JP2018204491A - Control system - Google Patents

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道成 福岡
洋平 森本
Yohei Morimoto
洋平 森本
森島 信悟
Shingo Morishima
信悟 森島
近藤 和吉
Wakichi Kondo
和吉 近藤
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Abstract

To provide a control system for suppressing the lowering of heat efficiency accompanied by a change of an operation condition while obtaining an effect for improving the heat efficiency by cooling intake air.SOLUTION: A control system (1) is used in an internal combustion engine (10) having a combustion chamber (12) which is defined by a cylinder (11) and a piston (13). The control system comprises: an intake air cooling part (40) for cooling the intake air of the internal combustion engine; a variable compression ratio mechanism part (30) for making a combustion form of the combustion chamber variable; a combustion state acquisition part (21) for acquiring an index of a combustion state of the combustion chamber; and an ECU (20) for controlling the intake air cooling part and the variable compression ratio mechanism part on the basis of an acquisition result by the combustion state acquisition part. The ECU controls the variable compression ratio mechanism part after maximally lowering an intake air temperature by the intake air cooling part at the transition of an operation state of the internal combustion engine.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関に用いられる制御システムに関する。   The present invention relates to a control system used for an internal combustion engine.

従来、内燃機関の熱効率向上のために、吸気を冷却する技術が知られている。例えば、特許文献1に記載される内燃機関の冷却装置は、電動モータの作動により機械圧縮比が変えられる可変圧縮比機構と、過給器によって圧縮されて温度上昇した吸気を冷却する吸気冷却機と、を備えている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for cooling intake air in order to improve thermal efficiency of an internal combustion engine is known. For example, a cooling device for an internal combustion engine described in Patent Document 1 includes a variable compression ratio mechanism in which a mechanical compression ratio is changed by operation of an electric motor, and an intake air cooler that cools intake air that has been compressed by a supercharger and has risen in temperature. And.

特開2016−8570号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-8570

一般に、吸気温度は低いほど酸素濃度が上がるため熱効率は良くなる。しかし、吸気を冷却しすぎると、内燃機関の負荷の度合いによっては燃焼悪化あるいは失火が発生する可能性がある。この解決策として、吸気冷却機の冷却度合いを調整することが考えられる。
しかし、吸気冷却機の冷却度合い調整の応答性はあまり高くない。そのため、例えば内燃機関の運転条件が、負荷が小さくなるように推移した際、冷却度合いの高い状態がしばらく維持されることになる。これにより筒内温度が過度に低下する結果、上述の燃焼悪化あるいは失火が発生し、却って熱効率が低下するおそれがある。
Generally, the lower the intake air temperature, the higher the oxygen concentration and the better the thermal efficiency. However, if the intake air is cooled too much, combustion deterioration or misfire may occur depending on the load level of the internal combustion engine. As a solution to this, it is conceivable to adjust the cooling degree of the intake air cooler.
However, the response of the cooling degree adjustment of the intake air cooler is not so high. Therefore, for example, when the operating condition of the internal combustion engine changes so as to reduce the load, a state in which the degree of cooling is high is maintained for a while. As a result, the in-cylinder temperature excessively decreases, and as a result, the above-described combustion deterioration or misfire occurs, and the thermal efficiency may decrease.

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気の冷却による熱効率向上効果を得つつ、運転条件の変化に伴う熱効率低下が抑制される制御システムを提供することである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a control system in which a decrease in thermal efficiency due to a change in operating conditions is suppressed while an effect of improving thermal efficiency by cooling the intake air is obtained. is there.

本発明の制御システムは、シリンダ(11)およびピストン(13)によって区画形成される燃焼室(12)を有する内燃機関(10)に用いられる。制御システムは、内燃機関の吸気を冷却する吸気冷却部(40)と、燃焼室の燃焼形態を可変とする燃焼形態可変部(30)と、燃焼室の燃焼状態の指標を取得する燃焼状態取得部(21)と、燃焼状態取得部による取得結果に基づいて吸気冷却部及び燃焼形態可変部を制御する制御部(20)と、を備える。制御部は、内燃機関の運転状態の過度時において、吸気冷却部により吸気温度を最大限低下させた上で、燃焼形態可変部を制御する。   The control system of the present invention is used in an internal combustion engine (10) having a combustion chamber (12) defined by a cylinder (11) and a piston (13). The control system includes an intake air cooling unit (40) that cools the intake air of the internal combustion engine, a combustion mode variable unit (30) that varies the combustion mode of the combustion chamber, and a combustion state acquisition that acquires an index of the combustion state of the combustion chamber And a control unit (20) for controlling the intake air cooling unit and the combustion form variable unit based on the result obtained by the combustion state obtaining unit. The control unit controls the combustion mode variable unit after the intake air temperature is reduced to the maximum by the intake air cooling unit when the operating state of the internal combustion engine is excessive.

「燃焼形態」の要素としては、例えば、圧縮比、バルブタイミング、EGR率などが含まれる。そして、「燃焼形態を可変とする」とは、これらの各要素を単独もしくは複数調整することで燃焼室での燃焼形態を変更可能であることを意味する。
本構成によれば、燃焼状態取得部により逐次取得された筒内の燃焼状態に基づいて、制御部が、吸気冷却部及び燃焼形態可変部を制御する。例えば、燃焼形態可変部として可変圧縮比機構を備える場合、制御部は操作要素として圧縮比をフィードバック制御し、燃焼形態が変更される。これによれば、例えば吸気冷却部による吸気冷却の過度遅れに対して、高圧縮比化により筒内温度が上昇するため、筒内の燃焼状態を安定化させることができる。すなわち、吸気の冷却による熱効率向上効果を得つつ、運転条件の変化に伴う熱効率低下を抑制することができる。
Examples of the “combustion mode” include a compression ratio, a valve timing, an EGR rate, and the like. “Making the combustion mode variable” means that the combustion mode in the combustion chamber can be changed by adjusting each of these elements individually or in plurality.
According to this configuration, the control unit controls the intake air cooling unit and the combustion form variable unit based on the in-cylinder combustion state sequentially obtained by the combustion state obtaining unit. For example, when a variable compression ratio mechanism is provided as the combustion form variable section, the control section feedback-controls the compression ratio as an operation element, and the combustion form is changed. According to this, for example, the in-cylinder temperature rises due to the high compression ratio with respect to the excessive delay of the intake air cooling by the intake air cooling unit, so that the in-cylinder combustion state can be stabilized. That is, it is possible to suppress a decrease in thermal efficiency due to a change in operating conditions while obtaining an effect of improving thermal efficiency by cooling the intake air.

本発明の第1実施形態の制御システムを概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the control system of 1st Embodiment of this invention. 負荷変動時の可変圧縮比機構部による制御を説明するグラフであって、実線は第1実施形態による推移を示し、破線は比較形態による推移を示す。It is a graph explaining the control by the variable compression ratio mechanism part at the time of load change, Comprising: A continuous line shows transition by 1st Embodiment and a broken line shows transition by a comparison form. 制御部が行う処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process which a control part performs. 吸気冷却温度の変化による熱効率の推移を示す図であり、左側に示すグラフは高負荷時によるものであり、右側に示すグラフは中負荷時によるものである。It is a figure which shows transition of the thermal efficiency by the change of intake-air cooling temperature, the graph shown on the left side is based on the time of high load, and the graph shown on the right side is based on the time of medium load. 第2実施形態による、制御部が行う処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process which a control part performs by 2nd Embodiment. 第3実施形態による、制御部が行う処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process which a control part performs by 3rd Embodiment.

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
〈第1実施形態〉
[構成]
本発明の第1実施形態の構成について、図1を参照しつつ説明する。図1に示すように、第1実施形態の制御システム1は、車両の内燃機関10の吸気(すなわち、燃焼室12内に吸入されるガス)を冷却する機能を備えている。制御システム1は、制御部としての電子制御ユニット(以下、「ECU」という)20、可変圧縮比機構部30、吸気冷却部40、および燃焼状態取得部21などを備えている。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
<First Embodiment>
[Constitution]
The configuration of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the control system 1 of the first embodiment has a function of cooling the intake air of the internal combustion engine 10 of the vehicle (that is, the gas sucked into the combustion chamber 12). The control system 1 includes an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 20 as a control unit, a variable compression ratio mechanism unit 30, an intake air cooling unit 40, a combustion state acquisition unit 21, and the like.

まず、内燃機関10及びその周辺構成について説明する。内燃機関10は、例えば、軽油等の燃料が燃焼室12に直接噴射されるディーゼルエンジンである。シリンダ11内のピストン13が上死点に到達する付近で、燃料噴射弁14が燃料を噴射すると、吸気ポート15から供給される空気と燃料との混合気が燃焼室12で自己着火し、燃焼する。燃焼時の爆発力によりピストン13が往復運動し、ピストン13の往復運動はコンロッド33を介してクランクシャフト32の回転運動に変換される。燃焼により生じた既燃ガスは、排気通路41を経由して大気中に放出される。   First, the internal combustion engine 10 and its peripheral configuration will be described. The internal combustion engine 10 is, for example, a diesel engine in which fuel such as light oil is directly injected into the combustion chamber 12. When the fuel injection valve 14 injects fuel in the vicinity of the piston 13 in the cylinder 11 reaching the top dead center, the air-fuel mixture supplied from the intake port 15 self-ignites in the combustion chamber 12 and burns. To do. The piston 13 reciprocates due to the explosive force during combustion, and the reciprocating motion of the piston 13 is converted into rotational motion of the crankshaft 32 via the connecting rod 33. Burned gas generated by the combustion is released into the atmosphere via the exhaust passage 41.

燃焼室12の入口であるシリンダヘッド16の吸気ポート15には、吸気弁17が設けられており、燃焼室12の出口であるシリンダヘッド16の排気ポート18には、排気弁19が設けられている。吸気弁17および排気弁19は、図示しないバルブ駆動機構により開閉駆動される。   An intake valve 17 is provided in the intake port 15 of the cylinder head 16 that is the inlet of the combustion chamber 12, and an exhaust valve 19 is provided in the exhaust port 18 of the cylinder head 16 that is the outlet of the combustion chamber 12. Yes. The intake valve 17 and the exhaust valve 19 are driven to open and close by a valve drive mechanism (not shown).

ECU20は、CPU、ROM、RAMおよび入出力ポート等からなるマイクロコンピュータにより構成され、内燃機関10の各部位に取り付けられた各種センサ、例えば燃焼室12の圧力を測定する筒内圧センサ22等からの信号が入力される。ECU20は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、内燃機関10の運転状態を制御する。ECU20は、筒内の燃焼状態の指標を取得する燃焼状態取得部21を有する。本実施形態では、筒内の燃焼状態の指標として、筒内温度を採用しており、燃焼状態取得部21は、筒内圧センサ22により測定された筒内圧力に基づいて筒内温度を推定する。   The ECU 20 is composed of a microcomputer including a CPU, ROM, RAM, input / output ports, and the like, and is provided with various sensors attached to each part of the internal combustion engine 10, such as an in-cylinder pressure sensor 22 that measures the pressure in the combustion chamber 12. A signal is input. The ECU 20 controls the operating state of the internal combustion engine 10 based on detection signals from these various sensors. ECU20 has the combustion state acquisition part 21 which acquires the parameter | index of the combustion state in a cylinder. In the present embodiment, the in-cylinder temperature is employed as an index of the in-cylinder combustion state, and the combustion state acquisition unit 21 estimates the in-cylinder temperature based on the in-cylinder pressure measured by the in-cylinder pressure sensor 22. .

可変圧縮比機構部30は、「燃焼形態可変部」に相当し、ピストン13の上死点位置を調整して圧縮比(機械圧縮比)を変える複リンク式の機構部である。可変圧縮比機構部30は、ピストン13とクランクシャフト32とを、コンロッド33及びロアリンク34を介して連結し、コントロールリンク35によってロアリンク34の姿勢を制御して圧縮比を変える。   The variable compression ratio mechanism section 30 corresponds to a “combustion form variable section”, and is a multi-link mechanism section that adjusts the top dead center position of the piston 13 and changes the compression ratio (mechanical compression ratio). The variable compression ratio mechanism 30 connects the piston 13 and the crankshaft 32 via a connecting rod 33 and a lower link 34, and controls the posture of the lower link 34 by a control link 35 to change the compression ratio.

コントロールリンク35は、その一端がロアリンク34に連結し、その他端がリンク駆動部36に連結する。リンク駆動部36は、図示しないコントロールシャフト、ピニオン、電動モータ等を有している。電動モータによってコントロールシャフトが回転すると、コントロールリンク35の揺動中心が変化し、コンロッド33とロアリンク34との傾斜角度が変更され、ピストン13の上死点位置が調整される。このように、可変圧縮比機構部30は、ピストン13の上死点位置を調整して圧縮比を可変する。   The control link 35 has one end connected to the lower link 34 and the other end connected to the link drive unit 36. The link drive unit 36 includes a control shaft, a pinion, an electric motor, and the like (not shown). When the control shaft is rotated by the electric motor, the swing center of the control link 35 is changed, the inclination angle between the connecting rod 33 and the lower link 34 is changed, and the top dead center position of the piston 13 is adjusted. Thus, the variable compression ratio mechanism unit 30 adjusts the top dead center position of the piston 13 to vary the compression ratio.

上記可変圧縮比機構部30を有することで、図2に示すように、例えば内燃機関10の運転条件の負荷が高くなるように変化するとき、圧縮比を高くして筒内温度を上昇させることができ、可変圧縮比機構部30を有さない場合と比較して燃焼状態の安定を図ることが可能である。   By having the variable compression ratio mechanism section 30, as shown in FIG. 2, for example, when the load of the operating condition of the internal combustion engine 10 changes so as to increase, the compression ratio is increased to increase the in-cylinder temperature. Therefore, the combustion state can be stabilized as compared with the case where the variable compression ratio mechanism unit 30 is not provided.

次に、吸気冷却部40の構成について説明する。まず、内燃機関10は、排気通路41に設けられたタービン42と吸入通路43に設けられたコンプレッサ44とからなる過給器45を備えている。コンプレッサ44で圧縮された新気は、チャージクーラ46およびインテークマニホールド47を通って燃焼室12に吸入される。   Next, the configuration of the intake air cooling unit 40 will be described. First, the internal combustion engine 10 includes a supercharger 45 including a turbine 42 provided in the exhaust passage 41 and a compressor 44 provided in the intake passage 43. The fresh air compressed by the compressor 44 is sucked into the combustion chamber 12 through the charge cooler 46 and the intake manifold 47.

排気通路41と吸入通路43との間にはEGR通路51が設けられている。EGR通路51は、排気通路41から排気の一部を吸入通路43に戻して再度循環させる排気再循環(Exhaust Gas Recirculation)を行う。EGR通路51のガス(以下、EGRガス)は、EGRクーラ52およびEGR弁53を経て吸入通路43に戻される。   An EGR passage 51 is provided between the exhaust passage 41 and the suction passage 43. The EGR passage 51 performs exhaust gas recirculation in which a part of the exhaust gas from the exhaust passage 41 is returned to the suction passage 43 and circulated again. The gas in the EGR passage 51 (hereinafter referred to as EGR gas) is returned to the suction passage 43 through the EGR cooler 52 and the EGR valve 53.

吸入通路43は、EGR通路51との合流箇所の下流側において互いに並行する第1吸入通路54および第2吸入通路55を有している。第1吸入通路54および第2吸入通路55は、インテークマニホールド47が有する通路である。第1吸入通路54と第2吸入通路55との分岐箇所には切替弁56が設けられている。切替弁56は、吸気が通る通路を第1吸入通路54と第2吸入通路55との間で切り替える。   The suction passage 43 has a first suction passage 54 and a second suction passage 55 that are parallel to each other on the downstream side of the joining point with the EGR passage 51. The first suction passage 54 and the second suction passage 55 are passages that the intake manifold 47 has. A switching valve 56 is provided at a branch point between the first suction passage 54 and the second suction passage 55. The switching valve 56 switches the passage through which the intake air passes between the first suction passage 54 and the second suction passage 55.

熱交換器61は、吸入通路43におけるEGR通路51との合流箇所の下流側であって、第1吸入通路54に設けられている。そのため吸気冷却部40が冷却する吸気は、新気とEGRガスとが混合したガスである。   The heat exchanger 61 is provided in the first suction passage 54 on the downstream side of the joining passage with the EGR passage 51 in the suction passage 43. Therefore, the intake air cooled by the intake air cooling unit 40 is a gas in which fresh air and EGR gas are mixed.

排気通路41において、タービン42の下流側には熱交換器62が設けられている。熱交換器62は、排気と温水との間で熱交換を行う。排気が温熱源となる。排気から熱を吸収した温水は、温水配管63を通じて冷凍部64に供給される。   In the exhaust passage 41, a heat exchanger 62 is provided on the downstream side of the turbine 42. The heat exchanger 62 performs heat exchange between the exhaust gas and the hot water. Exhaust becomes a source of heat. The hot water that has absorbed heat from the exhaust is supplied to the refrigeration unit 64 through the hot water pipe 63.

冷凍部64は、温水の熱を用いて冷熱源を生成する。冷凍部64としては、例えば、吸着式冷凍器の他、吸収式冷凍器、熱音響冷凍器等を用いることができる。冷凍部64内で生成される冷熱源により、冷却配管65およびその中の水が冷却される。冷水は、冷却配管65を通じて熱交換器61に供給される。   The freezing unit 64 generates a cold heat source using the heat of hot water. As the refrigeration unit 64, for example, an absorption refrigeration unit, a thermoacoustic refrigeration unit, or the like can be used in addition to an adsorption refrigeration unit. The cooling pipe 65 and the water therein are cooled by the cold heat source generated in the freezing unit 64. The cold water is supplied to the heat exchanger 61 through the cooling pipe 65.

なお、吸気冷却部40は、上記詳述したように吸気を冷却するために設けられる各機器によって構成されるものであり、熱交換器61,62、冷凍部64、チャージクーラ46、およびこれらを接続する各種配管63,65や通路54等を含むものである。   The intake air cooling unit 40 is configured by each device provided to cool the intake air as described in detail above, and includes the heat exchangers 61 and 62, the freezing unit 64, the charge cooler 46, and these. Various pipes 63 and 65 to be connected, a passage 54 and the like are included.

[作用]
次に、本実施形態の制御システム1において、ECU20が実行する制御について、図3を参照して説明する。図3に示すように、まずステップ100(以下、ステップを「S」と省略する)において、エンジン冷却水温度が第1所定値より大きいか、または外気温度が第2所定値より大きいか否かが判断される。エンジン冷却水温度が第1所定値より大きい、または外気温度が第2所定値より大きい場合には、S200において、可能な限り吸気温度を低下するように、吸気冷却部40が制御される。具体的には、切替弁56による吸気バイパスの流路切り替え制御や、EGRガスの流入量を調整するEGR弁53の開度制御により吸気温度が制御される。なお、S100での判断は、エンジン始動時や冬季寒冷時など、もともと吸気温度および筒内温度が低く、吸気を冷却する必要がない場合を判断するために行われる。
[Action]
Next, control executed by the ECU 20 in the control system 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, first, in step 100 (hereinafter, step is abbreviated as “S”), whether or not the engine coolant temperature is higher than a first predetermined value or the outside air temperature is higher than a second predetermined value. Is judged. When the engine coolant temperature is higher than the first predetermined value or the outside air temperature is higher than the second predetermined value, the intake air cooling unit 40 is controlled to reduce the intake air temperature as much as possible in S200. Specifically, the intake air temperature is controlled by the flow switching control of the intake bypass by the switching valve 56 and the opening control of the EGR valve 53 that adjusts the inflow amount of EGR gas. Note that the determination in S100 is performed to determine a case where the intake air temperature and the in-cylinder temperature are originally low and it is not necessary to cool the intake air, such as when the engine is started or when it is cold in winter.

次いで、S300において、筒内圧センサ22により筒内圧力が測定される。そして、S400で、筒内圧力に基づいて筒内温度Teが推定される。ここで推定された筒内温度Teは、「燃焼状態の指標」に相当する。次いで、S500において、推定された筒内温度Teが予め設定された理想の筒内温度Tiより低いか否かが判断される。すなわち、S500では、推定された筒内温度Teが燃焼状態の指標とされ、筒内温度Teによって筒内の燃焼状態が、予め設定された安定した燃焼を確保するための安定燃焼状態に達しているか否かが判断される。なお、理想の筒内温度Tiとは、安定した燃焼を確保するための温度であって、内燃機関10の負荷に応じて設定される。負荷と理想の筒内温度Tiとの関係は、予め設定されており、例えばECU20が有するROM等に記憶されている。   Next, in S300, the in-cylinder pressure is measured by the in-cylinder pressure sensor 22. In S400, the in-cylinder temperature Te is estimated based on the in-cylinder pressure. The in-cylinder temperature Te estimated here corresponds to a “combustion state index”. Next, in S500, it is determined whether or not the estimated in-cylinder temperature Te is lower than a preset ideal in-cylinder temperature Ti. That is, in S500, the estimated in-cylinder temperature Te is used as an indicator of the combustion state, and the in-cylinder temperature Te reaches a stable combustion state for ensuring stable combustion set in advance by the in-cylinder temperature Te. It is determined whether or not. The ideal in-cylinder temperature Ti is a temperature for ensuring stable combustion, and is set according to the load of the internal combustion engine 10. The relationship between the load and the ideal in-cylinder temperature Ti is set in advance and is stored, for example, in a ROM or the like included in the ECU 20.

そして、燃焼状態の指標である筒内温度Teが安定燃焼状態に達していない場合には、S600において圧縮比を高くするように可変圧縮比機構部30が制御される。S100〜S600の処理は繰り返し実行される。   When the in-cylinder temperature Te, which is an indicator of the combustion state, does not reach the stable combustion state, the variable compression ratio mechanism unit 30 is controlled to increase the compression ratio in S600. The processing of S100 to S600 is repeatedly executed.

[効果]
(1)一般に、吸気の冷却度合いはエンジン仕様が許容する範囲で可能な限り、吸気温度が低くなるように選択される。これは、吸気温度は低いほど酸素濃度が上がるため、吸気温度が高い場合と比較して熱効率が良くなると考えられるためである。
[effect]
(1) Generally, the degree of cooling of the intake air is selected so that the intake air temperature is as low as possible within the range allowed by the engine specifications. This is because the lower the intake air temperature, the higher the oxygen concentration, and therefore the thermal efficiency is considered to be better than when the intake air temperature is high.

しかし、吸気冷却部40の冷却度合い調整の応答性はあまり高くない。そのため、例えば内燃機関10の運転条件が、負荷が小さくなるように推移した際には、必要以上に冷却度合いの高い状態がしばらく維持される。ここで、可変圧縮比機構部30による高圧縮比化が行われないと、筒内温度が過度に低下する結果、燃焼悪化あるいは失火が発生してしまい、図4において右側の図に破線で示すように、却ってエンジン熱効率が低下する。   However, the response of the cooling degree adjustment of the intake air cooling unit 40 is not so high. Therefore, for example, when the operating condition of the internal combustion engine 10 changes so that the load becomes small, a state where the degree of cooling is higher than necessary is maintained for a while. Here, if the high compression ratio is not increased by the variable compression ratio mechanism 30, the in-cylinder temperature excessively decreases, resulting in deterioration of combustion or misfire, and the right side in FIG. 4 is indicated by a broken line. As such, the engine thermal efficiency decreases.

一方、可変圧縮比機構部30の応答性は高い。本実施形態では、過度時において負荷が小さくなるように変動したときの吸気の過冷却に際し、高応答性の可変圧縮比機構部30によって速やかに高圧縮比化が実行される。この高圧縮比化により、図4に示すように、負荷変動前の熱効率と同様の熱効率を維持することができる。すなわち、低応答の吸気冷却に対して、この低応答性を補うように高応答の圧縮比可変による制御を実行することで、吸気の冷却による熱効率向上効果を得つつ、運転条件の変化に伴う熱効率低下を抑制することができる。   On the other hand, the responsiveness of the variable compression ratio mechanism unit 30 is high. In the present embodiment, when the intake air is supercooled when the load fluctuates so as to be reduced, the high compression ratio is rapidly increased by the highly responsive variable compression ratio mechanism 30. With this high compression ratio, as shown in FIG. 4, the same thermal efficiency as that before the load change can be maintained. In other words, with respect to low-response intake air cooling, by executing control by variable response compression ratio with high response so as to compensate for this low responsiveness, the effect of improving the heat efficiency by cooling the intake air is obtained, and accompanying changes in operating conditions A decrease in thermal efficiency can be suppressed.

(2)本実施形態では、燃焼状態の指標として、筒内温度Teを採用している。筒内温度Teは筒内圧センサ22による測定値から演算することが可能で、簡易な構成で燃焼状態の指標を取得することができる。   (2) In this embodiment, the in-cylinder temperature Te is adopted as an indicator of the combustion state. The in-cylinder temperature Te can be calculated from the measured value by the in-cylinder pressure sensor 22, and an indicator of the combustion state can be obtained with a simple configuration.

(3)本実施形態の吸気冷却部40は、冷熱源を生成する冷凍部64を有しており、高い冷凍効率を得ることができる。   (3) The intake air cooling unit 40 of the present embodiment includes a refrigeration unit 64 that generates a cold heat source, and can obtain high refrigeration efficiency.

〈第2実施形態〉
次に、本発明の第2実施形態の制御システムについて、図5を参照して説明する。上記第1実施形態では、燃焼形態可変部として可変圧縮比機構部30を用い、圧縮比可変により燃焼形態が可変されるものとしたが、第2実施形態ではEGR率の変更により燃焼形態が可変される点が異なる。すなわち、本実施形態では、EGR通路51、EGRクーラ52、およびEGR弁53等のEGR機能を構成する各機器が「燃焼形態可変部」に相当する。なお、本実施形態では、可変圧縮比機構部30を有していなくても良い。
Second Embodiment
Next, the control system of 2nd Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. In the first embodiment, the variable compression ratio mechanism 30 is used as the combustion mode variable unit, and the combustion mode is variable by changing the compression ratio. However, in the second embodiment, the combustion mode is variable by changing the EGR rate. Is different. That is, in the present embodiment, each device constituting the EGR function such as the EGR passage 51, the EGR cooler 52, and the EGR valve 53 corresponds to the “combustion form variable portion”. In the present embodiment, the variable compression ratio mechanism unit 30 may not be provided.

図5に示すように、上記第1実施形態において図3を参照し詳述したS600に代えて、本実施形態では、S700においてEGR率を上げるように制御される。すなわち、EGR弁53の開度を上げて、排気ガス量の含有量を増やすことで燃焼室内に流入する吸気温度を上昇させ、ひいては筒内温度を上昇させる。
本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
As shown in FIG. 5, instead of S600 described in detail with reference to FIG. 3 in the first embodiment, in this embodiment, control is performed to increase the EGR rate in S700. That is, by increasing the opening of the EGR valve 53 and increasing the content of the exhaust gas amount, the intake air temperature flowing into the combustion chamber is raised, and the in-cylinder temperature is raised accordingly.
According to this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.

〈第3実施形態〉
次に、本発明の第3実施形態の制御システムについて、図6を参照して説明する。第3実施形態では、上記第1実施形態で採用された筒内温度推定に際し、筒内圧に加えて内燃機関10の吸気圧、吸気量、吸気温度、及びEGR率に基づいて筒内の温度を推定する点が異なる。
<Third Embodiment>
Next, the control system of 3rd Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. In the third embodiment, when estimating the in-cylinder temperature employed in the first embodiment, the in-cylinder temperature is determined based on the intake pressure, the intake air amount, the intake air temperature, and the EGR rate of the internal combustion engine 10 in addition to the in-cylinder pressure. The point of estimation is different.

図6に示すように、S300において筒内圧が測定された後、S301において、内燃機関10の吸気圧、吸気量、および吸気温度が測定されるとともに、EGR率がEGR弁53の開度から推定される。そして、S400で、筒内圧に加えて、吸気圧、吸気量、吸気温度、およびEGR率に基づいて筒内温度Teが推定される。
本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
As shown in FIG. 6, after the in-cylinder pressure is measured in S300, the intake pressure, the intake air amount, and the intake air temperature of the internal combustion engine 10 are measured in S301, and the EGR rate is estimated from the opening degree of the EGR valve 53. Is done. In S400, the in-cylinder temperature Te is estimated based on the intake pressure, the intake air amount, the intake air temperature, and the EGR rate in addition to the in-cylinder pressure.
According to this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.

〈他の実施形態〉
上記各実施形態では、筒内温度推定を、筒内圧センサ22で測定した圧力に基づいて推定したが、その他、エンジン回転数や負荷に基づいて筒内温度を推定しても良い。
<Other embodiments>
In each of the above embodiments, the in-cylinder temperature is estimated based on the pressure measured by the in-cylinder pressure sensor 22, but the in-cylinder temperature may be estimated based on the engine speed and the load.

上記各実施形態では、燃焼状態の指標として筒内温度Teを採用したが、これに代えて、図示平均有効圧の変動率COV(Coefficient of Variance)や推定熱効率を用いても良い。COVは、筒内圧センサ22で測定した筒内圧や、加速度センサの測定値に基づいて算出され得る。推定熱効率は、筒内圧センサ22で測定した圧力と噴射量に基づいて推定され得る。この場合、現在の推定熱効率と理想の熱効率との間に大きな差がある場合に、安定燃焼状態に達していないと判断することができる。   In each of the above embodiments, the in-cylinder temperature Te is employed as an indicator of the combustion state, but instead of this, a variation rate COV (Coefficient of Variance) of the indicated mean effective pressure or an estimated thermal efficiency may be used. The COV can be calculated based on the in-cylinder pressure measured by the in-cylinder pressure sensor 22 or the measured value of the acceleration sensor. The estimated thermal efficiency can be estimated based on the pressure measured by the in-cylinder pressure sensor 22 and the injection amount. In this case, when there is a large difference between the current estimated thermal efficiency and the ideal thermal efficiency, it can be determined that the stable combustion state has not been reached.

上記各実施形態において吸気冷却部40は、排気を温熱源とする排熱回収冷凍サイクルとしたが、排気を利用しなくても良いし、その他、吸気冷却の機構の形態はこれに限られない。例えば、吸入通路43に水噴射手段を持ち、潜熱を利用して吸気を冷却しても良い。また、冷凍部64は、車両が備える空調システムの冷凍サイクルにより兼用するようにしても良い。   In each of the above embodiments, the intake air cooling unit 40 is an exhaust heat recovery refrigeration cycle that uses exhaust gas as a heat source. However, the exhaust air may not be used, and the form of the intake air cooling mechanism is not limited to this. . For example, water intake means may be provided in the intake passage 43 and the intake air may be cooled using latent heat. Further, the refrigeration unit 64 may be shared by a refrigeration cycle of an air conditioning system provided in the vehicle.

上記各実施形態では、燃焼形態可変部の一例として可変圧縮比機構部30もしくはEGR機構部を例に説明したが、その他の形態でも良い。例えば、可変バルブタイミング機構、燃料噴射弁14による噴射時期制御機構、可変バルブリフト機構、ガソリンエンジンの場合は図示しない点火プラグによる点火時期制御機構などによって燃焼形態を可変としても良い。これらの燃焼形態変更は、吸気冷却と比較するといずれも高応答であり、上記各実施形態と同様に、吸気冷却機構の低応答性を燃焼形態変更部により補うことができる。   In each of the above embodiments, the variable compression ratio mechanism unit 30 or the EGR mechanism unit has been described as an example of the combustion mode variable unit, but other modes may be used. For example, the combustion mode may be made variable by a variable valve timing mechanism, an injection timing control mechanism using the fuel injection valve 14, a variable valve lift mechanism, or an ignition timing control mechanism using an ignition plug (not shown) in the case of a gasoline engine. These combustion mode changes are all highly responsive when compared with intake air cooling, and the low response of the intake air cooling mechanism can be compensated for by the combustion mode changing unit as in the above embodiments.

上記各実施形態において、ECU20が実行する制御フローの最後、すなわちS600またはS700の後に、点火時期を所定の燃焼状態または燃焼限界付近になるように制御するステップを追加しても良い。これによれば、高応答の燃焼形態変更部の応答遅れをさらに、点火時期制御により補うことができる。   In each of the above embodiments, a step of controlling the ignition timing so as to become a predetermined combustion state or near the combustion limit may be added at the end of the control flow executed by the ECU 20, that is, after S600 or S700. According to this, the response delay of the highly responsive combustion form changing unit can be further compensated by the ignition timing control.

上記各実施形態において、排気通路41に排ガス検出手段を設け、排ガス検出手段の検出結果に応じて吸気温度や筒内温度の制御域を制限するようにしても良い。排ガス検出手段としては、例えばO2センサ、A/Fセンサ、排気温センサなどが上げられる。例えば、排ガス中のO2が検出される場合やA/Fセンサにより検出した当量比が所定値を超える場合は吸気冷却しないような制御を組み込んでも良い。 In each of the above embodiments, exhaust gas detection means may be provided in the exhaust passage 41, and the control range of the intake air temperature and the in-cylinder temperature may be limited according to the detection result of the exhaust gas detection means. As the exhaust gas detection means, for example, an O 2 sensor, an A / F sensor, an exhaust gas temperature sensor, and the like are raised. For example, when O 2 in the exhaust gas is detected or when the equivalence ratio detected by the A / F sensor exceeds a predetermined value, control that does not cool the intake air may be incorporated.

上記各実施形態において、EGR機構部を設けず、吸気と冷水との間で熱交換を行う熱交換器を、吸入通路43の吸気ポート15直上に設けても良い。   In each of the above embodiments, a heat exchanger that exchanges heat between intake air and cold water may be provided directly above the intake port 15 of the intake passage 43 without providing an EGR mechanism.

上記各実施形態の内燃機関10はディーゼルエンジンとして説明したが、ガソリンエンジンであっても良い。   Although the internal combustion engine 10 of each said embodiment was demonstrated as a diesel engine, a gasoline engine may be sufficient.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.

1 ・・・制御システム
10 ・・・内燃機関
11 ・・・シリンダ(筒)
12 ・・・燃焼室
13 ・・・ピストン
20 ・・・ECU(制御部)
21 ・・・燃焼状態取得部
30 ・・・可変圧縮比機構部(燃焼形態可変部)
40 ・・・吸気冷却部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control system 10 ... Internal combustion engine 11 ... Cylinder (cylinder)
12 ... Combustion chamber 13 ... Piston 20 ... ECU (control part)
21 ... Combustion state acquisition unit 30 ... Variable compression ratio mechanism unit (combustion form variable unit)
40 ・ ・ ・ Intake air cooling section

Claims (7)

シリンダ(11)およびピストン(13)によって区画形成される燃焼室(12)を有する内燃機関(10)に用いられる制御システムであって、
前記内燃機関の吸気を冷却する吸気冷却部(40)と、
前記燃焼室の燃焼形態を可変とする燃焼形態可変部(30)と、
前記燃焼室の燃焼状態の指標を取得する燃焼状態取得部(21)と、
前記燃焼状態取得部による取得結果に基づいて前記吸気冷却部及び前記燃焼形態可変部を制御する制御部(20)と、
を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の運転状態の過度時において、前記吸気冷却部により吸気温度を最大限低下させた上で、前記燃焼形態可変部を制御する制御システム。
A control system for use in an internal combustion engine (10) having a combustion chamber (12) defined by a cylinder (11) and a piston (13),
An intake air cooling section (40) for cooling intake air of the internal combustion engine;
A combustion mode variable section (30) for changing the combustion mode of the combustion chamber;
A combustion state acquisition unit (21) for acquiring an indicator of the combustion state of the combustion chamber;
A control unit (20) for controlling the intake air cooling unit and the combustion form variable unit based on an acquisition result by the combustion state acquisition unit;
With
The control unit controls the combustion form variable unit after the intake air temperature is reduced to the maximum by the intake air cooling unit when the operation state of the internal combustion engine is excessive.
前記燃焼形態可変部は、前記シリンダ内の圧縮比を可変とする可変圧縮比機構部である請求項1に記載の制御システム。   The control system according to claim 1, wherein the combustion form variable unit is a variable compression ratio mechanism unit that varies a compression ratio in the cylinder. 前記制御部は、
前記燃焼状態取得部により取得した燃焼状態の指標が、少なくとも前記内燃機関の負荷に応じて予め設定された安定した燃焼を確保するための安定燃焼状態に達していないと判断された場合に、前記可変圧縮比機構部の圧縮比を上げるように制御する請求項2に記載の制御システム。
The controller is
When it is determined that the combustion state index acquired by the combustion state acquisition unit has not reached a stable combustion state for ensuring stable combustion set in advance according to at least the load of the internal combustion engine, The control system according to claim 2, wherein the control is performed so that the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is increased.
前記吸気冷却部は、冷凍部(64)を有し、前記冷凍部が生成した冷熱源を用いて前記内燃機関の吸気を冷却する請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の制御システム。   The said intake air cooling part has a freezing part (64), and cools the intake air of the said internal combustion engine using the cold heat source which the said freezing part produced | generated. Control system. 前記冷凍部は、前記内燃機関の排気ガスから回収した熱を温熱源として用いる請求項4に記載の制御システム。   The control system according to claim 4, wherein the refrigeration unit uses heat recovered from exhaust gas of the internal combustion engine as a heat source. 前記燃焼状態取得部は、前記燃焼室の圧力である筒内圧力に基づいて筒内温度(Te)を推定する請求項1〜請求項5のうちいずれか一項に記載の制御システム。   The control system according to any one of claims 1 to 5, wherein the combustion state acquisition unit estimates an in-cylinder temperature (Te) based on an in-cylinder pressure that is a pressure of the combustion chamber. 前記燃焼状態取得部は、前記内燃機関の吸気圧、吸気量、前記吸気温度、及びEGR率に基づいて前記筒内の温度を推定する請求項6に記載の制御システム。   The control system according to claim 6, wherein the combustion state acquisition unit estimates the temperature in the cylinder based on an intake pressure, an intake air amount, the intake air temperature, and an EGR rate of the internal combustion engine.
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