JP2019210872A - Internal combustion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関システムに関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine system.
特許文献1には、車両が減速走行時に、内燃機関への燃料供給を停止する燃料供給停止制御と、モータによる回生制動とを選択可能なハイブリッド車両が開示されている。 Patent Document 1 discloses a hybrid vehicle that can select between fuel supply stop control for stopping fuel supply to an internal combustion engine and regenerative braking by a motor when the vehicle decelerates.
内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット運転が実行されている間、シリンダ内の温度が低下する。シリンダ内の温度が低下した状態で、燃料噴射が再開された場合、燃料を十分に噴霧化させることができず、液滴となってシリンダ壁面等に付着することが考えられる。 While the fuel cut operation for stopping the fuel supply to the internal combustion engine is being performed, the temperature in the cylinder decreases. When fuel injection is resumed in a state where the temperature in the cylinder is lowered, it is conceivable that the fuel cannot be sufficiently atomized and becomes droplets and adheres to the cylinder wall surface or the like.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料カット運転中の内燃機関のシリンダの温度低下を抑制することができる内燃機関システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine system that can suppress a temperature drop of a cylinder of the internal combustion engine during a fuel cut operation.
本発明にかかる内燃機関システムは、外部EGR流路と、EGR弁と、EGRクーラと、制御装置と、を備える。外部EGR流路は、排気通路から排気の一部をEGRガスとして吸気通路に流入させるための流路であって、内燃機関の吸気通路におけるスロットルと吸気ポートとの間の部位と、内燃機関の排気通路における排気ポートと排気触媒との間の部位と、に連通されている。EGR弁は、外部EGR流路に配置されている。EGRクーラは、外部EGR流路内のEGRガスの流れにおけるEGR弁より下流側の、外部EGR流路に配置されている。EGRクーラは、通過するEGRガスと冷媒との熱交換を行う。 An internal combustion engine system according to the present invention includes an external EGR flow path, an EGR valve, an EGR cooler, and a control device. The external EGR flow path is a flow path for allowing a part of the exhaust gas from the exhaust passage to flow into the intake passage as EGR gas, and a portion between the throttle and the intake port in the intake passage of the internal combustion engine, The exhaust passage communicates with a portion between the exhaust port and the exhaust catalyst. The EGR valve is disposed in the external EGR flow path. The EGR cooler is disposed in the external EGR flow path on the downstream side of the EGR valve in the flow of EGR gas in the external EGR flow path. The EGR cooler performs heat exchange between the passing EGR gas and the refrigerant.
制御装置は、スロットルの開閉と、EGR弁の開閉とを制御する。更に、制御装置は、内燃機関の各シリンダ内の温度であるシリンダ温度と、冷媒の温度である冷媒温度とを取得するように構成されている。また、制御装置は、内燃機関の燃料カット運転中であって、かつ、シリンダ温度が所定の閾値より低い場合には、スロットルを全閉とし、かつ、EGRクーラに流入するEGRガスの温度(即ち、EGR弁下流側のEGRガスの温度)が冷媒温度より低くなるように、EGR弁の開度を制御するように構成されている。 The control device controls opening / closing of the throttle and opening / closing of the EGR valve. Further, the control device is configured to acquire a cylinder temperature that is a temperature in each cylinder of the internal combustion engine and a refrigerant temperature that is a refrigerant temperature. In addition, when the fuel cut operation of the internal combustion engine is being performed and the cylinder temperature is lower than a predetermined threshold value, the control device fully closes the throttle and the temperature of the EGR gas flowing into the EGR cooler (that is, , The opening degree of the EGR valve is controlled such that the temperature of the EGR gas downstream of the EGR valve becomes lower than the refrigerant temperature.
本発明によれば、内燃機関の燃料カット運転中、スロットルが全閉とされると共に、EGR弁の下流側の外部EGR流路内の温度が冷媒よりも低くなるようにEGR弁の開度が制御される。その結果、EGRガスは、EGRクーラ通過時に、冷媒からの受熱によって温度上昇する。その後、EGRガスは、再度シリンダに流入する。これにより、燃料カット運転中のシリンダ内の温度低下を抑制することができる。 According to the present invention, during the fuel cut operation of the internal combustion engine, the throttle is fully closed, and the opening degree of the EGR valve is set so that the temperature in the external EGR channel downstream of the EGR valve is lower than the refrigerant. Be controlled. As a result, the temperature of the EGR gas rises due to heat received from the refrigerant when passing through the EGR cooler. Thereafter, the EGR gas flows into the cylinder again. Thereby, the temperature fall in the cylinder during fuel cut operation can be suppressed.
図1は、本実施の形態にかかる内燃機関システム100を模式的に示す図である。内燃機関システム100は、内燃機関2と、可変バルブタイミング機構4と、吸気通路6と、スロットル8と、インタークーラ9と、排気通路10と、排気触媒12と、外部EGR流路14と、EGR弁16と、EGRクーラ18と、制御装置20と、を備えている。図示しないが、内燃機関2には、シリンダブロックのシリンダ内に組み込まれたピストン、シリンダ内へと燃料を供給するための燃料噴射弁、吸気ポートに設けられた吸気バルブ、及び、排気ポートに設けられた排気バルブ等を備えている。可変バルブタイミング機構4は、吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期等を調節する機能を有している。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal
吸気通路6は、内燃機関2の吸気ポートに接続された吸気マニホールドを含む。スロットル8は、吸気通路6に設置されている。インタークーラ9は、吸気通路6の、スロットル8より吸気の流れの下流側に配置されている。排気通路10は、内燃機関2の排気ポートに接続された排気マニホールドを含む。排気触媒12は、排気通路10に設置されている。
The
外部EGR流路14は、排気通路10から排気の一部をEGRガスとして取り出して、吸気通路6側に再循環させるための流路である。外部EGR流路14は、吸気通路6のスロットル8及びインタークーラ9より吸気の流れの下流側の部位6aと、排気通路10の、排気触媒12より排気の流れの上流側の部位10aと、を連通させる。
The
EGR弁16及びEGRクーラ18は、外部EGR流路14に配置されている。EGR弁16は、EGRクーラ18よりもEGRガスの流れの上流側(即ち、排気通路と外部EGR流路14とが連通する部位10aに近い側)に設置され、吸気通路6へ導入するEGRガス量の調節に用いられる。EGRクーラ18は、EGRガスと冷媒との熱交換によりEGRガスを冷却する熱交換器である。本実施の形態のEGRクーラ18では冷媒として冷却水が用いられるものとするが、EGRクーラ18の冷媒は、水でなくてもよい。
The
制御装置20は、ECU(Electronic Control Unit)である。内燃機関システム100が有する各種のセンサ及びアクチュエータは、制御装置20に電気的に接続されている。制御装置20は内燃機関システム100全体の制御を行うものであり、CPU、ROM、RAMを含むコンピュータを主体として構成されている。ROMには、後述するルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。
The
本実施の形態において、制御装置20は、内燃機関2の燃料カット運転中に、シリンダ内の温度が低下するのを抑制するための温度低下抑制制御を実行するように構成されている。
In the present embodiment, the
図2は、制御装置20が実行する制御のルーチンをフローチャートで表した図である。図2のルーチンでは、まず、エンジンブレーキ発生中であるか否かが検出される(ステップS101)。制御装置20は、減速要求があった場合に燃料噴射を停止する燃料カット運転を実施する。その結果、エンジンブレーキが発生する。エンジンブレーキが発生しているときには、ステップS101の判定結果がYESとなる。また、ハイブリッド車両に内燃機関2が搭載される場合には、運転中のドライバの減速要求があり、バッテリ満充電でモータの回生不可である場合に、ステップS101の判定結果をYESとする構成としてもよい。ステップS101の判定結果がNOであった場合には、今回のルーチンが終了する。
FIG. 2 is a flowchart showing a control routine executed by the
ステップS101の判定結果がYESであった場合には、ステップS102に進み、シリンダ温度が取得される。具体的には、制御装置20は、内燃機関2のシリンダに設置された温度センサの出力を取り込むことでシリンダ温度を取得する。
If the determination result of step S101 is YES, the process proceeds to step S102, and the cylinder temperature is acquired. Specifically, the
なお、シリンダ温度の取得手段は、温度センサによって取得するものに限られない。例えば、シリンダに温度センサが設置されていない場合には、内燃機関2の停止時間とエンジン冷却水温とを軸とした推定マップから、シリンダの温度変化を推定し、推定した温度変化を積分することで現在のシリンダ推定温度が演算される構成としてもよい。 The cylinder temperature acquisition means is not limited to that acquired by the temperature sensor. For example, when a temperature sensor is not installed in the cylinder, the temperature change of the cylinder is estimated from an estimation map with the stop time of the internal combustion engine 2 and the engine coolant temperature as axes, and the estimated temperature change is integrated. In this case, the current estimated cylinder temperature may be calculated.
次に、処理はステップS103に進み、ステップS102で取得されたシリンダ温度が予め定めた制御開始閾値よりも高いか否かが判定される。制御開始閾値は、以下のシリンダの温度低下抑制制御を開始すべきか否かを判定する基準値として予め定められた値である。ステップS103の判定結果がNOであった場合には、処理はステップS101に戻される。 Next, the process proceeds to step S103, and it is determined whether or not the cylinder temperature acquired in step S102 is higher than a predetermined control start threshold value. The control start threshold is a value determined in advance as a reference value for determining whether or not to start the following temperature drop suppression control of the cylinder. If the determination result of step S103 is NO, the process returns to step S101.
ステップS103の判定結果がYESであった場合には、次に、処理はステップS104に進み、EGR弁上流温度が取得される。ここで、EGR弁上流温度は、EGR弁16の入口側のEGRガスの温度であり、制御装置20は、例えば、EGR弁16よりEGRガスの流れの上流側に設置された温度センサの出力を取り込むことで、EGR弁上流温度を取得する。
If the determination result of step S103 is YES, the process then proceeds to step S104, and the EGR valve upstream temperature is acquired. Here, the EGR valve upstream temperature is the temperature of the EGR gas on the inlet side of the
なお、EGR弁上流温度の取得手段は、温度センサによって取得するものに限られない。例えば、EGR弁上流温度は、以下のように演算される推定値であってもよい。即ち、吸気マニホールドの温度と、シリンダ温度とを軸とするマップに従って、排気マニホールドの温度の推定値が算出される。ここで吸気マニホールド内の温度としては、例えば、センサ値を用いてもよく、吸気マニホールド内の温度に替えて吸入ガス温度を用いてもよい。また、シリンダ温度としては、ステップS102において取得されたシリンダ温度が用いられる。そして、内燃機関2のエンジン回転速度を軸とするマップに従って、排気マニホールドからEGR弁16までの間の温度低下量の推定値が算出される。排気マニホールド内の温度の推定値と温度低下量の推定値とから、EGR弁上流温度の推定値が算出される。
In addition, the acquisition means of EGR valve upstream temperature is not restricted to what is acquired with a temperature sensor. For example, the EGR valve upstream temperature may be an estimated value calculated as follows. That is, the estimated value of the exhaust manifold temperature is calculated in accordance with a map having the intake manifold temperature and the cylinder temperature as axes. Here, as the temperature in the intake manifold, for example, a sensor value may be used, or the intake gas temperature may be used instead of the temperature in the intake manifold. Further, as the cylinder temperature, the cylinder temperature acquired in step S102 is used. Then, an estimated value of the temperature decrease amount from the exhaust manifold to the
次に、処理はステップS105に進み、EGR弁下流温度がEGRクーラ18の冷媒温度よりも低くなるように、要求EGR弁開度が計算される。ここで冷媒温度としては、冷却水の温度を計測する温度センサの出力値、又は、外気温センサの出力値が用いられる。但し、温度センサの出力値に替えて、車速と冷却水ポンプの稼動状況に応じて、冷媒温度を推定する構成としてもよい。
Next, the process proceeds to step S105, and the required EGR valve opening degree is calculated so that the EGR valve downstream temperature is lower than the refrigerant temperature of the
ところで、EGR弁下流温度は、EGR弁16の出口側の温度、即ち、EGR弁16とEGRクーラ18との間のEGRガスの温度である。EGR弁16におけるEGRガスの膨張が断熱膨張であると考えると、EGR弁上流温度がわかれば、EGR弁16のガス流量と膨張率とを用いて、EGR弁下流温度を推定することができる。つまりEGR弁16の絞りによるEGRガスの膨張で、EGRガス温度が低下する現象を表現するマップを用いることで、EGR弁下流温度が推定される。ここで、EGRガスの膨張率は、ガス流量とEGR弁開度で決まる。また、EGR弁16のガス流量はエンジン回転速度で決まる。従って、EGR弁下流温度の推定値は、EGR弁上流温度と、EGR弁開度と、エンジン回転速度と、を軸とするマップにより算出することができる。
By the way, the EGR valve downstream temperature is the temperature on the outlet side of the
ステップS105の処理では、上述したEGR弁下流温度と、EGR弁開度と、EGR弁ガス流量と、エンジン回転速度との関係を定めたマップを用いて、EGR弁下流温度がEGRクーラ18の冷媒温度より低くなるように、EGR弁16の開度が逆算される。なお、「冷媒温度より低くなる」とは、冷媒温度より、僅かでも低ければ良いが冷媒温度よりも一定割合あるいは一定温度だけ低くなるように設定した構成であってもよい。
In the process of step S105, the EGR valve downstream temperature is the refrigerant of the
次に、ステップS106において、スロットル8が全閉に調整されると共に、ステップS105で算出された要求EGR弁開度がEGR弁16のアクチュエータに出力される。これにより要求EGR弁開度は、EGRクーラ18におけるEGRガスの温度が冷媒温度より低くなる開度に設定される。
Next, in step S106, the throttle 8 is adjusted to be fully closed, and the required EGR valve opening calculated in step S105 is output to the actuator of the
図3は、上記のシリンダの温度低下抑制制御を実行した場合の、吸気通路6、排気通路10、及び外部EGR流路14内のガス温度及び圧力の変化について説明するための図である。図3において、破線aは圧力を示し、実線bは温度を示す。
FIG. 3 is a diagram for explaining changes in gas temperature and pressure in the
図3に示されるように、内燃機関2の燃料カット運転中、内燃機関2から排出された排気マニホールド(図3では「エキマニ」と表示)の排気がEGR弁16に到達すると、EGR弁16の絞りによる断熱膨張により、EGRガスの温度及び圧力は、急激に低くなる。EGR弁16の下流側では、EGRガスの温度は冷媒温度以下にまで低下し、圧力も低下する。
As shown in FIG. 3, during the fuel cut operation of the internal combustion engine 2, when the exhaust of the exhaust manifold (indicated as “exhaust manifold” in FIG. 3) exhausted from the internal combustion engine 2 reaches the
本実施の形態ではシリンダの温度低下抑制制御により、EGRガスはEGRクーラ18の冷媒温度より低温にされているため、EGRガスはEGRクーラ18に流入すると、冷媒の熱を奪う。その結果、EGRガスの温度は、EGRクーラ18の下流側では、冷媒温度まで上昇し、圧力も上昇している。その後、吸気マニホールド(図3では「インマニ」と表示)を経て、シリンダ内にガスが導入されると、シリンダ内で圧縮されて、圧力及び温度が上昇する。シリンダ内のガス温度は、EGRクーラ18で熱吸収した分だけ、1サイクル前の温度よりも高くなっている。この分、シリンダ内が暖機されることになる。
In the present embodiment, the EGR gas is set to a temperature lower than the refrigerant temperature of the
このように、燃料カット運転が実行され、エンジンブレーキが発生している間、スロットル8が閉弁され、EGR弁16が閉弁側に絞られることで、シリンダ内の温度低下を防止することができる。従って、内燃機関2の再始動時に、燃料が気化せずシリンダ内に燃料が付着するのを抑制することができる。
In this way, while the fuel cut operation is executed and the engine brake is generated, the throttle 8 is closed and the
なお、本実施の形態で説明したシリンダの温度低下抑制制御では、EGR弁16前後(即ち、EGR弁16の上流側と下流側)の圧力差が大きいほどシリンダの暖機効果は大きい。従って、シリンダの暖機の観点からはEGR弁16は可能な限り閉じ側にすることが望ましい。しかし、EGR弁16の閉弁により吸気通路6側の負圧が変化するため、エンジンブレーキの強さが小さくなることが考えられる。また、ハイブリッド車両では、モータによる回生ブレーキ時の減速力に段差が発生することも考えられる。
In the cylinder temperature drop suppression control described in the present embodiment, the larger the pressure difference between before and after the EGR valve 16 (that is, the upstream side and the downstream side of the EGR valve 16), the greater the cylinder warm-up effect. Therefore, it is desirable that the
これに対し、図2のステップS106におけるEGR弁開度の調整と共に、以下の処理を実行する構成としてもよい。減速力が過大となる場合、モータで駆動側にトルクを発生させて、減速力を調整する。また、減速力が小さい場合、油圧ブレーキによる減速力を追加して調整する。また減速力に段差が発生する場合には、EGR弁16を徐変させる。
On the other hand, it is good also as a structure which performs the following processes with adjustment of the EGR valve opening degree in step S106 of FIG. If the deceleration force becomes excessive, torque is generated on the drive side by the motor to adjust the deceleration force. Further, when the deceleration force is small, the deceleration force by the hydraulic brake is added and adjusted. When a step is generated in the deceleration force, the
また、更に、吸排気バルブの可変バルブタイミング機構4を有する場合、以下の処理を追加した構成としてもよい。EGR弁16の閉弁処理と同時に、吸排気バルブのオーバーラップをなくす。その結果、オーバーラップ中に排気側から吸気側にガスが流れこむのを防止することができる。これにより吸気側が負圧、排気側が大気圧以上に維持される。
Further, when the variable
この場合、更に、吸気バルブの閉弁タイミングを、下死点の前になるように調整した構成としてもよい。これにより、筒内からの吹き戻しを減らすことができ、吸気系に高い負圧を維持することができる。更に、この場合、排気バルブを開くタイミングを遅くした構成としてもよい。これにより、圧縮したガスをより長くシリンダ内に留めることができ、シリンダ内を暖機することができる。 In this case, the closing timing of the intake valve may be further adjusted to be before the bottom dead center. Thereby, the blowback from the cylinder can be reduced, and a high negative pressure can be maintained in the intake system. Further, in this case, the opening timing of the exhaust valve may be delayed. Thereby, the compressed gas can be retained in the cylinder for a longer time, and the inside of the cylinder can be warmed up.
なお、本実施の形態では、外部EGR流路14が、吸気通路6のインタークーラ9よりも吸気の流れの下流側の部位6aに連通している構成について説明した。しかしながら、外部EGR流路14は、スロットル8とインタークーラ9との間の部位に連通する構成であってもよい。
In the present embodiment, the configuration in which the external
2 内燃機関
4 可変バルブタイミング機構
6 吸気通路
6a 部位
8 スロットル
10 排気通路
10a 部位
12 排気触媒
14 外部EGR流路
16 EGR弁
18 EGRクーラ
20 制御装置
100 内燃機関システム
2
Claims (1)
前記外部EGR流路に配置されたEGR弁と、
前記外部EGR流路内のEGRガスの流れにおける前記EGR弁より下流側の、前記外部EGR流路に配置され、通過するEGRガスと冷媒との熱交換を行うEGRクーラと、
前記スロットルの開閉と、前記EGR弁の開閉とを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記内燃機関の各シリンダ内の温度であるシリンダ温度と、前記冷媒の温度である冷媒温度と、を取得して、
前記内燃機関の燃料カット運転中であって、かつ、前記シリンダ温度が所定の閾値より低い場合には、前記スロットルを全閉とし、かつ、前記EGRクーラに流入するEGRガスの温度が前記冷媒温度より低くなるように、前記EGR弁の開度を制御する、
ように構成されていることを特徴とする内燃機関システム。 A portion between the throttle and the intake port in the intake passage of the internal combustion engine and a portion between the exhaust port and the exhaust catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine communicate with each other, and a part of the exhaust from the exhaust passage is EGR An external EGR channel for flowing into the intake passage as a gas;
An EGR valve disposed in the external EGR flow path;
An EGR cooler that is arranged in the external EGR flow path downstream of the EGR valve in the flow of EGR gas in the external EGR flow path and performs heat exchange between the EGR gas passing through and the refrigerant;
A control device for controlling opening and closing of the throttle and opening and closing of the EGR valve;
With
The control device includes:
Obtaining a cylinder temperature that is a temperature in each cylinder of the internal combustion engine and a refrigerant temperature that is a temperature of the refrigerant;
When the fuel cut operation of the internal combustion engine is in progress and the cylinder temperature is lower than a predetermined threshold value, the throttle is fully closed and the temperature of the EGR gas flowing into the EGR cooler is the refrigerant temperature. Controlling the opening of the EGR valve to be lower,
An internal combustion engine system configured as described above.
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