JP2015124680A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吐出量を変更可能な機械式の過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine including a mechanical supercharger capable of changing a discharge amount.
内燃機関において、機械式の過給機と、クランク軸と、電動モータとを遊星歯車機構を介して互いに接続したものがある(例えば、特許文献1)。この内燃機関では、遊星歯車機構の太陽歯車に過給機の回転軸を接続し、遊星キャリアにベルト・プーリ等の動力伝達機構を介してクランク軸を接続し、内歯車に電動モータの回転軸を接続している。これにより、過給機は、クランク軸及び電動モータの少なくとも一方から駆動力を受けて回転する。この内燃機関では、電動モータの回転数を変化させることによって、過給機の回転数を変化させることができる。そのため、アクセル開度やシフト位置等に基づく運転状態に対応して、高負荷時には過給機の吐出量を増大させて出力を増大させると共に、低負荷時には過給機の吐出量を低減して、不必要な出力を削減することができる。 In some internal combustion engines, a mechanical supercharger, a crankshaft, and an electric motor are connected to each other via a planetary gear mechanism (for example, Patent Document 1). In this internal combustion engine, the rotating shaft of the supercharger is connected to the sun gear of the planetary gear mechanism, the crankshaft is connected to the planetary carrier via a power transmission mechanism such as a belt and a pulley, and the rotating shaft of the electric motor is connected to the internal gear. Is connected. As a result, the supercharger rotates by receiving a driving force from at least one of the crankshaft and the electric motor. In this internal combustion engine, the rotational speed of the supercharger can be changed by changing the rotational speed of the electric motor. Therefore, in response to operating conditions based on the accelerator opening, shift position, etc., the discharge amount of the turbocharger is increased to increase the output at high loads, and the discharge amount of the turbocharger is reduced at low loads. Unnecessary output can be reduced.
しかしながら、高負荷時において過給機の吐出量を増加させると、ノッキングが発生し易くなるという問題がある。そのため、ノッキングを避けるために、過給機の吐出量の変更可能範囲が限定され、要求負荷に応じた出力を実現できないという問題がある。 However, when the discharge amount of the supercharger is increased at a high load, there is a problem that knocking is likely to occur. Therefore, in order to avoid knocking, there is a problem that the range in which the discharge amount of the supercharger can be changed is limited, and output according to the required load cannot be realized.
本発明は、以上の背景を鑑み、吐出量を変更可能な機械式の過給機を備えた内燃機関の制御装置において、ノッキングを抑制しつつ過給機の吐出量の変更可能範囲を広くすることを課題とする。 In view of the above background, the present invention broadens the range in which the discharge amount of a supercharger can be changed while suppressing knocking in a control device for an internal combustion engine provided with a mechanical supercharger capable of changing the discharge amount. This is the issue.
上記課題を解決するために、吐出量を変更可能な機械式の過給機(13)を備えた内燃機関(1)の制御装置(2)であって、前記内燃機関の排気通路(7)及び吸気通路(6)を接続するEGR通路(27)に設けられた第1EGR弁(29)と、吸気バルブ(61)の開閉タイミングを変化させることによって、実効圧縮比を変化させる実効圧縮比可変機構(65、66)とを有し、前記内燃機関に要求される要求負荷に基づいて、前記過給機と、前記第1EGR弁と、前記実効圧縮比可変機構とを制御することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, there is provided a control device (2) for an internal combustion engine (1) provided with a mechanical supercharger (13) capable of changing the discharge amount, the exhaust passage (7) of the internal combustion engine. The effective compression ratio is variable by changing the opening / closing timing of the first EGR valve (29) provided in the EGR passage (27) connecting the intake passage (6) and the intake valve (61). And a mechanism (65, 66) for controlling the supercharger, the first EGR valve, and the effective compression ratio variable mechanism based on a required load required for the internal combustion engine. To do.
この構成によれば、過給機の吐出量を変化させる際に、第1EGR弁を制御して新気量に対するEGRガス量の割合であるEGR率を変化させることができると共に、圧縮比可変機構を制御して実効圧縮比を変化させることができる。そのため、過給機からの吐出量が増加し、ノッキングが発生し易くなる状況では、第1EGR弁や実効圧縮比可変機構を制御してノッキングの発生を抑制することができる。 According to this configuration, when changing the discharge amount of the supercharger, the EGR rate that is the ratio of the EGR gas amount to the fresh air amount can be changed by controlling the first EGR valve, and the variable compression ratio mechanism Can be controlled to change the effective compression ratio. Therefore, in a situation where the discharge amount from the supercharger increases and knocking is likely to occur, the occurrence of knocking can be suppressed by controlling the first EGR valve and the effective compression ratio variable mechanism.
また、上記の発明において、要求負荷が高い高負荷領域では、要求負荷の増加に対して、新気量に対するEGRガス量の割合であるEGR率を増加させ、かつ前記過給機の吐出量を増加させるとよい。 In the above invention, in the high load region where the required load is high, the EGR rate, which is the ratio of the EGR gas amount to the fresh air amount, is increased with respect to the increase in the required load, and the discharge amount of the supercharger is increased. Increase it.
この構成によれば、EGR率の増加によってノッキングの発生が抑制されるため、過給機の吐出量を増加させてもノッキングが発生し難くなる。すなわち、ノッキングの発生を抑制しつつ、過給機の吐出量の変更可能範囲を広くすることができる。 According to this configuration, since the occurrence of knocking is suppressed by the increase in the EGR rate, knocking hardly occurs even when the discharge amount of the supercharger is increased. That is, it is possible to widen the changeable range of the discharge amount of the supercharger while suppressing the occurrence of knocking.
また、上記の発明において、要求負荷が高い高負荷領域では、要求負荷の増加に対して、実効圧縮比を低下させ、かつ前記過給機の吐出量を増加させるとよい。 In the above invention, in a high load region where the required load is high, the effective compression ratio may be decreased and the discharge amount of the supercharger may be increased as the required load increases.
この構成によれば、実効圧縮比の低下によってノッキングの発生が抑制されるため、過給機の吐出量を増加させてもノッキングが発生し難くなる。すなわち、ノッキングの発生を抑制しつつ、過給機の吐出量の変更可能範囲を広くすることができる。 According to this configuration, since the occurrence of knocking is suppressed due to a decrease in the effective compression ratio, knocking is less likely to occur even if the discharge amount of the supercharger is increased. That is, it is possible to widen the changeable range of the discharge amount of the supercharger while suppressing the occurrence of knocking.
また、上記の発明において、前記EGR通路は、前記排気通路と前記吸気通路における前記過給機よりも上流側部分とを接続する第1EGR通路(27)と、前記第1EGR通路から分岐し、前記吸気通路における前記過給機よりも下流側部分に接続された第2EGR通路(31)と、前記第2EGR通路に設けられた第2EGR弁(32)とを有し、前記第1EGR弁は前記第1EGR通路の前記第2EGR通路が分岐する部分よりも前記排気通路側に設けられ、要求負荷が低い低負荷領域では前記過給機の回転が禁止されると共に前記第2EGR通路が開かれ、要求負荷が高い高負荷領域では前記過給機の回転が許容されると共に前記第2EGR通路が閉じられるとよい。 In the above invention, the EGR passage branches from the first EGR passage, the first EGR passage (27) connecting the exhaust passage and an upstream portion of the intake passage from the supercharger, The intake passage includes a second EGR passage (31) connected to a portion downstream of the supercharger in the intake passage, and a second EGR valve (32) provided in the second EGR passage, wherein the first EGR valve is the first EGR valve. The EGR passage is provided closer to the exhaust passage than the portion where the second EGR passage branches, and the turbocharger is prohibited from rotating in the low load region where the required load is low, and the second EGR passage is opened. In a high load region where the pressure is high, it is preferable that the rotation of the supercharger is permitted and the second EGR passage is closed.
この構成によれば、過給機の停止時及び駆動時において、EGRガスがEGR通路を逆流することなく、吸気通路に供給される。 According to this configuration, EGR gas is supplied to the intake passage without flowing back through the EGR passage when the turbocharger is stopped and driven.
また、上記の発明において、高負荷領域では、EGR率が増加するにつれて前記過給機の吐出量を増加させるように補正するとよい。 In the above invention, in the high load region, correction may be performed so that the discharge amount of the supercharger increases as the EGR rate increases.
この構成によれば、高負荷領域ではEGRガスが過給機を通過することによって過給機を通過する新気量が減少する場合において、EGR率の増加に応じて過給機の吐出量を増加させることによって、新気量の減少を抑制し、適切な新気量を維持することができる。 According to this configuration, when the amount of fresh air passing through the supercharger decreases when the EGR gas passes through the supercharger in the high load region, the discharge amount of the supercharger is reduced according to the increase in the EGR rate. By increasing, it is possible to suppress a decrease in the amount of fresh air and maintain an appropriate amount of fresh air.
また、上記の発明において、前記過給機は、遊星歯車機構(35)を介して前記内燃機関のクランク軸(37)及び電動モータ(36)に接続され、前記遊星歯車機構は、前記過給機の回転軸(13A)に接続された太陽歯車(44)と、前記電動モータに接続された内歯車(45)と、前記太陽歯車及び前記内歯車に噛み合う遊星歯車(46)を回転可能に支持し、前記クランク軸に接続された遊星キャリア(47)とを有するとよい。 In the above invention, the supercharger is connected to the crankshaft (37) and the electric motor (36) of the internal combustion engine via a planetary gear mechanism (35), and the planetary gear mechanism is connected to the supercharger. The sun gear (44) connected to the rotating shaft (13A) of the machine, the internal gear (45) connected to the electric motor, and the planetary gear (46) meshing with the sun gear and the internal gear are rotatable. A planet carrier (47) supported and connected to the crankshaft may be provided.
この構成によれば、過給機は、差動歯車機構である遊星歯車機構を介してクランク軸及び電動モータに接続されるため、クランク軸及び電動モータの少なくとも一方との間で動力の伝達が可能になる。これにより、過給機は、クランク軸及び電動モータの少なくとも一方から駆動力を受けて駆動され、またクランク軸及び電動モータの少なくとも一方に駆動力を伝達して、電動モータによる発電やクランク軸のアシストを行うことができる。また、クランク軸と電動モータとの間で駆動力を互いに授受することもできる。 According to this configuration, since the supercharger is connected to the crankshaft and the electric motor via the planetary gear mechanism that is a differential gear mechanism, power transmission is performed between at least one of the crankshaft and the electric motor. It becomes possible. Thus, the supercharger is driven by receiving a driving force from at least one of the crankshaft and the electric motor, and transmits the driving force to at least one of the crankshaft and the electric motor to generate power by the electric motor and Assist can be performed. In addition, driving force can be exchanged between the crankshaft and the electric motor.
以上の構成によれば、吐出量を変更可能な機械式の過給機を備えた内燃機関の制御装置において、ノッキングを抑制しつつ過給機の吐出量の変更可能範囲を広くすることができる。 According to the above configuration, in the control device for an internal combustion engine provided with a mechanical supercharger capable of changing the discharge amount, it is possible to widen the changeable range of the discharge amount of the supercharger while suppressing knocking. .
(第1実施形態)
以下、図面を参照して、本発明を自動車の内燃機関に適用した第1実施形態について説明する。第1実施形態に係る内燃機関は、走行用の動力源として車両に搭載された内燃機関1と、内燃機関1の運転制御を行うECU2(電子制御装置)とを備えている。内燃機関1は、4ストロークの内燃機関である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to an internal combustion engine of an automobile will be described with reference to the drawings. The internal combustion engine according to the first embodiment includes an internal combustion engine 1 mounted on a vehicle as a driving power source, and an ECU 2 (electronic control unit) that controls the operation of the internal combustion engine 1. The internal combustion engine 1 is a 4-stroke internal combustion engine.
内燃機関1は、機関本体3に複数の気筒4と気筒4に対応して形成された燃焼室5とを有し、燃焼室5に空気を供給する吸気通路6と、燃焼室5から排気ガスを排出する排気通路7とを有している。吸気通路6には、上流側から吸気入口11、エアクリーナ(不図示)、スロットル弁12、過給機13、インタークーラー14、吸気マニホールド15、吸気ポート16が記載の順序で直列に設けられている。排気通路7には、上流側から排気ポート21、排気マニホールド22、触媒コンバータ23、消音器(不図示)、排気出口24が記載の順序で直列に設けられている。
The internal combustion engine 1 has a plurality of cylinders 4 and a
内燃機関1の吸気通路6及び排気通路7の間には、EGR装置26が設けられている。EGR装置26は、排ガスの一部を吸気側に還流させ、その還流させた排ガスを各気筒4の燃焼室5に空気と共に供給する装置である。EGR装置26は、排気通路7と、吸気通路6における過給機13よりも上流側部分とを接続する第1EGR通路27を有している。詳細には、第1EGR通路27は、排気通路7における触媒コンバータ23よりも下流側部分と、吸気通路6におけるスロットル弁12と過給機13との間の部分とに接続されている。
An EGR
第1EGR通路27には、排気通路7側から順に、通路を通過するガスを冷却する排気ガス冷却手段としてのEGRクーラー28と、通路を開閉する第1EGR弁29とが設けられている。第1EGR弁29の開度を制御することで、EGR率(燃焼室5に供給する新気量に対するEGRガス(排ガス)量の割合)を制御することが可能となっている。
The first EGR
また、EGR装置26は、第1EGR通路27における第1EGR弁29よりも吸気通路6側の部分と、吸気通路6における過給機13よりも下流側部分とを接続する第2EGR通路31を有している。詳細には、第2EGR通路31は、吸気通路6における過給機13とインタークーラー14との間の部分に接続されている。第2EGR通路31には、通路を開閉する第2EGR弁32が設けられている。
The EGR
第1EGR通路27と第2EGR通路31とは、吸気通路6において、過給機13とインタークーラー14とを迂回するバイパス通路としても機能する。第2EGR弁32は、バイパス通路を開閉するバイパス弁として機能する。
The
第1EGR弁29が閉じられた状態では、排気通路7から吸気通路6へEGRガス(排気)は還流されない。第1EGR弁29が開かれ、かつ第2EGR弁32が閉じられた状態では、EGRガスは第1EGR通路27を通り、スロットル弁12と過給機13との間の部分から吸気通路6に供給される。第1EGR弁29及び第2EGR弁32が開かれた状態では排気は、排気は第1EGR通路27及び第2EGR通路31を通り、スロットル弁12と過給機13との間の部分、及びインタークーラー14と吸気マニホールド15との間の部分から吸気通路6に供給される。吸気通路6における過給機13の上流側及び下流側へのEGRガスの分配比は、第2EGR弁32の開度及び、吸気通路6における過給機13の上流側及び下流側の圧力差等によって決まる。
When the
スロットル弁12は、電動式のスロットル弁12であり、その開度が図示しない電動モータによって制御される。
The
過給機13は、機械式過給機(スーパーチャージャー)13である。過給機13は、ルーツ式やリショルム式、スクロール式等の公知の機械式過給機であってよい。過給機13の回転軸13Aは、遊星歯車機構35を介して電動モータ36及び機関本体3の駆動軸であるクランク軸37に接続される。
The
過給機13の回転軸13Aは、第1クラッチ41を介して過給機13のケーシング42に連結されている。ケーシング42は、車体に対して変位不能に固定されている。第1クラッチ41は、ECU2によって制御され、接続状態で過給機13の回転軸13Aとケーシング42とを連結して過給機13の回転軸13Aの回転を規制し、切断状態で過給機13の回転軸13Aとケーシング42とを切断して過給機13の回転軸13Aの回転を許容する。第1クラッチ41は、通常時において接続を維持する常閉型であることが好ましい。例えば、第1クラッチ41は、電力によって駆動されるクラッチであり、電力の供給を受けたときに接続を遮断するとよい。
The rotating
遊星歯車機構35は、外歯を有する太陽歯車44と、太陽歯車(サンギヤ)44と同軸に配置される内歯車(リングギヤ)45と、太陽歯車44及び内歯車45の双方に噛み合う複数の遊星歯車(プラネタリーギヤ)46と、各遊星歯車46を回転可能に支持すると共に、太陽歯車44と同軸に配置された遊星キャリア(プラネタリーキャリア)47とを有する。太陽歯車44は、過給機13の回転軸13Aに連結され、一体に回転する。内歯車45の外周部には外歯45Aが形成されており、この外歯45Aは電動モータ36の回転軸36Aに設けられたギヤ36Bと噛み合う。これにより、電動モータ36と内歯車45とは同期して回転する。遊星キャリア47は、動力伝達機構50を介してクランク軸37に接続される。
The
遊星歯車機構35の変速比を遊星歯車機構変速比ρ1とすると、遊星歯車機構変速比ρ1は、Zr/Zsで表される。ここで、Zrは内歯車45の歯数であり、Zsは太陽歯車44の歯数である。
When the gear ratio of the
動力伝達機構50は、第1プーリ51と、第2プーリ52と、第1プーリ51及び第2プーリ52に掛け渡されたベルト53と、第1プーリ51とクランク軸37との間に設けられた第2クラッチ54とを有している。第2プーリ52は、遊星キャリア47に同軸に結合され、一体となって回転する。第2クラッチ54は、接続及び切断がECU2によって制御される。
The
動力伝達機構50の変速比である動力伝達機構変速比ρ2は、第1プーリ51の直径を第2プーリ52の直径で除した値である。第2クラッチ54が接続された状態では、第2プーリ52はクランク軸37の回転数に動力伝達機構変速比ρ2を掛けた値の回転数で回転する。
The power transmission mechanism speed ratio ρ 2 that is the speed ratio of the
内歯車45を固定した状態では、エンジン回転数(クランク軸37の回転数)をNEとすると、過給機13の回転軸13Aの回転数NSCは、NSC=(1+ρ1)×ρ2×NEで表される。
When the
過給機13は、過給機13の回転軸13Aが回転しない停止モードと、過給機13の回転軸13Aが回転する第1〜第3駆動モードを取り得る。停止モードでは、第1クラッチ41が接続(ON)され、過給機13の回転軸13A及び太陽歯車44の回転が禁止される。停止モードでは、クランク軸37と電動モータ36とが所定の変速比をもって同期して回転する。これにより、電動モータ36がクランク軸37の駆動力を受けて発電することができる。また、電動モータ36の駆動力がクランク軸37に伝達され、クランク軸37の駆動をアシストすることができる。例えば、内燃機関1の始動時に、電動モータ36の駆動力をクランク軸37に伝達し、クランキングを行うことができる。
The
各駆動モードでは、第1クラッチ41が切断(OFF)され、過給機13の回転軸13A及び太陽歯車44の回転が許容される。第1駆動モードでは、内歯車45が固定され、過給機13の回転軸13Aは、クランク軸37に対して所定の変速比で回転する。第2駆動モードでは、電動モータ36及びクランク軸37の駆動力が遊星歯車機構35を介して過給機13に伝達される。この状態では、電動モータ36の回転数を制御することによって、過給機13の回転数を増減することができ、過給機13の回転数をクランク軸37の回転数に対して変化させることができる。第3駆動モードでは、遊星キャリア47が固定され、過給機13の回転軸13Aは、電動モータ36に対して所定の変速比で回転する。
In each drive mode, the first clutch 41 is disconnected (OFF), and the rotation of the
過給機13は、回転軸13Aの回転数が変化することによって、吐出する空気量(以下、SC吐出量という)が変化する。
The
機関本体3には、吸気ポート16を開閉するための吸気バルブ61と、排気ポート21を開閉するための排気バルブ62と、吸気バルブ61を開閉駆動する吸気バルブ駆動機構63と、排気バルブ62を開閉駆動する排気バルブ駆動機構64とが設けられている。
The
吸気バルブ駆動機構63は、各気筒4の燃焼室5の実効圧縮比を可変的に制御し、アトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関1の運転を実現するために、吸気バルブ61の開弁期間の位相角を変化させるための公知のバルブ位相可変機構65(VTC)と、吸気バルブ61の吸気バルブ61のリフト量(最大開度)と開弁期間の角度幅とを変化させるための公知のバルブリフト可変機構66(VTEC)とを有する構成とされている。吸気バルブ61の開弁期間の角度幅は、吸気バルブ61の開弁開始から開弁終了までの開弁期間を、内燃機関1の出力軸であるクランク軸37の回転角度で表したものである。
The intake
図2に示すように、吸気バルブ駆動機構63のバルブリフト可変機構66は、気筒4毎に、2つの吸気カム69A、69Bを備えている。各吸気カム69A、69Bは、吸気側カムシャフト70と一体に回転するように吸気側カムシャフト70に結合されている。吸気カム69A、69Bのプロフィールは、吸気バルブ61のリフト量(最大開度)と開弁期間の角度幅とが互いに異なるように設定されている。吸気カム69A、69Bのプロフィールは、リフト量及び開弁期間の角度幅が互いに異なる。
As shown in FIG. 2, the variable
大リフト吸気カム69Aによる吸気バルブ61の開弁期間の角度幅は、小リフト吸気カム69Bよる吸気バルブ61の開弁期間の角度幅よりも広く、180°に近い角度幅に設定されている。小リフト吸気カム69Bによる吸気バルブ61の開弁期間の角度幅は、180°よりも小さく、例えば、100°程度に設定されている。小リフト吸気カム69Bは、内燃機関1の低負荷運転用の吸気カムとして用いられ、大リフト吸気カム69Aは、内燃機関1の高負荷運転用の吸気カムとして用いられる。
The angle width of the valve opening period of the
吸気バルブ駆動機構63のバルブリフト可変機構66は、油圧を利用してロッカアーム71を介して吸気バルブ61を開閉駆動する吸気カムを、小リフト吸気カム69Bと大リフト吸気カム69Aとの間で選択する。このようなバルブリフト可変機構66の詳細は、公知であり、例えば特開2005−180306号公報等を参照されたい。
The variable
吸気バルブ駆動機構63のバルブ位相可変機構65は、吸気側カムシャフト70とクランク軸37との間に設けられ、クランク軸37に対する吸気側カムシャフト70の位相を変化させる。より詳細には、バルブ位相可変機構65は、吸気側カムシャフト70の端部に設けられ、タイミングチェーン(不図示)によって、クランク軸37に設けられたクランクスプロケット(不図示)と連結されている。バルブ位相可変機構65は、吸気側カムシャフト70の端部に設けられた第1部材(不図示)と、第1部材に対して回転可能に支持され、第1部材との間に油室を形成する第2部材(不図示)とを有する。第2部材の外周部には、スプロケット(不図示)が形成されている。第2部材のスプロケットは、クランク軸37に設けられたクランクスプロケットとタイミングチェーンによって連結されている。
The variable
バルブ位相可変機構65は、油室に作動油が供給されることによって、第1部材及び第2部材の相対角度が変化し、クランク軸37に対する吸気側カムシャフト70の位相を変化させる。バルブ位相可変機構65によって、小リフト吸気カム69B及び大リフト吸気カム69Aのそれぞれは、開弁期間の位相角を所定の範囲で連続的に変化させる。
The valve
このようなバルブ位相可変機構65の詳細は、公知であり、例えば、上記した特開2005−180306号公報を参照されたい。バルブ位相可変機構65は、クランク軸37の位相角に対する小リフト吸気カム69B及び大リフト吸気カム69Aの位相角を所定の範囲で連続的に変化させることができる機構であれば他の構成のものを採用してもよい。
Details of such a valve phase
上記のように吸気バルブ駆動機構63がバルブ位相可変機構65とバルブリフト可変機構66とを備えることで、各気筒4の燃焼室5の実効圧縮比を可変的に設定することが可能となっている。すなわち、バルブ位相可変機構65とバルブリフト可変機構66は、実効圧縮比可変機構を構成する。
As described above, the intake
小リフト吸気カム69Bによる吸気バルブ61の開閉駆動時には、吸気バルブ61の閉弁開始の位相角が、下死点の位相角よりも進角側の位相角になるように開弁期間の位相角を設定することによって、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関1の運転が実現される。
When the
大リフト吸気カム69Aによる吸気バルブ61の開閉駆動時には、吸気バルブ61の閉弁開始の位相角が、下死点の位相角よりも遅角側の位相角になるように開弁期間の位相角を設定することによって、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関1の運転が実現される。吸気バルブ61の開弁開始及び開弁終了が、それぞれ上死点、下死点とほぼ同じ位相角で行われる場合には、実効圧縮比が膨張比とほぼ同一となるオットーサイクルでの内燃機関1の運転が実現されることとなる。
When the
さらに、吸気バルブ61を開閉駆動する吸気カム69A、69Bを、小リフト吸気カム69B及び大リフト吸気カム69Aの一方から他方に切り替えることによって、実効圧縮比を増加又は減少させることもできる。この場合、小リフト吸気カム69Bを使用する場合よりも大リフト吸気カム69Aを使用する場合の方が、実効圧縮比をより高めることができる。
Furthermore, the effective compression ratio can be increased or decreased by switching the
排気バルブ62は、機関本体3に設けられた排気バルブ駆動機構64によって駆動される。排気バルブ駆動機構64は、内燃機関1のクランク軸37に連動して回転する(クランク軸37の2回転毎に1回転する)排気側カムシャフト72に、各排気バルブ62に対応して排気側カムシャフト72に設けられた排気カム73とを有している。なお、排気カム73のプロフィールは、例えば大リフト吸気カム69Aのプロフィール(図3の実線cのパターン)と同様のパターンに設定され、排気バルブ62の開弁期間の角度幅が、各気筒4のピストンの下死点の位相角と上死点の位相角との間の角度差(180deg)よりも若干大きい角度幅に設定される。
The
また、機関本体3には、各燃焼室5に燃料を噴射する燃料噴射装置74が設けられている。なお、他の実施形態では、燃料噴射装置74は吸気ポート16等の吸気通路6に燃料を噴射するようにしてもよい。また、機関本体3の各気筒4の燃焼室5には、圧縮される混合気に点火する点火プラグ75が設けられている。
The
以上が本実施形態の内燃機関1(機関本体3及びこれに付帯する補機等)の機構的な構成である。
The above is the mechanical configuration of the internal combustion engine 1 (the engine
ECU2は、CPU、RAM、ROM等を含む電子回路ユニットであり、スロットル弁12、吸気バルブ駆動機構63のバルブ位相可変機構65及びバルブリフト可変機構66(実効圧縮比可変機構)、EGR装置26の第1EGR弁29及び第2EGR弁32、過給機13の第1クラッチ41、動力伝達機構50の第2クラッチ54、電動モータ36、燃料噴射装置74及び点火プラグ75の動作を制御する。
The
ECU2には、各種のセンサの検出信号が入力される。本実施形態のシステムでは、以下に示すような、クランク角センサ81、アクセルセンサ(不図示)、空気流量センサ83、第1吸気圧センサ84、第2吸気圧センサ85、排気圧センサ86等が設けられており、これらのセンサの検出信号がECU2に入力される。
The
クランク角センサ81は、機関本体3にクランク軸37に隣接して設けられ、クランク軸37の回転数(回転速度)を検出するための信号(詳しくは、クランク軸37の所定の回転角度毎に発生するパルス信号)を出力する。アクセルセンサは、図示しないアクセルペダルに設けられ、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量(操作量)をアクセル操作量として検出する。
The
空気流量センサ83は、吸気通路6のスロットル弁12よりも上流側に設けられ、吸気通路6を流れる空気の流量を検出する。第1吸気圧センサ84は、吸気通路6におけるスロットル弁12と過給機13との間の部分に設けられ、この部分を通過するガスの圧力を検出する。第2吸気圧センサ85は、吸気通路6におけるインタークーラー14(過給機13)と吸気マニホールド15との間の部分に設けられ、この部分を通過するガスの圧力を検出する。排気圧センサ86は、排気通路7における排気マニホールド22と触媒コンバータ23との間の部分に設けられ、この部分を通過するガスの圧力を検出する。
The air
次に、本実施形態の内燃機関1の作動を説明する。ECU2は、図3のフローチャートに示す制御処理と、図4のフローチャートに示す制御処理とを実行することで、内燃機関1の運転制御を行う。
Next, the operation of the internal combustion engine 1 of the present embodiment will be described. The
図3に示す制御処理は、内燃機関1の各気筒4の燃焼室5に供給されるEGRガス(排気)及び新気を含むガスを制御するために、吸気バルブ駆動機構63の動作状態と、EGR装置26の第1EGR弁29及び第2EGR弁32の開度と、スロットル弁12の開度と、第1クラッチ41及び第2クラッチ54の接続・切断と、過給機13を駆動する電動モータ36の回転数とを制御する。
The control process shown in FIG. 3 includes an operation state of the intake
吸気バルブ駆動機構63の動作状態の制御は、吸気バルブ61を開閉駆動する吸気カム69A、69Bの選択及び吸気カム69A、69Bの位相の制御であり、各気筒4の燃焼室5の目標実効圧縮比に基づいて行われる。第1EGR弁29及び第2EGR弁32の開度の制御は、目標EGR率に基づいて行われる。第1クラッチ41及び第2クラッチ54の接続・切断、過給機13を駆動する電動モータ36の回転数の制御は、過給機13の吐出量である目標SC吐出量に基づいて行われる。
The control of the operation state of the intake
図3のフローチャートに示す制御処理では、ECU2は、まず、ステップS1で、クランク角センサ81の検出信号に基づいてエンジン回転数を取得し、アクセルセンサの検出信号に基づいてアクセル開度を取得する。
In the control process shown in the flowchart of FIG. 3, the
次に、ECU2は、ステップS2において、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいて内燃機関1の要求トルクを設定する。要求トルクは、例えば、予め設定された所定のマップを参照し、エンジン回転数とアクセル位置とに基づいて設定される。要求トルクは、図5に示すように、例えば、エンジン回転数が増加するほど増加し、かつアクセル開度が増加するほど増加するように設定される。
Next, in step S2, the
ECU2は、ステップS3において、エンジン回転数と要求トルクとに基づいて、内燃機関1の運転領域を決定する。運転領域は、図6に示すように、エンジン回転数と要求トルクとに応じて、領域A、領域B、領域Cのいずれかに設定される。要求トルクが小さい状態では運転領域は低負荷領域である領域Aに設定され、要求トルクが大きい状態では運転領域は高負荷領域である領域Bに設定され、要求トルクが中程度の状態では運転領域は領域Aと領域Bに挟まれた中負荷領域として領域Cに設定される。領域Aは、過給機13の回転軸13Aの回転が禁止される運転領域であり、領域B及び領域Cは過給機13の回転軸13Aの回転が許容される運転領域である。図6に示す、領域Aと領域Cの境界である実線は、過給圧が0のラインを表す。
In step S3, the
エンジン回転数が一定の場合には、要求トルクが小さい状態から大きい状態に変化すると、運転領域は、領域Aから、領域Cを経て領域Bに変化する。エンジン回転数が高くなるにつれて、運転領域は領域Aが拡張されて、領域Bが縮小される。これにより、要求トルクが一定の場合には、エンジン回転数が高くなるにつれて、運転領域は、領域Bから、領域Cを経て領域Aに変化する。 When the engine speed is constant, when the required torque changes from a small state to a large state, the operation region changes from region A to region B through region C. As the engine speed increases, the operation area is expanded in the area A and the area B is reduced. Thereby, when the required torque is constant, the operation region changes from region B to region A through region C as the engine speed increases.
ECU2は、ステップS4において、ステップS3で設定された運転領域が領域Aであるか否かを判定する。判定がYesの場合にはステップS5に進み、ECU2は第1クラッチ41を接続するように制御し、第2クラッチ54を接続するように制御する。第1クラッチ41が接続されることによって、過給機13の回転が禁止される。
In step S4, the
また、ECU2は、図8に示すマップを参照し、要求トルクに基づいて第2EGR弁32の開度を設定する。図8に示すように、マップは要求トルクと第2EGR弁32の開度との関係を規定する。運転領域が領域Aにあるときには第2EGR弁32の開度は要求トルクに関わらず全開であり、運転領域が領域Cにあるときには第2EGR弁32の開度は要求トルクの増加に応じて全開から全閉へと減少し、運転領域が領域Cにあるときには第2EGR弁32の開度は要求トルクに関わらず全閉となる。なお、図8に示すマップは、エンジン回転数に応じて変化する運転領域に対応して変化する。エンジン回転数が増加すると、領域C及び領域Bは右側(要求トルクが増加する側)にずれ、各領域に対応して第2EGR弁開度を表すグラフもずれる。
Further, the
運転領域が領域Aにあるときには、第2EGR弁32が全開となることによって、スロットル弁12を通過した新気及びEGR通路から供給されるEGRガスを含むガスは、第1EGR通路27及び第2EGR通路31によって構成されるバイパス通路及び第2EGR弁32を通過し、過給機13及びインタークーラー14を迂回して燃焼室5に供給される。
When the operation region is in the region A, the
第2クラッチ54が接続されることによって、クランク軸37と遊星歯車機構35の遊星キャリア47とは動力伝達機構50を介して接続される。領域Aにおいては、第1クラッチ41が接続され、太陽歯車44が固定されるため、電動モータ36とクランク軸37との間で駆動力の伝達が可能になる。そのため、電動モータ36の駆動力をクランク軸37に伝達した機関本体3のアシスト(クランキング等)や、クランク軸37の駆動力を電動モータ36に伝達した発電が可能になる。なお、他の実施形態では、領域Aにおいて第2クラッチ54を切断してもよい。
By connecting the second clutch 54, the
次に、ECU2は、ステップS6において、目標新気量、目標EGR率、目標実効圧縮比を設定する。目標新気量は、スロットル弁12を通過して燃焼室5に流れる新気量の目標値である。新気量とEGRガス量とを合計した値を空気量とする。
Next, in step S6, the
図7(A)は要求トルクと目標新気量との関係を規定するマップであり、図7(B)は要求トルクと目標EGR率との関係を規定するマップであり、図7(C)は要求トルクと目標実効圧縮比との関係を規定するマップである。図7の各図において所定の要求トルクに対して引いた実線及び破線は、エンジン回転数を所定の値とした場合の運転領域の境界を示す。 FIG. 7A is a map that defines the relationship between the required torque and the target fresh air amount, and FIG. 7B is a map that defines the relationship between the required torque and the target EGR rate, and FIG. Is a map that defines the relationship between the required torque and the target effective compression ratio. A solid line and a broken line drawn with respect to a predetermined required torque in each diagram of FIG.
ECU2は、図7(A)に示すマップを参照し、要求トルクに基づき、要求トルクを実現するために必要な目標新気量を設定する。図7(A)に示すように、要求トルクが大きいほど、目標新気量が大きくなるようにマップは設定されている。なお、目標新気量は、EGRガスを含まない空気の目標量であり、スロットル弁12を通過する空気の目標量である。
The
ECU2は、図7(B)に示すマップを参照し、要求トルクに基づきEGR率の目標値である目標EGR率を設定する。図7(B)に示すように、要求トルクが小さい値から大きい値に変化するときに、要求トルクが比較的小さい領域では要求トルクの増加に応じて目標EGR率が増加し、その後、要求トルクが中程度の領域では要求トルクの増加に応じて目標EGR率が減少し、その後、要求トルクが比較的大きい領域では要求トルクの増加に応じて目標EGR率が再び増加するようにマップは設定されている。要求トルクが比較的小さい領域は運転領域が領域Aに対応し、要求トルクが中程度の領域は運転領域が領域Cに対応し、要求トルクが比較的大きい領域は運転領域が領域Bに対応する。
The
ECU2は、図7(C)に示すマップを参照し、要求トルクに基づき実効圧縮比の目標値である目標実効圧縮比を設定する。図7(C)に示すマップの基本的な傾向は、要求トルクが中程度で目標実効圧縮比が最も大きくなるように設定されている。目標実効圧縮比が最も大きくなるときの要求トルクは、運転領域が領域Bにあり、比較的要求トルクが小さい範囲に対応する。
The
次に、ECU2は、ステップS7において、ステップS6で設定した目標新気量の補正を行う。新気にEGRガスが導入されると、ノッキングが抑制され、熱効率が向上することから新気量を低減することができる。そのため、EGR率に応じて新気量を低減し、要求トルクに応じた新気量にする。目標新気量の補正は、EGR率とステップS6で設定した目標新気量とに基づいて行う。例えば、EGR率と目標新気量補正値との関係を規定するマップを参照し、EGR率に基づいて目標新気量補正値を設定する。そして、ステップS6で設定した目標新気量から目標新気量補正値を減算することによって、補正後の目標新気量を設定するとよい。他の方法では、EGR率、目標新気量、及び補正後の目標新気量の関係を規定するマップを参照し、EGR率及び目標新気量に基づいて補正後の目標新気量を設定するようにしてもよい。
Next, in step S7, the
次に、ECU2は、ステップS8において、図9に示す、目標新気量、第1吸気圧センサ84が検出する第1吸気圧、エンジン回転数、及びスロットル弁12の開度の目標値である目標スロットル開度の関係を規定するマップを参照し、目標新気量、第1吸気圧、及びエンジン回転数に基づいて目標スロットル開度を設定する。ここで使用される目標新気量は、ステップS7において設定された補正後の目標新気量である。図9に示すように、目標新気量が大きいほど目標スロットル開度が増加し、また、第1吸気圧が大きいほど目標スロットル開度が減少するようにマップは設定されている。また、エンジン回転数が大きいほど目標スロットル開度が増加するようにマップが設定されている。
Next, in step S8, the
また、ECU2は、ステップS8において、図10(A)、(B)に示す、目標EGR率と、第1吸気圧又は第2吸気圧と、第1EGR弁29の開度である目標第1EGR弁開度との関係を規定するマップを参照し、目標EGR率及び第2吸気圧に基づいて目標第1EGR弁開度を設定する。運転領域が領域Aである場合には、図10(A)に示すマップを使用し、運転領域が領域B又はCである場合には、図10(B)に示すマップを使用する。図10(A)、(B)に示すように、目標EGR率が大きいほど目標第1EGR弁開度が増加し、また、第1吸気圧又は第2吸気圧の圧力が低いほど(負圧が大きいほど)目標第1EGR弁開度が減少するように設定されている。
In step S8, the
また、ECU2は、ステップS8において、目標実効圧縮比を実現するための、バルブリフト可変機構66(VTEC)及びバルブ位相可変機構65(VTC)の駆動量を設定する。ECU2は、目標実効圧縮比に基づいて、大リフト吸気カム69A及び小リフト吸気カム69Bの一方を選択し、選択した吸気カムを使用するためのバルブリフト可変機構66の駆動量を設定する。また、ECU2は、目標実効圧縮比と選択した吸気カム69A、69Bとに基づいて、バルブ位相可変機構65の駆動量を設定する。
In step S8, the
また、ECU2は、設定した目標スロットル弁開度、目標第1EGR弁開度、バルブリフト可変機構66(VTEC)及びバルブ位相可変機構65(VTC)の駆動量を実現するために、スロットル弁12、第1EGR弁29、バルブリフト可変機構66及びバルブ位相可変機構65を制御する。
Further, the
ステップS4での判定がNoの場合、すなわち運転領域が領域B又は領域Cである場合、ECU2はステップS9において、第1クラッチ41を切断するように制御し、第2クラッチ54を接続するように制御する。第1クラッチ41が切断されることによって、過給機13の回転が許容される。
When the determination in step S4 is No, that is, when the operation region is the region B or the region C, the
第2クラッチ54が接続されることによって、クランク軸37と遊星歯車機構35の遊星キャリア47とは動力伝達機構50を介して接続される。これにより、動力伝達機構50及び遊星歯車機構35を介してクランク軸37、電動モータ36の回転軸36A、及び過給機13の回転軸13Aの間で駆動力の伝達が可能になる。
By connecting the second clutch 54, the
また、ECU2は、図8に示すマップを参照し、要求トルクに基づいて第2EGR弁32の開度を設定する。図8に示すように、運転領域が領域Cにあるときには第2EGR弁32は要求トルクの増加に応じて開度が低下するように設定され、運転領域が領域Bにあるときには第2EGR弁32は要求トルクに関わらず全閉に設定される。第2EGR弁32の開度が小さくなると、スロットル弁12を通過した新気及びEGR通路から供給されるEGRガスを含むガスは、過給機13及びインタークーラー14を通過して燃焼室5に供給される流量が増加する。
Further, the
このように第2EGR弁32が制御されることによって、運転状態が領域Cにあるときには、スロットル弁12を通過した新気は、過給機13及びインタークーラー14を通過する流路と、第1EGR通路27及び第2EGR通路31を通過する流路とに分配され、EGRガスは第2EGR通路31を通過して過給機13よりも下流側から吸気通路6に供給される。一方、運転状態が領域Bにあるときには、スロットル弁12を通過した新気は、全て過給機13及びインタークーラー14を通過し、EGRガスは第1EGR通路27を通過し、過給機13よりも上流側から吸気通路6に供給される。
By controlling the
次に、ECU2は、ステップS10において、目標新気量、目標EGR率、目標実効圧縮比を設定する。ステップS10での目標新気量、目標EGR率、目標実効圧縮比の設定方法は、ステップS6での設定方法と同様である。
Next, in step S10, the
次に、ECU2は、ステップS11において、ステップS10で設定した目標新気量の補正を行う。ステップS10の目的及び処理は、ステップS7と同様である。
Next, in step S11, the
次に、ECU2は、ステップS12において、スロットル弁12の開度、第1EGR弁29の開度、バルブリフト可変機構66(VTEC)及びバルブ位相可変機構65(VTC)の駆動量を設定する。ステップS12での、スロットル弁12の開度、第1EGR弁29の開度、バルブリフト可変機構66(VTEC)及びバルブ位相可変機構65(VTC)の駆動量の設定方法は、ステップS8での設定方法と同様である。なお、スロットル開度の設定は、ステップS11において補正した目標新気量に基づいて行う。
Next, in step S12, the
次に、ECU2は、ステップS13において、図7(D)に示す要求トルクと目標SC吐出量との関係を規定するマップを参照し、要求トルクに基づき、過給機13の吐出量の目標値である目標SC吐出量を設定する。図7(D)に示すように、要求トルクが領域Aに対応する範囲では目標SC吐出量は0であり、要求トルクが領域C及び領域Bに対応する範囲では目標SC吐出量は要求トルクの増加に応じて増加するようにマップは設定されている。領域Cと領域Bでは、要求トルクに対する目標SC吐出量の増加率が異なり、領域Cの方が領域Bよりも増加率が大きく設定されている。
Next, in step S13, the
また、ECU2は、目標SC吐出量に基づいて過給機13の出口圧の目標値である目標出口圧を設定する。目標SC吐出量の増加するほど、目標出口圧が増加するように設定される。
Further, the
次に、ECU2は、ステップS14において、ステップS13で設定した目標SC吐出量及び目標出口圧の補正を行う。第2EGR弁32の開度が減少し、EGRガスが過給機13を通過するようになると、過給機13を通過するガスの内で新気の割合が低下する。これにより、燃焼室5に供給される新気量が低下する。そのため、過給機13を通過するEGRガス量の増加に応じて、目標SC吐出量及び目標出口圧を増加させるべく、補正を行う。目標SC吐出量及び目標出口圧の補正は、EGR率、第2EGR弁32の開度、及びステップS13で設定した目標SC吐出量及び目標出口圧に基づいて行う。例えば、EGR率及び第2EGR弁32の開度と目標SC吐出量補正値との関係を規定するマップを参照し、EGR率及び第2EGR弁32の開度に基づいて目標SC吐出量補正値を設定する。そして、ステップS13で設定した目標SC吐出量に目標SC吐出量補正値を加算することによって、補正後の目標SC吐出量を設定する。EGR率及び第2EGR弁32の開度と目標SC吐出量補正値との関係を規定するマップでは、EGR率が増加するほどSC吐出量補正値が増加し、第2EGR弁32の開度が増加するほどSC吐出量補正値が減少するように設定されている。
Next, in step S14, the
他の方法では、EGR率、第2EGR弁32の開度、目標SC吐出量及び補正後の目標SC吐出量の関係を規定するマップを参照し、EGR率、第2EGR弁32の開度、及び目標SC吐出量に基づいて補正後の目標新気量を設定するようにしてもよい。補正後の目標出口圧は、補正後の目標SC吐出量に基づいて設定するとよい。
In another method, referring to a map that defines the relationship between the EGR rate, the opening degree of the
補正後の目標出口圧は、補正後の目標SC吐出量が増加するほど、増加するように設定される。 The corrected target outlet pressure is set to increase as the corrected target SC discharge amount increases.
次に、ECU2は、ステップS15において目標SC吐出量を実現するために、目標SC吐出量制御を行う。目標SC吐出量制御は、図4に示すフローチャートに従って実行される。
Next, the
図4に示すように、ECU2は、最初にステップS21において、ステップS14で設定された補正後の目標SC出口圧に基づいて、過給機13の回転軸13Aの回転数の目標値である目標SC回転数を設定する。目標SC回転数の設定は、目標SC出口圧と目標SC回転数との関係を規定したマップを参照して行われる。マップでは、目標SC出口圧が高くなるほど、目標SC回転数が高くなるように設定されている。
As shown in FIG. 4, the
次に、ECU2は、ステップS22において、目標SC回転数及び目標SC出口圧に基づいて、過給機13の体積効率の推定値であるSC体積効率推定値を算出する。目標SC回転数の設定は、図11に示す、目標SC回転数、目標SC出口圧、及びSC体積効率推定値の関係を規定したマップに基づいて行われる。マップでは、目標SC回転数が高くなるほど、或いは目標SC出口圧が高くなるほど、SC体積効率推定値が高くなるように設定されている。
Next, in step S22, the
次に、ECU2は、ステップS23において、目標SC回転数とSC体積効率推定値とに基づいて過給機13の吐出量の推定値であるSC吐出量推定値を算出する。
Next, in step S23, the
次に、ECU2は、ステップS24において、ステップS23で推定したSC吐出量推定値と目標SC吐出量とが一致するか否かを判定する。なお、SC吐出量推定値が目標SC吐出量に一致するというのは、厳密に等しいということを意味するものではなく、それらの差の絶対値がある所定値以下に収まる状態を意味する。
Next, in step S24, the
このステップS24での判定結果がYesである場合には、ECU2は、ステップS25において、目標SC回転数を実現するための電動モータ36の回転数である目標モータ回転数を設定し、この目標モータ回転数を実現するように電動モータ36を制御する。
If the determination result in step S24 is Yes, the
このステップS24での判定結果がNoである場合には、ステップS26において目標SC回転数を変更する。目標SC回転数の変更は、SC吐出量推定値が目標SC吐出量より大きい場合には目標SC回転数を所定値だけ減少させ、SC吐出量推定値が目標SC吐出量より小さい場合には目標SC回転数を所定値だけ増加させることによって行う。ステップS26の処理を行った後は、ステップS22に戻る。 If the determination result in step S24 is No, the target SC speed is changed in step S26. The target SC rotation speed is changed by reducing the target SC rotation speed by a predetermined value when the estimated SC discharge amount is larger than the target SC discharge amount, and by changing the target SC rotation amount when the estimated SC discharge amount is smaller than the target SC discharge amount. This is done by increasing the SC rotational speed by a predetermined value. After performing the process of step S26, the process returns to step S22.
ステップS26、ステップS22、及びステップS23の処理は、ステップS24での判定結果がYesとなるまで繰り返される。これにより、過給機13の吐出量が、目標SC吐出量と等しくなるように制御される。
The process of step S26, step S22, and step S23 is repeated until the determination result in step S24 becomes Yes. Thereby, the discharge amount of the
以下に、本実施形態に係る内燃機関1の作動について説明する。この内燃機関1では、要求トルク及びエンジン回転数に基づいて、運転領域が領域A〜Cのいずれかに設定され、各領域に応じて過給機13、EGR装置26、吸気バルブ駆動機構63が制御される。
Below, the action | operation of the internal combustion engine 1 which concerns on this embodiment is demonstrated. In the internal combustion engine 1, the operation region is set to one of regions A to C based on the required torque and the engine speed, and the
運転領域が領域Aにあるときには、過給機13の回転が禁止される。このとき、バイパス弁としての第2EGR弁32が開かれるため、スロットル弁12を通過した新気は、第1EGR通路27の一部と第2EGR通路31とによって構成されるバイパス通路を通過し、過給機13を迂回して流れる。EGRガスは、第1EGR通路27及び第2EGR通路31を通過して過給機13の下流側部分から吸気通路6に供給される。
When the operation region is in region A, the rotation of the
領域Aでは、要求トルクの増加に応じて新気量、実効圧縮比が増加するように制御され、内燃機関1の出力が増加する。EGR率は、領域Aにおける要求トルクが小さい範囲では要求トルクの増加に応じて増加し、領域Aにおける要求トルクが大きい範囲では要求トルクの増加に応じて減少する。これにより、領域Aにおける要求トルクが中程度の範囲では、EGRガス量を増加させてポンピングロスを低減し、要求トルクが大きい範囲では、EGRガス量を低減して出力の増加を図ることができる。 In the region A, the amount of fresh air and the effective compression ratio are controlled to increase as the required torque increases, and the output of the internal combustion engine 1 increases. The EGR rate increases as the required torque increases in the range where the required torque in the region A is small, and decreases as the required torque increases in the range where the required torque in the region A is large. As a result, the EGR gas amount is increased to reduce the pumping loss when the required torque in the region A is medium, and the EGR gas amount can be reduced to increase the output when the required torque is large. .
運転領域が領域B及び領域Cにあるときには、過給機13の回転が可能になる。領域Cにおいては、要求トルクの増加に応じて第2EGR弁32の開度が減少し、新気及びEGRガスが第2EGR通路31を通過する流量が減少し、新気及びEGRガスは主に吸気通路6の過給機13を通過するようになる。要求トルクが増加し、運転領域が領域Bになると、第2EGR弁32は、全閉になり、新気及びEGRガスは全て過給機13を通過するようになる。
When the operation region is in region B and region C, the
領域Cでは、過給機13が回転を開始するため、領域Bよりも要求トルクの増加に対するSC吐出量の増加量が大きく設定されている。この特性は、図7(D)に示すマップによって実現されている。領域B及び領域Cでは、要求トルクの増加に応じて新気量及びEGR率が増加し、実効圧縮比が減少するように制御され、内燃機関1の出力が増加する。これにより、要求トルクが増加して新気量が増加しても、EGR率が増加、及びバルブ位相可変機構65及びバルブリフト可変機構66による実効圧縮比の低下によって、ノッキングの発生が抑制される。また、EGRクーラー28によってEGRガスを冷却し、吸気温度を低下させることによって、ノッキングの抑制効果を一層向上させることができる。
In the region C, since the
このように、EGR率は、領域Aではポンピングロスの低減を目的として制御され、領域B及びCではノッキングの抑制を目的として制御される。また、実効圧縮比は、領域A及びCでは熱効率の向上を目的として制御され、領域Bではノッキングの抑制を目的として制御される。 Thus, the EGR rate is controlled for the purpose of reducing the pumping loss in the region A, and is controlled for the purpose of suppressing knocking in the regions B and C. The effective compression ratio is controlled for the purpose of improving thermal efficiency in the regions A and C, and is controlled for the purpose of suppressing knocking in the region B.
新気量は、EGR率に応じて補正され、低減されるため、新気による内燃機関1の過度な冷却が抑制され、熱効率の低下が抑制される。 Since the amount of fresh air is corrected and reduced according to the EGR rate, excessive cooling of the internal combustion engine 1 by fresh air is suppressed, and a decrease in thermal efficiency is suppressed.
領域B及びCにおいて、過給機13の吐出量がEGR率及び第2EGR弁32の開度に応じて補正されるため、要求トルクに応じた新気量が確保される。過給機13の吐出量が設定された場合において、EGRガスが過給機13を通過すると、EGRガスの流量分だけ過給機13を通過するべき新気量が低下することになるが、EGR率及び第2EGR弁32の開度に応じて過給機13の吐出量を補正することにより、所期の新気量が確保される。
In the regions B and C, the discharge amount of the
(第2実施形態)
第2実施形態では、運転領域の設定方法が第1実施形態と異なり、運転領域は図6のマップに代えて、図12のマップに基づいて行われる。その他の第2実施形態に係る内燃機関1の構成及び制御手順は、第1実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the operation region setting method is different from the first embodiment, and the operation region is performed based on the map of FIG. 12 instead of the map of FIG. Other configurations and control procedures of the internal combustion engine 1 according to the second embodiment are the same as those in the first embodiment.
図12に示すように、第2実施形態に係る運転領域のマップでは、過給圧が0のラインよりも要求トルクが低い側に領域Bが拡張されている。領域Aは、エンジン回転数が中程度の所定値以下、かつ要求トルクが比較的低い所定値以下の領域において規定されている。領域Cは、領域Aと領域Bとの境界に設定されている。 As shown in FIG. 12, in the map of the operation region according to the second embodiment, the region B is expanded to the side where the required torque is lower than the line where the supercharging pressure is 0. The region A is defined in a region where the engine speed is not more than a predetermined value at a medium level and the required torque is not more than a specified value which is relatively low. Region C is set at the boundary between region A and region B.
領域Aでは、第1実施形態と同様に、第1クラッチ41が接続されて過給機13の回転が禁止され、第2EGR弁32が全開に設定される。領域Bでは、第1実施形態と同様に、第1クラッチ41が切断されて過給機13の回転が許容され、第2EGR弁32が全閉に設定される。領域Cでは、第1実施形態と同様に、第1クラッチ41が切断されて過給機13の回転が許容され、第2EGR弁32の開度が要求トルクに応じて設定される。
In the area A, as in the first embodiment, the first clutch 41 is connected, the rotation of the
第2実施形態では、過給機13の回転が可能な領域B及びCが、過給圧が0より低い場合にも設定されている。そのため、領域B及びCにおいて、過給圧が0よりも低い部分に対応する領域では、過給機13の回転軸13Aは気筒4の吸入負圧によって回転する。過給機13の回転は、遊星歯車機構35を介して電動モータ36に伝達され、発電の駆動力となる、又はクランク軸37に伝達され、クランク軸37の回転をアシストする。このように、過給機13によって通常ポンピングロスとして消費されるエネルギーが、電動モータ36やクランク軸37に伝達され、有効に使用される。
In the second embodiment, the regions B and C in which the
図13は、第2実施形態において、要求トルクに基づいて、目標新気量、目標EGR率、目標実効圧縮比、及び目標SC吐出量を設定するためのマップである。図13(D)に示すように、第2実施形態では要求トルクが低い状態から、過給機13による吐出が発生する。
FIG. 13 is a map for setting the target fresh air amount, the target EGR rate, the target effective compression ratio, and the target SC discharge amount based on the required torque in the second embodiment. As shown in FIG. 13D, in the second embodiment, discharge by the
以上に説明した第1及び第2実施形態に係る運転領域の設定に係るマップは、両者の間で選択可能にしてもよい。例えば、運転者の操作や、運転状況に応じて第1実施形態に係るマップ(図7)と第2実施形態に係るマップ(図12)とを選択するようにするとよい。 The map relating to the setting of the operation region according to the first and second embodiments described above may be selectable between them. For example, the map according to the first embodiment (FIG. 7) and the map according to the second embodiment (FIG. 12) may be selected according to the driver's operation and driving conditions.
1…内燃機関、2…ECU、3…機関本体、5…燃焼室、6…吸気通路、7…排気通路、12…スロットル弁、13…過給機、14…インタークーラー、26…EGR装置、27…第1EGR通路、29…第1EGR弁、31…第2EGR通路、32…第2EGR弁、35…遊星歯車機構、36…電動モータ、37…クランク軸、41…第1クラッチ、44…太陽歯車、45…内歯車、46…遊星歯車、47…遊星キャリア、50…動力伝達機構、54…第2クラッチ、63…吸気バルブ駆動機構、64…排気バルブ駆動機構、65…バルブ位相可変機構、66…バルブリフト可変機構、69A…大リフト吸気カム、69B…小リフト吸気カム、81…クランク角センサ、83…空気流量センサ、84…第1吸気圧センサ、85…第2吸気圧センサ、86…排気圧センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... ECU, 3 ... Engine main body, 5 ... Combustion chamber, 6 ... Intake passage, 7 ... Exhaust passage, 12 ... Throttle valve, 13 ... Supercharger, 14 ... Intercooler, 26 ... EGR device, 27 1st EGR passage, 29 ... 1st EGR valve, 31 ... 2nd EGR passage, 32 ... 2nd EGR valve, 35 ... planetary gear mechanism, 36 ... electric motor, 37 ... crankshaft, 41 ... 1st clutch, 44 ... sun gear, 45 ... Internal gear, 46 ... Planet gear, 47 ... Planet carrier, 50 ... Power transmission mechanism, 54 ... Second clutch, 63 ... Intake valve drive mechanism, 64 ... Exhaust valve drive mechanism, 65 ... Valve phase variable mechanism, 66 ... Valve lift variable mechanism, 69A ... large lift intake cam, 69B ... small lift intake cam, 81 ... crank angle sensor, 83 ... air flow sensor, 84 ... first intake pressure sensor, 85 ... second intake pressure Capacitors, 86 ... exhaust pressure sensor
Claims (6)
前記内燃機関の排気通路及び吸気通路を接続するEGR通路に設けられた第1EGR弁と、
吸気バルブの開閉タイミングを変化させることによって、実効圧縮比を変化させる実効圧縮比可変機構とを有し、
前記内燃機関に要求される要求負荷に基づいて、前記過給機と、前記第1EGR弁と、前記実効圧縮比可変機構とを制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine including a mechanical supercharger capable of changing a discharge amount,
A first EGR valve provided in an EGR passage connecting an exhaust passage and an intake passage of the internal combustion engine;
It has an effective compression ratio variable mechanism that changes the effective compression ratio by changing the opening and closing timing of the intake valve,
An internal combustion engine control apparatus that controls the supercharger, the first EGR valve, and the effective compression ratio variable mechanism based on a required load required for the internal combustion engine.
要求負荷が低い低負荷領域では前記過給機の回転が禁止されると共に前記第2EGR通路が開かれ、要求負荷が高い高負荷領域では前記過給機の回転が許容されると共に前記第2EGR通路が閉じられることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の内燃機関の制御装置。 The EGR passage branches from the first EGR passage connecting the exhaust passage and a portion upstream of the supercharger in the intake passage, and downstream from the supercharger in the intake passage. A second EGR passage connected to the side portion and a second EGR valve provided in the second EGR passage, wherein the first EGR valve is more exhausted than the portion of the first EGR passage where the second EGR passage branches. Provided on the side,
In the low load region where the required load is low, rotation of the supercharger is prohibited and the second EGR passage is opened, and in the high load region where the required load is high, rotation of the supercharger is allowed and the second EGR passage is opened. 4. The control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein is closed.
前記遊星歯車機構は、前記過給機の回転軸に接続された太陽歯車と、前記電動モータに接続された内歯車と、前記太陽歯車及び前記内歯車に噛み合う遊星歯車を回転可能に支持し、前記クランク軸に接続された遊星キャリアとを有することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つの項に記載の内燃機関の制御装置。 The supercharger is connected to a crankshaft and an electric motor of the internal combustion engine via a planetary gear mechanism,
The planetary gear mechanism rotatably supports a sun gear connected to the rotating shaft of the supercharger, an internal gear connected to the electric motor, and the planetary gear meshing with the sun gear and the internal gear, The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, further comprising a planetary carrier connected to the crankshaft.
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