JP2022015812A - Engine device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン装置に関する。 The present invention relates to an engine device.
従来、この種のエンジン装置としては、内燃機関と過給機とを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このエンジン装置では、運転領域が、吸気バルブから排気バルブへの吸気新気の吹き抜けが発生するスカベンジ領域内にあるときには、内燃機関の気筒内を掃気するスカベンジ制御を実行する。 Conventionally, as an engine device of this type, a device including an internal combustion engine and a supercharger has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this engine device, when the operating region is in the scavenging region where the intake fresh air is blown from the intake valve to the exhaust valve, scavenging control for scavenging the inside of the cylinder of the internal combustion engine is executed.
こうしたエンジン装置では、吸気通路にポート噴射弁から燃料を噴射するときにおいて、エンジンをスカベンジ領域内で運転するときには、噴射された燃料と空気との混合気が吸気通路から排気通路に吹き抜けることにより、炭化水素の排出量増加や触媒の温度上昇が起こる可能性がある。 In such an engine device, when fuel is injected into the intake passage from a port injection valve, when the engine is operated in a hydrocarbon region, a mixture of the injected fuel and air blows from the intake passage to the exhaust passage. Increased hydrocarbon emissions and catalyst temperature may occur.
本発明のエンジン装置は、ポート噴射弁から噴射された燃料と空気との混合気が吸気通路から排気通路に吹き抜けるのを抑制することを主目的とする。 The main object of the engine device of the present invention is to prevent the air-fuel mixture injected from the port injection valve from blowing through the intake passage to the exhaust passage.
本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The engine device of the present invention has adopted the following means in order to achieve the above-mentioned main object.
本発明のエンジン装置は、
吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁を有するエンジンと、
前記エンジンの吸気管に配置されたコンプレッサを有する過給機と、
前記エンジンおよび前記過給機を制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンをスカベンジ領域内で運転するときには、前記エンジンの排気弁が閉弁した後に、前記ポート噴射弁から燃料を噴射するように前記エンジンを制御する、
ことを要旨とする。
The engine device of the present invention
An engine with a port injection valve that injects fuel into the intake passage,
A turbocharger having a compressor arranged in the intake pipe of the engine, and
A control device that controls the engine and the turbocharger,
It is an engine device equipped with
When the engine is operated in the scavenging region, the control device controls the engine so that fuel is injected from the port injection valve after the exhaust valve of the engine is closed.
The gist is that.
この本発明のエンジン装置では、エンジンをスカベンジ領域内で運転するときには、エンジンの排気弁が閉弁した後に、ポート噴射弁から燃料を噴射するようにエンジンを制御する。これにより、ポート噴射弁から噴射された燃料と空気との混合気が吸気通路から排気通路に吹き抜けるのを抑制することができる。この結果、炭化水素の排出量増加や触媒の温度上昇が起こるのを抑制することができる。 In the engine device of the present invention, when the engine is operated in the scavenging region, the engine is controlled so that fuel is injected from the port injection valve after the exhaust valve of the engine is closed. As a result, it is possible to prevent the air-fuel mixture injected from the port injection valve from blowing through the intake passage to the exhaust passage. As a result, it is possible to suppress an increase in hydrocarbon emissions and an increase in catalyst temperature.
本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記エンジンをスカベンジ領域内で運転するときにおいて、オーバーラップ期間があるときには、前記排気弁が閉弁した後に前記ポート噴射弁から燃料を噴射するように前記エンジンを制御するものとしてもよい。ここで、「オーバーラップ期間」は、エンジンの吸気弁および排気弁が開弁している期間である。 In the engine device of the present invention, the control device is to inject fuel from the port injection valve after the exhaust valve is closed when the engine is operated in the scavenging region and there is an overlap period. It may control the engine. Here, the "overlap period" is a period during which the intake valve and the exhaust valve of the engine are open.
本発明のエンジン装置において、前記エンジンは、燃焼室内に燃料を噴射する筒内噴射弁を有し、前記制御装置は、前記エンジンをスカベンジ領域内で運転するときにおいて、前記ポート噴射弁から燃料を噴射する噴射モードでは、前記排気弁が閉弁した後に前記ポート噴射弁から燃料を噴射するように前記エンジンを制御するものとしてもよい。 In the engine device of the present invention, the engine has an in-cylinder injection valve for injecting fuel into the combustion chamber, and the control device injects fuel from the port injection valve when the engine is operated in the scavenging region. In the injection mode of injection, the engine may be controlled so that fuel is injected from the port injection valve after the exhaust valve is closed.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to examples.
図1は、本発明の一実施例としてのエンジン装置10の構成の概略を示す構成図であり、図2は、電子制御ユニット70の入出力信号の一例を示す説明図である。実施例のエンジン装置10は、一般的な自動車や各種のハイブリッド自動車に搭載され、図1や図2に示すように、エンジン12と、過給機40と、制御装置としての電子制御ユニット70とを備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of an
エンジン12は、例えばガソリンや軽油などの燃料を用いて動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン12は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁28aと、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁28bとを有する。エンジン12は、ポート噴射弁28aと筒内噴射弁28bとを有することにより、ポート噴射モードと筒内噴射モードと共用噴射モードとのうちの何れかで運転が可能となっている。
The
ポート噴射モードでは、エアクリーナ22により清浄された空気を吸気管23に吸入してインタークーラ25、スロットルバルブ26、サージタンク27の順に通過させる。そして、吸気管23のサージタンク27よりも下流側に取り付けられたポート噴射弁28aから燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ29を介して燃焼室30に吸入し、点火プラグ31による電気火花により爆発燃焼させる。そして、爆発燃焼によるエネルギにより押し下げられるピストン32の往復運動をクランクシャフト14の回転運動に変換する。筒内噴射モードでは、ポート噴射モードと同様に空気を燃焼室30に吸入し、吸気行程の途中あるいは圧縮行程に至ってから、燃焼室30に取り付けられた筒内噴射弁28bから燃料を噴射し、点火プラグ31による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト14の回転運動を得る。共用噴射モードでは、空気を燃焼室30に吸入する際にポート噴射弁28aから燃料を噴射すると共に吸気行程や圧縮行程で筒内噴射弁28bから燃料を噴射し、点火プラグ31による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト14の回転運動を得る。これらの噴射モードは、エンジン12の運転状態に応じて切り替えられる。
In the port injection mode, the air cleaned by the
燃焼室30から排気バルブ34を介して排気管35に排出される排気は、排気管35に取り付けられた浄化装置37,38を介して外気に排出される。浄化装置37,38は、一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)の有害成分を浄化する触媒(三元触媒)37a,38aを有する。このエンジン12は、吸気バルブ29および排気バルブ34の開閉タイミングをそれぞれ連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構(以下、「VVT機構」という)50を有する。
The exhaust gas discharged from the
過給機40は、ターボチャージャとして構成されており、タービン41と、コンプレッサ42と、ウェイストゲートバルブ44と、ブローオフバルブ45とを備える。タービン41は、排気管35の浄化装置37よりも上流側に配置されている。コンプレッサ42は、吸気管23のインタークーラ25よりも上流側に配置されていると共にタービン41に連結シャフト43を介して連結されている。したがって、コンプレッサ42は、タービン41により駆動される。ウェイストゲートバルブ44は、排気管35のタービン41よりも上流側と下流側とを連絡するバイパス管36に設けられており、電子制御ユニット70により制御される。ブローオフバルブ45は、吸気管23のコンプレッサ42よりも上流側と下流側とを連絡するバイパス管24に設けられており、電子制御ユニット70により制御される。
The
この過給機40では、ウェイストゲートバルブ44の開度の調節により、バイパス管36を流通する排気量とタービン41を流通する排気量との分配比が調節され、タービン41の回転駆動力が調節され、コンプレッサ42による圧縮空気量が調節され、エンジン12の過給圧(吸気圧)が調節される。ここで、分配比は、詳細には、ウェイストゲートバルブ44の開度が小さいほど、バイパス管36を流通する排気量が少なくなると共にタービン41を流通する排気量が多くなるように調節される。なお、ウェイストゲートバルブ44が全開のときには、エンジン12は、過給機40を備えない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作する。
In the
また、過給機40では、吸気管23のコンプレッサ42よりも下流側の圧力が上流側の圧力よりもある程度大きいときに、ブローオフバルブ45を開弁させることにより、コンプレッサ42よりも下流側の余剰圧力を解放することができる。なお、ブローオフバルブ45は、電子制御ユニット70により制御されるバルブに代えて、吸気管23のコンプレッサ42よりも下流側の圧力が上流側の圧力よりもある程度高くなると開弁する逆止弁として構成されるものとしてもよい。
Further, in the
電子制御ユニット70は、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUに加えて、処理プログラムを記憶するROMや、データを一時的に記憶するRAM、不揮発性のフラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを備える。図2に示すように、電子制御ユニット70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。
The
電子制御ユニット70に入力される信号としては、例えば、エンジン12のクランクシャフト14の回転位置を検出するクランクポジションセンサ14aからのクランク角θcrや、エンジン12の冷却水の温度を検出する図示しない水温センサからの冷却水温Tw、スロットルバルブ26の開度を検出するスロットルポジションセンサ26aからのスロットル開度THを挙げることができる。吸気バルブ29を開閉するインテークカムシャフトや排気バルブ34を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出する図示しないカムポジションセンサからのカムポジションθcaも挙げることができる。吸気管23のコンプレッサ42よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ23aからの吸入空気量Qaや、吸気管23のコンプレッサ42よりも上流側に取り付けられた吸気圧センサ23bからの吸気圧Pin、吸気管23のコンプレッサ42とインタークーラ25との間に取り付けられた過給圧センサ23cからの過給圧Pcも挙げることができる。サージタンク27に取り付けられたサージ圧センサ27aからのサージ圧Psや、サージタンク27に取り付けられた温度センサ27bからのサージ温度Tsも挙げることができる。排気管35の浄化装置37の上流側に取り付けられた空燃比センサ39aからの空燃比AFや、排気管35の浄化装置37,38の間に取り付けられた酸素センサ39bからの酸素信号O2も挙げることができる。大気圧センサ71からの大気圧Poutや、外気温センサ72からの外気温Toutも挙げることができる。
The signals input to the
電子制御ユニット70からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット70から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ26への制御信号や、ポート噴射弁28aや筒内噴射弁28bへの制御信号、点火プラグ31への制御信号、VVT機構50への制御信号を挙げることができる。ウェイストゲートバルブ44への制御信号、ブローオフバルブ45への制御信号も挙げることができる。
Various control signals are output from the
電子制御ユニット70は、クランクポジションセンサ14aからのクランク角θcrに基づいてエンジン12の回転数Neを演算している。また、電子制御ユニット70は、エアフローメータ23aからの吸入空気量Qaとエンジン12の回転数Neとに基づいて負荷率(エンジン12の1サイクルあたりの行程容積に対する1サイクルで実際に吸入される空気の容積の割合)KLを演算している。
The
こうして構成された実施例のエンジン装置10では、電子制御ユニット70は、エンジン12の要求負荷率KL*に基づいて、スロットルバルブ26の開度を制御する吸入空気量制御や、ポート噴射弁28aや筒内噴射弁28bからの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御、VVT機構50を制御するVVT制御、点火プラグ31の点火時期を制御する点火制御、ウェイストゲートバルブ44の開度を制御する過給制御などを実行する。なお、上述したように、ウェイストゲートバルブ44が全開のときには、エンジン12は、過給機40を備えない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作する。
In the
燃料噴射制御は、エンジン12の回転数Neおよび負荷率KLに基づいてポート噴射モード、筒内噴射モード、共用噴射モードから実行用噴射モードを設定し、吸入空気量Qaおよび実行用噴射モードに基づいて空燃比AFが目標空燃比AF*(例えば、理論空燃比)となるようにポート噴射弁28aおよび筒内噴射弁28bの目標噴射量Qfp*,Qfd*を設定し、目標噴射量Qfp*,Qfd*を用いてポート噴射弁28aおよび筒内噴射弁28bを制御することにより行なわれる。
The fuel injection control sets the execution injection mode from the port injection mode, the in-cylinder injection mode, and the shared injection mode based on the
VVT制御は、エンジン12の要求負荷率KL*に基づいて、吸気バルブ29の目標開閉タイミングVTin*と排気バルブ34の目標開閉タイミングVTex*とを設定し、吸気バルブ29の開閉タイミングVTinが目標開閉タイミングVTin*となるようにVVT機構50を制御することにより行なわれる。
In VVT control, the target opening / closing timing VTin * of the
次に、こうして構成された実施例のエンジン装置10の動作、特に、ポート噴射弁28aからの燃料噴射の開始時期を設定するときの動作について説明する。なお、筒内噴射弁28bは、基本的に排気バルブ34の閉弁後に燃料噴射を開始する。図3は、電子制御ユニット70により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、ポート噴射モードまたは共用噴射モードでエンジン12を運転しているときに繰り返し(例えば、クランク角θcrの所定角度(例えば720度)ごとに)実行される。
Next, the operation of the
図3の処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット70は、最初に、サージ圧Psや大気圧Poutなどのデータを入力する(ステップS100)。ここで、サージ圧Psは、サージ圧センサ27aにより検出された値が入力される。大気圧Poutは、大気圧センサ71により検出された値が入力される。
When the processing routine of FIG. 3 is executed, the
こうしてデータが入力されると、サージ圧Psを大気圧Poutと比較すると共に(ステップS110)、オーバーラップ期間があるか否かを判定する(ステップS120)。ここで、「オーバーラップ期間」は、エンジン12の吸気バルブ29および排気バルブ34が開弁している期間である。ステップS110の比較は、エンジン12の運転がスカベンジ領域内か否かを判断するために行なわれる。エンジン12がスカベンジ領域内で且つオーバーラップ期間のときには、吸気管23の圧力が排気管35の圧力以上になり、ポート噴射弁28aや筒内噴射弁28bから燃料を噴射すると、噴射された燃料と空気との混合気が吸気管23や燃焼室30から排気管35に吹き抜けるスカベンジングが発生し、炭化水素の排出量増加や触媒の温度上昇が起こる可能性がある。ここで、排気管35の圧力は、大気圧に等しいと考えることができる。このため、高地などの大気圧が低い環境では、通常の大気圧の環境に比して、エンジン12の運転がスカベンジ領域内に入りやすい。ステップS120の判定は、VVT機構50における吸気バルブ29および排気バルブ34の開閉タイミングを調べることにより行なうことができる。
When the data is input in this way, the surge pressure Ps is compared with the atmospheric pressure Pout (step S110), and it is determined whether or not there is an overlap period (step S120). Here, the "overlap period" is a period during which the
ステップS110でサージ圧Psが大気圧Pout未満のときには、エンジン12の運転がスカベンジ領域内でないと判断し、通常のタイミングで燃料噴射されるようにポート噴射弁28aの燃料噴射の開始時期を設定して(ステップS130)、本ルーチンを終了する。ステップS110でサージ圧Psが大気圧Pout以上で且つステップS120でオーバーラップ期間がないときには、スカベンジ領域内であるが吸気管23から排気管35に吹き抜けが起こらないと判断し、ポート噴射弁28aの燃料噴射の開始時期に通常開始時期を設定して(ステップS130)、本ルーチンを終了する。ここで、「通常開始時期」は、エンジン12が効率よく運転されるポート噴射弁28aの燃料噴射の開始時期として設定される。
When the surge pressure Ps is less than the atmospheric pressure Pout in step S110, it is determined that the operation of the
ステップS110でサージ圧Psが大気圧Pout以上で且つステップS120でオーバーラップ期間があるときには、ポート噴射弁28aの燃料噴射の開始時期に、排気バルブ34の閉弁時期またはそれよりも若干遅い時期を設定して(ステップS140)、本ルーチンを終了する。これにより、エンジン12がスカベンジ領域内で運転されていて且つオーバーラップ期間があるときに、ポート噴射弁28aから噴射された燃料と空気との混合気が吸気管23から排気管35に吹き抜けるのを抑制することができる。この結果、炭化水素の排出量増加や触媒の温度上昇が起こるのを抑制することができる。
When the surge pressure Ps is equal to or higher than the atmospheric pressure Pout in step S110 and there is an overlap period in step S120, the fuel injection start time of the
以上説明した実施例のエンジン装置10では、エンジン12をスカベンジ領域内で運転するときには、エンジン12の排気バルブ34が閉弁した後に、ポート噴射弁28aから燃料を噴射するようにエンジンを制御する。 これにより、ポート噴射弁28aから噴射された燃料と空気との混合気が吸気管23から排気管35に吹き抜けるのを抑制することができる。この結果、炭化水素の排出量増加や触媒の温度上昇が起こるのを抑制することができる。
In the
実施例のエンジン装置10では、サージ圧センサ27aからのサージ圧Psが大気圧Pout以上のときには、エンジン12の運転がスカベンジ領域内であると判断した。しかし、過給圧センサ23cからの過給圧Pcが大気圧Pout以上のときには、エンジン12の運転がスカベンジ領域内であると判断するものとしてもよい。
In the
実施例のエンジン装置10では、VVT機構50を備えるものとしたが、VVT機構を備えないものとしてもよい。この場合、オーバーラップ期間の有無は変化しないため、図3の処理ルーチンにおいてステップS120の処理を実行しない(ステップS110の処理だけで吹き抜けの有無を判断する)ものとしてもよい。
Although the
実施例のエンジン装置10では、エンジン12は、燃料噴射弁としてポート噴射弁28aと筒内噴射弁28bとを有するものとした。しかし、燃料噴射弁としてポート噴射弁28aのみを有するものとしてもよい。
In the
実施例のエンジン装置10では、過給機40は、排気管35に配置されたタービン41と吸気管23に配置されたコンプレッサ42とが連結シャフト43を介して連結されたターボチャージャとして構成されるものとした。しかし、エンジン12やモータにより駆動されるコンプレッサが吸気管23に配置されたスーパーチャージャとして構成されるものとしてもよい。
In the
実施例では、エンジン装置10は、一般的な自動車や各種のハイブリッド自動車に搭載されるものとした。しかし、自動車以外の車両に搭載されるものとしてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載されるものとしてもよい。
In the embodiment, the
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン12が「エンジン」に相当し、過給機40が「過給機」に相当し、電子制御ユニット70が「制御装置」に相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 As for the correspondence between the main elements of the examples and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem, the invention described in the column of means for solving the problems of the examples is carried out. Since it is an example for specifically explaining the mode for solving the problem, the elements of the invention described in the column of means for solving the problem are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be performed based on the description in the column, and the examples are the inventions described in the column of means for solving the problem. It is just a concrete example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these examples, and the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments are used without departing from the gist of the present invention. Of course it can be done.
本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of engine devices and the like.
10 エンジン装置、12 エンジン、14 クランクシャフト、14a クランクポジションセンサ、22 エアクリーナ、23 吸気管、23a エアフローメータ、23b 吸気圧センサ、23c 過給圧センサ、24 バイパス管、25 インタークーラ、26 スロットルバルブ、26a スロットルポジションセンサ、27 サージタンク、27a サージ圧センサ、27b 温度センサ、28a ポート噴射弁、28b 筒内噴射弁、29 吸気バルブ、30 燃焼室、31 点火プラグ、32 ピストン、34 排気バルブ、35 排気管、36 バイパス管、37,38 浄化装置、37a,38a 触媒、39a 空燃比センサ、39b 酸素センサ、40 過給機、41 タービン、42 コンプレッサ、43 連結シャフト、44 ウェイストゲートバルブ、45 ブローオフバルブ、70 電子制御ユニット、71 大気圧センサ、72 外気温センサ。 10 engine unit, 12 engine, 14 crank shaft, 14a crank position sensor, 22 air cleaner, 23 intake pipe, 23a air flow meter, 23b intake pressure sensor, 23c supercharging pressure sensor, 24 bypass pipe, 25 intercooler, 26 throttle valve, 26a Throttle position sensor, 27 surge tank, 27a surge pressure sensor, 27b temperature sensor, 28a port injection valve, 28b in-cylinder injection valve, 29 intake valve, 30 combustion chamber, 31 ignition plug, 32 piston, 34 exhaust valve, 35 exhaust Pipe, 36 bypass pipe, 37,38 purification device, 37a, 38a catalyst, 39a air fuel ratio sensor, 39b oxygen sensor, 40 turbocharger, 41 turbine, 42 compressor, 43 connecting shaft, 44 waste gate valve, 45 blow-off valve, 70 Electronic control unit, 71 atmospheric pressure sensor, 72 outside temperature sensor.
Claims (1)
前記エンジンの吸気管に配置されたコンプレッサを有する過給機と、
前記エンジンおよび前記過給機を制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンをスカベンジ領域内で運転するときには、前記エンジンの排気弁が閉弁した後に、前記ポート噴射弁から燃料を噴射するように前記エンジンを制御する、
エンジン装置。 An engine with a port injection valve that injects fuel into the intake passage,
A turbocharger having a compressor arranged in the intake pipe of the engine, and
A control device that controls the engine and the turbocharger,
It is an engine device equipped with
When the engine is operated in the scavenging region, the control device controls the engine so that fuel is injected from the port injection valve after the exhaust valve of the engine is closed.
Engine equipment.
Priority Applications (1)
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JP2020118920A JP2022015812A (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Engine device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020118920A JP2022015812A (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Engine device |
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