かせるためには、ある程度の差圧が必要なことを考慮して排気圧力Peから過給圧力Ptを引いた差分が、所定値(正の所定値)以上であることを判定条件としてもよい。   Thereafter, the exhaust stroke (M4) is performed through the expansion stroke (M3). Here, the ECU 10 determines whether or not the exhaust gas pressure Pe of the exhaust gas in the exhaust stroke (M4) is larger than the supercharging pressure Pt based on the detection results of the supercharging pressure sensor 17 and the exhaust pressure sensor 18. In addition, in order for EGR to work properly, the difference obtained by subtracting the supercharging pressure Pt from the exhaust pressure Pe in consideration of the necessity of a certain amount of differential pressure is not less than a predetermined value (positive predetermined value). May be used as the determination condition.

ECU10は、排気圧力Peが過給圧力Ptより大きくないと判定した場合(Pe≦Ptの場合)、排気圧力Peが過給圧力Ptより大きくなるように、過給圧力Pt又は排気圧力Peを制御する圧力制御を行う。その後、再び吸気行程(M1)へ戻る。   When the ECU 10 determines that the exhaust pressure Pe is not larger than the supercharging pressure Pt (when Pe ≦ Pt), the ECU 10 controls the supercharging pressure Pt or the exhaust pressure Pe so that the exhaust pressure Pe becomes larger than the supercharging pressure Pt. Perform pressure control. Thereafter, the process returns to the intake stroke (M1) again.

次に、図3を参照して、エンジン1のECU10による制御の流れについて説明する。図3は、ECU10による制御の流れを示すフローチャートである。   Next, the flow of control by the ECU 10 of the engine 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a flow of control by the ECU 10.

図3に示されるように、ECU10では、ステップS1として、過給圧センサ17による過給圧力Ptの検出及び排気圧センサ18による排気圧力Peの検出が行われる。   As shown in FIG. 3, in step S <b> 1, the ECU 10 detects the supercharging pressure Pt by the supercharging pressure sensor 17 and the exhaust pressure Pe by the exhaust pressure sensor 18.

次に、ステップS2として、ECU10は、検出した過給圧力Ptに基づいて、吸排気バルブ制御部8に制御信号を送信する。吸排気バルブ制御部8は、ECU10からの制御信号に応じて吸気バルブ3のバルブタイミング制御を行う。バルブタイミング制御では、過給に起因する筒内最高圧力Pmaxの増大を抑えるように、吸気バルブ3の閉弁時期が変更される。   Next, as step S <b> 2, the ECU 10 transmits a control signal to the intake / exhaust valve control unit 8 based on the detected supercharging pressure Pt. The intake / exhaust valve control unit 8 performs valve timing control of the intake valve 3 in accordance with a control signal from the ECU 10. In the valve timing control, the valve closing timing of the intake valve 3 is changed so as to suppress an increase in the in-cylinder maximum pressure Pmax caused by supercharging.

続いて、ステップS3として、ECU10は、排気圧力Peが過給圧力Ptより大きいか否かを判定する。ECU10は、排気圧力Peが過給圧力Ptより大きいと判定した場合(Pe>Ptの場合)、EGRは有効であると判断して処理を終了する。一方、ECU10は、排気圧力Peが過給圧力Ptより大きくないと判定した場合(Pe≦Ptの場合)、ステップS4に移行する。   Subsequently, as step S3, the ECU 10 determines whether or not the exhaust pressure Pe is higher than the supercharging pressure Pt. If the ECU 10 determines that the exhaust pressure Pe is greater than the supercharging pressure Pt (when Pe> Pt), the ECU 10 determines that EGR is valid and ends the process. On the other hand, when the ECU 10 determines that the exhaust pressure Pe is not larger than the supercharging pressure Pt (when Pe ≦ Pt), the ECU 10 proceeds to step S4.

ステップS4において、ECU10は、EGRを有効にするための圧力制御を行う。ECU10は、圧力制御として、ターボチャージャー5,6及び排気ブレーキバルブ9を制御することにより、排気圧力Peを過給圧力Ptより大きくする。   In step S4, the ECU 10 performs pressure control for enabling EGR. As pressure control, the ECU 10 controls the turbochargers 5 and 6 and the exhaust brake valve 9 to make the exhaust pressure Pe larger than the supercharging pressure Pt.

具体的には、ECU10は、ターボチャージャー5,6の可変ノズルの開度を変更することにより、排気ガスの流量制御による排気圧力Peの変化と、過給効率の変更による過給圧力Ptの変化をコントロールして、排気圧力Peを過給圧力Ptより大きくする。また、ECU10は、排気ブレーキバルブ9の開度を小さくすることにより、排気通路12内の排気圧力Peを増大させる。このようにして、ECU10は、排気圧力Peが過給圧力Ptより大きくなるように圧力を制御する。   Specifically, the ECU 10 changes the exhaust pressure Pe by the flow control of the exhaust gas and the change of the supercharging pressure Pt by changing the supercharging efficiency by changing the opening degree of the variable nozzles of the turbochargers 5 and 6. And the exhaust pressure Pe is made larger than the supercharging pressure Pt. Further, the ECU 10 increases the exhaust pressure Pe in the exhaust passage 12 by decreasing the opening degree of the exhaust brake valve 9. In this way, the ECU 10 controls the pressure so that the exhaust pressure Pe becomes larger than the supercharging pressure Pt.

なお、ECU10は、圧力制御として、常にターボチャージャー5,6及び排気ブレーキバルブ9の全てを制御する必要はない。ECU10は、ターボチャージャー5,6のみを用いて圧力制御を行ってもよく、排気ブレーキバルブ9のみを用いて圧力制御を行ってもよい。また、ECU10は、低圧段ターボチャージャー5及び高圧段ターボチャージャー6のうち何れか一方のみを用いて圧力制御してもよい。更に、ECU10は、エンジン1の運転状態や車両の走行状態等の条件に基づいて、圧力制御における制御対象や制御対象の個数を変更してもよい。   Note that the ECU 10 does not always need to control all of the turbochargers 5 and 6 and the exhaust brake valve 9 as pressure control. The ECU 10 may perform pressure control using only the turbochargers 5 and 6 or may perform pressure control using only the exhaust brake valve 9. Further, the ECU 10 may perform pressure control using only one of the low-pressure stage turbocharger 5 and the high-pressure stage turbocharger 6. Further, the ECU 10 may change the control target in the pressure control and the number of control targets based on conditions such as the operating state of the engine 1 and the traveling state of the vehicle.

また、圧力制御では、EGRを十分に機能させるため、排気圧力Peが過給圧力Ptより所定圧力以上に大きくなるように制御してもよい。所定圧力には、EGRを機能させる十分な差圧を得るために適切な値が設定される。   In the pressure control, the exhaust pressure Pe may be controlled to be larger than the supercharging pressure Pt by a predetermined pressure or more in order to make the EGR function sufficiently. An appropriate value is set as the predetermined pressure in order to obtain a sufficient differential pressure that allows the EGR to function.

圧力制御を実行してEGRの有効性を確保した後、ECU10は、処理を終了して再びステップS1から繰り返す。なお、図3では、バルブタイミング制御と圧力制御を一つのフローで説明したが、これらの制御は独立した別々のフローとして実行してもよい。   After executing the pressure control to ensure the effectiveness of EGR, the ECU 10 ends the process and repeats from step S1 again. In FIG. 3, the valve timing control and the pressure control are described as one flow, but these controls may be executed as separate and independent flows.

以上説明した本実施形態に係るエンジン1によれば、ターボチャージャー5,6によって気筒2への吸引空気を過給しつつ、吸気バルブ3のバルブタイミングの制御によって気筒2の筒内最高圧力Pmaxの増大を抑制するので、過給による高出力化を図りながら、筒内最高圧力Pmaxの増大によるエンジン本体の機械的強度への影響を抑えることができる。   According to the engine 1 according to this embodiment described above, the in-cylinder maximum pressure Pmax of the cylinder 2 is controlled by controlling the valve timing of the intake valve 3 while supercharging the intake air to the cylinder 2 by the turbochargers 5 and 6. Since the increase is suppressed, it is possible to suppress the influence on the mechanical strength of the engine body due to the increase in the in-cylinder maximum pressure Pmax while achieving high output by supercharging.

また、このエンジン1によれば、過給圧力Ptと排気圧力Peの差圧がなくなるとEGRが効かなくなることから、排気圧力Peが過給圧力Ptを十分に上回るように制御することで、EGRを有効にすることができる。従って、このエンジン1によれば、過給による高出力化を図りながら、筒内最高圧力Pmaxの増大によるエンジン本体の機械的強度への影響を抑えて長寿命化を実現し、更にはEGRの有効性を確保することで燃費向上を図ることができる。   Further, according to this engine 1, EGR becomes ineffective when the differential pressure between the supercharging pressure Pt and the exhaust pressure Pe disappears. Therefore, by controlling the exhaust pressure Pe to sufficiently exceed the supercharging pressure Pt, EGR is achieved. Can be activated. Therefore, according to the engine 1, while achieving high output by supercharging, the influence on the mechanical strength of the engine body due to the increase in the in-cylinder maximum pressure Pmax is suppressed, and a longer life is achieved. Fuel efficiency can be improved by ensuring the effectiveness.

更に、このエンジン1によれば、ターボチャージャー5,6として可変ノズルターボチャージャーを採用し、これらのノズル開度を変更して排気圧力Peを過給圧力Ptより大きくすることで、過給による高出力化を図りながらEGRを有効にすることができる。   Further, according to the engine 1, variable nozzle turbochargers are employed as the turbochargers 5 and 6, and the exhaust pressure Pe is made larger than the supercharging pressure Pt by changing the opening degree of these nozzles. EGR can be validated while achieving output.

また、このエンジン1によれば、排気ブレーキバルブ9を制御して気筒2の排気圧力Peを増大させることにより、排気圧力Peを過給圧力Ptより十分に大きくすることで、過給による高出力化を図りながらEGRを有効にすることができる。   Further, according to the engine 1, the exhaust pressure Pe of the cylinder 2 is increased by controlling the exhaust brake valve 9 so that the exhaust pressure Pe is sufficiently larger than the supercharging pressure Pt. EGR can be made effective while achieving the above.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、エンジン1は必ずしも二段過給システムを備える必要はなく、一段の過給システムであってもよい。また、圧力制御の手法は上述したものに限られない。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the engine 1 is not necessarily provided with a two-stage supercharging system, and may be a one-stage supercharging system. Further, the pressure control method is not limited to the above.

1…エンジン 2…気筒 3…吸気バルブ 4…排気バルブ 5…低圧段ターボチャージャー(過給機) 5A…低圧段コンプレッサ 5B…低圧段タービン 6…高圧段ターボチャージャー(過給機) 6A…高圧段コンプレッサ 6B…高圧段タービン 7…EGR通路 8…吸排気バルブ制御部(吸気バルブ制御手段) 9…排気ブレーキバルブ 11…吸気通路 12…排気通路 13…インタークーラ 14…アフタークーラ 15…EGRバルブ 16…EGRクーラー 17…過給圧センサ 18…排気圧センサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 2 ... Cylinder 3 ... Intake valve 4 ... Exhaust valve 5 ... Low pressure stage turbocharger (supercharger) 5A ... Low pressure stage compressor 5B ... Low pressure stage turbine 6 ... High pressure stage turbocharger (supercharger) 6A ... High pressure stage Compressor 6B ... High-pressure turbine 7 ... EGR passage 8 ... Intake / exhaust valve control unit (intake valve control means) 9 ... Exhaust brake valve 11 ... Intake passage 12 ... Exhaust passage 13 ... Intercooler 14 ... After cooler 15 ... EGR valve 16 ... EGR cooler 17 ... Supercharging pressure sensor 18 ... Exhaust pressure sensor

Claims (3)

複数の気筒を有する内燃機関であって、
前記気筒の吸引空気の過給を行う過給機と、
前記気筒の吸気バルブのバルブタイミングを制御する吸気バルブ制御手段と、
前記気筒の排気ガスを吸気側に再循環させるためのEGR通路と、
前記気筒の排気圧力又は前記過給機の過給圧力を制御する圧力制御手段と、を備え、
前記吸気バルブ制御手段は、前記過給機の過給による前記気筒の筒内最高圧力の増大を抑えるように、前記吸気バルブのバルブタイミングを制御することを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine having a plurality of cylinders,
A supercharger for supercharging the suction air of the cylinder;
Intake valve control means for controlling the valve timing of the intake valve of the cylinder;
An EGR passage for recirculating the exhaust gas of the cylinder to the intake side;
Pressure control means for controlling the exhaust pressure of the cylinder or the supercharging pressure of the supercharger,
The internal combustion engine, wherein the intake valve control means controls the valve timing of the intake valve so as to suppress an increase in the in-cylinder maximum pressure of the cylinder due to supercharging of the supercharger.
前記過給機は、可変ノズルターボチャージャーであり、
前記圧力制御手段は、前記気筒の排気圧力が前記過給機の前記過給圧力より大きくなるように前記過給機のノズルを変化させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
The supercharger is a variable nozzle turbocharger;
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the pressure control unit changes a nozzle of the supercharger so that an exhaust pressure of the cylinder is larger than the supercharging pressure of the supercharger.
前記気筒の排気通路に設けられた排気ブレーキバルブを更に備え、
前記圧力制御手段は、前記気筒の排気圧力が前記過給機の前記過給圧力より大きくなるように前記排気ブレーキバルブを制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。
An exhaust brake valve provided in the exhaust passage of the cylinder;
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the pressure control unit controls the exhaust brake valve so that an exhaust pressure of the cylinder becomes larger than the supercharging pressure of the supercharger.
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