JP2017180353A - Control device of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control device.
従来から、エンジンの制御装置においては、エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁の時期を適切に制御することにより、特に圧縮自己燃焼運転領域におけるエンジンの運転効率を高める技術が知られている(例えば、特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an engine control device, a technique for improving the engine operating efficiency particularly in a compression self-combustion operation region by appropriately controlling the timing of opening and closing of an intake valve and an exhaust valve of an engine is known. (For example, Patent Document 1).
エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁を制御するための手段としては、弁の開閉を、カムの表面に設けられたカム山の形状に応じて一定の間隔で、且つ一定のリフト量で開閉弁させる、いわゆるメカニカル動弁機構や、所定のタイミングで所定のリフト量で開閉弁させることができる可変動弁機構が知られている。 As a means for controlling the opening and closing of the intake and exhaust valves of the engine, the valve is opened and closed at regular intervals according to the shape of the cam crest provided on the cam surface and at a constant lift. A so-called mechanical valve mechanism that opens and closes by an amount and a variable valve mechanism that can be opened and closed by a predetermined lift amount at a predetermined timing are known.
ところで、近年では、燃費の向上、及び排気のエミッション性能の向上を目的として、エンジンの運転状態に応じて、エンジン内の燃焼形態を使い分けることが多用されている。具体的には、このような制御では、エンジンの低負荷運転領域では、圧縮自己燃焼による制御を行うことで、燃費の向上、及び排気のエミッション性能の向上を達成し、エンジンの高負荷運転領域では、点火プラグを用いた火花点火燃焼を行うことでエンジンの失火を防止している。この内、圧縮自己燃焼による制御を行う場合には、基本的にはエンジンの気筒内の容積減少に応じた温度上昇によって燃料を自己燃焼させる。従って、圧縮自己燃焼による制御を行っている最中は、吸気行程が開始する前からエンジンの気筒内の温度を高温に保つ必要がある。そして、エンジンの気筒内の温度を高温に保つために、吸気行程が開始する前から直前の燃焼行程で生じた高温の既燃ガスを気筒内に留め、気筒内の温度を保つ、いわゆる内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)制御が用いられている。 By the way, in recent years, for the purpose of improving fuel efficiency and exhaust emission performance, it is often used properly depending on the engine combustion state in accordance with the operating state of the engine. Specifically, in such control, in the low load operation region of the engine, control by compression self-combustion is performed, thereby improving fuel efficiency and improving exhaust emission performance. Then, spark ignition combustion using an ignition plug is performed to prevent engine misfire. Among these, when control by compression self-combustion is performed, the fuel is self-combusted basically by a temperature increase corresponding to a decrease in the volume in the cylinder of the engine. Therefore, during the control by the compression self-combustion, it is necessary to keep the temperature in the cylinder of the engine at a high temperature before the intake stroke starts. And in order to keep the temperature in the cylinder of the engine at a high temperature, so-called internal EGR that keeps the temperature in the cylinder by keeping the high temperature burned gas generated in the combustion stroke immediately before the start of the intake stroke in the cylinder. (Exhaust Gas Recirculation) control is used.
内部EGR制御を行う場合、吸気行程が開始する前にEGRガスを気筒内に留めることにより気筒内の温度を高温に保つことができるものの、圧縮自己燃焼を行うためには、吸気行程において気筒内に新たに導入される新気と、気筒内に留まっているEGRガスとの割合を適切に保つことが求められる。 When internal EGR control is performed, the temperature in the cylinder can be kept high by keeping EGR gas in the cylinder before the intake stroke starts. However, in order to perform compression self-combustion, Therefore, it is required to keep the ratio of fresh air newly introduced to the EGR gas and EGR gas remaining in the cylinder appropriately.
そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、圧縮自己燃焼を行うエンジン制御装置において、新気の量を適切に制御することにより、圧縮自己燃焼の効率を高めることができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and in an engine control apparatus that performs compression self-combustion, the efficiency of compression self-combustion is improved by appropriately controlling the amount of fresh air. It is an object of the present invention to provide an engine control device that can perform the above-mentioned.
上述した課題を解決するために、本発明は、所定の低負荷運転領域において、気筒内に既燃ガスが存在する状態で当該気筒内を圧縮して圧縮自己燃焼を行うエンジンの制御装置であって、エンジンの気筒の吸気口に設けられ当該吸気口の開閉を行うための吸気弁と、前記吸気弁の開閉時期を制御するための吸気可変動弁機構とを備え、前記吸気可変動弁機構は、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、前記カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、前記圧力室に接続されており、開閉することにより前記吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を備えており、前記吸気可変動弁機構は、前記圧縮自己燃焼の際に、エンジンの負荷が低いほど、吸気行程において前記吸気弁が開く時期を遅くするように前記油圧バルブを制御する。 In order to solve the above-described problems, the present invention is an engine control apparatus that performs compression self-combustion by compressing the inside of a cylinder in a predetermined low-load operation region in a state where burned gas exists in the cylinder. An intake valve provided at an intake port of a cylinder of the engine for opening and closing the intake port, and an intake variable valve mechanism for controlling the opening and closing timing of the intake valve, the intake variable valve mechanism Is connected to the pressure chamber, the cam that rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft, the engine oil filled therein, and the oil pressure of the engine oil changes by the operation of the cam, and opens and closes And a hydraulic valve that controls the hydraulic pressure applied to the intake valve, and the intake variable valve mechanism is configured to perform an intake stroke as the engine load is lower during the compression self-combustion. Serial to control the hydraulic valve so as to slow down the time when the intake valve opens.
このように構成された本発明によれば、圧縮自己燃焼の際に、吸気可変動弁機構によって、エンジンの負荷が低いほど吸気行程時の吸気弁が開く時期を遅らせることができる。そして、圧縮自己燃焼を行う際に、エンジンの負荷が低い場合に、吸気行程の吸気弁が開く時期を遅らせることで、気筒内に流入する新気の量を制限し気筒内の既燃ガスの相対量を増やすことができる。これにより、気筒内の温度を保ち、圧縮自己燃焼の効率を高めることができる。 According to the present invention configured as described above, during the compression self-combustion, the intake variable valve mechanism can delay the opening time of the intake valve during the intake stroke as the engine load decreases. When performing compression self-combustion, when the engine load is low, the amount of fresh air flowing into the cylinder is limited by delaying the opening time of the intake valve in the intake stroke, thereby reducing the amount of burned gas in the cylinder. The relative amount can be increased. Thereby, the temperature in a cylinder can be maintained and the efficiency of compression self-combustion can be improved.
また、本発明において、好ましくは、前記吸気可変動弁機構は、前記圧縮自己燃焼の際に、エンジンの負荷が高いほど、吸気行程において前記吸気弁が開く時期を早くするように前記油圧バルブを制御する。 In the present invention, it is preferable that the variable intake valve operating mechanism adjusts the hydraulic valve so that the intake valve opens earlier in the intake stroke as the engine load increases during the compression self-combustion. Control.
このように構成された本発明によれば、エンジンの負荷が高い場合に、吸気行程の吸気弁が開く時期を早めることで、気筒内に流入する新気の量を確保し気筒内の既燃ガスの相対量を減らすことができる。これにより、高いエンジン負荷に応じた適切なエンジン出力を得ることができる。 According to the present invention configured as described above, when the load on the engine is high, the amount of fresh air flowing into the cylinder is ensured by increasing the timing of opening the intake valve in the intake stroke, and the burned in the cylinder The relative amount of gas can be reduced. Thereby, an appropriate engine output according to a high engine load can be obtained.
また、本発明において、好ましくは、前記気筒内に存在する既燃ガスは、吸気行程において、前記エンジンの気筒の排気口に設けられ当該排気口の開閉を行うための排気弁を開くことにより前記気筒内に導入されたものである。 In the present invention, preferably, the burned gas present in the cylinder is provided in an exhaust port of the cylinder of the engine in an intake stroke, thereby opening the exhaust valve for opening and closing the exhaust port. It was introduced into the cylinder.
また、本発明において、好ましくは、前記気筒内に存在する既燃ガスは、排気行程において、前記エンジンの気筒の排気口に設けられ当該排気口の開閉を行うための排気弁を閉じたままにすることにより前記気筒内に残留したものである。 In the present invention, preferably, the burnt gas existing in the cylinder is provided in an exhaust port of the cylinder of the engine in an exhaust stroke, and an exhaust valve for opening and closing the exhaust port is kept closed. By doing so, it remains in the cylinder.
また、本発明において、好ましくは、前記吸気行程において前記吸気弁を閉じる時期は、前記エンジンの負荷に関わらず一定である。 In the present invention, it is preferable that the timing of closing the intake valve in the intake stroke is constant regardless of the load of the engine.
この場合において、前記吸気弁を閉じる時期は、エンジンの回転数に応じて予め決定されていることが好ましい。 In this case, it is preferable that the timing for closing the intake valve is determined in advance according to the engine speed.
このように構成された本発明によれば、吸気弁を閉じる時期をエンジンの負荷に関わらず一定にすることにより、吸気行程において吸気弁が開く時期に関わらず、吸気弁を閉じる時期を一定にすることができる。これにより、要求される新気充填量を正確に実現することができる。 According to the present invention configured as described above, the timing for closing the intake valve is made constant regardless of the load of the engine, so that the timing for closing the intake valve is made constant regardless of the timing for opening the intake valve in the intake stroke. can do. Thereby, the required fresh air filling amount can be accurately realized.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンについて説明する。 Hereinafter, an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[エンジンの構成]
まず、図1乃至図3を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの構成について説明する。図1は、本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図であり、図2は、本発明の実施形態によるエンジンの吸気弁に適用される排気側可変動弁機構の概略側面図(部分的に断面図を示している)であり、図3は、本発明の実施形態によるエンジンの制御ブロック図である。
[Engine configuration]
First, the configuration of an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic side view (partially) of an exhaust side variable valve mechanism applied to an intake valve of the engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a control block diagram of the engine according to the embodiment of the present invention.
図1に示すように、エンジン1は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン1は、複数の気筒18が設けられたシリンダブロック11(なお、図1では、1つの気筒のみを図示するが、例えば4つの気筒が直列に設けられる)と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン13とを有している。各気筒18内には、コンロッド142を介してクランクシャフト15と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14の頂面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ141が形成されている。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ67に相対する。シリンダヘッド12と、気筒18と、キャビティ141を有するピストン14とは、燃焼室19を画定する。なお、燃焼室19の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ141の形状、ピストン14の頂面形状、及び、燃焼室19の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
As shown in FIG. 1, the engine 1 is a gasoline engine that is mounted on a vehicle and supplied with fuel containing at least gasoline. The engine 1 includes a
このエンジン1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、15以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は15以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。 The engine 1 is set to a relatively high geometric compression ratio of 15 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency and stabilizing the compression ignition combustion described later. In addition, what is necessary is just to set a geometric compression ratio suitably in the range of about 15-20.
シリンダヘッド12には、気筒18毎に、吸気ポート16及び排気ポート17が形成されていると共に、これら吸気ポート16及び排気ポート17には、燃焼室19側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。具体的には、図2に示すように、気筒18毎に、2つの吸気ポート16が形成され、これら吸気ポート16のそれぞれに吸気弁21(21a、21b)が配設されると共に、2つの排気ポート17が形成され、これら排気ポート17のそれぞれに排気弁22(22a、22b)が配設される。
The
排気弁22には、排気側可変動弁機構72が取り付けられており(図3、図4参照)、この排気側可変動弁機構72は、排気弁22の開閉時期を変化させて、排気弁22を動作させる。また、吸気弁21には、吸気側可変動弁機構71が取り付けられており(図4参照)、この吸気側可変動弁機構71は、吸気弁21の開閉時期及び/又はリフト量を変化させる。
An exhaust-side
図2に示すように、吸気弁21に適用される吸気側可変動弁機構71は、外部から供給されたエンジンオイルが通過するオイル供給路71aと、オイル供給路71a上に設けられた三方弁としてのソレノイドバルブ71b(油圧バルブに相当する)と、オイル供給路71aからソレノイドバルブ71bを介して供給されたエンジンオイルが充填される圧力室71cと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ71bが開弁しているときに、オイル供給路71aと圧力室71cとが流体連通されて、オイル供給路71aから圧力室71cへとエンジンオイルが供給される(図2中の矢印A11参照)。ソレノイドバルブ71bは、通電されていない状態では開弁しており、通電されると閉弁する。より詳しくは、ソレノイドバルブ71bは、通電され続けることにより、閉弁状態が維持される。なお、ソレノイドバルブ71bの上流側のオイル供給路71a上には、図示しない逆止弁などが設けられている。
As shown in FIG. 2, an intake side
また、吸気側可変動弁機構71は、タイミングベルトなどを介してクランクシャフト15の回転が伝達される吸気カムシャフト23上に設けられたカム71dと、カム71dから伝達された力により揺動するローラーフィンガーフォロア71eと、圧力室71cに連結されており、ローラーフィンガーフォロア71eによって動作されて、圧力室71c内のエンジンオイルの圧力(油圧)を上昇させるポンプユニット71fと、を有する。加えて、吸気側可変動弁機構71は、ソレノイドバルブ71bを介して圧力室71cに連結され、圧力室71c内の油圧によって吸気弁21を開弁させるように動作するブレーキユニット71gと、ブレーキユニット71gが動作していないときに吸気弁21の閉状態を維持するための力を付与するバルブスプリング71hと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ71bが閉弁しているときに、オイル供給路71aと圧力室71cとの流体連通が遮断されて、圧力室71cとブレーキユニット72gとが流体連通されることで、圧力室71c内の油圧がブレーキユニット71gに作用する(図2中の矢印A12参照)。
Further, the intake side
吸気側可変動弁機構71が吸気弁21を開弁させる動作について具体的に説明する。カム71dが吸気カムシャフト23と同期して回転している最中において、カム71dに形成されたカム山(換言するとカムロブ)がローラーフィンガーフォロア71eに接触すると、このカム山がローラーフィンガーフォロア71eを押し込む。これにより、ローラーフィンガーフォロア71eがポンプユニット71fを付勢して、ポンプユニット71fが圧力室71c内のエンジンオイルを圧縮するように動作することで、圧力室71c内の油圧が上昇する。このときに、ソレノイドバルブ71bを閉弁すると、上昇された圧力室71c内の油圧がブレーキユニット71gに作用して、ブレーキユニット71gが吸気弁21を付勢することで、吸気弁21がリフトする、つまり吸気弁21が開弁する。
The operation of the intake side
基本的には、カム71dに形成されたカム山がローラーフィンガーフォロア71eに作用している間の何処かのタイミングでソレノイドバルブ71bを閉弁すると、吸気弁21を開弁させることができる。したがって、ソレノイドバルブ71bを開状態から閉状態に切り替えるタイミングを変えることで、吸気弁21の開弁時期を変化させることができる。本実施形態では、吸気行程において吸気弁21を開弁できるように、カム71d上の所定位置にカム山が形成されている。
Basically, the
また、排気側可変動弁機構72も、吸気側可変動弁機構71と同様の構成を有しており、排気行程において排気弁22を開弁できるように、排気側可変動弁機構72のカム上の所定の位置にカム山が形成されている。また、後述するように、吸気行程において排気弁22を開弁して、いわゆる排気の二度開きを行う場合には、追加のカム山が排気側可変動弁機構72の所定の位置に形成されている。このような排気の二度開きは、排気ポート17から燃焼室19へ既燃ガス(内部EGRガス)を逆流させて再導入する場合に実行される。
The exhaust-side
図1を再度参照すると、シリンダヘッド12には、気筒18毎に、気筒18内に燃料を直接噴射する(直噴)インジェクタ67が取り付けられている。インジェクタ67は、その噴口が燃焼室19の天井面の中央部分から、その燃焼室19内に臨むように配設されている。インジェクタ67は、エンジン1の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン1の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室19内に直接噴射する。この例において、インジェクタ67は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ67は、燃料噴霧が、燃焼室19の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室19の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ141の壁面に沿って流動する。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ67は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
Referring to FIG. 1 again, the
図外の燃料タンクとインジェクタ67との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ63とコモンレール64とを含みかつ、インジェクタ67に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム62が介設されている。燃料ポンプ63は、燃料タンクからコモンレール64に燃料を圧送し、コモンレール64は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ67が開弁することによって、コモンレール64に蓄えられている燃料がインジェクタ67の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ63は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン1によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム62は、30MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ67に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で120MPa程度に設定してもよい。インジェクタ67に供給される燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム62は、この構成に限定されるものではない。
A fuel tank (not shown) and the
シリンダヘッド12にはまた、燃焼室19内の混合気に強制点火(具体的には火花点火)する点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、この例では、エンジン1の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド12内を貫通して配置されている。点火プラグ25の先端は、圧縮上死点に位置するピストン14のキャビティ141内に臨んで配置される。
An ignition plug 25 for forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 19 (specifically, spark ignition) is also attached to the
エンジン1の一側面には、図1に示すように、各気筒18の吸気ポート16に連通するように吸気通路30が接続されている。一方、エンジン1の他側面には、各気筒18の燃焼室19からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路40が接続されている。
As shown in FIG. 1, an
吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設され、その下流側には、各気筒18への吸入空気量を調節するスロットル弁36が配設されている。また、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、気筒18毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒18の吸気ポート16にそれぞれ接続されている。
An
排気通路40の上流側の部分は、気筒18毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。
The upstream portion of the
吸気通路30におけるサージタンク33とスロットル弁36との間の部分と、排気通路40における直キャタリスト41よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路30に還流するためのEGR通路50を介して接続されている。このEGR通路50は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52が配設された主通路51を含んで構成されている。主通路51には、排気ガスの吸気通路30への還流量を調整するためのEGR弁511が配設されている。
A portion between the
エンジン1は、制御手段としてのパワートレイン・コントロール・モジュール(以下では「PCM」と呼ぶ。)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このPCM10が制御器を構成する。
The engine 1 is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as “PCM”) 10 as control means. The
PCM10には、図1及び図3に示すように、各種のセンサSW1、SW2、SW4〜SW18の検出信号が入力される。具体的には、PCM10には、エアクリーナ31の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサSW2の検出信号と、EGR通路50における吸気通路30との接続部近傍に配置されかつ、外部EGRガスの温度を検出するEGRガス温センサSW4の検出信号と、吸気ポート16に取り付けられかつ、気筒18内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサSW5の検出信号と、シリンダヘッド12に取り付けられかつ、気筒18内の圧力を検出する筒内圧センサSW6の検出信号と、排気通路40におけるEGR通路50の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサSW7及び排気圧センサSW8の検出信号と、直キャタリスト41の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサSW9の検出信号と、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダO2センサSW10の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW11の検出信号と、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW12の検出信号と、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW13の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサSW14、SW15の検出信号と、燃料供給システム62のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ67に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサSW16の検出信号と、エンジン1の油圧を検出する油圧センサSW17の検出信号と、エンジン1の油温を検出する油温センサSW18の検出信号と、が入力される。
As shown in FIGS. 1 and 3, detection signals of various sensors SW1, SW2, SW4 to SW18 are input to the
PCM10は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン1や車両の状態を判定し、これに応じて、(直噴)インジェクタ67、点火プラグ25、吸気側可変動弁機構71、排気側可変動弁機構72、燃料供給システム62、及び、各種の弁(スロットル弁36、EGR弁511)のアクチュエータに対して制御信号を出力する。こうしてPCM10は、エンジン1を運転する。特に、本実施形態では、PCM10は、吸気側可変動弁機構71のソレノイドバルブ71bに対して制御信号を出力して(詳しくはソレノイドバルブ71bに対して電圧又は電流を供給する)、ソレノイドバルブ71bの開閉を切り替えることで、吸気弁21の開閉時期を変化させる制御を実行する。
The
[運転領域]
次に、図4を参照して、本発明の実施形態によるエンジン1の運転領域について説明する。図4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ある第1の運転領域R11では、点火プラグ25による点火を行わずに、圧縮自己着火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、この圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、燃焼騒音が発生したり、着火時期の制御が困難になったりする(失火などが発生する傾向にある)。そのため、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ある第2の運転領域R12では、圧縮着火燃焼の代わりに、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)を行うようにする。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、圧縮着火燃焼による運転を実行するCI(Compression Ignition)運転と、火花点火燃焼による運転を実行するSI(Spark Ignition)運転とを切り替えるように構成されている。
[Operation area]
Next, with reference to FIG. 4, an operation region of the engine 1 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows an example of the operation control map of the engine 1. For the purpose of improving fuel consumption and exhaust emission performance, the engine 1 does not perform ignition by the
ここで、図5を参照して、CI運転を行う第1の運転領域R11での吸気弁21及び排気弁22(特に吸気側可変動弁機構71が適用された排気弁21)の基本動作について説明する。図5は、横軸にクランク角を示し、縦軸に弁のリフト量を示している。また、実線のグラフG11は、クランク角に応じた排気弁22の動作を示し、破線のグラフG12及びG13は、クランク角に応じた吸気弁21の動作を示している。図5に示すように、CI運転を行う第1の運転領域R11においては、排気側可変動弁機構72によって排気弁22を排気行程中に開弁させると共に吸気行程中にも開弁させる排気の二度開きを実行して、相対的に温度の高い内部EGRガスを気筒18内に導入する。こうすることで、CI運転時に、気筒18内の圧縮端温度を高めて、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるようにしている。また、吸気行程では、吸気弁21の開弁時期が吸気側可変動弁機構71によって制御され、エンジンの負荷に応じて、例えばグラフG12又はグラフG13に示すタイミングで動作する。
Here, with reference to FIG. 5, basic operations of the
[吸気弁の動作]
次に、本発明の実施形態による吸気弁21の動作について具体的に説明する。
[Operation of intake valve]
Next, the operation of the
まず、図6を参照して、吸気弁21を動作させる排気側可変動弁機構71の特性について説明する。
First, the characteristics of the exhaust-side
図6(a)の上には、吸気可変動弁機構71によって吸気弁21を比較的早い時期t11にて開弁させたときの吸気弁21の動作(リフトカーブ)を示しており、図6(a)の下には、このように吸気弁21を動作させたときの吸気側可変動弁機構71のソレノイドバルブ71bの開閉状態を示している。例えば、開弁時期t11は、吸気側可変動弁機構71によって吸気弁21の開弁時期を最大に進角させたときの開弁時期(以下では適宜「最大進角時期」と呼ぶ。)である。一方、図6(b)の上には、比較的遅い時期t12に、具体的には図6(a)に示した開弁時期t11から遅角させた時期t12に(矢印A21参照)、吸気側可変動弁機構71によって吸気弁21を開弁させたときの吸気弁21の動作(リフトカーブ)を示しており、図6(b)の下には、このように吸気弁21を動作させたときの吸気側可変動弁機構71のソレノイドバルブ71bの開閉状態を示している。また、図6(b)の上には、比較のために、図6(a)の上に示したリフトカーブを破線にて重ねて示してある。
6A shows the operation (lift curve) of the
図6(a)と図6(b)とを比較すると、吸気弁21の開弁時期を遅角させると、吸気弁21のリフト量が小さくなることがわかる(矢印A22参照)。また、符号Ar2で示す面積に対応する、吸気弁21のリフト量積分値が、符号Ar1で示す面積に対応する、吸気弁21のリフト量積分値よりも小さいことがわかる。このように吸気弁21の開弁時期を遅角させるとリフト量及びリフト量積分値が小さくなる理由は、以下の通りである。
Comparing FIG. 6A and FIG. 6B, it can be seen that the lift amount of the
上述したように、吸気側可変動弁機構71においては、カム71dに形成されたカム山がローラーフィンガーフォロア71eに接触しているときに、このカム山がローラーフィンガーフォロア71eを押し込むことで、ポンプユニット71fによって圧力室71c内の油圧が上昇される。このようにカム71dのカム山がローラーフィンガーフォロア71eに作用しているときに、ソレノイドバルブ71bを閉弁すると、上昇された圧力室71c内の油圧がブレーキユニット71gを介して吸気弁21に作用することで、吸気弁21が開弁する。
As described above, in the intake side
ここで、圧力室72c内の油圧は、カム72dのカム山がローラーフィンガーフォロア72eに作用し始めると上昇していくが、ある程度まで上昇した後に低下していく。したがって、カム72dのカム山がローラーフィンガーフォロア72eに作用し始めた初期の所定のタイミングにおいてソレノイドバルブ72bを閉弁すると、相対的に早い時期から高圧室の圧力は上昇するため、排気弁22の開弁は早くなり、その後もカム山によって押し込まれるポンプユニットの動きに合わせてリフトするため、リフト量及びリフト量積分値は最も大きくなる(図6(a)参照)。この場合、排気弁22のリフト量及びリフト量積分値が最も大きくなるような排気弁22の開弁時期が、排気弁22の最大進角開弁時期として規定される。他方で、そのような最大進角開弁時期からソレノイドバルブ72bの閉弁時期を遅角させていくと、高圧室の圧力上昇は相対的に遅くなり、排気弁22の開弁は遅くなるため、その後カム山によって押し込まれるポンプユニットの動きに合わせてリフトするリフト量およびリフト量積分値も小さくなるのである(図6(b)参照)。なお、上述してきた通り、排気側可変動弁機構72は排気弁22の開閉時期を変化させることができるが、図6に示したように、排気側可変動弁機構72によって排気弁22の開閉時期を変化させると排気弁22のリフト量も変化するので、このことから、排気側可変動弁機構72は排気弁22の開閉時期に加えてリフト量も変化させることができると言える。
Here, the hydraulic pressure in the pressure chamber 72c increases when the cam crest of the cam 72d starts to act on the roller finger follower 72e, but decreases after increasing to some extent. Therefore, when the solenoid valve 72b is closed at an initial predetermined timing when the cam crest of the cam 72d starts to act on the roller finger follower 72e, the pressure of the high pressure chamber increases from a relatively early time. The valve opening speeds up, and after that, the valve lifts in accordance with the movement of the pump unit pushed by the cam crest, so that the lift amount and the lift amount integrated value become the largest (see FIG. 6A). In this case, the valve opening timing of the
そして、吸気弁21のリフト量積分値は、高回転では実質的に気筒18に導入される新気の量に相当し、低回転では同一新気量を導入する際のポンピングロスに概ね相当する。従って、吸気側可変動弁機構71のソレノイドバルブ1bを閉弁する時期を制御することにより気筒18内に導入される新気量とその際に発生するポンピングロスを制御することができる。
The lift amount integral value of the
図7は、CI運転時における吸気弁と排気弁のリフト量とクランク角との関係を示している。そして、図7中、実線のグラフG21は、排気弁22の動作を示し、破線のグラフG22乃至G25は、吸気弁21の動作を示す。図7に示すように、排気弁22は、排気行程においてリフト量が増大して開弁量が増加し、リフト量が最大値に達した後、開弁量が減少する。そして、排気弁22のリフト量は、吸気行程において一旦増加し、いわゆる排気の二度開きを行う。これにより、排気行程で気筒18内から排気された既燃ガスを、内部EGRガスとして気筒18内に戻す。
FIG. 7 shows the relationship between the lift amount of the intake valve and the exhaust valve and the crank angle during CI operation. In FIG. 7, a solid line graph G <b> 21 indicates the operation of the
一方で、吸気弁21は、エンジンの負荷に応じて、例えばグラフG22乃至G25のいずれかのリフトカーブに従って動作する。グラフG22乃至G25は、リフト開始の時期が異なるものであり、吸気弁21のリフト開始の時期を、例えば時期t1乃至t4の何れかの時期となるように制御することにより、吸気弁21のリフト量及びリフト量積分値を制御することができる。
On the other hand, the
そしてリフト開始の時期t1乃至t4は、エンジンの負荷に応じて予め決定された値であり、エンジンの負荷が低いほど、遅い時期となり、反対に、エンジンの負荷が高いほど、早い時期となる。即ち、エンジンの負荷が低い場合、気筒18内のEGRガス量を、新気の量に対して多くし、気筒18内の温度を保つことが求められる。従って、エンジンの負荷が低い場合には、吸気弁21のリフト開始時期を遅くし、例えば時期t4とすることにより、グラフG25によって描かれる曲線のリフト量積分値に相当する新気を気筒18内に導入することができる。これにより、気筒18内のEGRガスの相対量が多くなり、気筒18内の温度を保つことができる。
The lift start times t1 to t4 are values determined in advance according to the engine load. The lower the engine load, the slower the time, and the higher the engine load, the earlier the time. That is, when the engine load is low, it is required to increase the amount of EGR gas in the
また、エンジンの負荷が高い場合、気筒18内のEGRガス量を、新気の量に対して少なくし、高いエンジン負荷に応じた適切なエンジン出力を得ることが求められる。従って、エンジンの負荷が高い場合には、吸気弁21のリフト開始時期を早くし、例えば時期t1とすることにより、グラフG22によって描かれる曲線のリフト量積分値に相当する新気を気筒18内に導入することができる。
Further, when the engine load is high, it is required to reduce the amount of EGR gas in the
そして、リフト開始の時期が時期t1乃至t4の何れであったとしても、吸気側可変動弁機構71のソレノイドバルブ71bを閉弁する時期を制御することにより、吸気弁21のリフト量が、時期t5においてゼロとなるように制御することが好ましい。時期t5は、エンジン負荷には因らず、エンジンの回転数に応じて決定される値であり、例えば、吸気行程を開始したときから一定のクランクアングルに達したときに設定される。
Even if the lift start timing is any of timings t1 to t4, the lift amount of the
このように、本発明の実施形態によれば、圧縮自己燃焼制御を行う際に、吸気可変動弁機構71によって、エンジン1の負荷が低いほど吸気行程時の吸気弁21が開く時期を遅らせることができる。そして、吸気行程において吸気弁21が開く時期を遅らせることで、気筒18内に流入する新気の量を制限し気筒18内のEGRガスの相対量を増やすことができる。これにより、気筒18内の温度を保ち、圧縮自己燃焼の効率を高めることができる。
Thus, according to the embodiment of the present invention, when the compression self-combustion control is performed, the intake
また、上述した実施形態では、いわゆる排気の二度開きによって、一旦、気筒18内から排出されたEGRガスを気筒18内に戻す制御を行ったが、排気行程時に、吸気弁21及び排気弁22の両弁を閉じたままにする、いわゆる吸排気のネガティブオーバーラップ(NVO)制御を行うことによって既燃ガスを気筒18内に留めてもよい。この場合も同様に、吸気行程時の吸気弁21の開弁時期を、エンジン負荷に応じて決定することにより、圧縮自己燃焼の効率を高めることができる。
In the above-described embodiment, control is performed to return the EGR gas exhausted from the
1 エンジン
10 PCM
18 気筒
21 吸気弁
22 排気弁
25 点火プラグ
67 インジェクタ
71 吸気側可変動弁機構
72b ソレノイドバルブ
72c 圧力室
72d カム
1
18
Claims (6)
エンジンの気筒の吸気口に設けられ当該吸気口の開閉を行うための吸気弁と、
前記吸気弁の開閉時期を制御するための吸気可変動弁機構とを備え、
前記吸気可変動弁機構は、
ランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、
内部にエンジンオイルが充填され、前記カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、
前記圧力室に接続されており、開閉することにより前記吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を備えており、
前記吸気可変動弁機構は、前記圧縮自己燃焼の際に、エンジンの負荷が低いほど、吸気行程において前記吸気弁が開く時期を遅くするように前記油圧バルブを制御する、エンジンの制御装置。 In a predetermined low-load operation region, an engine control device that performs compression self-combustion by compressing the inside of a cylinder in a state where burned gas exists in the cylinder,
An intake valve provided at the intake of a cylinder of the engine for opening and closing the intake;
An intake variable valve mechanism for controlling the opening and closing timing of the intake valve,
The intake variable valve mechanism is
A cam that rotates in synchronization with the rotation of the rank shaft;
A pressure chamber in which engine oil is filled, and the oil pressure of the engine oil is changed by the operation of the cam;
A hydraulic valve that is connected to the pressure chamber and controls the hydraulic pressure applied to the intake valve by opening and closing;
In the compression self-combustion, the intake variable valve mechanism controls the hydraulic valve such that the lower the engine load, the later the opening timing of the intake valve in the intake stroke.
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