JP2016217184A - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン(1)の制御装置は、吸気行程において、吸気弁(21)の開弁時期以降に排気弁(22)を開弁させるVVL(71)と、吸排気弁のバルブタイミングを変化させるVVT(72,75)と、エンジンの運転状態に応じた要求内部EGR率が所定値未満である場合、要求内部EGR率に基づきVVTを制御して吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを変化させ、既燃ガス要求量が所定値以上である場合、エンジンの運転状態に応じた要求内部EGR率に基づきエンジンのスロットル弁(36)を制御して、気筒(18)への吸入空気量を変化させるPCM(10)とを有する。
【選択図】図5
Description
そこで、気筒内に導入された総ガス量のうち、気筒内に残留した既燃ガスが占める割合(内部EGR率)をエンジンの運転状態(エンジンの回転数や負荷等)に応じて変化させることにより、着火時期を制御することが検討されている。この場合、着火時期を適切に制御するためには、内部EGR率を広い範囲(例えば20%〜80%)で変化させることが要求される。
このように構成された本発明においては、可変バルブ機構制御手段は、既燃ガス要求量が所定値以上である場合、既燃ガス要求量に基づきスロットル弁を制御して気筒への吸入空気量を変化させるので、可変バルブタイミング機構により吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを変化させなくても内部EGR率を変化させることができる。すなわち、内部EGR率の変化幅を確保しつつ可変バルブタイミング機構の作動量を抑制することができるので、エンジン負荷の変化に対して、高い制御応答性を確保しつつ広い範囲で内部EGR率を変化させることができ、HCCI燃焼における着火時期を適切に制御することができる。
また、吸気行程中に吸気弁と排気弁が同時に開弁しているので、内部EGR率を増大させるためにスロットル弁の開度を絞った場合でも吸入負圧の増大を抑制でき、吸気行程におけるポンピングロスの増大を防止できる。
このように構成された本発明においては、可変バルブ機構制御手段は、既燃ガス要求量が所定値未満に減少した場合、負のオーバーラップ期間の短縮により気筒内に残留する既燃ガス量を減少させることに加えて、吸気弁の開弁によって気筒内にある程度空気が充填された状態で吸気行程における排気弁の開弁が行われるようにし、吸気行程における排気弁の開弁により気筒内に取り込まれる既燃ガス量を抑制することができ、これにより、可変バルブタイミング機構の作動量に応じた内部EGR率の変化量を大きくすることができる。したがって、可変バルブタイミング機構の他に新たな機構を設けることなく、エンジン負荷の変化に対して、高い制御応答性を確保しつつ広い範囲で内部EGR率を変化させることができ、HCCI燃焼における着火時期を適切に制御することができる。
このように構成された本発明においては、例えば、既燃ガス要求量が可変バルブタイミング機構により吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを変化させることによって達成可能な最大値以上である場合でも、スロットル弁の開度を所定開度以下に小さくして気筒への吸入空気量を減少させることにより、内部EGR率を増大させることができる。
このように構成された本発明においては、可変バルブタイミング機構により吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを変化させなくても、既燃ガス要求量が増大するほど気筒への吸入空気量を減少させ、内部EGR率を増大させることができる。
図1は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジン(エンジン本体)1の概略構成を示し、図2は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。
次に、図3を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの運転領域について説明する。図3は、エンジン1の運転制御マップの一例を示している。このエンジン1は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ25による点火を行わずに、予混合圧縮自己着火(Homogeneous-Charge Compression Ignition:HCCI)による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン1の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そこで、このエンジン1では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ25を利用した強制点火燃焼(ここでは火花点火燃焼(Spark Ignition:SI))に切り替える。このように、このエンジン1は、エンジン1の運転状態、特にエンジン1の負荷に応じて、予混合圧縮自己着火燃焼を行うHCCIモードと、火花点火燃焼を行うSIモードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。
次に、図4を参照して、本発明の実施形態によるエンジンにおいて着火時期を適切に制御するために要求される内部EGR率(要求内部EGR率)について説明する。図4は、本発明の実施形態によるエンジン1の要求内部EGR率を示す状態量マップであり、具体的には、エンジン回転数が2500〜4000rpmの場合における、エンジン負荷に応じた要求内部EGR率の変化を示している。この図4において、横軸はエンジン負荷、縦軸は要求内部EGR率を表している。
図4に例示したマップに相当する運転領域では、エンジン1は、エンジン負荷が600kPa(IMEP)未満の低負荷域においてHCCIによる圧縮着火燃焼を行い、600kPa(IMEP)以上の高負荷域においてSIによる火花点火燃焼を行う。
次に、図5を参照して、本発明の実施形態による吸気弁21及び排気弁22の動作を説明する。図5は、本発明の実施形態によるエンジン1がHCCIモードで運転を行うときの吸気弁21及び排気弁22のリフトカーブを示す線図であり、(a)は負のオーバーラップ期間の最大時、(b)は負のオーバーラップ期間の最小時における吸気弁21及び排気弁22のリフトカーブを示している。
具体的には、PCM10は、予め実験的に設定したマップを参照し、要求内部EGR率を達成するためのNVO期間を決定し、そのNVO期間に基づいてVVT72及びVVT75を制御する。このVVT72及びVVT75の制御マップには、図5(a)に示すように、排気行程における排気弁22の閉弁時期(EVC1)から排気行程の上死点(排気TDC)までの期間αと、排気TDCから吸気弁21の開弁時期(IVO)までの期間βとを等しくするように、すなわちNVO期間の中央が排気TDCとなるように、VVT72及びVVT75の作動量が設定されている。このようにNVO期間の中央が排気TDCになるようにすることで、排気弁22の閉弁時期(EVC1)から排気TDCまでの圧縮仕事を、排気TDCから吸気弁21の開弁時期(IVO)までの膨張仕事によって相殺することができ、NVO期間を設けることによるポンピングロスを小さくすることができる。
具体的には、PCM10は、HCCI領域においてVVL71を特殊モードで作動させることにより、カム山を2つ有する第2カムの作動状態を排気弁22に伝達させる。この場合、図5(a)及び(b)に破線で示すように、VVL71の第2カムは、排気行程中に排気弁22を開弁させると共に、吸気行程において、吸気弁21の開弁時期(IVO)以降に開弁させる(EVO2)ように設定されている。
これにより、NVO期間を設けたことで気筒18内に残留する既燃ガス量を最大化すると共に、排気弁22の二度開きを行う期間を吸気行程期間内に収めることで、二度開きにより排気ポート17から取り込まれる既燃ガス量を最大化する。
また、PCM10は、エンジン負荷が所定負荷L2より大きくなるほど、VVT72によって吸気弁21のバルブタイミングを進角させることにより、吸気行程における吸気弁21の開弁時期(IVO)及び閉弁時期(IVC)を進角させる。
HCCI領域における最大負荷L3(図4では600kPa(IMEP))である場合、すなわち要求内部EGR率が負荷L3に対応する負荷R3(図4では20%)である場合、図5(b)に示すように、排気行程における排気弁22の閉弁時期(EVC1)及び吸気行程における吸気弁21の開弁時期(IVO)は、排気行程の上死点(排気TDC)の近傍となる。
また、吸気弁21の閉弁時期(IVC)を進角させると共に吸気行程において開弁した排気弁22の閉弁時期(EVC2)を遅角させて、吸気行程において開弁した排気弁22の閉弁時期(EVC2)を吸気弁21の閉弁時期(IVC)よりも遅角させることにより、吸気弁21が開弁している期間よりも排気弁22の二度開きを行う期間を遅らせる。これにより、吸気弁21の開弁によって気筒18内にある程度空気が充填された状態で排気弁22の二度開きが行われるようにし、二度開きにより排気ポート17から取り込まれる既燃ガス量を抑制する。
さらに、排気行程における排気弁22の(EVO2)及び閉弁時期(EVC2)を遅角させて、排気弁22の二度開きが行われる期間をピストン14の移動量が小さい吸気BDC付近に遅角させることにより、排気弁22の二度開きにより排気ポート17から取り込まれる既燃ガス量を抑制する。
次に、図6を参照して、本発明の実施形態によるスロットル弁の動作を説明する。図6は、本発明の実施形態によるエンジン1のスロットル開度の制御カーブを示す線図である。
このようにスロットル弁36の開度を絞って気筒18への吸入空気量を減少させることにより、吸気弁21及び排気弁22のバルブタイミングを変化させなくても内部EGR率を増大させることができる。
また、上述したように、HCCI領域においては排気弁22の二度開きを行っており、吸気行程中に吸気弁21と排気弁22が同時に開弁しているので、内部EGR率を増大させるためにスロットル弁36の開度を絞った場合でも吸入負圧の増大を抑制でき、吸気行程におけるポンピングロスの増大を防止できる。
まず、上述した実施形態では、VVL71は、油圧で作動し、カム山を一つ有する第1カムとカム山を2つ有する第2カムとの、カムプロフィールの異なる2種類のカム、及び、その第1及び第2カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁22に伝達するカムシフティング機構を含んで構成されていると説明したが、これとは異なる構成のVVLを用いてもよく、電磁駆動や空気圧駆動のVVLを用いてもよい。
また、吸気行程中に吸気弁21と排気弁22が同時に開弁しているので、内部EGR率を増大させるためにスロットル弁36の開度を絞った場合でも吸入負圧の増大を抑制でき、吸気行程におけるポンピングロスの増大を防止できる。
10 PCM
17 排気ポート
18 気筒
21 吸気弁
22 排気弁
36 スロットル弁
71 VVL(排気側)
72 VVT(吸気側)
74 VVL(吸気側)
75 VVT(排気側)
Claims (4)
- 気筒の排気行程から吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて、既燃ガスを気筒内に残留させるようにしたエンジンの制御装置であって、
上記吸気行程において、上記吸気弁の開弁時期以降に上記排気弁を開弁させる排気側可変バルブ機構と、
上記吸気弁及び上記排気弁のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構と、
上記エンジンの運転状態に応じた既燃ガス要求量が所定値未満である場合、上記既燃ガス要求量に基づき上記可変バルブタイミング機構を制御して、上記吸気弁及び上記排気弁のバルブタイミングを変化させる可変バルブ機構制御手段と、
上記既燃ガス要求量が所定値以上である場合、上記エンジンの運転状態に応じた既燃ガス要求量に基づき上記エンジンのスロットル弁を制御して、上記気筒への吸入空気量を変化させるスロットル制御手段と、を有することを特徴とするエンジンの制御装置。 - 上記可変バルブ機構制御手段は、上記既燃ガス要求量が所定値以上である場合、上記可変バルブタイミング機構により、上記吸気弁の閉弁時期と上記吸気行程における上記排気弁の閉弁時期とを略一致させ、上記既燃ガス要求量が上記所定値より少なくなるほど、上記可変バルブタイミング機構により、上記負のオーバーラップ期間を短縮し、かつ、上記吸気行程における上記排気弁の開弁時期及び閉弁時期を遅角させる、請求項1に記載のエンジンの制御装置。
- 上記スロットル制御手段は、上記既燃ガス要求量が所定値以上である場合、上記スロットル弁の開度を所定開度以下に小さくする請求項1又は2に記載のエンジンの制御装置。
- 上記スロットル制御手段は、上記既燃ガス要求量が所定値以上である場合、上記既燃ガス要求量が増大するほど上記スロットル弁の開度を小さくする、請求項1乃至3の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。
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