JP2019163735A - Internal combustion engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関制御装置に係る。 The present invention relates to an internal combustion engine control apparatus.
自動車の燃料消費量や排気有害成分に関する規制が強化されており、今後もますます厳しくなる傾向にある。特に燃料消費量については、排出される二酸化炭素が地球温暖化へ与える影響が大きいことから、更に低燃費化が求められている。例えば、内燃機関が低回転で且つ高負荷状態のときに、吸気バルブと排気バルブとが同時に開弁するオーバーラップ量を大きくすることにより、内燃機関の吸気側と排気側の差圧によりいわゆるスカベンジング効果(筒内掃気)を促進させるスカベンジング動作を実行可能な制御装置が知られている。また、一方で、EGRバルブを開弁させて排気ガスを吸気口側に再循環させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)モードを実行可能な制御装置も知られている。また、両モードを1つのエンジンの中で併用した制御装置も、例えば特許文献1により知られている。
Regulations on automobile fuel consumption and harmful exhaust components are being strengthened, and will continue to become stricter in the future. In particular, regarding fuel consumption, since the carbon dioxide emitted has a great influence on global warming, further reduction in fuel consumption is required. For example, when the internal combustion engine is running at a low speed and a high load, the overlap amount that the intake valve and the exhaust valve are opened simultaneously is increased so that the pressure difference between the intake side and the exhaust side of the internal combustion engine causes so-called scavenging. There is known a control device capable of executing a scavenging operation for promoting a scavenging effect (cylinder scavenging). On the other hand, there is also known a control device capable of executing an EGR (Exhaust Gas Recirculation) mode in which an EGR valve is opened to recirculate exhaust gas to the intake port side. A control device using both modes in one engine is also known from
本発明は、スカベンジングモードと低圧EGRモードとを併用した内燃機関における動作において耐ノック性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can improve knock resistance in an operation in an internal combustion engine that uses both a scavenging mode and a low pressure EGR mode.
本発明は、内燃機関を制御する内燃機関制御装置である。内燃機関は、吸気バルブと、排気バルブと、排気を前記吸気バルブを介して再循環させるためのEGRバルブとを備える。内燃機関制御装置は、前記吸気バルブ、前記排気バルブ及び前記EGRバルブを駆動する弁駆動装置と、前記吸気バルブと前記排気バルブとを同時に開弁させる第1動作モードから、前記排気を前記吸気バルブを介して再循環させる第2動作モードに移行する場合において、前記第2動作モードへの移行のために前記EGRバルブを開弁した後、前記吸気バルブと前記排気バルブとを同時に開弁させるオーバーラップ動作を実行する期間を、EGRガスの遅れに応じて変更するよう前記弁駆動装置を制御するオーバーラップ制御部とを備える。 The present invention is an internal combustion engine controller for controlling an internal combustion engine. The internal combustion engine includes an intake valve, an exhaust valve, and an EGR valve for recirculating exhaust gas through the intake valve. The internal combustion engine control device includes: a valve driving device that drives the intake valve, the exhaust valve, and the EGR valve; and a first operation mode that opens the intake valve and the exhaust valve at the same time; In the case of shifting to the second operation mode in which recirculation is performed via the engine, after the EGR valve is opened for shifting to the second operation mode, the intake valve and the exhaust valve are simultaneously opened. And an overlap control unit that controls the valve driving device so as to change a period during which the lap operation is performed according to the delay of the EGR gas.
本発明によれば、スカベンジングモードと低圧EGRモードとを併用した内燃機関における動作において耐ノック性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control apparatus of the internal combustion engine which can improve knock resistance in the operation | movement in the internal combustion engine which used scavenging mode and low pressure EGR mode together can be provided.
以下、添付図面を参照して本実施の形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施の形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, functionally identical elements may be denoted by the same numbers. Note that the attached drawings show an embodiment and an implementation example according to the principle of the present disclosure, but these are for the purpose of understanding the present disclosure, and are never used to interpret the present disclosure in a limited manner. It is not a thing. The descriptions in this specification are merely exemplary, and are not intended to limit the scope of the claims or the application in any way whatsoever.
本実施の形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。 This embodiment has been described in sufficient detail for those skilled in the art to practice the present disclosure, but other implementations and configurations are possible and depart from the scope and spirit of the technical idea of the present disclosure. It is necessary to understand that the configuration and structure can be changed and various elements can be replaced. Therefore, the following description should not be interpreted as being limited to this.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る燃料噴射制御装置を備えた内燃機関の基本構成を示している。
図1において、制御対象としての内燃機関100は、燃料噴射制御装置としてのECU200と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ300とにより制御される。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a basic configuration of an internal combustion engine provided with a fuel injection control device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, an
内燃機関100は、シリンダ内にピストン101、吸気バルブ102、排気バルブ103を備えている。内燃機関100は、一例としては、複数、例えば4個の気筒(シリンダ)を有した内燃機関とすることができるが、図1は、複数の気筒のうちの1つの気筒のみを代表的に図示している。
The
シリンダヘッドには点火プラグ105と点火コイル106が備えられている。更に、シリンダヘッドには、シリンダ内の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁107が設けられている。図示は省略するが、シリンダのウォータジャケットには冷却水の水温センサが備えられていてもよい。
The cylinder head is provided with an
また、吸気バルブ102の上流側には、内燃機関100に吸入される空気を導入するための吸気管110が設けられ、排気バルブ103の下流側には、シリンダから排出される排気ガスを排出するための排気管111が設けられている。
An
吸気管110には、吸気を冷却するインタークーラ112、アクセル開度に応じて吸気量を調節するスロットルバルブ113、及び吸気の流れを調節するためのサージタンク114が設けられている。
The
また、排気管111は、排気通路121に連通されており、この排気通路121には、三元触媒123と、空燃比センサ124と、タービン125bとが設けられている。三元触媒123は、排気ガスを浄化するためのものであり、空燃比センサ124は、排気ガスの空燃比を検出するセンサである。また、タービン125bは、排気ガスのエネルギを利用してコンプレッサ125aを駆動するための駆動力を発生させる。
The
なお、排気通路121は、三元触媒123の下流側でEGR配管126に分岐されている。このEGR配管126は、排気ガスをEGRガスとして吸気側に還流(再循環)させるための配管である。EGR配管126には、EGRを冷却するEGRクーラ127と、EGRガス量を調整するEGRバルブ128と、EGRバルブ128の前後の圧力を計測する圧力センサ133が備えられている。また、排気通路121の更に下流には、三元触媒123とは別の三元触媒129が備えられている。
The
吸気管110は、コンプレッサ125aの側において吸気通路130に連通されている。この吸気通路130には、空気流量を計測する質量流量計131と、吸気圧を調整する圧力調整バルブ132とが設けられている。前述のEGR配管126は、この吸気通路130に接続されている。また、吸気管110には、吸気側の混合ガス(吸気通路130から供給された吸入空気とEGRガスとを混合させたガス)の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ134が設けられている。
The
ECU200は、アクセル開度センサ300の検出信号や各種センサ信号に基づいて要求トルクを演算する。ECU200は各種センサの出力から得られる内燃機関100の運転状態に基づいて、圧力調整バルブ132の開度、スロットルバルブ113の開度、燃料噴射弁107の噴射パルス期間、点火プラグ105の点火時期、吸気バルブ102および排気バルブ103の開閉時期、EGRバルブ128の開度などの内燃機関100の主要な作動量を演算する。
ECU 200 calculates a required torque based on detection signals from
混合ガスは、インタークーラ112、吸気管110、サージタンク114を通り吸気バルブ102を経て燃焼室R1内に流入する。この混合ガスは、燃料噴射弁107から噴射された燃料とともに、燃焼室R1内に混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ105から発生される火花により着火・燃焼する。その混合気の燃焼による燃焼圧により、ピストン101が押し下げられ、内燃機関100の駆動力となる。
The mixed gas passes through the
燃焼後の排気ガスは、排気バルブ103、排気管111、タービン125bを経て三元触媒123に送られ、三元触媒123内でNOx、CO、HC成分が浄化された後、排気通路121を経て三元触媒129で再度浄化されて外部に排出される。
The exhaust gas after combustion is sent to the three-
また、排気ガスの一部は、EGRガスとしてEGR配管126、EGRクーラ127、EGRバルブ128を経て吸気通路130に導入され、この導入領域で吸入空気とEGRガスとが合流される。吸入空気とEGRガスからなる混合ガスは、吸気管110等を通過して燃焼室R1に到達する。
A part of the exhaust gas is introduced into the
図2は、第1の実施の形態のECU200の構成を、機能ブロック図により示している。
ECU200は、入力回路201、CPU202、RAM203、ROM204、入出力ポート205、EGR遅れ推定部206、オーバーラップ指令信号生成部207、及び各種駆動回路208〜213から大略構成されている。
FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the
The
入力回路201は、各種センサから検出信号の入力を受けるインタフェース回路である。CPU202は、ECU200の全体の制御を司る演算制御回路である。RAM203は入出力される各種データを一時記憶するための記憶部である。ROM204は、演算処理内容を記述した制御プログラムを記憶する。入出力ポート205は、入力回路201から入力される検出信号をRAM203を介して(一時記憶させた後)CPU202に入力させるとともに、CPU202、RAM203、ROM204から転送された信号を各種駆動回路208〜213に向けて出力する機能を有する。入力回路201に送られる検出信号のうち、アナログ信号で入力される検出信号は、入力回路201に設けられたA/D変換器(図示せず)によりデジタル信号に変換されてから入力される。
The
駆動回路208〜213は、一例として、圧力調整バルブ駆動回路208、スロットルバルブ駆動回路209、可変バルブ機構(VTC)駆動回路210、燃料噴射弁駆動回路211、点火信号出力回路212、及びEGRバルブ駆動回路213を備える。圧力調整バルブ駆動回路208は、圧力調整バルブ132を駆動するアクチュエータである。また、スロットルバルブ駆動回路209は、スロットルバルブ113を駆動するアクチュエータである。VTC駆動回路210は、吸気バルブ102及び排気バルブ103を駆動するアクチュエータ(弁駆動回路)である。燃料噴射弁駆動回路211は、燃料噴射弁107を駆動するアクチュエータである。点火信号出力回路212は、点火プラグ105を点火させるための点火信号を出力する。EGRバルブ駆動回路213は、EGRバルブ128を駆動するアクチュエータ(弁駆動回路)である。
For example, the
図3を参照して、この第1の実施の形態の内燃機関の制御装置のコンセプトを説明する。
この第1の実施の形態の内燃機関100は、WOT(Wide-Open Throttle)付近の高負荷域で且つ低回転速度の状態では、スカベンジングモード(第1動作モード)を実行するよう、ECU200により制御される。スカベンジングモードは、1サイクル(吸気、圧縮、燃焼、排気)の中で吸気バルブ102、排気バルブ103が同時に開弁されるオーバーラップ期間を設けることで、吸気管110から排気管111に空気を吹き抜けさせて燃焼室に滞留する残留ガスを掃き出す動作モードである。燃焼室R1内の残留ガスが外部に掃出されることにより、燃焼室R1内の温度が低下し、耐ノック性が向上する。
With reference to FIG. 3, the concept of the control apparatus for the internal combustion engine of the first embodiment will be described.
The
一方、この第1の実施の形態の内燃機関100では、WOT付近の高負荷域で運転を継続して回転速度が増加し、所定値以上の回転速度(高回転速度)の状態が得られたら、スカベンジングモード(第1動作モード)に替えて低圧EGRモード(第2動作モード)を実行するよう、ECU200による制御が行われる。低圧EGRモードでは、EGR配管126等から排気ガスが吸気管110側に再循環され、これにより、燃焼室R1内の温度が低下させることができ、耐ノック性が向上する。
On the other hand, in the
このように、この第1の実施の形態の内燃機関100では、WOT付近の高負荷域においては、低回転速度の領域ではスカベンジングモードが実行され、高回転速度の領域では低圧EGRモードが実行される。ECU200は、各種センサの出力に基づき、高負荷域において、所定の閾値回転速度に達したことがECU200により検知されると、スカベンジングモードから低圧EGRモードに切り替える指令信号を入出力ポート205に向けて出力する。なお、この第1の実施の形態の制御装置では、低負荷領域においては、公知のミラーサイクルや、高圧EGRによる動作を実行することができる。
As described above, in the
しかし、スカベンジングモードと低圧EGRモードとを、高負荷領域において、所定の回転速度を境目として切り替える場合、ノックの発生確率が増加するという問題が発生する。この問題につき、図4の比較例を参照して説明する。 However, when switching between the scavenging mode and the low-pressure EGR mode in a high load region with a predetermined rotational speed as a boundary, there is a problem that the occurrence probability of knock increases. This problem will be described with reference to a comparative example in FIG.
この比較例では、時刻t1においてスカベンジングモードから低圧EGRモードへの移行がECU200により指示され、時刻t1からEGRバルブ128の開弁が開始され、更にスカベンジングモードにおけるオーバーラップは時刻t1で終了し、1サイクルの中で吸気バルブ102と排気バルブ103が同時に開弁するオーバーラップの大きさを示すオーバーラップ幅Wolも、時刻t1以降ゼロとなる。
In this comparative example, the transition from the scavenging mode to the low pressure EGR mode is instructed by the
しかし、この比較例の動作では、ノックの発生確率が増加する虞がある。一般に低圧EGRでは、EGRバルブ128から燃焼室R1までの距離(配管長)が長くなりがちであり、このため、この比較例の動作の場合、時刻t1以降のEGRガスの到達、及び吸入空気とEGRガスの割合であるEGR率の上昇は遅れる。十分なEGRガスが燃焼室R1に到達するのは、例えば時刻t2付近となる。この場合、時刻t1とt2の間の期間(移行期間)では、EGRガスが不足するため、燃焼室R1内の残留ガスの割合(残留ガス率Rrg)は増加し、更に燃焼室R1内の筒内温度Tsも増加する。これにより、燃焼室R1ではノックの発生確率が増加してしまう。
However, in the operation of this comparative example, there is a risk that the occurrence probability of knocking will increase. In general, in low pressure EGR, the distance (pipe length) from the
そこで、この第1の実施の形態では、EGR遅れ推定部206においてこのEGRガスの遅れの度合を推定し、その推定結果に従って、スカベンジングモードにおけるオーバーラップ期間を、その推定結果に従った時間だけ延長する制御を実行する。以下、この第1の実施の形態の動作を、図5を参照して説明する。
Therefore, in the first embodiment, the EGR
この第1の実施の形態では、例えば時刻t1において、スカベンジングモードから低圧EGRモードへの移行を指示するEGRバルブ開弁信号Segrが立ち上がり、時刻t1からEGRバルブ128の開弁が開始される。ただし、EGRガスは、時刻t1の直後は十分に燃焼室R1に到達せず、その後所定時間経過後の時刻t2付近において、十分な量に達するものと推定される。このEGRガスの遅れの程度(遅延時間Td=t2−t1)の推定は、EGR遅れ推定部206において行われる。EGR遅れ推定部206は、一例として、EGRバルブ128の前後の差圧を圧力センサ133により計測するとともに、EGRバルブ128の開度を計測してEGRガスの到達の遅れ具合を推定することができる。
In the first embodiment, for example, at time t1, the EGR valve opening signal Segr instructing the transition from the scavenging mode to the low pressure EGR mode rises, and the opening of the
また、別の例として、EGR遅れ推定部206は、吸気管110における混合ガスの酸素濃度を酸素濃度センサ134により測定して、これによりEGR率を計測することで、EGRガスの到達の遅れを推定することができる。また、圧力センサ133と酸素濃度センサ134の出力を併せて計測することで、EGRガスの到達の遅れの度合を判断することも可能である。
As another example, the EGR
また、本出願人が先に出願した特願2017−125947号に記載のように、吸入空気とEGRガスの混合ガスが流れる流線に沿って吸気通路の基準空間を複数に分割して単位空間を形成し、夫々の単位空間に対応して混合ガスのEGR率を推定するための移流方程式に基づく物理モデルを構築し、その物理モデルによって、先頭の単位空間からこれに繋がる単位空間のEGR率を順番に推定し、燃焼室R1に流入するEGRガスの遅れを推定することも可能である。 Further, as described in Japanese Patent Application No. 2017-125947 filed earlier by the present applicant, the reference space of the intake passage is divided into a plurality of unit spaces along a streamline through which a mixed gas of intake air and EGR gas flows. And a physical model based on the advection equation for estimating the EGR rate of the mixed gas corresponding to each unit space is constructed, and by the physical model, the EGR rate of the unit space connected to this from the head unit space Can be estimated in order, and the delay of the EGR gas flowing into the combustion chamber R1 can be estimated.
EGR遅れ推定部206により遅延時間Tdが推定されたら、オーバーラップ指令信号生成部207は、その遅延時間Tdに対応する時間の分だけ、吸気バルブ102と排気バルブ103が同時に開弁するオーバーラップを行う期間を延長する。具体的には、1サイクルの中での吸気バルブ102と排気バルブ103とが同時に開弁するオーバーラップの大きさを示すオーバーラップ幅Wolが、時刻t1の直後に零になるのではなく、EGR遅れ推定部206で推定された遅延時間Tdに対応する時間だけ、オーバーラップ幅Wolが零になるタイミングが遅れる。このタイミングの遅れの度合の決定は、遅延時間Tdに従い、前述のオーバーラップ指令信号生成部207から出力されるオーバーラップ指令信号により行われる。すなわち、オーバーラップ指令信号生成部207は、低圧EGRモードへの移行のためにEGRバルブ128を時刻t1で開弁した後、吸気バルブ102と排気バルブ103とを同時に開弁させるオーバーラップ期間をEGR遅れ推定部206での推定結果に従って変更するオーバーラップ制御部として機能する。
When the delay time Td is estimated by the EGR
このようにして、オーバーラップが行われる期間が遅延時間Tdに従って延長されることにより、EGRバルブ128が開弁され低圧EGRモードが開始された時刻t1より後においても、吸気バルブ102と排気バルブ103が同時に開弁する動作が所定時間継続され、これにより燃焼室R1内の高温のガスが掃き出されて残留ガス率Rrgは低下する。従って、燃焼室R1の温度(筒内温度Ts)も低下し、ノックの発生確率を低減することができる。このようにして所定期間オーバーラップを継続後、EGRガスが十分に供給されると推定される時刻t2になったら、オーバーラップ動作を終了し(オーバーラップ幅Wolをゼロにし)、通常の低圧EGRモードに移行する。
In this way, the period during which the overlap is performed is extended according to the delay time Td, so that the
なお、この第1の実施の形態では、EGRガスの遅れの推定の結果に従い、オーバーラップ指令信号Solによりオーバーラップ動作を延長することに加え、図5に示すように、点火プラグ105の点火の進角量を増加させるタイミングも、遅延時間Tdに合わせて遅らせるよう、ECU200による制御が行われる。具体的には、EGR遅れ推定部206で推定された遅延時間Tdに従いオーバーラップ指令信号Solが生成され、これに従って点火信号出力回路212は、図5のタイミングチャートに示すように、点火プラグ105を点火の進角量を指示する進角制御信号Sigを変化させる。例えば、EGRガスの到達が時刻t2付近まで遅延する場合には、進角制御信号Sigが立ち上がるタイミングも、これに合わせて遅延させ、点火プラグ105の点火タイミングを遅延させる。点火タイミングが遅延することにより、スカベンジングモードから低圧EGRモードへの移行期間において、ノックが発生する確率を更に低減することができる。
In the first embodiment, according to the estimation result of EGR gas delay, in addition to extending the overlap operation by the overlap command signal Sol, as shown in FIG. Control by the
図6は、時刻t1以降に行われるオーバーラップ幅の制御について説明する概略図である。図6は、オーバーラップ指令信号生成部207で生成されるオーバーラップ指令信号Solの一例であり、図7はそれによるオーバーラップ幅Wolの変化を概念的に図示している。図6に示すように、オーバーラップ指令信号生成部207で生成されるオーバーラップ指令信号Solは、推定された遅延時間Tdに対応するパルス幅Tolを有している。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating overlap width control performed after time t1. FIG. 6 is an example of the overlap command signal Sol generated by the overlap command
この図6の例において、オーバーラップ指令信号Solは、前述のように遅延時間Tdに従ったパルス幅Tolを有しているが、その電圧値は、スカベンジングモードから低圧EGRモードに移行した時刻t1以降、階段状に減少する(例えば、V1、V2、V3と減少)。そして、ECU200の制御プログラムは、オーバーラップ指令信号Solの電圧値を判定し、その電圧値に応じたオーバーラップ幅Wolを設定する。そのオーバーラップ幅Wolに従って吸気バルブ102及び排気バルブ103がVTC駆動回路210により駆動され、オーバーラップ動作が実行される。
In the example of FIG. 6, the overlap command signal Sol has the pulse width Tol according to the delay time Td as described above, but the voltage value is the time when the scavenging mode is shifted to the low pressure EGR mode. After t1, it decreases stepwise (for example, decreases to V1, V2, V3). Then, the control program of the
例えば、図7に示すように、オーバーラップ指令信号Solの電圧値がV1である期間において実行されるサイクル(燃焼、排気、吸気、圧縮)では、オーバーラップ幅WolはW1に設定される。 For example, as shown in FIG. 7, in a cycle (combustion, exhaust, intake, compression) executed in a period in which the voltage value of the overlap command signal Sol is V1, the overlap width Wol is set to W1.
電圧値がV2のときには、オーバーラップ幅WolはW2(<W1)に設定される。
電圧値がV3のときには、オーバーラップ幅WolはW3(<W2)に設定される。
When the voltage value is V2, the overlap width Wol is set to W2 (<W1).
When the voltage value is V3, the overlap width Wol is set to W3 (<W2).
オーバーラップ指令信号Solの電圧値が0になった場合には、オーバーラップ幅Wolは零とされ、以後は通常の低圧EGRモードが実行される。 When the voltage value of the overlap command signal Sol becomes 0, the overlap width Wol is set to zero, and thereafter the normal low pressure EGR mode is executed.
すなわち、オーバーラップ指令信号生成部207は、複数のサイクルの中の第1のサイクルにおけるよりも、複数のサイクルの中で第1のサイクルよりも後の第2のサイクルにおいてオーバーラップ幅Wolが短くなるよう、オーバーラップ指令信号Solを生成する。
That is, the overlap command
低圧EGRモードに移行した時刻t1直後におけるオーバーラップ幅W1は、例えばスカベンジングモードの際のオーバーラップ幅と略同一か、少なくとも大差のない値に設定することができる。時刻t1付近のように、EGRガスが十分に燃焼室R1に送り込まれていない段階では、オーバーラップ幅Wolを大きくすることにより吸入空気を多く取り込むことで、燃焼室R1の残留ガスを少なくし、筒内温度Tsを低下させ、これによりノックの発生確率を低減させることができる。 The overlap width W1 immediately after time t1 when the mode is shifted to the low-pressure EGR mode can be set to a value that is substantially the same as, or at least not significantly different from, the overlap width in the scavenging mode, for example. At the stage where the EGR gas is not sufficiently sent into the combustion chamber R1 as in the vicinity of the time t1, the residual gas in the combustion chamber R1 is reduced by taking in a lot of intake air by increasing the overlap width Wol, The in-cylinder temperature Ts can be lowered, thereby reducing the occurrence probability of knocking.
その後、オーバーラップ幅Wolは、上述のように、時間の経過に伴いオーバーラップ指令信号Solの電圧値が低下するごとに、徐々に短くされる。そして、十分な量のEGRガスが燃焼室R1に到達すると予想される時刻t2の付近まで、オーバーラップ幅Wolを徐々に減少させ、最終的にはオーバーラップ幅Wolは零又は零に近い値にし、それ以降は通常の低圧EGRモードを実行する。なお、オーバーラップ指令信号Solにおける電圧値の段数、及び各段の時間的な長さは、ノックが効果的に抑制可能な範囲において、任意に設定することができる。なお、この図6の例では、オーバーラップ幅が階段状に減少しているが、これに限定される必要はなく、例えばオーバーラップ幅は連続的に減少するのでもよい。 Thereafter, as described above, the overlap width Wol is gradually shortened every time the voltage value of the overlap command signal Sol decreases with time. Then, the overlap width Wol is gradually decreased until the time t2 when a sufficient amount of EGR gas is expected to reach the combustion chamber R1, and finally the overlap width Wol is set to zero or a value close to zero. Thereafter, the normal low pressure EGR mode is executed. Note that the number of voltage value stages in the overlap command signal Sol and the time length of each stage can be arbitrarily set within a range in which knocking can be effectively suppressed. In the example of FIG. 6, the overlap width decreases stepwise, but it is not necessary to be limited to this. For example, the overlap width may decrease continuously.
以上説明したように、第1の実施の形態では、WOT(Wide-Open Throttle)付近の高負荷域で運転がされる場合、低回転速度の状態ではスカベンジングモードが実行され、所定値以上の高回転速度の状態では、スカベンジングモードから低圧EGRモードに切り替えて運転が継続される。この切り替えの際、低圧EGRモードへの移行も、吸気バルブ102と排気バルブ103とを同時に開弁させるオーバーラップ動作が、EGRガスの遅れに応じた期間だけ引き続き継続(延長)される。この動作によれば、EGRガスの到達が遅れた場合であっても、シリンダ内の残留ガスを掃き出して、筒内温度Tsを低下させることができるので、ノックの発生確率を低減させることできる。
As described above, in the first embodiment, when operating in a high load range near WOT (Wide-Open Throttle), the scavenging mode is executed in a low rotational speed state, and a predetermined value or more is reached. In the high rotational speed state, the operation is continued by switching from the scavenging mode to the low pressure EGR mode. At the time of this switching, the transition to the low pressure EGR mode also continues (extends) the overlap operation for simultaneously opening the
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態の内燃機関制御装置を、図8を参照して説明する。この第2の実施の形態の内燃機関及び内燃機関制御装置の外観構成は、第1の実施の形態(図1〜図2)と同一で良いので、重複する詳細な説明は省略する。ただし、この実施の形態では、スカベンジングモードから低圧EGRに移行する場合における動作が第1の実施の形態とは異なっている。これを図8を参照して説明する。
[Second Embodiment]
Next, an internal combustion engine control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the external configuration of the internal combustion engine and the internal combustion engine control device of the second embodiment may be the same as that of the first embodiment (FIGS. 1 to 2), detailed description thereof will be omitted. However, in this embodiment, the operation when shifting from the scavenging mode to the low pressure EGR is different from that of the first embodiment. This will be described with reference to FIG.
図8に示すように、第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、EGR遅れ推定部206により遅延時間Tdが推定されたら、オーバーラップ指令信号生成部207は、その遅延時間Tdに対応する時間の分だけ、吸気バルブ102と排気バルブ103が同時に開弁するオーバーラップを行う期間を延長する制御を行う。ただし、点火プラグ105の進角量については、EGRバルブ128が開弁する時刻t1と略同時に増加させるべく、進角制御信号Sigを時刻t1において立ち上げる。オーバーラップ動作を時刻t1以後も継続することで、残留ガス率Rrgの増加や筒内温度Tsの上昇は回避されているため、点火プラグ105の進角量が時刻t1以降に増加したとしてもノックの発生が十分に防止できる場合がある。この場合には、上述の第2の実施の形態の動作を採用することが可能である。この第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得られることに加え、第1の実施の形態に比べ燃費の向上を図ることができる。
As shown in FIG. 8, in the second embodiment, as in the first embodiment, when the delay time Td is estimated by the EGR
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態の内燃機関制御装置を、図9〜図12を参照して説明する。この第3の実施の形態の内燃機関及び内燃機関制御装置の外観構成は、前述の実施の形態(図1〜図2)と同一で良いので、重複する詳細な説明は省略する。また、スカベンジングモードから低圧EGRモードに切り替えられる際、低圧EGRモードへの切り替え後も、吸気バルブ102と排気バルブ103とを同時に開弁させるオーバーラップ動作が、EGRガスの遅れに応じた期間だけ継続して実行される点も、前述の実施の形態と同様である。ただし、この第3の実施の形態では、内燃機関100へ流入する混合ガスの流量を計測する方法、及びその計測結果に基づく燃料噴射制御や点火制御が前述の実施の形態とは異なっている。具体的には、シリンダの内部に注入される(トラップされる)トラップ空気量Ftrを、シリンダ内に止まらずそのまま吹き抜ける吹き抜け量Fth(吸入側に戻る吹き返し量も含む)を考慮して推定し、これに基づいて燃料噴射制御や点火制御等を実行する点が、第1の実施の形態とは異なっている。
[Third Embodiment]
Next, an internal combustion engine control apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The external configuration of the internal combustion engine and the internal combustion engine control apparatus of the third embodiment may be the same as that of the above-described embodiment (FIGS. 1 to 2), and thus a detailed description thereof is omitted. In addition, when switching from the scavenging mode to the low pressure EGR mode, the overlap operation for simultaneously opening the
トラップ空気量Ftrの推定方法を、図9を参照して説明する。スカベンジングモードから低圧EGRモードに切り替えられる際、低圧EGRモードへの切り替え後も、吸気バルブ102と排気バルブ103とを同時に開弁させるオーバーラップ動作を所定時間実行する場合、そのオーバーラップ動作によりシリンダに注入される空気量を推定することが重要である。この場合、例えば吸気通路130に設置される質量流量計131により計測された吸気流量を測定するだけでは十分ではない場合がある。例えば、シリンダを実質的に通過せずに排気管111側に吹き抜けてしまう空気の吹き抜け量Fth(逆に吸気管110側に吹き戻される空気の量(吹き返し量Fbr)も含む)が無視できない場合、これらを考慮して、シリンダ内に注入される空気の量(トラップ空気量Ftr)を正確に推定する必要がある。
A method of estimating the trap air amount Ftr will be described with reference to FIG. When switching from the scavenging mode to the low pressure EGR mode, when the overlap operation for simultaneously opening the
次に、図10を参照して、燃料噴射制御及び点火制御のためのECU200の構成を説明する。この第3の実施の形態の制御装置は、例えばECU200の機能ブロックの一部として、割算器301、吸気効率演算部302、VTC位相影響度演算部303、掛算器304、減算器305、割算器306、演算部307〜309、及び掛算器310を備えている。
Next, the configuration of the
割算器301は、吸気圧Pmaniと大気圧Patmとの比を演算する。なお、吸気圧Pmani及び大気圧atmに関するデータは、吸気管110及び内燃機関の外側に設けられた圧力センサ(図示せず)に基づいて取得することができる。
The
吸気効率演算部302は、エンジン回転数、及び割算器301の出力信号に基づいて、内燃機関100の吸気効率を演算する。また、VTC位相影響度演算部303は、エンジン回転数、割算器301の出力信号、及び吸気バルブ102と排気バルブ103の動作の位相(動弁位相)に基づき、VTC駆動回路210の駆動信号の吸気効率に対する影響度を演算する。
The intake
掛算器304は、吸気効率演算部302の出力信号と、VTC位相影響度演算部303の出力信号とを乗算する。その出力信号(乗算信号)TPは、燃料噴射制御情報として、噴射弁駆動回路211に出力される。
また、減算器305は、掛算器304の出力信号から、後述する掛算器310の出力信号を減算する。その出力信号LDATAは、燃焼制御及び点火制御情報として、点火信号出力回路212に出力される。
The
割算器306、演算部307〜309、及び掛算器310は、上述の吹き抜け量Fthの演算を担当する部分である。割算器306は、排気圧Pexh及び吸気圧Pmaniの比を演算する。また、演算部307は、得られた排気圧Pexh及び吸気圧Pmaniの比に基づき、圧力依存項P×Ψ(Pmani、Pexh)を演算する。また、演算部308は、オーバーラップ幅Wol、オーバーラップ部分の中心の位相(中心位相)に基づき、VVT依存項AO/Lを演算する。
The
また、演算部309は、吸気温度Tmaniに従って、√(1/RTmani)を演算する。
In addition, the
掛算器310は、演算器307〜309の出力信号を乗算して、次の式の左辺に等しい吹き抜け量Fthを演算する。
The
減算器305は、掛算器304の出力信号から、掛算器310で演算された吹き抜け量Fthを減算して得られた出力信号LDATAを出力する。このデータLDATAは、吹き抜け量Fthに対応するファクターを減算して、トラップ空気量Ftrに対応するファクターのみを含んでいる。
The
図11は、圧力依存項P×Ψを横軸とし、吹き抜け量Fthを縦軸としたグラフであり、曲線C1は、オーバーラップ幅Wolが大である場合を示しており、曲線C2はオーバーラップ幅Wolが小である場合を示している。図11から明らかなように、オーバーラップ幅Wolが大きい場合には、圧力依存項P×Ψも大きくなるため、曲線の傾きも大きくなる。従って、オーバーラップ幅Wolを変化させる場合には、吹き抜け量Fthも大きく変化する。 FIG. 11 is a graph with the pressure dependence term P × Ψ as the horizontal axis and the blow-through amount Fth as the vertical axis. The curve C1 shows the case where the overlap width Wol is large, and the curve C2 shows the overlap. The case where the width Wol is small is shown. As is apparent from FIG. 11, when the overlap width Wol is large, the pressure dependence term P × Ψ also increases, and the slope of the curve also increases. Therefore, when the overlap width Wol is changed, the blow-through amount Fth also changes greatly.
このため、図10に示すように、オーバーラップ幅Wolに従って、吹き抜け量Fthを推定し、これを燃焼制御や点火制御において利用することで、一層ノックの発生確率を低減させることできる。 For this reason, as shown in FIG. 10, the probability of knocking can be further reduced by estimating the blow-through amount Fth according to the overlap width Wol and using this in combustion control and ignition control.
図12及び図13を参照して、第3の実施の形態の効果を説明する。
図12は、スカベンジングモードから低圧EGRに移行する場合に、所定期間オーバーラップ期間を延長した場合において、吹き抜け量Fthを考慮しないで推定されたトラップ空気量Ftrのグラフ、トラップ空気量Ftrの実測値のグラフ、及び両者間の誤差を示すグラフである。推定値と実測値との間には約20%程度の誤差がある。
The effect of the third embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 12 is a graph of the trap air amount Ftr estimated without considering the blow-through amount Fth and the actual measurement of the trap air amount Ftr when the overlap period is extended when shifting from the scavenging mode to the low pressure EGR. It is a graph which shows the graph of a value, and the error between both. There is an error of about 20% between the estimated value and the actually measured value.
図13は、同様の場合に、吹き抜け量Fthを考慮して推定されたトラップ空気量Ftrのグラフ、トラップ空気量Ftrの実測値のグラフ、及び両者間の誤差を示すグラフである。推定値と実測値との間には誤差は殆どない。 FIG. 13 is a graph showing a trap air amount Ftr estimated in consideration of the blow-through amount Fth, a measured value graph of the trap air amount Ftr, and an error between the two in the same case. There is almost no error between the estimated value and the actually measured value.
この第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得られることに加え、トラップ空気量Ftrを正確に把握して、燃焼制御や点火制御に反映させることができるので、第1の実施の形態に比べ燃費の向上を図ることができる。 According to the third embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained, and the trap air amount Ftr can be accurately grasped and reflected in the combustion control and the ignition control. Therefore, fuel efficiency can be improved as compared with the first embodiment.
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
100…内燃機関、101…ピストン、102…吸気バルブ、103…排気バルブ、105…点火プラグ、106…点火コイル、107…燃料噴射弁、110…吸気管、111…排気管、112…インタークーラ、113…スロットルバルブ、114…サージタンク、121…排気通路、121…排気通路、123、129…三元触媒、124…空燃比センサ、125a…コンプレッサ、125b…タービン、126…EGR配管、127…EGRクーラ、128…EGRバルブ、130…吸気通路、131…質量流量計、132…圧力調整バルブ、133…圧力センサ、134…酸素濃度センサ、201…入力回路、205…入出力ポート、206…EGR遅れ推定部、207…オーバーラップ指令信号生成部、208…圧力調整バルブ駆動回路、209…スロットルバルブ駆動回路、210…可変バルブ機構(VTC)駆動回路、211…燃料噴射弁駆動回路、212…点火信号出力回路、213…バルブ駆動回路、300…アクセル開度センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記吸気バルブ、前記排気バルブ及び前記EGRバルブを駆動する弁駆動装置と、
前記吸気バルブと前記排気バルブとを同時に開弁させる第1動作モードから、前記排気を前記吸気バルブを介して再循環させる第2動作モードに移行する場合において、前記第2動作モードへの移行のために前記EGRバルブを開弁した後、前記吸気バルブと前記排気バルブとを同時に開弁させるオーバーラップ動作を実行する期間を、EGRガスの遅れに応じて変更するよう前記弁駆動装置を制御するオーバーラップ制御部と
を備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。 An internal combustion engine controller that controls an internal combustion engine that includes an intake valve, an exhaust valve, and an EGR valve for recirculating exhaust gas through the intake valve,
A valve driving device for driving the intake valve, the exhaust valve, and the EGR valve;
When shifting from the first operation mode in which the intake valve and the exhaust valve are simultaneously opened to the second operation mode in which the exhaust gas is recirculated through the intake valve, the transition to the second operation mode is performed. Therefore, after the EGR valve is opened, the valve driving device is controlled so as to change the period for performing the overlap operation for simultaneously opening the intake valve and the exhaust valve in accordance with the delay of the EGR gas. An internal combustion engine control device comprising an overlap control unit.
前記オーバーラップ制御部は、前記EGR遅れ推定部での推定結果に従って前記オーバーラップ動作を実行する期間を変更する、請求項1に記載の内燃機関制御装置。 An EGR delay estimator for estimating the delay of the EGR gas;
The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the overlap control unit changes a period during which the overlap operation is executed according to an estimation result of the EGR delay estimation unit.
前記オーバーラップ動作により前記内燃機関にトラップされるトラップ空気量を計測するトラップ空気量演算部を更に備え、
前記トラップ空気量演算部は、前記内燃機関にトラップされず吹き抜ける吹き抜け量を、前記オーバーラップ動作に関する情報に従って推定する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。 A flow rate sensor for measuring a flow rate of intake air taken into the internal combustion engine;
A trap air amount calculation unit that measures the amount of trap air trapped in the internal combustion engine by the overlap operation;
5. The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the trap air amount calculation unit estimates a blow-through amount that is blown through without being trapped by the internal combustion engine according to information related to the overlap operation.
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