JP2023049193A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Masato Kaneko
元浩 杉本
Motohiro Sugimoto
正直 井戸側
Masanao Idogawa
孝宏 内田
Takahiro Uchida
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

To provide an internal combustion engine in which an exhaust valve and an intake valve are simultaneously opened at the time of transition from an exhaust stroke to an intake stroke, and deterioration of emission due to a blow-by phenomenon can be suppressed satisfactorily.SOLUTION: A control device for an internal combustion engine includes a port injection valve that injects a fuel into an intake port, and a supercharger, and is applied to an internal combustion engine in which an exhaust valve and an intake valve can be opened simultaneously at the time of transition from an exhaust stroke to an intake stroke. The control device sets a threshold based on the atmospheric pressure to be small when the temperature of the internal combustion engine is low as compared with that when the temperature is high, and starts a fuel injection from the port injection valve after the exhaust valve is closed, when the intake pressure of the internal combustion engine is the threshold or higher and the opening periods of the exhaust valve and the intake valve overlap.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、ポート噴射弁および過給機を含む内燃機関の制御装置に関する。 The present disclosure relates to a control system for an internal combustion engine including port injection valves and a supercharger.

従来、ポート噴射弁および過給機を含むエンジンの制御装置として、燃焼ガスの掃気効率や吸気の体積効率を改善させるために、排気行程から吸気行程への移行に際して、吸気バルブの開弁状態と排気バルブの開弁状態とを重複させるバルブオーバーラップ期間を設定するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この制御装置は、エンジンの温度が予め定められた閾値温度(例えば、60℃)未満であり、かつ吸気圧が予め定められた閾値吸気圧(例えば、130kPa)以上であるときに、燃料噴射の開始から終了までの全期間が吸気行程期間前半に収まるようにする。これにより、吸気ポートから流入した混合気が直接的に排気ポートへと通り抜ける吹き抜け現象の発生を抑制して、エミッションの悪化を抑えることができる。 Conventionally, as an engine control device including a port injection valve and a turbocharger, in order to improve the scavenging efficiency of combustion gas and the volumetric efficiency of intake air, when the exhaust stroke shifts to the intake stroke, the intake valve opening state and the It is known to set a valve overlap period that overlaps with the open state of the exhaust valve (see Patent Document 1, for example). This control device controls fuel injection when the temperature of the engine is less than a predetermined threshold temperature (eg, 60° C.) and the intake pressure is equal to or higher than a predetermined threshold intake pressure (eg, 130 kPa). The entire period from the start to the end is made to fall within the first half of the intake stroke period. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a blow-through phenomenon in which the air-fuel mixture that has flowed in from the intake port directly passes through to the exhaust port, thereby suppressing the deterioration of emissions.

特開2018-119470号公報JP 2018-119470 A

しかしながら、上記エンジンでは、エンジンの温度が閾値温度未満であっても、吸気圧が一定の閾値吸気圧未満であるときには、排気行程でポート噴射弁から燃料が噴射されることがあり、吹き抜け現象の発生を良好に抑制し得なくなってエミッションが悪化してしまうおそれがある。 However, in the above engine, even if the temperature of the engine is less than the threshold temperature, when the intake pressure is less than a certain threshold intake pressure, fuel may be injected from the port injection valve in the exhaust stroke, resulting in blow-by phenomenon. There is a risk that the generation will not be well suppressed and the emissions will deteriorate.

そこで、本開示は、排気行程から吸気行程への移行に際して排気バルブおよび吸気バルブを同時に開弁させることができる内燃機関において、吹き抜け現象によるエミッションの悪化を良好に抑制することを主目的とする。 Accordingly, the main object of the present disclosure is to satisfactorily suppress deterioration of emissions due to blow-by phenomenon in an internal combustion engine that can simultaneously open an exhaust valve and an intake valve when transitioning from an exhaust stroke to an intake stroke.

本開示の内燃機関の制御装置は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、過給機とを含み、排気行程から吸気行程への移行に際して排気バルブおよび吸気バルブを同時に開弁させることができる内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の温度が低いときに前記温度が高いときに比べて小さくなるように大気圧に基づいて閾値を設定し、前記内燃機関の吸気圧が前記閾値以上であり、かつ前記排気バルブおよび前記吸気バルブの開弁期間がオーバーラップしているときに、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を前記排気バルブの閉弁後に開始させるものである。 A control device for an internal combustion engine according to the present disclosure includes a port injection valve that injects fuel into an intake port and a supercharger, and can simultaneously open an exhaust valve and an intake valve when transitioning from an exhaust stroke to an intake stroke. A control device for an internal combustion engine, wherein a threshold value is set based on the atmospheric pressure so that when the temperature of the internal combustion engine is low, the threshold value is smaller than when the temperature is high, and the intake pressure of the internal combustion engine is set to the threshold value. As described above, when the opening periods of the exhaust valve and the intake valve overlap, the fuel injection from the port injection valve is started after the exhaust valve is closed.

本開示の内燃機関の制御装置は、内燃機関の温度が低いときに当該内燃機関の温度が高いときに比べて小さくなるように大気圧に基づいて閾値を設定する。そして、内燃機関の吸気圧が当該閾値以上であり、かつ排気バルブおよび吸気バルブの開弁期間がオーバーラップしているときに、ポート噴射弁からの燃料噴射を排気バルブの閉弁後に開始させる。このように、吸気圧と比較される閾値を大気圧に基づいて設定することで、過給機の作動中に排気バルブおよび吸気バルブが同時に開弁されるときや、大気圧の低い高地等においてエンジンの負荷が比較的低い段階から過給機が作動させられたときに、排気バルブの閉弁後にポート噴射弁から燃料を噴射させて、排気バルブおよび吸気バルブの開弁期間がオーバーラップしているときの混合気の吹き抜けを良好に抑制することが可能となる。更に、当該閾値を内燃機関の温度が低いときに当該温度が高いときに比べて小さくなるように設定することで、燃料噴射量が増量補正されることがある低温時の吹き抜け現象の発生を抑制しつつ、ポート噴射弁からの燃料噴射を許容して内燃機関の出力低下を抑制することができる。この結果、排気行程から吸気行程への移行に際して排気バルブおよび吸気バルブを同時に開弁させることができる内燃機関において、吹き抜け現象によるエミッションの悪化を極めて良好に抑制することが可能となる。 The control device for an internal combustion engine of the present disclosure sets the threshold based on the atmospheric pressure so that when the temperature of the internal combustion engine is low, it is smaller than when the temperature of the internal combustion engine is high. Then, when the intake pressure of the internal combustion engine is equal to or higher than the threshold value and the opening periods of the exhaust valve and the intake valve overlap, fuel injection from the port injection valve is started after the exhaust valve is closed. In this way, by setting the threshold to be compared with the intake pressure based on the atmospheric pressure, when the exhaust valve and the intake valve are opened at the same time while the turbocharger is operating, or at high altitudes where the atmospheric pressure is low, etc. When the turbocharger is operated from a stage where the engine load is relatively low, fuel is injected from the port injection valve after the exhaust valve is closed, and the opening periods of the exhaust valve and the intake valve overlap. It is possible to satisfactorily suppress blow-by of the air-fuel mixture. Furthermore, by setting the threshold value to be smaller when the temperature of the internal combustion engine is low than when the temperature is high, it is possible to suppress the occurrence of blow-by phenomenon at low temperatures that may cause the fuel injection amount to be corrected to increase. At the same time, it is possible to suppress a decrease in the output of the internal combustion engine by permitting fuel injection from the port injection valve. As a result, in an internal combustion engine in which the exhaust valve and the intake valve can be opened simultaneously when transitioning from the exhaust stroke to the intake stroke, deterioration of emissions due to blow-by phenomenon can be suppressed extremely well.

また、前記閾値は、前記大気圧にオフセット値を加算して設定されてもよく、前記オフセット値は、前記内燃機関の温度が所定温度以上であるときにゼロに設定されると共に、前記内燃機関の温度が前記所定温度未満であるときに前記内燃機関の温度が低いほど小さくなる負の値に設定されてもよい。これにより、低温時における吹き抜け現象の発生を極めて良好に抑制することが可能となる。 The threshold value may be set by adding an offset value to the atmospheric pressure, the offset value being set to zero when the temperature of the internal combustion engine is equal to or higher than a predetermined temperature, and may be set to a negative value that decreases as the temperature of the internal combustion engine decreases when the temperature of is less than the predetermined temperature. As a result, it is possible to suppress the occurrence of the blow-through phenomenon at low temperatures extremely well.

更に、前記内燃機関は、前記ポート噴射弁に加えて、燃焼室内に前記燃料を直接噴射する筒内噴射弁を含むものであってもよく、前記過給機を作動させる過給域では、前記ポート噴射弁および前記筒内噴射弁の双方から前記燃料を噴射させてもよい。これにより、筒内噴射弁に燃料を加圧して供給する燃料ポンプの負担を低減してコストアップを抑制することが可能となる。 Further, the internal combustion engine may include, in addition to the port injection valve, an in-cylinder injection valve that directly injects the fuel into the combustion chamber. The fuel may be injected from both the port injection valve and the in-cylinder injection valve. As a result, it is possible to reduce the burden on the fuel pump that pressurizes and supplies fuel to the in-cylinder injection valves, thereby suppressing cost increases.

本開示の内燃機関の制御装置により制御される内燃機関を例示する概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating an internal combustion engine controlled by an internal combustion engine control device of the present disclosure; FIG. 本開示の内燃機関の制御装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a control device for an internal combustion engine of the present disclosure; FIG. 本開示の内燃機関の制御装置による内燃機関の制御手順を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a control procedure of an internal combustion engine by the control device for an internal combustion engine of the present disclosure; 本開示の内燃機関の制御装置による内燃機関の制御手順を示すフローチャートである。3 is a flow chart showing a control procedure of an internal combustion engine by the control device for an internal combustion engine of the present disclosure; オフセット値設定マップを例示する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an offset value setting map; 図4のルーチンが実行されるときの排気バルブ、吸気バルブおよびポート噴射弁の作動状態を例示するタイムチャートである。FIG. 5 is a time chart illustrating operating states of exhaust valves, intake valves, and port injection valves when the routine of FIG. 4 is executed; FIG.

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。 Next, embodiments for carrying out the invention of the present disclosure will be described with reference to the drawings.

図1は、本開示の制御装置としてのエンジン電子制御装置(以下、「エンジンECU」という。)100により制御される内燃機関であるエンジン10を例示する概略構成図である。同図に示すエンジン10は、エンジンブロック11に形成された複数の燃焼室12における炭化水素系燃料と空気との混合気の燃焼に伴うピストン13の往復運動をクランクシャフト(出力軸)14の回転運動へと変換する例えば直列型のガソリンエンジンであり、車両に搭載される。図1に示すように、エンジン10は、エンジンブロック11、複数の燃焼室12、ピストン13およびクランクシャフト14に加えて、エアクリーナ15と、吸気管16と、電子制御式のスロットルバルブ17と、サージタンク18と、それぞれ対応する吸気ポートを開閉する複数の吸気バルブ19iと、それぞれ対応する排気ポートを開閉する排気バルブ19eと、吸気バルブ19iおよび排気バルブ19eの開弁時期やリフト量等を変化させる可変動弁機構(可変バルブタイミング機構)190と、それぞれ複数のポート噴射弁20pおよび筒内噴射弁20dと、複数の点火プラグ21と、排気通路を形成する排気管22とを含む。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an engine 10, which is an internal combustion engine, controlled by an engine electronic control unit (hereinafter referred to as "engine ECU") 100 as a control device of the present disclosure. The engine 10 shown in FIG. For example, an in-line gasoline engine that converts motion is installed in a vehicle. As shown in FIG. 1, an engine 10 includes an engine block 11, a plurality of combustion chambers 12, pistons 13 and a crankshaft 14, as well as an air cleaner 15, an intake pipe 16, an electronically controlled throttle valve 17, a surge A tank 18, a plurality of intake valves 19i for opening and closing corresponding intake ports, exhaust valves 19e for opening and closing corresponding exhaust ports, and valve opening timings, lift amounts, etc. of the intake valves 19i and 19e are varied. It includes a variable valve mechanism (variable valve timing mechanism) 190, a plurality of port injection valves 20p and in-cylinder injection valves 20d, a plurality of spark plugs 21, and an exhaust pipe 22 forming an exhaust passage.

また、エンジン10は、排ガス浄化装置として、それぞれ排気管22に組み込まれた上流側浄化装置23および下流側浄化装置24を含む。上流側浄化装置23は、エンジン10の各燃焼室12からの排ガス中のCO(一酸化炭素)やHC、NOxといった有害成分を浄化するNOx吸蔵型の排ガス浄化触媒(三元触媒)230を含むものである。また、下流側浄化装置24は、排ガス中の粒子状物質(微粒子)を捕集するパティキュレートフィルタ(GPF)240を含み、上流側浄化装置23の下流側に配置される。本実施形態において、パティキュレートフィルタ240は、NOx吸蔵型の排ガス浄化触媒(三元触媒)を担時した多孔質フィルタである。すなわち、下流側浄化装置24は、三元触媒の浄化機能と粒子状物質の捕集機能とを有する四元触媒として構成されている。 The engine 10 also includes an upstream purification device 23 and a downstream purification device 24 incorporated in the exhaust pipe 22, respectively, as exhaust gas purification devices. The upstream purification device 23 includes a NOx storage type exhaust gas purification catalyst (three-way catalyst) 230 that purifies harmful components such as CO (carbon monoxide), HC, and NOx in the exhaust gas from each combustion chamber 12 of the engine 10. It is a thing. The downstream purification device 24 also includes a particulate filter (GPF) 240 that collects particulate matter (fine particles) in the exhaust gas, and is arranged downstream of the upstream purification device 23 . In this embodiment, the particulate filter 240 is a porous filter supporting a NOx storage type exhaust gas purifying catalyst (three-way catalyst). That is, the downstream purification device 24 is configured as a four-way catalyst having a purification function of a three-way catalyst and a particulate matter collection function.

更に、エンジン10は、エンジンブロック11等を冷却するための冷媒循環通路25と、電動ポンプ26と、ラジエータ27とを含む。電動ポンプ26は、冷媒循環通路25で冷却水(LLC)を循環させる。ラジエータ27は、走行風や図示しない電動ファンからの空気との熱交換によりエンジンブロック11等から熱を奪った冷却水を冷却する。また、冷媒循環通路25には、水温センサ25tが設置されている。水温センサ25tは、エンジンブロック11から熱を奪った(流出した)冷却水の水温Twを検出する。 Furthermore, the engine 10 includes a coolant circulation passage 25 for cooling the engine block 11 and the like, an electric pump 26 and a radiator 27 . The electric pump 26 circulates cooling water (LLC) in the coolant circulation passage 25 . The radiator 27 cools the cooling water that has taken heat from the engine block 11 and the like through heat exchange with running wind and air from an electric fan (not shown). A water temperature sensor 25 t is installed in the refrigerant circulation passage 25 . The water temperature sensor 25 t detects the water temperature Tw of the cooling water that has taken heat from (outflowed from) the engine block 11 .

加えて、エンジン10は、排ガスのエネルギを利用して吸入空気を圧縮する過給機30と、当該過給機30により圧縮された空気を冷却する液冷式のインタークーラ39とを含む。過給機30は、図1に示すように、タービンホイール31と、コンプレッサホイール32と、タービンホイール31およびコンプレッサホイール32を一体に連結するタービンシャフト33と、ウェイストゲートバルブ34と、ブローオフバルブ35とを含むターボチャージャである。タービンホイール31は、上流側浄化装置23の上流側に位置するように排気管22に形成されたタービンハウジング220内に回転自在に配置される。また、コンプレッサホイール32は、エアクリーナ15とスロットルバルブ17との間に位置するように吸気管16に形成されたコンプレッサハウジング160内に回転自在に配置される。 In addition, the engine 10 includes a supercharger 30 that compresses intake air using the energy of exhaust gas, and a liquid-cooled intercooler 39 that cools the air compressed by the supercharger 30 . As shown in FIG. 1, the supercharger 30 includes a turbine wheel 31, a compressor wheel 32, a turbine shaft 33 that integrally connects the turbine wheel 31 and the compressor wheel 32, a waste gate valve 34, and a blow-off valve 35. is a turbocharger containing The turbine wheel 31 is rotatably arranged in a turbine housing 220 formed in the exhaust pipe 22 so as to be positioned upstream of the upstream purification device 23 . Also, the compressor wheel 32 is rotatably disposed within a compressor housing 160 formed in the intake pipe 16 so as to be positioned between the air cleaner 15 and the throttle valve 17 .

タービンシャフト33は、タービンハウジング220およびコンプレッサハウジング160の間で両者に固定されるベアリングハウジング300内に回転自在に配置される。ベアリングハウジング300は、図示しないベアリングを保持しており、当該ベアリングを介してタービンシャフト33を回転自在に支持する。また、ベアリングハウジング300内には、タービンシャフト33やベアリング等を潤滑・冷却する潤滑油を流通させるための油路と、ベアリングハウジング300内を冷却するための冷媒通路とが形成されている(何れも図示省略)。ベアリングハウジング300内の油路には、エンジン10により駆動される図示しない機械式オイルポンプからの作動油を調圧する油圧制御装置(図示省略)から潤滑油としての作動油が供給される。また、ベアリングハウジング300内の冷媒通路には、インタークーラ39に冷却水を循環させる図示しない冷却系統からの冷却水が供給される。 Turbine shaft 33 is rotatably disposed between turbine housing 220 and compressor housing 160 within a bearing housing 300 that is secured to both. The bearing housing 300 holds bearings (not shown), and rotatably supports the turbine shaft 33 via the bearings. Further, in the bearing housing 300, an oil passage for circulating lubricating oil for lubricating and cooling the turbine shaft 33, the bearings, etc., and a coolant passage for cooling the inside of the bearing housing 300 are formed. are also omitted). Hydraulic oil as lubricating oil is supplied to the oil passage in the bearing housing 300 from a hydraulic control device (not shown) that regulates the pressure of hydraulic oil from a mechanical oil pump (not shown) driven by the engine 10 . Cooling water is supplied to the coolant passage in the bearing housing 300 from a cooling system (not shown) that circulates the cooling water to the intercooler 39 .

過給機30のウェイストゲートバルブ34は、流量制御弁であり、図1に示すように、タービンハウジング220(タービンホイール31)を迂回するように排気管22に接続されたバイパス管225に設置されている。かかるウェイストゲートバルブ34の開度を調節することで、バイパス管165を流通する排ガスの量とタービンホイール31およびコンプレッサホイール32を回転させる排ガスの量との比を変化させることができる。すなわち、過給機30では、ウェイストゲートバルブ34の開度の調節によりエンジン10の吸気圧Pinを調節することが可能である。また、ウェイストゲートバルブ34を全開にすることで、過給機30(コンプレッサホイール32)による吸入空気の圧縮を実質的に停止させることができる。 The wastegate valve 34 of the turbocharger 30 is a flow control valve, and as shown in FIG. ing. By adjusting the opening of the waste gate valve 34, the ratio between the amount of exhaust gas flowing through the bypass pipe 165 and the amount of exhaust gas rotating the turbine wheel 31 and the compressor wheel 32 can be changed. That is, in the supercharger 30 , the intake pressure Pin of the engine 10 can be adjusted by adjusting the opening of the wastegate valve 34 . Further, by fully opening the waste gate valve 34, the compression of the intake air by the supercharger 30 (compressor wheel 32) can be substantially stopped.

過給機30のブローオフバルブ35は、図1に示すように、コンプレッサハウジング160(コンプレッサホイール32)を迂回するように吸気管16に接続されたバイパス管165に設置されている。かかるブローオフバルブ35を開弁させることで、吸気管16のコンプレッサホイール32とスロットルバルブ17との間における圧力(余剰圧力)を解放することができる。これにより、スロットルバルブ17の応答性の悪化やサージングの発生を抑制することが可能となる。なお、ブローオフバルブ35は、コンプレッサホイール32の下流側における圧力が上流側における圧力よりも所定値以上高くなると開弁する逆止弁であってもよい。 The blow-off valve 35 of the turbocharger 30 is installed in a bypass pipe 165 connected to the intake pipe 16 so as to bypass the compressor housing 160 (compressor wheel 32), as shown in FIG. By opening the blow-off valve 35, the pressure (surplus pressure) between the compressor wheel 32 of the intake pipe 16 and the throttle valve 17 can be released. As a result, it becomes possible to suppress the deterioration of the responsiveness of the throttle valve 17 and the occurrence of surging. The blow-off valve 35 may be a check valve that opens when the pressure on the downstream side of the compressor wheel 32 becomes higher than the pressure on the upstream side by a predetermined value or more.

エンジン10を制御するエンジンECU100は、図示しないCPU,ROM,RAM、入出力インターフェース等を有するマイクロコンピュータや、各種駆動回路、各種ロジックIC等を含む。また、エンジンECU100は、図2に示すように、クランク角センサ14aやエアフローメータ16a、圧力センサ16p、過給圧センサ16c、温度センサ16t、スロットル開度センサ17o、吸気圧センサ18p、温度センサ18t、上流側空燃比センサ22f、下流側空燃比センサ22r、排ガス温度センサ22t、水温センサ25t、外気温センサ28、大気圧センサ29等の検出値を図示しない入力ポートを介して取得する。 An engine ECU 100 that controls the engine 10 includes a microcomputer having a CPU, ROM, RAM, and input/output interfaces (not shown), various drive circuits, various logic ICs, and the like. As shown in FIG. 2, the engine ECU 100 includes a crank angle sensor 14a, an air flow meter 16a, a pressure sensor 16p, a boost pressure sensor 16c, a temperature sensor 16t, a throttle opening sensor 17o, an intake pressure sensor 18p, and a temperature sensor 18t. , the upstream side air-fuel ratio sensor 22f, the downstream side air-fuel ratio sensor 22r, the exhaust gas temperature sensor 22t, the water temperature sensor 25t, the outside temperature sensor 28, the atmospheric pressure sensor 29, etc. are obtained through input ports (not shown).

クランク角センサ14aは、クランクシャフト14の回転位置(クランクポジション)を検出する。エアフローメータ16aは、吸気管16のコンプレッサホイール32の上流側で吸入空気量Qaを検出する。圧力センサ16pは、吸気管16のコンプレッサホイール32の上流側における空気の圧力Ppを検出する。温度センサ16tは、吸気管16のコンプレッサホイール32の上流側で空気の温度Tpを検出する。過給圧センサ16cは、吸気管16のコンプレッサハウジング160とインタークーラ39との間でコンプレッサホイール32により圧縮された空気の圧力である過給圧Pcを検出する。スロットル開度センサ17oは、スロットルバルブ17の開度THを検出する。吸気圧センサ18pは、各燃焼室12に吸入されることになるサージタンク18内の空気の圧力である吸気圧Pinを検出し、温度センサ18tは、各燃焼室12に吸入されることになるサージタンク18内の空気の温度である吸気温度Tinを検出する。上流側空燃比センサ22fは、上流側浄化装置23の上流側で当該上流側浄化装置23に流入する排ガスの空燃比である上流側空燃比AFfを検出し、下流側空燃比センサ22rは、上流側浄化装置23の下流側で下流側浄化装置24に流入する排ガスの空燃比である下流側空燃比AFrを検出する。排ガス温度センサ22tは、排気管22の上流側浄化装置23と下流側浄化装置24との間の部分を流通する排ガスの温度Tegを検出する。 The crank angle sensor 14 a detects the rotational position (crank position) of the crank shaft 14 . The airflow meter 16a detects the intake air amount Qa on the upstream side of the compressor wheel 32 of the intake pipe 16 . The pressure sensor 16p detects the air pressure Pp in the intake pipe 16 upstream of the compressor wheel 32 . A temperature sensor 16 t detects the temperature Tp of air on the upstream side of the compressor wheel 32 in the intake pipe 16 . The supercharging pressure sensor 16 c detects a supercharging pressure Pc, which is the pressure of air compressed by the compressor wheel 32 between the compressor housing 160 of the intake pipe 16 and the intercooler 39 . A throttle opening sensor 17 o detects the opening TH of the throttle valve 17 . The intake pressure sensor 18p detects the intake pressure Pin, which is the pressure of the air in the surge tank 18 that will be taken into each combustion chamber 12, and the temperature sensor 18t will be taken into each combustion chamber 12. An intake air temperature Tin, which is the temperature of the air in the surge tank 18, is detected. The upstream air-fuel ratio sensor 22f detects an upstream air-fuel ratio AFf, which is the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream purification device 23 on the upstream side of the upstream purification device 23. The downstream air-fuel ratio sensor 22r detects the upstream air-fuel ratio AFf. A downstream side air-fuel ratio AFr, which is the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream side purification device 24, is detected on the downstream side of the side purification device 23. FIG. The exhaust gas temperature sensor 22t detects the temperature Teg of exhaust gas flowing through a portion of the exhaust pipe 22 between the upstream purification device 23 and the downstream purification device 24 .

エンジンECU100は、クランク角センサ14aからのクランクポジションに基づいてエンジン10(クランクシャフト14)の回転数Neを算出すると共に、エアフローメータ16aからの吸入空気量Qaとエンジン10の回転数Neとに基づいて負荷率KLを算出する。負荷率KLは、エンジン10の1サイクルあたりの行程容積に対する1サイクル中に実際に吸入される空気の容積の割合である。また、エンジンECU100は、アクセル開度Accおよび回転数Neに基づいて、負荷率KLの要求値である要求負荷率KL*を算出すると共に、要求負荷率KL*に基づいてスロットルバルブ17の目標開度TH*を設定する。そして、エンジンECU100は、回転数Neや、要求負荷率KL*、目標開度TH*等に基づいて、スロットルバルブ17や、可変動弁機構190、それぞれ複数のポート噴射弁20pおよび筒内噴射弁20d、複数の点火プラグ21等を制御する。更に、エンジンECU100は、負荷率KLや要求負荷率KL*等に基づいて、過給機30のウェイストゲートバルブ34およびブローオフバルブ35、電動ポンプ26、過給機30の冷却系統に含まれる図示しない電動ポンプ等を制御する。 The engine ECU 100 calculates the rotation speed Ne of the engine 10 (crankshaft 14) based on the crank position from the crank angle sensor 14a, and based on the intake air amount Qa from the air flow meter 16a and the rotation speed Ne of the engine 10. to calculate the load factor KL. The load factor KL is the ratio of the volume of air actually taken in during one cycle to the stroke volume of the engine 10 per cycle. Further, the engine ECU 100 calculates a required load factor KL*, which is a required value of the load factor KL, based on the accelerator opening Acc and the rotational speed Ne, and calculates the target opening of the throttle valve 17 based on the required load factor KL*. Set the degree TH*. Then, the engine ECU 100 controls the throttle valve 17, the variable valve mechanism 190, the plurality of port injection valves 20p, and the in-cylinder injection valves based on the rotational speed Ne, the required load factor KL*, the target opening TH*, and the like. 20d, to control a plurality of spark plugs 21 and the like; Furthermore, the engine ECU 100 controls the wastegate valve 34 and the blow-off valve 35 of the supercharger 30, the electric pump 26, and the cooling system (not shown) of the supercharger 30 based on the load factor KL, the required load factor KL*, and the like. Controls electric pumps, etc.

また、エンジンECU100は、図3に示すように、負荷率KLが比較的小さい所定値以下であるときに、筒内噴射弁20dのみから各燃焼室12内に燃料を直接噴射させ、負荷率KLが当該所定値を上回っているときに、筒内噴射弁20dから各燃焼室12内に燃料を噴射させると共にポート噴射弁20pから吸気ポートに燃料を噴射させる。本実施形態において、エンジンECU100は、筒内噴射弁20dおよびポート噴射弁20pの双方から燃料を噴射させる際に、筒内噴射弁20dの燃料噴射量(筒内噴射量)がポート噴射弁20pの燃料噴射量よりも多く(例えば、筒内噴射量:ポート噴射量=8:2)なるように、筒内噴射弁20dおよびポート噴射弁20pを制御する。従って、図3に示すように、過給機30を作動させる過給域では、筒内噴射弁20dおよびポート噴射弁20pの双方から燃料が噴射される。このように、負荷率KLが所定値を上回っているときに、筒内噴射弁20dおよびポート噴射弁20pの双方から燃料を噴き分けることで、筒内噴射弁20dに燃料を加圧して供給する図示しない燃料ポンプの負担を低減することができるので、当該燃料ポンプの系統削減等によりコストアップを抑制することが可能となる。 Further, as shown in FIG. 3, the engine ECU 100 directly injects fuel into the combustion chambers 12 only from the in-cylinder injection valves 20d when the load factor KL is equal to or less than a relatively small predetermined value. exceeds the predetermined value, fuel is injected into each combustion chamber 12 from the in-cylinder injection valve 20d and fuel is injected from the port injection valve 20p into the intake port. In the present embodiment, when injecting fuel from both the in-cylinder injection valve 20d and the port injection valve 20p, the engine ECU 100 determines that the fuel injection amount of the in-cylinder injection valve 20d (in-cylinder injection amount) is the same as that of the port injection valve 20p. The in-cylinder injection valve 20d and the port injection valve 20p are controlled so as to be larger than the fuel injection amount (for example, in-cylinder injection amount:port injection amount=8:2). Therefore, as shown in FIG. 3, in the supercharging range in which the supercharger 30 is operated, fuel is injected from both the in-cylinder injection valve 20d and the port injection valve 20p. In this way, when the load factor KL exceeds a predetermined value, fuel is separately injected from both the in-cylinder injection valve 20d and the port injection valve 20p, thereby pressurizing and supplying fuel to the in-cylinder injection valve 20d. Since the load on the fuel pump (not shown) can be reduced, it is possible to suppress cost increases by reducing the system of the fuel pump.

更に、エンジンECU100は、回転数Neおよび負荷率KLが図3に示すスカベンジング領域(図中、網掛け部参照)に含まれるときに、排気行程から吸気行程への移行に際して、排気バルブ19eと吸気バルブ19iとを同時に開弁させて両者の開弁期間をオーバーラップさせるように可変動弁機構190を制御する。これにより、エンジン10の吸気側と排気側との間に生じる差圧を利用したスカベンジングにより燃焼室12に残留する残留ガスを排気管22へと掃気し、吸入空気の充填効率を向上させたり、エンジン10の回転数Neが低いときに過給機30におけるターボラグの発生を抑えたりすることが可能となる。 Furthermore, the engine ECU 100 controls the exhaust valve 19e and The variable valve mechanism 190 is controlled so that the intake valve 19i and the intake valve 19i are opened at the same time so that the valve opening periods of both overlap. As a result, the residual gas remaining in the combustion chamber 12 is scavenged to the exhaust pipe 22 by scavenging using the differential pressure generated between the intake side and the exhaust side of the engine 10, and the charging efficiency of the intake air is improved. , it is possible to suppress the occurrence of turbo lag in the supercharger 30 when the rotational speed Ne of the engine 10 is low.

ここで、本実施形態のエンジン10では、図3に示すように、回転数Neが比較的低い状態で過給機30が作動させられるときに、排気行程から吸気行程への移行に際して排気バルブ19eと吸気バルブ19iとが同時に開弁されると共に、筒内噴射弁20dのみならずポート噴射弁20pからも燃料が噴射される。このため、何ら対策を施さなければ、回転数Neが比較的低い状態で過給機30が作動させられるときに、吸気ポートから混合気が直接的に排気管22へと流入する吹き抜け現象が発生し、エンジン10のエミッションが悪化してしまうおそれがある。また、エンジン10を搭載した車両が大気圧の低い高地を走行する際には、エンジン10の実吸入空気量の減少により出力トルクが低下する。このため、平地走行時に比べてエンジン10への要求負荷率KL*が比較的低い段階から過給機30が作動させられ、その際に、排気バルブ19eと吸気バルブ19iとが同時に開弁された状態でポート噴射弁20pから燃料が噴射されると、上記吹き抜け現象が発生してしまうおそれがある。これを踏まえて、エンジンECU100は、スカベンジング領域における吹き抜け現象の発生を抑制するために、エンジン10の運転中に図4に示すルーチンを所定時間おきに繰り返し実行する。 Here, in the engine 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, when the supercharger 30 is operated in a state where the rotation speed Ne is relatively low, the exhaust valve 19e is closed at the transition from the exhaust stroke to the intake stroke. and the intake valve 19i are simultaneously opened, and fuel is injected not only from the in-cylinder injection valve 20d but also from the port injection valve 20p. Therefore, if no countermeasures are taken, when the supercharger 30 is operated with the rotation speed Ne being relatively low, a blow-by phenomenon occurs in which the air-fuel mixture flows directly from the intake port into the exhaust pipe 22. However, the emissions of the engine 10 may deteriorate. Further, when the vehicle equipped with the engine 10 travels in a high altitude area where the atmospheric pressure is low, the actual intake air amount of the engine 10 decreases, resulting in a decrease in the output torque. For this reason, the turbocharger 30 is operated from a stage where the required load factor KL* to the engine 10 is relatively low compared to when traveling on flat ground, and at that time, the exhaust valve 19e and the intake valve 19i are opened simultaneously. If fuel is injected from the port injection valve 20p in this state, the blow-by phenomenon may occur. Based on this, the engine ECU 100 repeatedly executes the routine shown in FIG. 4 at predetermined time intervals during operation of the engine 10 in order to suppress the blow-through phenomenon in the scavenging region.

図4のルーチンの開始に際して、エンジンECU100は、吸気圧センサ18pにより検出された吸気圧Pinや、大気圧センサ29により検出された大気圧Pa、水温センサ25tにより検出された冷却水の水温Twを取得する(ステップS100)。なお、吸気圧Pinは、吸気圧センサ18pにより検出されるものには限られず、例えば、エンジン10の回転数Ne、負荷率KL、吸気温度Tin等に基づいて推定されたものであってもよい。 At the start of the routine of FIG. 4, the engine ECU 100 detects the intake pressure Pin detected by the intake pressure sensor 18p, the atmospheric pressure Pa detected by the atmospheric pressure sensor 29, and the cooling water temperature Tw detected by the water temperature sensor 25t. Acquire (step S100). The intake pressure Pin is not limited to that detected by the intake pressure sensor 18p, and may be estimated based on, for example, the rotation speed Ne of the engine 10, the load factor KL, the intake air temperature Tin, and the like. .

次いで、エンジンECU100は、オフセット値αを設定する(ステップS110)。本実施形態では、図5に示すように、エンジン10の温度を示す水温Twとオフセット値αとの関係を規定するオフセット値設定マップが予め用意されており、ステップS110において、エンジンECU100は、当該オフセット値設定マップからステップS100にて取得した水温Twに対応した値を導出してオフセット値αに設定する。オフセット値設定マップは、図5に示すように、水温Twが所定温度(本実施形態では、例えば、80℃)以上であるときにオフセット値αをゼロに設定すると共に、水温Twが当該所定温度未満であるときに水温Twの低下に応じて比例して小さくなる負の値に設定するように作成されている。 Next, engine ECU 100 sets offset value α (step S110). In this embodiment, as shown in FIG. 5, an offset value setting map that defines the relationship between the water temperature Tw indicating the temperature of the engine 10 and the offset value α is prepared in advance. A value corresponding to the water temperature Tw obtained in step S100 is derived from the offset value setting map and set as the offset value α. As shown in FIG. 5, the offset value setting map sets the offset value α to zero when the water temperature Tw is equal to or higher than a predetermined temperature (e.g., 80° C. in this embodiment). is set to a negative value that decreases proportionally as the water temperature Tw decreases.

エンジンECU100は、ステップS110の処理の後、ステップS100にて取得した大気圧Paにオフセット値αを加算して閾値Prefを設定し(ステップS120)、ステップS100にて取得した吸気圧Pinが閾値Pref以上であるか否かを判定する(ステップS130)。エンジンECU100は、吸気圧Pinが閾値Pref未満であると判定した場合(ステップS130:NO)、以降の処理を実行することなく、図4のルーチンを一旦終了させる。 After the process of step S110, the engine ECU 100 adds the offset value α to the atmospheric pressure Pa acquired in step S100 to set the threshold value Pref (step S120), and the intake pressure Pin acquired in step S100 becomes the threshold value Pref. It is determined whether or not the above is satisfied (step S130). When engine ECU 100 determines that intake pressure Pin is less than threshold value Pref (step S130: NO), engine ECU 100 once terminates the routine of FIG. 4 without executing subsequent processes.

これに対して、吸気圧Pinが閾値Pref以上であると判定した場合(ステップS130:YES)、エンジンECU100は、クランクシャフト14の回転位置(クランク角)等に基づいて排気バルブ19eと吸気バルブ19iとのバルブオーバーラップ量(オーバーラップ角)θを算出し(ステップS140)、算出したバルブオーバーラップ量θがゼロ(°)以上であるか否かを判定する(ステップS150)。そして、エンジンECU100は、バルブオーバーラップ量θがゼロ以上であると判定した場合(ステップS150:YES)、各排気バルブ19eの閉弁後に対応するポート噴射弁20pからの燃料噴射が開始されるように各ポート噴射弁20pの噴射時期の進角ガード値(進角限界)を設定し(ステップS160)、図4のルーチンを一旦終了させる。一方、バルブオーバーラップ量θがゼロ未満であると判定した場合(ステップS150:NO)、エンジンECU100は、ステップS160の処理を実行することなく、図4のルーチンを一旦終了させる。 On the other hand, when it is determined that the intake pressure Pin is equal to or higher than the threshold value Pref (step S130: YES), the engine ECU 100 controls the exhaust valve 19e and the intake valve 19i based on the rotational position (crank angle) of the crankshaft 14 and the like. is calculated (step S140), and it is determined whether or not the calculated valve overlap amount .theta. is equal to or greater than zero (.degree.) (step S150). When the engine ECU 100 determines that the valve overlap amount θ is equal to or greater than zero (step S150: YES), the fuel injection from the corresponding port injection valve 20p is started after each exhaust valve 19e is closed. is set to the advance guard value (advance limit) of the injection timing of each port injection valve 20p (step S160), and the routine of FIG. 4 is terminated. On the other hand, if it is determined that the valve overlap amount θ is less than zero (step S150: NO), engine ECU 100 once terminates the routine of FIG. 4 without executing the process of step S160.

以上説明したように、エンジン10を制御するエンジンECU100は、エンジン10の温度を示す水温Twが低いときに当該水温Twが高いときに比べて小さくなるように大気圧センサ29により検出された大気圧Paに基づいて閾値Prefを設定する(ステップS110-S120)。更に、エンジン10の吸気圧Pinが当該閾値Pref以上であり(ステップS130:YES)、かつ排気バルブ19eおよび吸気バルブ19iの開弁期間がオーバーラップしているときに(ステップS150:YES)、上記進角ガード値の設定により(ステップS160)、図6に示すように、ポート噴射弁20pからの燃料噴射を排気バルブ19eの閉弁後に開始させる。 As described above, the engine ECU 100 that controls the engine 10 controls the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 29 so that when the water temperature Tw indicating the temperature of the engine 10 is low, it is lower than when the water temperature Tw is high. A threshold value Pref is set based on Pa (steps S110-S120). Further, when the intake pressure Pin of the engine 10 is equal to or higher than the threshold value Pref (step S130: YES) and the opening periods of the exhaust valve 19e and the intake valve 19i overlap (step S150: YES), the above By setting the advance guard value (step S160), as shown in FIG. 6, fuel injection from the port injection valve 20p is started after the exhaust valve 19e is closed.

このように、吸気圧Pinと比較される閾値Prefを大気圧Paに基づいて設定することで(ステップS110-S120)、回転数Neが比較的低い状態で過給機30が作動させられるときに、筒内噴射弁20dに加えてポート噴射弁20pから燃料が噴射され、かつ排気行程から吸気行程への移行に際して排気バルブ19eと吸気バルブ19iとが同時に開弁されても、吹き抜け現象が発生するのを良好に抑制することが可能となる。また、大気圧Paの低い高地等においてエンジン10の負荷(要求負荷率KL*)が比較的低い段階から過給機30が作動させられたときにも、排気バルブ19eの閉弁後にポート噴射弁20pから燃料を噴射させることができる。これにより、排気バルブ19eおよび吸気バルブ19iの開弁期間がオーバーラップしているときの混合気の吹き抜けを良好に抑制することが可能となる。更に、閾値Prefをエンジン10の温度が低いときに当該温度が高いときに比べて小さくなるように設定することで(ステップS110-S120、図5)、暖機等のために燃料噴射量が増量補正されることがある低温時の吹き抜け現象の発生を抑制しつつ、ポート噴射弁20pからの燃料噴射を許容してエンジン10の出力低下を抑制することができる。この結果、排気行程から吸気行程への移行に際して排気バルブ19eおよび吸気バルブ19iを同時に開弁させることができるエンジン10において、吹き抜け現象によるエミッションの悪化を極めて良好に抑制することが可能となる。 Thus, by setting the threshold value Pref to be compared with the intake pressure Pin based on the atmospheric pressure Pa (steps S110-S120), when the supercharger 30 is operated in a state where the rotation speed Ne is relatively low, Even if fuel is injected from the port injection valve 20p in addition to the in-cylinder injection valve 20d, and the exhaust valve 19e and the intake valve 19i are opened at the same time during the transition from the exhaust stroke to the intake stroke, the blow-by phenomenon occurs. can be satisfactorily suppressed. Also, when the turbocharger 30 is operated from a stage where the load (required load factor KL*) of the engine 10 is relatively low at a high altitude where the atmospheric pressure Pa is low, the port injection valve Fuel can be injected from 20p. This makes it possible to satisfactorily suppress blow-by of the air-fuel mixture when the open periods of the exhaust valve 19e and the intake valve 19i overlap. Furthermore, by setting the threshold value Pref to be smaller when the temperature of the engine 10 is low than when the temperature is high (steps S110-S120, FIG. 5), the fuel injection amount is increased for warming up. It is possible to suppress the decrease in the output of the engine 10 by allowing the fuel injection from the port injection valve 20p while suppressing the occurrence of blow-by phenomenon at low temperatures that may be corrected. As a result, in the engine 10 that can simultaneously open the exhaust valve 19e and the intake valve 19i at the time of transition from the exhaust stroke to the intake stroke, it is possible to extremely effectively suppress deterioration of emissions due to blow-by phenomenon.

また、エンジンECU100は、大気圧Paにオフセット値を加算して閾値Prefを設定すると共に、エンジン10の温度が所定温度以上であるときにオフセット値αをゼロに設定し、水温Tw(エンジン10の温度)が当該所定温度未満であるときに閾値Prefを水温Twが低いほど小さくなる負の値に設定する(ステップS110-S120)。これにより、低温時における吹き抜け現象の発生を極めて良好に抑制することが可能となる。 Further, the engine ECU 100 adds an offset value to the atmospheric pressure Pa to set a threshold value Pref, sets the offset value α to zero when the temperature of the engine 10 is equal to or higher than a predetermined temperature, and sets the water temperature Tw (the temperature) is less than the predetermined temperature, the threshold value Pref is set to a negative value that decreases as the water temperature Tw decreases (steps S110-S120). As a result, it is possible to suppress the occurrence of the blow-through phenomenon at low temperatures extremely well.

更に、エンジンECU100は、過給機30を作動させる過給域において、筒内噴射弁20dおよびポート噴射弁20pの双方から燃料を噴射させる(図5参照)。これにより、筒内噴射弁20dに燃料を加圧して供給する燃料ポンプの負担を低減してコストアップを抑制することが可能となる。ただし、本開示の発明が、過給域において筒内噴射弁20dのみから燃料が噴射されるエンジンに適用され得ることはいうまでもない。 Furthermore, the engine ECU 100 injects fuel from both the in-cylinder injection valve 20d and the port injection valve 20p in the supercharging range in which the supercharger 30 is operated (see FIG. 5). As a result, it is possible to reduce the burden on the fuel pump that pressurizes and supplies fuel to the in-cylinder injection valve 20d, thereby suppressing an increase in cost. However, it goes without saying that the invention of the present disclosure can be applied to an engine in which fuel is injected only from the in-cylinder injection valve 20d in the supercharging region.

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。 It goes without saying that the invention of the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present disclosure. Furthermore, the above-described embodiment is merely one specific form of the invention described in the Summary of the Invention column, and does not limit the elements of the invention described in the Summary of the Invention column.

本開示の発明は、内燃機関の製造産業等において利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The invention of the present disclosure can be used in the manufacturing industry of internal combustion engines and the like.

10 エンジン(内燃機関)、11 エンジンブロック、12 燃焼室、13 ピストン、14 クランクシャフト、14a クランク角センサ、15 エアクリーナ、16 吸気管、16a エアフローメータ、16c 過給圧センサ、16p 圧力センサ、16t 温度センサ、160 コンプレッサハウジング、165 バイパス管、17 スロットルバルブ、17o スロットル開度センサ、18 サージタンク、18p 吸気圧センサ、18t 温度センサ、19e 排気バルブ、19i 吸気バルブ、190 可変動弁機構、20d 筒内噴射弁、20p ポート噴射弁、21 点火プラグ、22 排気管、220 タービンハウジング、225 バイパス管、240 パティキュレートフィルタ、22f 上流側空燃比センサ、22r 下流側空燃比センサ、22t 排ガス温度センサ、23 上流側浄化装置、24 下流側浄化装置、25 冷媒循環通路、25t 水温センサ、26 電動ポンプ、27 ラジエータ、28 外気温センサ、29 大気圧センサ、30 過給機、31 タービンホイール、32 コンプレッサホイール、33 タービンシャフト、34 ウェイストゲートバルブ、35 ブローオフバルブ、39 インタークーラ、300 ベアリングハウジング、100 ECU(エンジン電子制御装置)。 10 engine (internal combustion engine), 11 engine block, 12 combustion chamber, 13 piston, 14 crankshaft, 14a crank angle sensor, 15 air cleaner, 16 intake pipe, 16a air flow meter, 16c boost pressure sensor, 16p pressure sensor, 16t temperature Sensor 160 Compressor housing 165 Bypass pipe 17 Throttle valve 17o Throttle opening sensor 18 Surge tank 18p Intake pressure sensor 18t Temperature sensor 19e Exhaust valve 19i Intake valve 190 Variable valve mechanism 20d Cylinder Injection valve 20p Port injection valve 21 Spark plug 22 Exhaust pipe 220 Turbine housing 225 Bypass pipe 240 Particulate filter 22f Upstream air-fuel ratio sensor 22r Downstream air-fuel ratio sensor 22t Exhaust gas temperature sensor 23 Upstream Side purification device 24 Downstream purification device 25 Refrigerant circulation passage 25t Water temperature sensor 26 Electric pump 27 Radiator 28 Outside air temperature sensor 29 Atmospheric pressure sensor 30 Supercharger 31 Turbine wheel 32 Compressor wheel 33 turbine shaft, 34 wastegate valve, 35 blow-off valve, 39 intercooler, 300 bearing housing, 100 ECU (engine electronic control unit).

Claims (1)

吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、過給機とを含み、排気行程から吸気行程への移行に際して排気バルブおよび吸気バルブを同時に開弁させることができる内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の温度が低いときに前記温度が高いときに比べて小さくなるように大気圧に基づいて閾値を設定し、前記内燃機関の吸気圧が前記閾値以上であり、かつ前記排気バルブおよび前記吸気バルブの開弁期間がオーバーラップしているときに、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を前記排気バルブの閉弁後に開始させる内燃機関の制御装置。
A control device for an internal combustion engine that includes a port injection valve that injects fuel into an intake port and a supercharger, and that can simultaneously open an exhaust valve and an intake valve during a shift from an exhaust stroke to an intake stroke,
A threshold value is set based on the atmospheric pressure so that when the temperature of the internal combustion engine is low, it is lower than when the temperature is high, and the intake pressure of the internal combustion engine is equal to or higher than the threshold value, and the exhaust valve and the A control device for an internal combustion engine that starts fuel injection from the port injection valve after the exhaust valve is closed when the opening periods of the intake valves overlap.
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