JP2018025120A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は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.
特許文献1には、従来の内燃機関の制御装置として、予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行うことが可能な運転領域において、暖機完了前は予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体の運転を行い、暖機完了後から予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行うように構成されたものが開示されている。
In
予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体の運転を行った場合は、予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行った場合と比較して熱効率が低下するため、燃費が悪化する。そのため、前述した従来の内燃機関の制御装置のように、暖機完了後から予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行うようにすると、暖機中の燃費が悪化するという問題点がある。 When the engine body is operated by flame propagation combustion of the premixed gas, the fuel efficiency deteriorates because the thermal efficiency is lower than when the engine body is operated by compression autoignition combustion of the premixed gas. To do. Therefore, when the engine body is operated by compressing and igniting combustion of the premixed gas after the completion of warm-up as in the conventional control device for an internal combustion engine described above, the fuel consumption during warm-up deteriorates. There is a point.
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、燃焼形態を火炎伝播燃焼又は予混合圧縮自着火燃焼に選択的に切り替えて機関本体の運転を行う内燃機関の暖機中における燃費の悪化を抑制することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems, and during the warm-up of an internal combustion engine that selectively switches the combustion mode to flame propagation combustion or premixed compression self-ignition combustion and operates the engine body. The purpose is to suppress the deterioration of fuel consumption.
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室に燃料を供給することができるように構成された燃料供給装置と、燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、燃焼室内に吸入される空気量を調節するためのスロットル弁と、機関本体に設けられた排気弁の開閉時期を変更可能に構成された排気動弁装置と、機関本体の温度を検出するための温度検出器と、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、機関回転速度と機関負荷とによって定まる機関運転状態が燃焼室内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる自着火運転領域内にあるときに、機関本体の温度に基づいて、燃料供給装置を制御すると共に必要に応じて点火プラグを制御して予混合気を燃焼させる燃焼制御部と、自着火運転領域において、スロットル弁の開度を所定開度に制御し、かつ、排気弁の開閉時期を吸気弁閉時期に所定量の排気が燃焼室に存在する所定開閉時期に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するかを判定する判定部と、判定部の判定結果に基づいて、少なくともスロットル弁及び排気動弁装置を制御する吸気制御部と、を備える。燃焼制御部は、機関本体の温度が所定の暖機完了温度よりも低い所定の切替温度未満のときには予混合気を火炎伝播燃焼させ、切替温度以上のときには予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成される。吸気制御部は、機関本体の温度が切替温度以上であって暖機完了温度未満の場合に、予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定されたときはスロットル弁の開度を所定開度よりも小さい開度に制御すると共に、排気弁の開閉時期を所定開閉時期に制御し、機関本体の温度が暖機完了温度以上の場合はスロットル弁の開度を前記所定開度に制御するように構成される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, an engine body, a fuel supply device configured to be able to supply fuel to the combustion chamber of the engine body, and the combustion chamber face the combustion chamber. An ignition plug arranged, a throttle valve for adjusting the amount of air taken into the combustion chamber, an exhaust valve device configured to be able to change the opening and closing timing of an exhaust valve provided in the engine body, and the engine body An internal combustion engine control device for controlling the internal combustion engine comprising a temperature detector for detecting the temperature of the engine, wherein the engine operating state determined by the engine speed and the engine load compresses the premixed air in the combustion chamber. A combustion control unit for controlling the fuel supply device and controlling the ignition plug as necessary to burn the premixed gas based on the temperature of the engine body when in the self-ignition operation region for ignition and combustion; Ignition operation Pre-mixed gas when the throttle valve opening is controlled to a predetermined opening and the opening / closing timing of the exhaust valve is controlled to a predetermined opening / closing timing when a predetermined amount of exhaust exists in the combustion chamber. A determination unit that determines whether the expected self-ignition timing is retarded from the target self-ignition timing, and an intake control unit that controls at least the throttle valve and the exhaust valve operating device based on the determination result of the determination unit . The combustion control unit causes the premixed gas to undergo flame propagation combustion when the temperature of the engine body is lower than a predetermined switching temperature lower than a predetermined warm-up completion temperature, and causes the premixed gas to undergo compression self-ignition combustion when the temperature is equal to or higher than the switching temperature. Configured. When it is determined that the expected auto-ignition timing is retarded from the target auto-ignition timing when the temperature of the engine body is equal to or higher than the switching temperature and lower than the warm-up completion temperature, the intake control unit adjusts the throttle valve opening. The exhaust valve is controlled to an opening smaller than the predetermined opening, and the opening / closing timing of the exhaust valve is controlled to a predetermined opening / closing timing. Configured to control.
本発明のこの態様によれば、燃焼形態を火炎伝播燃焼又は予混合圧縮自着火燃焼に選択的に切り替えて機関本体の運転を行う内燃機関の暖機中における燃費の悪化を抑制することができる。 According to this aspect of the present invention, it is possible to suppress deterioration in fuel consumption during warm-up of an internal combustion engine that selectively operates the combustion mode to flame propagation combustion or premixed compression self-ignition combustion and operates the engine body. .
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
図1は、本発明の一実施形態による内燃機関100及び内燃機関100を制御する電子制御ユニット200の概略構成図である。図2は、内燃機関100の機関本体1の断面図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
内燃機関100は、複数の気筒10を備える機関本体1と、燃料供給装置2と、吸気装置3と、排気装置4と、吸気動弁装置5と、排気動弁装置6と、を備える。
The
機関本体1は、各気筒10に形成される燃焼室11内(図2参照)で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体1には、気筒毎に1つの点火プラグ16が、各気筒10の燃焼室11に臨むように設けられる。また機関本体1には、気筒毎に一対の吸気弁50と一対の排気弁60とが設けられる。図2に示すように、各気筒10の内部には、燃焼圧力を受けて各気筒10の内部を往復運動するピストン12が収められる。ピストン12は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン12の往復運動が回転運動に変換される。
The
燃料供給装置2は、電子制御式の燃料噴射弁20と、デリバリパイプ21と、サプライポンプ22と、燃料タンク23と、圧送パイプ24と、を備える。
The
燃料噴射弁20は、燃焼室11の中央頂部に配置され、各気筒10の燃焼室11に臨むように各気筒10に1つ設けられる。図2に示すように本実施形態では、点火プラグ16の電極部16aが、燃料噴射弁20の燃料噴射領域R内又は燃料噴射領域Rの近傍に位置するように、点火プラグ16に隣接して燃料噴射弁20が配置される。燃料噴射弁20の開弁時間(噴射量)及び開弁時期(噴射時期)は電子制御ユニット200からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁20が開弁されると燃料噴射弁20から燃焼室11内に直接燃料が噴射される。
The
デリバリパイプ21は、圧送パイプ24を介して燃料タンク23に接続される。圧送パイプ24の途中には、燃料タンク23に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ21に供給するためのサプライポンプ22が設けられる。デリバリパイプ21は、サプライポンプ22から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁20が開弁されると、デリバリパイプ21に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁20から燃焼室11内に直接噴射される。デリバリパイプ21には、デリバリパイプ21内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁20から気筒内に噴射される燃料の圧力(噴射圧)を検出するための燃圧センサ211が設けられる。
The
サプライポンプ22は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ22の吐出量は、電子制御ユニット200からの制御信号によって変更される。サプライポンプ22の吐出量を制御することで、デリバリパイプ21内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁20の噴射圧が制御される。
The
吸気装置3は、燃焼室11内に吸気を導くための装置であって、燃焼室11内に吸入される吸気の状態(吸気圧、吸気温、外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガス量)を変更することができるように構成されている。吸気装置3は、吸気通路30と、吸気マニホールド31と、EGR通路32と、を備える。
The
吸気通路30は、一端がエアクリーナ34に接続され、他端が吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aに接続される。吸気通路30には、上流から順にエアフローメータ212、排気ターボチャージャ7のコンプレッサ71、インタクーラ35及びスロットル弁36が設けられる。
One end of the
エアフローメータ212は、吸気通路30内を流れて最終的に各気筒10内に吸入される空気の流量(以下「実吸入空気量」という。)を検出する。
The
コンプレッサ71は、コンプレッサハウジング71aと、コンプレッサハウジング71a内に配置されたコンプレッサホイール71bと、を備える。コンプレッサホイール71bは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ7のタービンホイール72bによって回転駆動され、コンプレッサハウジング71a内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。
The
インタクーラ35は、コンプレッサ71によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
The
スロットル弁36は、吸気通路30の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド31に導入される空気の流量を調整する。スロットル弁36は、スロットルアクチュエータ36aによって開閉駆動され、スロットルセンサ213によってその開度(スロットル開度)が検出される。
The
吸気マニホールド31は、機関本体1に形成された吸気ポート14(図2参照)に接続されており、吸気通路30から流入してきた吸気を、吸気ポート14を介して各気筒10に均等に分配する。吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aには、筒内に吸入される吸気の圧力(吸気圧)を検出するための吸気圧センサ214と、筒内に吸入される吸気の温度(吸気温)を検出するための吸気温センサ215と、が設けられる。
The
EGR通路32は、排気マニホールド41と吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aを連通し、各気筒10から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ31aに戻すための通路である。以下、EGR通路32に流入した排気のことを「外部EGRガス」という。外部EGRガスを吸気コレクタ31a、ひいては各気筒10に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物(NOx)の排出を抑えることができる。EGR通路32には、上流から順にEGRクーラ37と、EGR弁38と、が設けられる。
The
EGRクーラ37は、外部EGRガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
The
EGR弁38は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット200によって制御される。EGR弁38の開度を制御することで、吸気コレクタ31aに還流させる外部EGRガスの流量が調節される。
The
排気装置4は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド41と、排気通路42と、排気後処理装置43と、を備える。
The exhaust device 4 is a device for exhausting exhaust from the cylinder, and includes an
排気マニホールド41は、機関本体1に形成された排気ポート15に接続されており、各気筒10から排出された排気を纏めて排気通路42に導入する。
The
排気通路42には、上流から順に排気ターボチャージャ7のタービン72と、排気後処理装置43と、が設けられる。
The
タービン72は、タービンハウジング72aと、タービンハウジング72a内に配置されたタービンホイール72bと、を備える。タービンホイール72bは、タービンハウジング72a内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール71bを駆動する。
The
タービンホイール72bの外側には、前述した可変ノズル72cが設けられている。可変ノズル72cは絞り弁として機能し、可変ノズル72cのノズル開度(弁開度)は電子制御ユニット200によって制御される。可変ノズル72cのノズル開度を変化させることでタービンホイール72bを駆動する排気の流速をタービンハウジング72a内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル72cのノズル開度を変化させることで、タービンホイール72bの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル72cのノズル開度を小さくする(可変ノズル72cを絞る)と、排気の流速が上がってタービンホイール72bの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
The
排気後処理装置43は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
The
吸気動弁装置5は、各気筒10の吸気弁50を開閉駆動するための装置であって、機関本体1に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置5は、各気筒10の吸気弁50を吸気行程中に開弁させることができるように構成される。吸気動弁装置5の詳細な構成については、図3及び図4を参照して後述する。
The intake
排気動弁装置6は、各気筒10の排気弁60を開閉駆動するための装置であって、機関本体1に設けられる。本実施形態による排気動弁装置6は、各気筒10の排気弁60を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。排気動弁装置6の詳細な構成については、図5及び図6を参照して後述する。
The
電子制御ユニット200は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス201によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)202、RAM(ランダムアクセスメモリ)203、CPU(マイクロプロセッサ)204、入力ポート205及び出力ポート206を備える。
The
入力ポート205には、前述した燃圧センサ211などの出力信号が、対応する各AD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル220の踏み込み量(以下「アクセル踏込量」という。)に比例した出力電圧を発生する負荷センサ217の出力電圧が、対応するAD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体1のクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ218の出力信号が入力される。さらに入力ポート205には、機関本体1の温度を検出するための信号として、機関本体1を冷却する冷却水の温度(以下「冷却水温」という。)を検出する水温センサ219の出力信号が、対応するAD変換器207を介して入力される。なお、機関本体1の温度を検出するための信号としては、水温センサ219の出力信号に限らず、例えば機関本体1の摩擦摺動部を潤滑する潤滑油の温度を検出する油温センサを備える場合には、当該油温センサの出力信号を用いても良い。このように入力ポート205には、内燃機関100を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
An output signal from the above-described
出力ポート206は、対応する駆動回路208を介して、燃料噴射弁20などの各制御部品に接続される。
The
電子制御ユニット200は、入力ポート205に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート206から出力して内燃機関100を制御する。
The
図3は、本実施形態による吸気動弁装置5の概略斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view of the intake
吸気動弁装置5は、気筒列方向に延びる吸気カムシャフト51と、吸気弁50を駆動するための吸気弁駆動機構52と、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト51の位相(以下「吸気位相」という。)を変化させるための可変吸気位相機構53と、を備える。
The intake
吸気カムシャフト51は、機関本体1に対して自由に回転できるように、機関本体1に取り付けられる。吸気カムシャフト51は、その一端部に設けられたスプロケット55を介して、ベルトやチェーンでクランクシャフトと連係されており、クランクシャフトと連動して軸周りに回転する。吸気カムシャフト51には、吸気カムシャフト51と一体となって回転する吸気カム54が、気筒毎に1つ固定されている。
The
吸気弁駆動機構52は、吸気支持シャフト521と、Y字型ロッカアーム522と、を備える。
The intake
吸気支持シャフト521は、吸気カムシャフト51の下方に配置されると共に吸気カムシャフト51と平行に気筒列方向に延びており、機関本体1に固定支持されている。
The
Y字型ロッカアーム522は、その先端側が二股に分かれており、吸気支持シャフト521の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動(上下動)させることができるように、その基端側に吸気支持シャフト521が挿入されている。そして、二股に分かれたY字型ロッカアーム522の先端部に、吸気弁50のステム部50aが固定されている。またY字型ロッカアーム522は、その中央部に吸気カム54が摺接するニードルローラ522aを備えており、吸気カムシャフト51がクランクシャフトと連動して回転すると、ニードルローラ522aが吸気カム54によって押し下げられる。これにより、Y字型ロッカアーム522が吸気支持シャフト521の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動し、吸気弁50が開弁する。
The Y-shaped
可変吸気位相機構53は、吸気カムシャフト51の一端部に設けられる。可変吸気位相機構53については、さらに図4を参照して説明する。
The variable
図4は、可変吸気位相機構53の概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of the variable
図4に示すように、可変吸気位相機構53は、スプロケット55と一緒に回転する円筒状ハウジング531と、吸気カムシャフト51と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング531に対して相対回転可能な回転軸532と、円筒状ハウジング531の内周面から回転軸532の外周面まで延びる複数個の仕切壁533と、各仕切壁533の間で回転軸532の外周面から円筒状ハウジング531の内周面まで延びるベーン534と、各ベーン534の両側にそれぞれ形成された進角用油圧室535と遅角用油圧室536と、進角用油圧室535及び遅角用油圧室536に対して作動油の給排制御を行うための作動油供給制御弁56と、を備える。
As shown in FIG. 4, the variable
作動油供給制御弁56は、進角用油圧室535に連結された進角用油圧ポート561と、遅角用油圧室536に連結された遅角用油圧ポート562と、油圧ポンプ57から吐出された作動油が供給される供給ポート563と、第1ドレンポート564と、第2ドレンポート565と、各ポート(進角用油圧ポート561、遅角用油圧ポート562、供給ポート563、第1ドレンポート564、及び第2ドレンポート565)間の連通遮断制御を行うスプール弁566と、を備える。
The hydraulic oil
吸気位相を進角すべきときは、図4においてスプール弁566が右方に移動させられ、供給ポート563から供給された作動油が進角用油圧ポート561を介して進角用油圧室535に供給されると共に、遅角用油圧室536内の作動油が第2ドレンポート565から排出される。このとき回転軸532は円筒状ハウジング531に対して矢印方向に相対回転させられる。
When the intake phase should be advanced, the
これに対し、吸気位相を遅角すべきときは、図4においてスプール弁566が左方に移動させられ、供給ポート563から供給された作動油が遅角用油圧ポート562を介して遅角用油圧室536に供給されると共に、進角用油圧室535内の作動油が第1ドレンポート564から排出される。このとき回転軸532は円筒状ハウジング531に対して矢印と反対方向に相対回転させられる。
On the other hand, when the intake phase should be retarded, the
回転軸532が円筒状ハウジング531に対して相対回転させられているときにスプール弁566が図4に示される中立位置に戻されると回転軸532の相対回転動作は停止させられ、回転軸532はそのときの相対回転位置に保持される。このようにして、可変吸気位相機構53によって吸気位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。
If the
図5は、本実施形態による排気動弁装置6の概略斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view of the
排気動弁装置6は、気筒列方向に延びる排気カムシャフト61と、排気弁60を駆動するための排気弁駆動機構62と、クランクシャフトに対する排気カムシャフト61の位相(以下「排気位相」という。)を変化させるための可変排気位相機構63と、排気弁60のリフト特性を、排気弁60を排気行程で開弁させる第1リフト特性と、排気弁60を排気行程及び吸気行程で開弁させる第2リフト特性と、に切り替え可能なリフト特性切替機構64と、備える。
The
排気カムシャフト61は、機関本体1に対して自由に回転できるように、機関本体1に取り付けられる。排気カムシャフト61は、その一端部に設けられたスプロケット67を介して、ベルトやチェーンでクランクシャフトと連係されており、クランクシャフトと連動して軸周りに回転する。
The
排気カムシャフト61には、排気カムシャフト61と一体となって回転する第1排気カム65及び第2排気カム66が、気筒毎に1組固定されている。第1排気カム65は、各気筒10の排気弁60を排気行程で開弁させるためのカムである。第2排気カム66は、各気筒10の排気弁60を排気行程及び吸気行程で開弁させるためのカムである。第2排気カム66は、排気弁60を排気行程に開弁するためのカム山66aと、排気弁60を吸気行程に開弁するためのカム山66bと、を備える。第2排気カム66のカム山66aとカム山66bとは、排気行程における排気弁60のリフト量に対して、吸気行程における排気弁60のリフト量が小さくなるように形成されている。
A set of a
排気弁駆動機構62は、排気支持シャフト621と、Y字型ロッカアーム622と、を備える。
The exhaust
排気支持シャフト621は、排気カムシャフト61の下方に配置されると共に排気カムシャフト61と平行に気筒列方向に延びており、機関本体1に固定支持されている。
The
Y字型ロッカアーム622は、その先端側が二股に分かれており、排気支持シャフト621の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動させることができるように、その基端側に排気支持シャフト621が挿入されている。そして、二股に分かれたY字型ロッカアーム622の先端部に、排気弁60のステム部60aが固定されている。またY字型ロッカアーム622は、その中央部に、リフト特性切替機構64の切替状態に応じて第1排気カム65及び第2排気カム66のいずれか一方が摺接するニードルローラ622aを備えており、排気カムシャフト61がクランクシャフトと連動して回転すると、リフト特性切替機構64の切替状態に応じてニードルローラ522aが第1排気カム65及び第2排気カム66のいずれか一方によって押し下げられる。これにより、Y字型ロッカアーム622が排気支持シャフト621の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動し、排気弁60が開弁する。
The Y-shaped
可変排気位相機構63は、排気カムシャフト61の一端部に設けられる。可変排気位相機構63の構成は、可変吸気位相機構53と同様の構成なので、ここでは説明を省略する。可変排気位相機構63によって排気位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。
The variable
リフト特性切替機構64は、排気カムシャフト61の他端部に設けられる。リフト特性切替機構64については、さらに図6を参照して説明する。
The lift
図6は、リフト特性切替機構64の概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of the lift
リフト特性切替機構64は、円筒状ハウジング641と、スライダ642と、電磁石643と、コイルスプリング644と、を備える。
The lift
円筒状ハウジング641は、排気カムシャフト61の他端側に設けられて、その内部にスライダ642、電磁石643、コイルスプリング644、及び排気カムシャフト61の一部を収めるための筐体である。
The
スライダ642は、排気カムシャフト61の他端部に設けられて、排気カムシャフト61と一体となって回転する。またスライダ642は、磁性体で構成されており、電磁石643に励磁電流を流したときに、コイルスプリング644のバネ力に抗して排気カムシャフト61と共に排気カムシャフト61の軸方向一端側(図中右側)に向かって移動できるように、円筒状ハウジング641の内部に収められている。
The
電磁石643は、スライダ642の周囲に配置される。電磁石643に対する励磁電流の制御は、電子制御ユニット200によって行われる。
The
コイルスプリング644は、自然長よりも短くした状態で円筒状ハウジング641の内部に配置され、スライダ642を排気カムシャフト61の軸方向他端側(図中左側)に向かって常に押圧する。
The
以下、電子制御ユニット200が実施する内燃機関100の制御について説明する。
Hereinafter, control of the
電子制御ユニット200は、機関回転速度と機関負荷とによって定まる機関運転状態が、図7において実線で囲まれた自着火運転領域RR内にあるときには、機関本体1の温度(本実施形態では冷却水温Tw)に応じて、機関本体1の運転モードを火花点火運転モード(以下「SIモード」という。)、通常圧縮自着火運転モード(以下「通常CIモード」という。)、又は冷間圧縮自着火運転モード(以下「冷間CIモード」という。)のいずれかに切り替える。また電子制御ユニット200は、機関運転状態が自着火運転領域RR外にあるときには、機関本体1の温度にかかわらず、機関本体1の運転モードをSI運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット200は、各運転モードに応じた燃焼制御、すなわち燃料供給装置2を制御すると共に必要に応じて点火プラグ16を制御して予混合気を燃焼させる制御を実施する。
When the engine operation state determined by the engine rotation speed and the engine load is within the self-ignition operation region RR surrounded by the solid line in FIG. 7, the
電子制御ユニット200は、運転モードがSIモードのときには、基本的に吸気行程に燃料を噴射することで燃焼室11内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の均質な予混合気を形成して点火プラグ16による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体1の運転を行う。
When the operation mode is the SI mode, the
また電子制御ユニット200は、運転モードが通常CIモード、又は冷間CIモードのときには、基本的に圧縮行程に燃料を噴射して燃焼室11内に理論空燃比よりもリーンな空燃比(例えば30〜40程度)の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行う。
In addition, when the operation mode is the normal CI mode or the cold CI mode, the
予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、NOxの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃HCの発生も抑制することができる。 Premixed compression auto-ignition combustion can be performed even when the air-fuel ratio is lean as compared with flame propagation combustion, and can be performed even when the compression ratio is increased. Therefore, by performing premixed compression auto-ignition combustion, fuel efficiency can be improved and thermal efficiency can be improved. In addition, since premixed compression self-ignition combustion has a lower combustion temperature than flame propagation combustion, generation of NOx can be suppressed. Furthermore, since there is sufficient oxygen around the fuel, the generation of unburned HC can be suppressed.
なお、予混合圧縮自着火燃焼を実施するには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、SIモード中のように予混合気を燃焼室11内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。 In order to perform the premixed compression self-ignition combustion, it is necessary to raise the in-cylinder temperature to a temperature at which the premixed gas can be self-ignited. It is necessary to make the in-cylinder temperature higher than in the case where all the flame propagation combustion is performed.
そこで本実施形態では、図8Aに示すように、SIモード中は、リフト特性切替機構64によって排気弁60のリフト特性を第1リフト特性に切り替えて、排気弁60が排気行程だけ開弁するようにしている。また図8Bに示すように、通常CIモード中、及び冷間CIモード中は、リフト特性切替機構64によって排気弁60のリフト特性を第2リフト特性に切り替えて、排気弁60が排気行程の他に吸気行程でも開弁するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8A, during the SI mode, the lift characteristic of the
図8Bに示すように、排気弁60を吸気行程中に再度開弁する排気弁2度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。通常CIモード中、及び冷間CIモード中は、この排気弁2度開き動作を実施することで筒内温度を上昇させて、各気筒10の筒内温度を予混合圧縮自着火燃焼を実施可能な温度に維持している。以下の説明では、外部EGRガスと区別するために、この排気弁2度開き動作によって自気筒に吸い戻された排気のことを「内部EGRガス」という。
As shown in FIG. 8B, the
図9は、吸気行程中に排気弁60が開弁する時期を、図10に示すように可変排気位相機構63によって吸気行程の初期、中期、及び後期に制御した場合における内部EGRガス量と圧縮端温度とをそれぞれ比較して示した図である。
FIG. 9 shows the amount of internal EGR gas and the compression when the
図9に示すように、吸気行程中に排気弁60が開弁する時期を、吸気行程の中期に制御した方が、吸気行程の初期及び後期に制御した場合よりも内部EGRガス量が多くなり、その結果として圧縮端温度(筒内温度)を高くすることができる。
As shown in FIG. 9, the amount of internal EGR gas increases when the
ピストン12は各気筒10の内部で往復運転をしているため、各行程におけるピストンの移動速度は、各行程の初期及び後期と比較して中期の方が相対的に速くなる。すなわち、各行程における燃焼室11の容積変化率は、各行程の初期及び後期と比較して中期の方が相対的に大きくなる。
Since the
そして吸気行程中であれば、燃焼室11の容積変化率が大きいときほど、単位時間当たりに燃焼室11内に吸い込まれる気体の流量も多くなる。そのため、吸気行程中における排気弁60の開弁時期を、燃焼室11の容積変化率が相対的に大きくなる吸気行程の中期時期に制御することで、燃焼室11の容積変化率が相対的に小さくなる吸気行程の初期及び後期に制御する場合よりも、吸気行程中に排気ポート15を介して燃焼室11内に吸い戻される排気の量を増大させることができる。その結果、内部EGRガス量を増大させて、圧縮端温度(筒内温度)を高くすることができるのである。
If the volume change rate of the
一方、吸気行程中に排気弁60が開弁する時期を、吸気行程の初期及び後期に制御すると、中期に制御した場合よりも内部EGRガス量及び圧縮端温度(筒内温度)のそれぞれが低減する。
On the other hand, when the timing at which the
このとき内部EGRガス量に関しては、吸気行程中に排気弁60が開弁する時期を、吸気行程の後期に制御した方が、初期に制御にした場合よりも減少させることができる。これは、吸気行程中における排気弁60の開弁時期を吸気行程の後期に制御した場合には、ある程度の空気(新気)が筒内に吸入された後に排気が吸い戻されることになるためである。
At this time, the internal EGR gas amount can be reduced when the timing at which the
圧縮端温度に関しては、これとは逆に、吸気行程中における排気弁60の開弁時期を、吸気行程の初期に制御した方が、後期に制御にした場合よりも低下させることができる。これは、吸気行程中における排気弁60の開弁時期を吸気行程の初期に制御した場合には、後期に制御した場合よりも内部EGRガス量自体は多くなるものの、吸気行程中において筒内ガスが気筒10の内壁面との熱交換によって冷却される期間が長くなるためである。
Contrary to this, with respect to the compression end temperature, it is possible to lower the valve opening timing of the
このように、排気弁2度開き動作を実施するタイミングに応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。 In this way, the increase range of the in-cylinder temperature can be controlled according to the timing at which the exhaust valve opening operation is performed twice.
図11は、本実施形態による運転モード切替制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation mode switching control according to the present embodiment. The
ステップS1において、電子制御ユニット200は、クランク角センサ218の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ217によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
In step S1, the
ステップS2において、電子制御ユニット200は、機関運転状態が自着火運転領域RR外にあるか否かを判定する。電子制御ユニット200は、機関運転状態が自着火運転領域RR外にあればステップS3の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、機関運転状態が自着火運転領域RR内にあればステップS4の処理に進む。
In step S2, the
ステップS3において、電子制御ユニット200は、運転モードをSIモードに設定して機関本体1の運転を行う。運転モードがSIモードに設定されているときは、電子制御ユニット200は、排気弁60のリフト特性が第1リフト特性となるようにリフト特性切替機構64を制御すると共に、機関運転状態に応じた目標スロットル開度、目標吸気位相、及び目標排気位相となるように、スロットル弁、可変吸気位相機構、及び可変排気位相機構を制御する。
In step S3, the
ステップS4において、電子制御ユニット200は、冷却水温Twが所定の切替温度Tw1未満か否かを判定する。切替温度Tw1は、後述する暖機完了温度Tw2よりも低い温度であって、自着火運転領域RR内で予混合気を火花点火燃焼させて機関本体1の運転を行うか、又は予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行うかを判断するための閾値である。電子制御ユニット200は、冷却水温Twが切替温度Tw1未満であればステップS3の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、冷却水温Twが切替温度Tw1以上であればステップS5の処理に進む。
In step S4, the
ステップS5において、電子制御ユニット200は、冷却水温が暖機完了温度Tw2以上か否かを判定する。暖機完了温度Tw2は、機関本体1の暖機が完了したことを判定するための閾値である。電子制御ユニット200は、冷却水温Twが暖機完了温度Tw2以上であればステップS6の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、冷却水温が暖機完了温度Tw2未満である場合、すなわち冷却水温Twが切替温度Tw1から暖機完了温度Tw2までの範囲内にある場合は、ステップS7の処理に進む。
In step S5, the
ステップS6において、電子制御ユニット200は、運転モードを通常CIモードに設定して機関本体1の運転を行う。
In step S6, the
ステップS7において、電子制御ユニット200は、運転モードを冷間CIモードに設定して機関本体1の運転を行う。
In step S7, the
図12は、運転モードが通常CIモードに設定されているときに実施されるスロットル弁36及び排気動弁装置6の制御(吸気制御)について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、運転モードが通常CIモードに設定されているときに本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。
FIG. 12 is a flowchart for explaining the control (intake control) of the
ステップS11において、電子制御ユニット200は、排気弁60のリフト特性が第2リフト特性となるように、リフト特性切替機構64を制御する。
In step S11, the
ステップS12において、電子制御ユニット200は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、通常CIモード時用の目標スロットル開度、及び目標排気位相をそれぞれ算出する。なお本実施形態では、機関運転状態に応じた通常CIモード時の目標スロットル開度は、基本的に最大開度(本実施形態では全開)となる。また機関運転状態に応じた通常CIモード時の目標排気位相は、基本的に吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の後期となる排気位相となる。
In step S <b> 12, the
ステップS13において、電子制御ユニット200は、機関運転状態に応じた目標自着火時期(最適自着火時期)に予混合気を自着火させることができる目標自着火時期における筒内温度の要求値(以下「要求筒内温度」という。)Tignを算出する。本実施形態では電子制御ユニット200は、機関運転状態と要求筒内温度Tignとを関連付けたマップを参照することによって、機関運転状態に基づいて要求筒内温度Tignを算出している。要求筒内温度Tignは、機関回転速度が同じであれば、基本的に機関負荷が高いときほど高くなる傾向にあり、機関負荷が同じであれば、基本的に機関回転速度が高いときほど高くなる傾向にある。
In step S13, the
ステップS14において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相がそれぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御されているときの、吸気弁閉時期における筒内温度の推定値(以下「通常CIモード時の初期筒内温度」という。)Tivcを算出する。一般的に吸気弁閉時期における筒内温度は、スロットル開度、及び排気位相に応じて変化する実吸入空気量(新気量)、及び内部EGRガス量の他、吸気温によっても変化する。そこで本実施形態による電子制御ユニット200は、機関運転状態及び吸気温と、通常CIモード時の初期筒内温度Tivcと、を関連付けたマップを参照することによって、機関運転状態及び吸気温に基づいて、通常CIモード時の初期筒内温度Tivcを算出している。
In step S14, the
ステップS15において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相がそれぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御されているときの、目標自着火時期における筒内温度の推定値(以下「通常CIモード時の基準推定筒内温度」という。)Tmbtを、下記の(1)から算出する。
Tmbt=Tivc×(Vivc/Vmbt)k−1×α …(1)
In step S15, the
T mbt = T ivc × (V ivc / V mbt) k-1 × α ... (1)
(1)式は、吸気弁閉時期から断熱圧縮が行われたと仮定した場合の目標自着火時期における筒内温度の推定値に、水温センサ219で検出された現在の冷却水温Twに応じた補正係数α(<1)を乗じたものである。補正係数αは、冷却水温Twが低くなるほど小さい値に設定される。これは、冷却水温Twが低くなるほど冷却損失が大きくなるためである。
Equation (1) is a correction according to the current cooling water temperature Tw detected by the
また(1)式において、Vivcは、吸気弁閉時期における燃焼室容積であり、Vmbtは、目標自着火時期における燃焼室容積であり、kは比熱比(ポリトロープ指数)である。燃焼室容積Vivcは、目標吸気位相(目標吸気弁閉時期)が定まれば機械的に定まる値であり、また同様に、燃焼室容積VW2も、目標自着火時期が定まれば機械的に定まる値である。したがって本実施形態では、通常CIモード時の基準推定筒内温度Tmbtを算出するにあたって、目標吸気位相と燃焼室容積Vivcとを関連付けたテーブルを予め実験等によって作成しておき、当該テーブルを参照することによって、目標吸気位相に基づいて燃焼室容積Vivcを算出している。また同様に、目標自着火時期と燃焼室容積Vmbtとを関連付けたテーブルを予め実験等によって作成しておき、当該テーブルを参照することによって、目標自着火時期に基づいて燃焼室容積Vmbtを算出している。 In the equation (1), V ivc is the combustion chamber volume at the intake valve closing timing, V mbt is the combustion chamber volume at the target self-ignition timing, and k is a specific heat ratio (polytropic index). The combustion chamber volume V ivc is a value that is mechanically determined when the target intake phase (target intake valve closing timing ) is determined. Similarly, the combustion chamber volume V W2 is mechanical when the target self-ignition timing is determined. It is a value determined by. Therefore, in this embodiment, when calculating the reference estimated in-cylinder temperature T mbt in the normal CI mode, a table in which the target intake phase and the combustion chamber volume V ivc are associated with each other is created in advance through experiments or the like. By referencing, the combustion chamber volume V ivc is calculated based on the target intake phase. Similarly, previously created in advance by experiments or the like a table associating the target ignition timing combustion chamber volume V mbt, by referring to the table, the combustion chamber volume V mbt based on the target ignition timing Calculated.
ステップS16において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相をそれぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期になるか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット200は、要求筒内温度Tignから通常CIモード時の基準推定筒内温度Tmbtを減算した温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満か否かを判定し、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満であれば、予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期になると判定する。電子制御ユニット200は、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満であれば、ステップ17の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq以上であればステップS18の処理に進む。
In step S16, the
ステップS17において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相が、それぞれステップS13で算出された通常CIモード時用の目標スロットル開度、及び目標排気位相となるように、スロットル弁36、及び可変排気位相機構63を制御する。
In step S17, the
ステップS18において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相を通常CIモード時用の目標値に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期よりも遅角するか否かを判定する。
In step S18, the
本実施形態では電子制御ユニット200は、温度差ΔT1が正の値であれば、スロットル開度、及び排気位相を通常CIモード時用の目標値に制御したのでは、目標自着火時期に筒内温度を要求筒内温度Tignまで昇温させることができずに予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定し、ステップS19の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、温度差ΔT1が負の値であれば、スロットル開度、及び排気位相を通常CIモード時用の目標値に制御したのでは、目標自着火時期よりも早期に筒内温度が要求筒内温度Tignまで昇温してしまって予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも進角すると判定し、ステップS21の処理に進む。
In this embodiment, if the temperature difference ΔT1 is a positive value, the
ステップS19において、電子制御ユニット200は、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満となるように、通常CIモード時の目標排気位相を変更する。本実施形態では電子制御ユニット200は、筒内温度の上昇幅を大きくして温度差ΔT1が許容温度差Tcreq未満となるように、目標排気位相を、ステップS12で算出された目標排気位相(吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の後期となる排気位相)から、吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相に変更する。
In step S19, the
ステップS20において、電子制御ユニット200は、スロットル開度がステップS12で算出された通常CIモード時用の目標スロットル開度となるように、スロットル弁36を制御する。また電子制御ユニット200は、排気位相がステップS19で変更された目標排気位相となるように可変排気位相機構63を制御する。
In step S20, the
ステップS21において、電子制御ユニット200は、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満となるように、通常CIモード時の目標排気位相を変更する。本実施形態では電子制御ユニット200は、筒内温度の上昇幅を小さくして温度差ΔTの絶対値が許容温度差Treq未満となるように、目標排気位相を、ステップS12で算出された目標排気位相(吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の後期となる排気位相)から、吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の初期となる排気位相に変更する。
In step S21, the
ステップS22において、電子制御ユニット200は、スロットル開度がステップS12で算出された通常CIモード時用の目標スロットル開度となるように、スロットル弁を制御する。また電子制御ユニット200は、排気位相がステップS21で変更された目標排気位相となるように可変排気位相機構を制御する。
In step S22, the
このように通常CIモード時には、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq以上であれば、目標スロットル開度については変更せずに通常の目標値(最大開度)のままとし、目標排気位相だけを変更することで、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Tcreq未満となるように筒内温度が調節される。これにより、ポンピングロスの増加による燃費の悪化を抑制ししつつ、目標自着火時期に予混合気を自着火させることができる。 As described above, in the normal CI mode, if the absolute value of the temperature difference ΔT1 is equal to or larger than the allowable temperature difference T req , the target throttle opening is not changed and remains at the normal target value (maximum opening), and the target exhaust By changing only the phase, the in-cylinder temperature is adjusted so that the absolute value of the temperature difference ΔT1 is less than the allowable temperature difference Tc req . Thereby, the premixed gas can be self-ignited at the target self-ignition timing while suppressing deterioration of fuel consumption due to an increase in pumping loss.
図13は、運転モードが冷間CIモードに設定されているときに実施される吸気制御の内容について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、運転モードが冷間CIモードに設定されているときに本ルーチンを機関運転中に繰り返し実行する。
FIG. 13 is a flowchart for explaining the content of intake control that is performed when the operation mode is set to the cold CI mode. The
ステップS31において、電子制御ユニット200は、排気弁60のリフト特性が第2リフト特性となるように、リフト特性切替機構64を制御する。
In step S31, the
ステップS32において、電子制御ユニット200は、前述したステップS13と同様に機関運転状態と要求筒内温度Tignとを関連付けたマップを参照することによって、機関運転状態に基づいて要求筒内温度Tignを算出する。
In step S32, the
ステップS33において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度(本実施形態では全開)とし、排気位相を内部EGRガス量(圧縮端温度)が最大となる排気位相(以下「基準位相」という。本実施形態では吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相)としたときの吸気弁閉時期における筒内温度の推定値(以下「冷間CIモード時の基準初期筒内温度」という。)Tivc_coolを算出する。具体的には電子制御ユニット200は、機関運転状態及び吸気温と、冷間CIモード時の基準初期筒内温度Tivc_coolと、を関連付けたマップを参照することによって、機関運転状態及び吸気温に基づいて、冷間CIモード時の基準初期筒内温度Tivc_coolを算出する。
In step S33, the
ステップS34において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの、機関運転状態に応じた目標自着火時期における筒内温度の推定値(以下「冷間CIモード時の基準推定筒内温度」という。)Tmbt_coolを、下記の(2)から算出する。
Tmbt_cool=Tcivc_cool×(Vivc/Vmbt)k−1×α …(2)
In step S34, the
T mbt_cool = Tc ivc_cool × (V ivc / V mbt) k-1 × α ... (2)
ステップS35において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期になるか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット200は、要求筒内温度Tignから冷間CIモード時の基準推定筒内温度Tmbt_coolを減算した温度差ΔT2の絶対値が許容温度差Treq未満か否かを判定し、温度差ΔT2の絶対値が許容温度差Treq未満であれば、予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期になると判定する。電子制御ユニット200は、温度差ΔT2の絶対値が許容温度差Treq未満であれば、ステップ36の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、温度差ΔT2の絶対値が許容温度差Treq以上であればステップS37の処理に進む。
In step S35, the
ステップS36において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度(本実施形態では全開)に制御すると共に、排気位相を基準排気位相(本実施形態では吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相)に制御する。
In step S36, the
ステップS37において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期よりも遅角するか否かを判定する。
In step S37, the
本実施形態では電子制御ユニット200は、温度差ΔT2が正の値であれば、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたのでは、目標自着火時期に筒内温度を要求筒内温度Tignまで昇温させることができずに予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定し、ステップS38の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、温度差ΔT2が負の値であれば、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたのでは、目標自着火時期よりも早期に筒内温度が要求筒内温度Tignまで昇温してしまって予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも進角すると判定し、ステップS40の処理に進む。
In this embodiment, if the temperature difference ΔT2 is a positive value, the
ステップS38において、電子制御ユニット200は、図14のテーブルを参照し、温度差ΔT2の絶対値に基づいて目標スロットル開度を設定する。
In step S38, the
図14のテーブルに示すように、目標スロットル開度は、基本的に温度差ΔT2の絶対値が大きくなるほど最大開度よりも小さくなる。 As shown in the table of FIG. 14, the target throttle opening basically becomes smaller than the maximum opening as the absolute value of the temperature difference ΔT2 increases.
これは、スロットル開度を小さくするほど、実吸入空気量(新気量)を減少させることができ、その分だけ筒内ガス中に占める内部EGRガス量の割合を高くすることができるので、筒内温度を上昇させることができるためである。特に本実施形態のように、吸気行程中に排気弁60を開くことで内部EGRガスを筒内に吸入している場合は、スロットル開度を小さくするほど、吸気行程中における筒内圧を小さく(負圧が大きく)することができるので、スロットル開度が最大開度のときと比較してより多くの内部EGRガスを筒内に吸入することができる。そのため、この場合は更に効果的に筒内温度を上昇させることができる。なお図14のテーブルに示すように、本実施形態では目標スロットル開度が所定の下限開度以下にならないようにしている。これは、内部EGRガス量が或る一定量を超えると燃焼安定性が急激に低下するためである。
As the throttle opening is reduced, the actual intake air amount (fresh air amount) can be reduced, and the proportion of the internal EGR gas amount in the in-cylinder gas can be increased accordingly. This is because the in-cylinder temperature can be increased. In particular, as in the present embodiment, when the internal EGR gas is sucked into the cylinder by opening the
ステップS39において、電子制御ユニット200は、ステップS38で設定された目標スロットル開度となるようにスロットル弁36を制御すると共に、基準排気位相となるように可変排気位相機構63を制御する。
In step S39, the
ステップS40において、電子制御ユニット200は、図15のテーブルを参照し、温度差ΔT2の絶対値に基づいて目標排気位相を設定する。
In step S40, the
図15のテーブルに示すように、目標排気位相は、基本的に温度差ΔT2の絶対値が大きくなるほど、内部EGRガス量(圧縮端温度)が最大となる基準排気位相、すなわち吸気行程中における排気弁60の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相よりも遅角させた排気位相となる。これは、図9に示す通り、吸気行程中における排気弁60の開閉時期を吸気行程の中期から遅角させることで、内部EGRガス量を低減させて筒内温度を低下させることができるためである。
As shown in the table of FIG. 15, the target exhaust phase is basically a reference exhaust phase in which the internal EGR gas amount (compression end temperature) becomes maximum as the absolute value of the temperature difference ΔT2 increases, that is, exhaust during the intake stroke. The opening / closing timing of the
なお目標排気位相を、吸気行程中における排気弁60の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相よりも進角させた排気位相としても良いが、本実施形態では通常CIモード時用の目標排気位相が、基本的に吸気行程中における排気弁60の開閉時期が吸気行程の後期となる排気位相に設定されている。そのため、運転モードを冷間CIモードからスムーズに通常CIモードに切り替えることができるように、本実施形態では目標排気位相を、吸気行程中における排気弁60の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相よりも遅角させた排気位相としている。
The target exhaust phase may be an exhaust phase in which the opening / closing timing of the
ステップS41において、電子制御ユニット200は、最大開度となるようにスロットル弁36を制御すると共に、ステップS40で設定された目標排気位相となるように可変排気位相機構63を制御する。
In step S41, the
図16は、本実施形態による吸気制御の動作について説明するタイムチャートである。なお図16は、機関負荷が一定の場合の動作の一例を示している。 FIG. 16 is a time chart for explaining the operation of intake control according to the present embodiment. FIG. 16 shows an example of the operation when the engine load is constant.
時刻t1で、冷却水温Twが切替温度Tw1以上になると、運転モードがSIモードから冷間CIモードに切り替えられる。運転モードが冷間CIモードに切り替えられると、冷間CIモード時用の吸気制御が実施される。 When the coolant temperature Tw becomes equal to or higher than the switching temperature Tw1 at time t1, the operation mode is switched from the SI mode to the cold CI mode. When the operation mode is switched to the cold CI mode, intake control for the cold CI mode is performed.
すなわち、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するか否かが判定され、その判定結果に基づいてスロットル弁36及び排気動弁装置6の制御が実施される。
That is, it is determined whether or not the expected self-ignition timing of the premixed gas is retarded from the target self-ignition timing when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase. Based on this, control of the
図16に示す例では、時刻t1から時刻t2の期間において、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定されている。 In the example shown in FIG. 16, in the period from time t1 to time t2, the predicted self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase is higher than the target self-ignition timing. It is determined to be retarded.
そのため、排気位相が基準排気位相となるように可変排気位相機構63が制御され、スロットル開度が最大開度よりも小さい開度となるようにスロットル弁36が制御される。これにより、スロットル開度を最大開度に制御した場合と比較して内部EGRガス量を増大させて筒内温度の上昇幅を大きくすることができる。
Therefore, the variable
そのため、冷却水温Twが暖機完了温度Tw2よりも低い温度のときから、予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行うことができるので、熱効率を向上させて燃費を向上させることができる。また、スロットル開度が最大開度よりも小さい開度となるようにスロットル弁36が制御されるものの、予混合気を火炎伝播燃焼させる場合よりはスロットル開度を大きくすることができる。そのため、ポンピングロスも低減することができる。
Therefore, since the
時刻t1以降は、冷却水温Twの上昇に伴って、筒内温度を上昇させるために必要な内部EGRガス量が徐々に低下していくため、時刻t1から時刻t2の期間において、スロットル開度は徐々に最大開度に向かって大きくされる。 After the time t1, the amount of internal EGR gas necessary for increasing the in-cylinder temperature gradually decreases as the cooling water temperature Tw increases, so that the throttle opening is not increased during the period from the time t1 to the time t2. Gradually increase toward maximum opening.
時刻t2で、冷却水温Twが切替温度Tw1からある程度高くなると、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期となる。その結果、時刻t2からは、スロットル開度が最大開度となるようにスロットル弁36が制御される。また排気位相は、引き続き基準排気位相に維持される。
When the cooling water temperature Tw becomes somewhat higher than the switching temperature Tw1 at time t2, the expected self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase becomes the target self-ignition timing. . As a result, from time t2, the
そして冷却水温Twがさらに高くなると、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期よりも進角する場合がある。図16に示す例では、時刻t3で、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期よりも進角すると判定されている。 When the coolant temperature Tw is further increased, the predicted self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is set to the maximum opening and the exhaust phase is set as the reference exhaust phase may be advanced from the target self-ignition timing. . In the example shown in FIG. 16, at time t3, it is determined that the predicted self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase is advanced from the target self-ignition timing. Has been.
この場合は、内部EGRガス量が過剰となっているため、スロットル開度を最大開度に維持しつつ、排気位相を基準排気位相から徐々に遅角させることで、内部EGRガス量を減少させて、筒内温度の上昇幅を抑制する。 In this case, since the internal EGR gas amount is excessive, the internal EGR gas amount is decreased by gradually retarding the exhaust phase from the reference exhaust phase while maintaining the throttle opening at the maximum opening. Thus, the rise in the in-cylinder temperature is suppressed.
時刻t4で冷却水温T2が暖機完了温度Tw2まで上昇すると、通常CIモード時用の吸気制御が実施される。 When the coolant temperature T2 rises to the warm-up completion temperature Tw2 at time t4, the intake control for the normal CI mode is performed.
すなわち、スロットル開度、及び排気位相をそれぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するか否かが判定され、その判定結果に基づいてスロットル弁36及び排気動弁装置6の制御が実施される。
That is, whether or not the predicted self-ignition timing of the premixed gas is retarded from the target self-ignition timing when the throttle opening and the exhaust phase are controlled to the target values for the normal CI mode according to the engine operating state, respectively. And the
図16に示す例では、時刻t4以降は、機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期になると判定されている。そのため時刻t4以降は、スロットル開度、及び排気位相が、それぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御される。 In the example shown in FIG. 16, after time t4, it is determined that the predicted self-ignition timing of the premixed gas when controlled to the target value for the normal CI mode according to the engine operating state becomes the target self-ignition timing. Yes. Therefore, after time t4, the throttle opening and the exhaust phase are controlled to the target values for the normal CI mode according to the engine operating state.
以上説明した本実施形態によれば、機関本体1と、機関本体1の燃焼室11に燃料を供給することができるように構成された燃料供給装置2と、燃焼室11内に臨むように配置された点火プラグ16と、燃焼室11内に吸入される空気量を調節するためのスロットル弁36と、機関本体1に設けられた排気弁60の開閉時期を変更可能に構成された排気動弁装置6と、機関本体1の温度を検出するための水温センサ219(温度検出器)と、を備える内燃機関100を制御するための電子制御ユニット200(制御装置)が、機関回転速度と機関負荷とによって定まる機関運転状態が燃焼室11内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる自着火運転領域RR内にあるときに、機関本体1の温度に基づいて、燃料供給装置2を制御すると共に必要に応じて点火プラグ16を制御して予混合気を燃焼させる燃焼制御部と、自着火運転領域RRにおいて、スロットル弁36の開度を所定開度に制御し、かつ、排気弁60の開閉時期を吸気弁閉時期に所定量の排気が燃焼室11内に存在する所定開閉時期に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するかを判定する判定部と、判定部の判定結果に基づいて、少なくともスロットル弁36及び排気動弁装置6を制御する吸気制御部と、を備える。
According to the embodiment described above, the
そして燃焼制御部は、機関本体1の温度が所定の暖機完了温度Tw2よりも低い所定の切替温度Tw1未満のときには予混合気を火炎伝播燃焼させ、切替温度Tw1以上のときには予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成されている。また吸気制御部は、機関本体1の温度が切替温度Tw1以上であって暖機完了温度Tw2未満の場合に、予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定されたときは、スロットル弁36の開度を所定開度よりも小さい開度に制御すると共に、排気弁60の開閉時期を所定開閉時期に制御し、機関本体1の温度が暖機完了温度Tw2以上の場合は、スロットル弁36の開度を所定開度に制御するように構成されている。
The combustion control unit flame-combusts the premixed gas when the temperature of the
これにより、機関本体1の温度が切替温度Tw1以上であって暖機完了温度Tw2未満であるときの暖機完了前において、スロットル開度を小さくすることで燃焼室11内に吸入される空気量を減らして筒内ガス中に占める内部EGRガスの割合を高くすることができる。その結果、筒内温度の上昇幅を大きくすることができるので、暖機完了前から筒内温度を要求筒内温度Tignまで昇温させて予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行うことが可能となり、暖機中における燃費の悪化を抑制することができる。
Thus, the amount of air taken into the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
例えば上記の実施形態では、リフト特性切替機構64によって排気弁2度開き動作を実施することで、内部EGRガスを燃焼室11に導入するようにしていたが、内部EGRガスの導入方法はこれに限られるものではない。例えば、リフト特性切替機構64を備えていない場合であっても、可変排気位相機構63によって排気弁閉時期を排気行程中に設定することで、燃焼室11内の排気の一部をそのまま燃焼室11内に残存させるようにしても良い。この場合は、排気弁閉時期を排気上死点から遅角させるほど内部EGRガス量を多くすることができる。
For example, in the above-described embodiment, the internal EGR gas is introduced into the
また上記の実施形態では、基本的にスロットル弁36を制御することで吸入空気量の調節を実施していたが、例えば吸気弁50の開閉時期を制御することで調節するようにしても良い。
In the above-described embodiment, the intake air amount is basically adjusted by controlling the
1 機関本体
2 燃料供給装置
11 燃焼室
16 点火プラグ
20 燃料噴射弁
36 スロットル弁
60 排気弁
100 内燃機関
200 電子制御ユニット(制御装置)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記機関本体の燃焼室に燃料を供給することができるように構成された燃料供給装置と、
前記燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、
前記燃焼室内に吸入される空気量を調節するためのスロットル弁と、
前記機関本体に設けられた排気弁の開閉時期を変更可能に構成された排気動弁装置と、
前記機関本体の温度を検出するための温度検出器と、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
機関回転速度と機関負荷とによって定まる機関運転状態が、前記燃焼室内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる自着火運転領域内にあるときに、前記機関本体の温度に基づいて、前記燃料供給装置を制御すると共に必要に応じて前記点火プラグを制御して予混合気を燃焼させる燃焼制御部と、
前記自着火運転領域において、前記スロットル弁の開度を所定開度に制御し、かつ、前記排気弁の開閉時期を吸気弁閉時期に所定量の排気が前記燃焼室に存在する所定開閉時期に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するかを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて、少なくとも前記スロットル弁及び前記排気動弁装置を制御する吸気制御部と、
を備え、
前記燃焼制御部は、
前記機関本体の温度が所定の暖機完了温度よりも低い所定の切替温度未満のときには予混合気を火炎伝播燃焼させ、前記切替温度以上のときには予混合気を圧縮自着火燃焼させ、
前記吸気制御部は、
前記機関本体の温度が前記切替温度以上であって前記暖機完了温度未満の場合に、前記予想自着火時期が前記目標自着火時期よりも遅角すると判定されたときは、前記スロットル弁の開度を前記所定開度よりも小さい開度に制御すると共に、前記排気弁の開閉時期を前記所定開閉時期に制御し、
前記機関本体の温度が前記暖機完了温度以上の場合は、前記スロットル弁の開度を前記所定開度に制御する、
内燃機関の制御装置。 The engine body,
A fuel supply device configured to supply fuel to the combustion chamber of the engine body;
A spark plug disposed to face the combustion chamber;
A throttle valve for adjusting the amount of air sucked into the combustion chamber;
An exhaust valve device configured to be able to change the opening and closing timing of the exhaust valve provided in the engine body;
A temperature detector for detecting the temperature of the engine body;
An internal combustion engine control apparatus for controlling an internal combustion engine comprising:
The fuel supply device is based on the temperature of the engine body when the engine operating state determined by the engine speed and the engine load is in a self-ignition operation region in which the premixed gas is compressed and self-ignited and combusted in the combustion chamber. And a combustion control unit for controlling the spark plug as necessary and burning the premixed gas,
In the self-ignition operation region, the opening degree of the throttle valve is controlled to a predetermined opening degree, the opening / closing timing of the exhaust valve is set to the closing timing of the intake valve, and the predetermined opening / closing timing at which a predetermined amount of exhaust exists in the combustion chamber. A determination unit that determines whether or not the expected self-ignition timing of the premixed gas when controlled is retarded from the target self-ignition timing;
An intake control unit that controls at least the throttle valve and the exhaust valve operating device based on a determination result of the determination unit;
With
The combustion control unit
When the temperature of the engine body is lower than a predetermined switching temperature lower than a predetermined warm-up completion temperature, the premixed gas is subjected to flame propagation combustion, and when the temperature is equal to or higher than the switching temperature, the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion,
The intake control unit
When it is determined that the predicted autoignition timing is retarded from the target autoignition timing when the temperature of the engine body is equal to or higher than the switching temperature and lower than the warm-up completion temperature, the throttle valve is opened. The degree of opening is controlled to be smaller than the predetermined opening, and the opening / closing timing of the exhaust valve is controlled to the predetermined opening / closing timing,
When the temperature of the engine body is equal to or higher than the warm-up completion temperature, the opening of the throttle valve is controlled to the predetermined opening.
Control device for internal combustion engine.
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