JP3752774B2 - Internal combustion engine having a turbocharger and an exhaust gas recirculation device - Google Patents

Internal combustion engine having a turbocharger and an exhaust gas recirculation device Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャ及び排気再循環装置を備える内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスの一部を気筒内へ再循環させることにより、排気ガスの主成分である不活性ガスの有する大きな熱容量によって燃焼温度を低下させ、ＮＯx の発生量を低減する排気再循環が公知である。再循環させる排気ガス量が多ければ、ＮＯx の発生量を大幅に低減することができるが、その一方で新気が気筒内へ流入し難くなって新気量が減少するために、多量の燃料を燃焼させることができず、大きな機関出力を得ることができない。排気再循環を実現するための排気再循環装置は、機関排気系と機関吸気系とを連通する連通路と、この連通路に配置された再循環排気ガス量を制御するための制御弁とを具備している。
【０００３】
特開平２−６１３４７号公報には、各機関運転状態において必要とされる機関出力を得るための必要燃料噴射量を決定し、この時の機関運転状態における目標空燃比を実現するために、制御弁の開度制御により再循環排気ガス量を調整して必要新気量が気筒内へ供給されるようにすることが開示されている。ここで、空燃比とは新気量／燃料噴射量である。
【０００４】
また、実開平３−６１１２７号公報には、過給器タービンへ提供される排気ガス圧力を可変とするための可変ノズルを具備して過給器コンプレッサによる過給圧を制御する可変ノズル式ターボチャージャを備える内燃機関において、機関運転状態毎の目標空燃比を実現するために、可変ノズルの開度制御により過給圧を調整して、必要燃料噴射量に対する必要新気量が気筒内へ供給されるようにすることが開示されている。
また、一般にターボチャージャを備える内燃機関の過給圧は、ターボチャージャをバイパスするバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブの開度を調整することでも調整可能であることが知られている。
【０００５】
排気再循環装置の制御弁の開度制御及びターボチャージャの可変ノズル又はウエストゲートバルブの開度制御は、一般的に、早期に目標空燃比を実現するために、実際の空燃比と目標空燃比との差が大きいほど開閉速度が大きくされる。内燃機関がこのような排気再循環装置とターボチャージャとを備える場合に、目標空燃比を実現するために前述した制御弁及び可変ノズル又はウエストゲートバルブの開度制御をそのまま実施すると、実際の空燃比が目標空燃比よりリッチである時には、新気量を増加するために、排気再循環装置の制御弁は、実際の空燃比と目標空燃比との差に基づく開閉速度で閉側に制御されて再循環排気ガス量が減少されると共に、ターボチャージャの可変ノズル又はウエストゲートバルブは、実際の空燃比と目標空燃比との差に基づく開閉速度で閉側に制御されて過給圧が増加されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気再循環装置に関しては、制御弁の開度に比較的良好に追従して再循環排気ガス量が変化するが、可変ノズル又はウエストゲートバルブを備えたターボチャージャに関しては、タービン及びコンプレッサの比較的大きな慣性力が存在するために、可変ノズル又はウエストゲートバルブの開度が変化してから実際に過給圧が変化するまでに比較的大きなタイムラグが発生する。それにより、前述の制御では新気量を増加させる際には、再循環排気ガス量が大幅に減少し、十分なＮＯx 低減を実現することができない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ターボチャージャ及び排気再循環装置を備え、機関運転状態により定まる必要燃料噴射量に対して目標空燃比が実現されるように、ターボチャージャ及び排気再循環装置を制御する内燃機関において、実際の空燃比が目標空燃比よりリッチで新気量を増加させる際にＮＯx 発生量を十分に低減させることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載のターボチャージャ及び排気再循環装置を備える内燃機関は、機関運転状態により定まる必要燃料噴射量に対して目標空燃比が実現されるように、ターボチャージャ及び排気再循環装置を制御する内燃機関において、実際の空燃比が前記目標空燃比よりリッチである時には、前記ターボチャージャによる過給圧を高める制御を実施して所定時間経過後に前記排気再循環装置による再循環排気ガス量を減少させる制御を実施するか、又は、前記排気再循環装置の制御速度を前記ターボチャージャの制御速度より小さくして前記排気再循環装置による再循環排気ガス量を減少させる制御及び前記ターボチャージャによる過給圧を高める制御を実施することを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項２に記載のターボチャージャ及び排気再循環装置を備える内燃機関は、請求項１に記載のターボチャージャ及び排気再循環装置を備える内燃機関において、実際の空燃比が前記目標空燃比よりリーンである時には、前記排気再循環装置による再循環排気ガス量を増加させる制御を実施して所定時間経過後に前記ターボチャージャによる過給圧を下げる制御を実施するか、又は、前記ターボチャージャの制御速度を前記排気再循環装置の制御速度より小さくして前記ターボチャージャによる過給圧を下げる制御及び前記排気再循環装置による再循環排気ガス量を増加させる制御を実施することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるターボチャージャ及び排気再循環装置を備えた内燃機関を示す概略図である。同図において、１はディーゼル機関本体、２は機関吸気系、３は機関排気系である。機関吸気系２は、最も下流側に位置するインテークマニホルド２ａと、インテークマニホルド２ａの直上流側に位置するサージタンク２ｂと、サージタンク２ｂに接続された吸気通路２ｃとを有している。
【００１１】
機関排気系３は、最も上流側に位置するエキゾーストマニホルド３ａと、エキゾーストマニホルド３ａに接続された排気通路３ｂとを有している。吸気通路２ｃと排気通路３ｂとは、排気再循環通路４ａによって接続され、この排気再循環通路４ａには再循環排気ガス量を制御するための制御弁４ｂが設けられている。こうして、排気再循環通路４ａと制御弁４ｂとによって排気再循環装置が構成される。また、吸気通路２ｃにおける排気再循環通路４ａの接続部より上流側には、可変ノズル式過給器５のコンプレッサ５ａが配置され、排気通路３ｂの排気再循環通路４ａの接続部より下流側には、可変ノズル式過給器５のタービン５ｂが配置されている。この可変ノズル式過給器５は、タービンへ流入する排気ガスの圧力を制御するための可変ノズル５ｃを有している。
【００１２】
６は各気筒毎の燃焼室内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁である。２０は、燃料噴射弁６における燃料噴射量制御、排気再循環装置４における制御弁４ｂの開度制御、及び可変ノズル式過給器５における可変ノズル５ｃの開度制御を担当する制御装置である。この制御装置２０には、機関回転数を検出するための回転センサ２１、アクセルペダルの踏み込み量を検出するためのアクセルペダルストロークセンサ２２、新気量を検出するためのエアフローメータ２３、及び排気通路３ｂに配置され排気ガス中の酸素濃度に基づき混合気空燃比を検出するための空燃比センサ２４等が接続されている。
【００１３】
制御装置２０による前述の制御は、できるだけＮＯx を発生させないようにして各機関運転状態における所望の機関出力を得るためのものであり、図２に示す第１フローチャートに従って実行される。まず、ステップ１０１において、回転センサ２１及びアクセルペダルストロークセンサ２２によって現在の機関回転数ＮＥ及び現在の機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量Ｌが検出される。
【００１４】
次に、ステップ１０２において、機関回転数ＮＥ及び機関負荷Ｌとに基づき必要燃料噴射量Ｑが決定される。この決定には図示せぬマップ等が使用され、機関回転数ＮＥ及び機関負荷Ｌが高いほど必要燃料噴射量Ｑは多く決定される。次に、ステップ１０３に進み、機関回転数ＮＥ及び機関負荷Ｌに基づく現在の機関運転状態に適した目標空燃比λｔが決定される。このマップにおいて、目標空燃比λｔは、全体的に機関負荷Ｌが高いほど小さく、すなわち、リッチ側となるように設定されている。
【００１５】
次に、ステップ１０４において、エアフローメータ２３により検出される新気量と必要燃料噴射量Ｑとによって実際の空燃比λ（新気量／必要燃料噴射量）が算出される。このような算出に換えて、空燃比センサ２４によって実際の空燃比λを検出しても良い。
【００１６】
次に、ステップ１０５に進み、目標空燃比λｔと実際の空燃比λとの差ａが算出される。次に、ステップ１０６において、この差ａに基づき図５に示すマップから可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃ及び排気再循環装置４の制御弁４ｂの開閉速度ｖが決定される。この開閉速度ｖは、例えば、単位時間当たりの開閉度（％／ｓ）である。図５に示すマップにおいて、この開閉速度ｖは、差ａが正値である場合、すなわち、実際の空燃比λが目標空燃比λｔよりリーンである場合には、開速度として正値となり、実際の空燃比λの目標空燃比λｔに対するリーン程度が大きいほど、その絶対値は大きく、すなわち、早い開速度が設定されている。また、差ａが負値である場合、すなわち、実際の空燃比λが目標空燃比λｔよりリッチである場合には、閉速度として負値となり、実際の空燃比λの目標空燃比λｔに対するリッチ程度が大きいほど、その絶対値は大きく、すなわち、早い閉速度が設定されている。
【００１７】
次に、ステップ１０７において、差ａがほぼゼロであるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ほぼ目標空燃比λｔが実現されており、可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃ及び排気再循環装置４の制御弁４ｂの開度を特に変更する必要はなく、そのまま終了する。
【００１８】
一方、ステップ１０７における判断が否定される時には、ステップ１０８に進み、差ａが正であるか否かが判断される。機関加速時等において必要燃料噴射量Ｑに対して新気量が不足し、実際の空燃比λが目標空燃比λｔに対してリッチとなっている時には、ステップ１０６において決定された開閉速度ｖは、負値の閉速度とされており、可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃは閉側に制御されて過給圧が高められ、排気再循環装置４の制御弁４ｂは閉側に制御されて再循環排気ガス量が減少され、新気量を増大させるようになっている。この時には、ステップ１０８における判断は否定され、ステップ１０９に進み、所定時間、排気再循環装置４の制御弁４ｂの閉側への制御が中止される。それにより、当初、可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃだけが閉側に閉速度ｖ（負値）で制御され、過給圧が高められて新気量が増大される。所定時間経過後、排気再循環装置４の制御弁４ｂが閉側に閉速度ｖ（負値）で制御され、再循環排気ガス量が減少されて新気量が増大される。
【００１９】
こうして、実際の空燃比λが目標空燃比λｔに対してリッチであるために新気量を増大させる時には、所定時間の間は、応答良く再循環排気ガス量を減少させる排気再循環装置４の制御弁４ｂの閉制御を中止して、過給圧を高めるのにある程度のタイムラグが必要な可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃの閉制御だけを実行するために、すなわち、可変ノズル５ｃを制御弁４ｂに比較して優先的に閉制御するために、目標空燃比λｔを実現するために大幅に再循環排気ガス量が減少され、ＮＯx が多量に発生することは防止される。
【００２０】
一方、機関減速時等において必要燃料噴射量Ｑに対して新気量が過剰となり、実際の空燃比λが目標空燃比λｔに対してリーンとなっている時には、ステップ１０６において決定された開閉速度ｖは、正値の開速度とされており、可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃは開側に制御されて過給圧が下げられ、排気再循環装置４の制御弁４ｂは開側に制御されて再循環排気ガス量が増加され、新気量を減少させるようになっている。この時には、ステップ１０８における判断は肯定され、ステップ１１０に進み、所定時間、可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃの開側への制御が中止される。それにより、当初、排気再循環装置４の制御弁４ｂだけが開側に開速度ｖ（正値）で制御され、再循環排気ガス量が増加されて新気量が減少される。所定時間経過後、可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃが開側に開速度ｖ（正値）で制御され、過給圧が下げられて新気量が減少される。
【００２１】
こうして、実際の空燃比λが目標空燃比λｔに対してリーンであるために新気量を減少させる時には、所定時間の間は、過給圧を下げるのにある程度のタイムラグが必要な可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃの開制御を中止して、応答良く再循環排気ガス量を増加させる排気再循環装置４の制御弁４ｂの開制御だけを実行するために、すなわち、制御弁４ｂを可変ノズル５ｃに比較して優先的に開制御するために、目標空燃比λｔを実現するために比較的多量の再循環排気ガスが供給され、ＮＯx 発生量を十分に低減することができると共に、可変ノズル式過給器５のタービン５ａ及びコンプレッサ５ｂは高回転に維持され、次の機関加速に対して良好に新気量を増大させることができる。
【００２２】
図３は、制御装置２０による前述の制御のための第１フローチャートとは異なる第２フローチャートである。第１フローチャートとの違いについてのみ以下に説明する。本フローチャートでは、ステップ２０５において、実際の空燃比λと目標空燃比λｔとの差ａが算出された後に、ステップ２０６に進み、図６に示す点線及び一点鎖線のマップからそれぞれ排気再循環装置４の制御弁４ｂの開閉速度ｖ１と可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃの開閉速度ｖ２とを決定するようになっている。
【００２３】
図５に示したマップでは、差ａに基づき決定される開閉速度ｖは、制御弁４ｂと可変ノズル５ｃとで同じ値とされている。しかしながら、図６に示す本マップでは、実際の空燃比λが目標空燃比λｔに対してリーンである場合には、制御弁４ｂの開速度ｖ１は可変ノズル５ｃの開速度ｖ２より大きく設定されており、実際の空燃比λが目標空燃比λｔに対してリッチである場合には、制御弁４ｂの閉速度ｖ１は可変ノズル５ｃの閉速度ｖ２より小さく設定されている。
【００２４】
このようにしても、実際の空燃比λが目標空燃比λｔに対してリッチであるために新気量を増大させる時には、応答良く再循環排気ガス量を減少させる排気再循環装置４の制御弁４ｂを遅い速度で閉制御して、過給圧を高めるのにある程度のタイムラグが必要な可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃを速い速度で閉制御するために、すなわち、第１フローチャートと同様に、可変ノズル５ｃを制御弁４ｂに比較して優先的に閉制御するために、目標空燃比λｔを実現するために大幅に再循環排気ガス量が減少され、ＮＯx が多量に発生することは防止される。
【００２５】
また、実際の空燃比λが目標空燃比λｔに対してリーンであるために新気量を減少させる時には、過給圧を下げるのにある程度のタイムラグが必要な可変ノズル式過給器５の可変ノズル５ｃを遅い速度で開制御して、応答良く再循環排気ガス量を増加させる排気再循環装置４の制御弁４ｂを速い速度で開制御するために、すなわち、第１フローチャートと同様に、制御弁４ｂを可変ノズル５ｃに比較して優先的に開制御するために、目標空燃比λｔを実現するために比較的多量の再循環排気ガスが供給され、ＮＯx 発生量を十分に低減することができると共に、可変ノズル式過給器５のタービン５ａ及びコンプレッサ５ｂは高回転に維持され、次の機関加速に対して良好に新気量を増大させることができる。本実施形態の内燃機関は、ディーゼル機関としたが、これは本発明を限定するものではなく、火花点火内燃機関にも本発明は適用可能である。また、ターボチャージャとして可変ノズル式過給器としたが、可変ノズルの代わりにウエストゲートバルブを制御すればウエストゲートバルブを備えた一般のターボチャージャにも本発明は適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
このように、本発明による請求項１に記載のターボチャージャ及び排気再循環装置を備える内燃機関によれば、実際の空燃比が目標空燃比よりリッチであるために新気量を増加させる際には、ターボチャージャによる過給圧を高める制御を実施して所定時間経過後に排気再循環装置による再循環排気ガス量を減少させる制御を実施するか、又は、前記排気再循環装置の制御速度を前記ターボチャージャの制御速度より小さくして前記排気再循環装置による排気ガス量を減少させる制御及び前記ターボチャージャによる過給圧を高める制御を実施するようになっているために、応答性の良好な排気再循環装置によって再循環排気ガス量が大幅に減少してＮＯＸ発生量が増大することは防止される。
【００２７】
また、本発明による請求項２に記載のターボチャージャ及び排気再循環装置を備える内燃機関によれば、請求項１に記載のターボチャージャ及び排気再循環装置を備える内燃機関と同様な効果に加えて、実際の空燃比が目標空燃比よりリーンであるために新気量を減少させる際には、排気再循環装置による再循環排気ガス量を増加させる制御を実施して所定時間経過後にターボチャージャによる過給圧を下げる制御を実施するか、又は、前記ターボチャージャの制御速度を前記排気再循環装置の制御速度より小さくして前記ターボチャージャによる過給圧を下げる制御及び前記排気再循環装置による再循環排気ガス量を増加させる制御を実施するようになっているために、応答性の良好な排気再循環装置によって再循環排気ガス量が大幅に増加してＮＯＸ発生量を良好に低減することができると共に、応答性が良好でないターボチャージャのタービン及びコンプレッサは高回転に維持され、それにより、次回の新気量の増加を良好に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるターボチャージャ過給器及び排気再循環装置を備えた内燃機関の概略図である。
【図２】燃料噴射量制御、排気再循環装置の制御弁の開度制御、及び可変ノズル式過給器の可変ノズルの開度制御のための第１フローチャートである。
【図３】燃料噴射量制御、排気再循環装置の制御弁の開度制御、及び可変ノズル式過給器の可変ノズルの開度制御のための第２フローチャートである。
【図４】第１及び第２フローチャートで使用される目標空燃比決定のためのマップである。
【図５】第１フローチャートで使用される排気再循環装置の制御弁及び可変ノズル式過給器の可変ノズルの同じ開閉速度を決定するためのマップである。
【図６】第２フローチャートで使用される排気再循環装置の制御弁の開閉速度及び可変ノズル式過給器の可変ノズルの開閉速度を決定するためのマップである。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関本体
２…機関吸気系
３…機関排気系
４…排気再循環装置
４ａ…排気再循環通路
４ｂ…制御弁
５…可変ノズル式過給器
５ａ…コンプレッサ
５ｂ…タービン
５ｃ…可変ノズル
２０…制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine including a turbocharger and an exhaust gas recirculation device.
[0002]
[Prior art]
By recirculating a portion of exhaust gas into the cylinders, the large heat capacity possessed by the inert gas is a main component of the exhaust gas lowers the combustion temperature, in known exhaust gas recirculation to reduce the generation amount of the NO x is there. The more amount of exhaust gas recirculated, can be greatly reduced amount of generation of NO x, while fresh air for fresh air amount is not easily flow into the cylinder is reduced, a large amount The fuel cannot be burned and a large engine output cannot be obtained. An exhaust gas recirculation device for realizing exhaust gas recirculation includes a communication passage that communicates an engine exhaust system and an engine intake system, and a control valve that controls the amount of recirculated exhaust gas disposed in the communication passage. It has.
[0003]
In Japanese Patent Laid-Open No. 2-61347, a required fuel injection amount for obtaining an engine output required in each engine operating state is determined, and control is performed in order to realize a target air-fuel ratio in the engine operating state at this time. It is disclosed that the recirculated exhaust gas amount is adjusted by controlling the opening degree of the valve so that the necessary fresh air amount is supplied into the cylinder. Here, the air-fuel ratio is the fresh air amount / fuel injection amount.
[0004]
Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-61127 discloses a variable nozzle type turbo that includes a variable nozzle for varying the exhaust gas pressure provided to the supercharger turbine and controls the supercharging pressure by the supercharger compressor. In an internal combustion engine equipped with a charger, in order to achieve the target air-fuel ratio for each engine operating state, the boost pressure is adjusted by controlling the opening of the variable nozzle, and the required fresh air amount for the required fuel injection amount is supplied into the cylinder. It is disclosed to be made.
In general, it is known that the supercharging pressure of an internal combustion engine including a turbocharger can be adjusted by adjusting the opening degree of a wastegate valve provided in a bypass passage that bypasses the turbocharger.
[0005]
In general, the opening control of the control valve of the exhaust gas recirculation device and the opening control of the variable nozzle or the wastegate valve of the turbocharger are performed in order to realize the target air-fuel ratio at an early stage. The larger the difference between the two, the greater the opening / closing speed. When the internal combustion engine is provided with such an exhaust gas recirculation device and a turbocharger, if the above-described opening control of the control valve and the variable nozzle or the wastegate valve is performed as it is in order to achieve the target air-fuel ratio, the actual air When the fuel ratio is richer than the target air-fuel ratio, in order to increase the amount of fresh air, the control valve of the exhaust gas recirculation device is controlled to the closed side at the opening / closing speed based on the difference between the actual air-fuel ratio and the target air-fuel ratio. As the amount of recirculated exhaust gas is reduced, the turbocharger variable nozzle or waste gate valve is controlled to close at the open / close speed based on the difference between the actual air-fuel ratio and the target air-fuel ratio, and the boost pressure increases. Will be.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, with regard to the exhaust gas recirculation device, the amount of recirculated exhaust gas changes relatively well following the opening of the control valve. However, with respect to a turbocharger equipped with a variable nozzle or a wastegate valve, the turbine and compressor Since a relatively large inertia force exists, a relatively large time lag occurs between the change of the opening of the variable nozzle or the waste gate valve and the actual change of the supercharging pressure. Thus, when increasing the fresh air amount control described above, the amount of recirculated exhaust gas is greatly reduced, it is impossible to achieve sufficient NO x reduction.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a turbocharger and an exhaust gas recirculation device, and to control the turbocharger and the exhaust gas recirculation device so that a target air-fuel ratio is realized with respect to a required fuel injection amount determined by an engine operating state. in an internal combustion engine, it is to sufficiently reduce the NO x generation amount when the actual air-fuel ratio increases the amount of fresh air in the richer than the target air-fuel ratio.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An internal combustion engine comprising a turbocharger and an exhaust gas recirculation device according to claim 1 of the present invention is configured so that a target air-fuel ratio is realized with respect to a required fuel injection amount determined by an engine operating state. In the internal combustion engine that controls the device, when the actual air-fuel ratio is richer than the target air-fuel ratio, control for increasing the supercharging pressure by the turbocharger is performed, and the recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device after a predetermined time has elapsed Control to reduce the amount of gas, or control to reduce the amount of recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device by making the control speed of the exhaust gas recirculation device smaller than the control speed of the turbocharger and the turbo Control for increasing the supercharging pressure by the charger is performed .
[0009]
An internal combustion engine comprising the turbocharger and the exhaust gas recirculation device according to claim 2 according to the present invention is an internal combustion engine comprising the turbocharger and the exhaust gas recirculation device according to claim 1, wherein the actual air fuel ratio is the target air fuel ratio. When the engine is leaner, control is performed to increase the amount of recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device, and control to lower the supercharging pressure by the turbocharger after a predetermined time has elapsed, or The control speed is made lower than the control speed of the exhaust gas recirculation device, and the control for lowering the supercharging pressure by the turbocharger and the control for increasing the recirculated exhaust gas amount by the exhaust gas recirculation device are performed .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view showing an internal combustion engine equipped with a turbocharger and an exhaust gas recirculation device according to the present invention. In the figure, 1 is a diesel engine body, 2 is an engine intake system, and 3 is an engine exhaust system. The engine intake system 2 includes an intake manifold 2a located on the most downstream side, a surge tank 2b located immediately upstream of the intake manifold 2a, and an intake passage 2c connected to the surge tank 2b.
[0011]
The engine exhaust system 3 has an exhaust manifold 3a located on the most upstream side and an exhaust passage 3b connected to the exhaust manifold 3a. The intake passage 2c and the exhaust passage 3b are connected by an exhaust recirculation passage 4a, and a control valve 4b for controlling the amount of the recirculated exhaust gas is provided in the exhaust recirculation passage 4a. Thus, the exhaust gas recirculation passage 4a and the control valve 4b constitute an exhaust gas recirculation device. Further, the compressor 5a of the variable nozzle supercharger 5 is disposed on the upstream side of the connection portion of the exhaust gas recirculation passage 4a in the intake passage 2c, and downstream of the connection portion of the exhaust gas recirculation passage 4a of the exhaust passage 3b. The turbine 5b of the variable nozzle supercharger 5 is arranged. The variable nozzle supercharger 5 has a variable nozzle 5c for controlling the pressure of exhaust gas flowing into the turbine.
[0012]
Reference numeral 6 denotes a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber for each cylinder. A control device 20 is in charge of controlling the fuel injection amount in the fuel injection valve 6, opening control of the control valve 4 b in the exhaust gas recirculation device 4, and opening control of the variable nozzle 5 c in the variable nozzle supercharger 5. . The control device 20 includes a rotation sensor 21 for detecting the engine speed, an accelerator pedal stroke sensor 22 for detecting the depression amount of the accelerator pedal, an air flow meter 23 for detecting a fresh air amount, and an exhaust passage. An air-fuel ratio sensor 24, etc., which is disposed at 3b and detects the air-fuel ratio of the mixture based on the oxygen concentration in the exhaust gas is connected.
[0013]
The above-described control by the control device 20 is for obtaining a desired engine output in each engine operating state by generating NO x as much as possible, and is executed according to the first flowchart shown in FIG. First, at step 101, the rotation speed sensor 21 and the accelerator pedal stroke sensor 22 detect the current engine speed NE and the accelerator pedal depression amount L as the current engine load.
[0014]
Next, at step 102, the required fuel injection amount Q is determined based on the engine speed NE and the engine load L. For this determination, a map or the like (not shown) is used, and the higher the engine speed NE and the engine load L, the larger the required fuel injection amount Q is determined. Next, the routine proceeds to step 103, where the target air-fuel ratio λt suitable for the current engine operating state based on the engine speed NE and the engine load L is determined. In this map, the target air-fuel ratio λt is set to be smaller as the engine load L is higher overall, that is, to be on the rich side.
[0015]
Next, in step 104, the actual air-fuel ratio λ (fresh air amount / necessary fuel injection amount) is calculated from the fresh air amount detected by the air flow meter 23 and the required fuel injection amount Q. Instead of such calculation, the actual air-fuel ratio λ may be detected by the air-fuel ratio sensor 24.
[0016]
Next, the routine proceeds to step 105, where the difference a between the target air-fuel ratio λt and the actual air-fuel ratio λ is calculated. Next, in step 106, the opening / closing speed v of the variable nozzle 5c of the variable nozzle supercharger 5 and the control valve 4b of the exhaust gas recirculation device 4 is determined from the map shown in FIG. The opening / closing speed v is, for example, an opening / closing degree (% / s) per unit time. In the map shown in FIG. 5, when the difference a is a positive value, that is, when the actual air-fuel ratio λ is leaner than the target air-fuel ratio λt, the opening speed becomes a positive value. The larger the lean degree of the air-fuel ratio λ with respect to the target air-fuel ratio λt, the larger the absolute value, that is, a faster opening speed is set. When the difference a is a negative value, that is, when the actual air-fuel ratio λ is richer than the target air-fuel ratio λt, the closing speed becomes a negative value, and the actual air-fuel ratio λ is rich relative to the target air-fuel ratio λt. The larger the degree, the larger the absolute value, that is, a faster closing speed is set.
[0017]
Next, in step 107, it is determined whether or not the difference a is substantially zero. When this determination is affirmative, the target air-fuel ratio λt is almost realized, and there is no need to change the opening of the variable nozzle 5c of the variable nozzle supercharger 5 and the control valve 4b of the exhaust gas recirculation device 4 in particular. , It ends as it is.
[0018]
On the other hand, when the determination at step 107 is negative, the routine proceeds to step 108 where it is determined whether or not the difference a is positive. When the fresh air amount is insufficient with respect to the required fuel injection amount Q at the time of engine acceleration or the like and the actual air-fuel ratio λ is rich with respect to the target air-fuel ratio λt, the opening / closing speed v determined in step 106 is The variable nozzle 5c of the variable nozzle supercharger 5 is controlled to the closed side to increase the supercharging pressure, and the control valve 4b of the exhaust gas recirculation device 4 is controlled to the closed side. Thus, the amount of recirculated exhaust gas is reduced and the amount of fresh air is increased. At this time, the determination in step 108 is denied and the process proceeds to step 109, where the control of the exhaust gas recirculation device 4 toward the closed side of the control valve 4b is stopped for a predetermined time. Thereby, only the variable nozzle 5c of the variable nozzle supercharger 5 is initially controlled at the closing speed v (negative value) at the closing side, the supercharging pressure is increased, and the amount of fresh air is increased. After a predetermined time has elapsed, the control valve 4b of the exhaust gas recirculation device 4 is controlled to the closed side at the closing speed v (negative value), the amount of recirculated exhaust gas is decreased, and the amount of fresh air is increased.
[0019]
Thus, when the fresh air amount is increased because the actual air-fuel ratio λ is rich with respect to the target air-fuel ratio λt, the exhaust gas recirculation device 4 that decreases the amount of the recirculated exhaust gas with good response for a predetermined time. In order to cancel the closing control of the control valve 4b and execute only the closing control of the variable nozzle 5c of the variable nozzle supercharger 5 which requires a certain time lag to increase the supercharging pressure, that is, the variable nozzle 5c. Is preferentially closed compared with the control valve 4b, so that the amount of recirculated exhaust gas is greatly reduced to achieve the target air-fuel ratio λt, and a large amount of NO x is prevented from being generated.
[0020]
On the other hand, when the fresh air amount is excessive with respect to the required fuel injection amount Q during engine deceleration or the like and the actual air-fuel ratio λ is lean with respect to the target air-fuel ratio λt, the opening / closing speed determined in step 106 is determined. v is a positive opening speed, the variable nozzle 5c of the variable nozzle type supercharger 5 is controlled to open, the supercharging pressure is lowered, and the control valve 4b of the exhaust gas recirculation device 4 is open. As a result, the amount of recirculated exhaust gas is increased and the amount of fresh air is decreased. At this time, the determination in step 108 is affirmed, the process proceeds to step 110, and control of the variable nozzle supercharger 5 to the open side of the variable nozzle 5c is stopped for a predetermined time. Thereby, only the control valve 4b of the exhaust gas recirculation device 4 is initially controlled to open at the opening speed v (positive value), the amount of recirculated exhaust gas is increased, and the amount of fresh air is decreased. After a predetermined time has elapsed, the variable nozzle 5c of the variable nozzle type supercharger 5 is controlled to open at the opening speed v (positive value), the supercharging pressure is lowered, and the amount of fresh air is reduced.
[0021]
Thus, when the fresh air amount is decreased because the actual air-fuel ratio λ is lean with respect to the target air-fuel ratio λt, a variable nozzle type that requires a certain time lag to lower the boost pressure for a predetermined time. In order to execute only the opening control of the control valve 4b of the exhaust gas recirculation device 4 that stops the opening control of the variable nozzle 5c of the supercharger 5 and increases the amount of the recirculated exhaust gas with good response, that is, the control valve 4b. in order to compare to preferentially open controlled variable nozzle 5c, a relatively large amount of recirculated exhaust gas is supplied in order to realize the target air-fuel ratio .lamda.t, the NO x generation amount can be sufficiently reduced At the same time, the turbine 5a and the compressor 5b of the variable nozzle supercharger 5 are maintained at a high rotation speed, and the amount of fresh air can be increased favorably for the next engine acceleration.
[0022]
FIG. 3 is a second flowchart different from the first flowchart for the above-described control by the control device 20. Only the differences from the first flowchart will be described below. In this flowchart, after the difference a between the actual air-fuel ratio λ and the target air-fuel ratio λt is calculated in step 205, the process proceeds to step 206, and the exhaust gas recirculation device 4 is respectively determined from the dotted line and alternate long and short dash lines shown in FIG. The open / close speed v1 of the control valve 4b and the open / close speed v2 of the variable nozzle 5c of the variable nozzle supercharger 5 are determined.
[0023]
In the map shown in FIG. 5, the opening / closing speed v determined based on the difference a is the same value for the control valve 4b and the variable nozzle 5c. However, in this map shown in FIG. 6, when the actual air-fuel ratio λ is lean with respect to the target air-fuel ratio λt, the opening speed v1 of the control valve 4b is set larger than the opening speed v2 of the variable nozzle 5c. When the actual air-fuel ratio λ is rich with respect to the target air-fuel ratio λt, the closing speed v1 of the control valve 4b is set smaller than the closing speed v2 of the variable nozzle 5c.
[0024]
Even in this case, when the fresh air amount is increased because the actual air-fuel ratio λ is rich with respect to the target air-fuel ratio λt, the control valve of the exhaust gas recirculation device 4 that decreases the recirculated exhaust gas amount with good response. In order to close the variable nozzle 5c of the variable nozzle supercharger 5 that requires a certain time lag to increase the supercharging pressure by closing the 4b at a low speed, that is, in the first flowchart, Similarly, in order to preferentially close the variable nozzle 5c as compared with the control valve 4b, the amount of recirculated exhaust gas is greatly reduced and a large amount of NO x is generated in order to achieve the target air-fuel ratio λt. This is prevented.
[0025]
Further, since the actual air-fuel ratio λ is lean with respect to the target air-fuel ratio λt, when the amount of fresh air is reduced, the variable nozzle supercharger 5 that requires a certain time lag to lower the supercharging pressure is variable. In order to control the opening of the control valve 4b of the exhaust gas recirculation device 4 that opens the nozzle 5c at a slow speed and increases the amount of the recirculated exhaust gas with good response, that is, in the same manner as in the first flowchart. the valve 4b to compare to preferentially open controlled variable nozzle 5c, a relatively large amount of recirculated exhaust gas is supplied in order to realize the target air-fuel ratio .lamda.t, to sufficiently reduce the NO x generation amount In addition, the turbine 5a and the compressor 5b of the variable nozzle supercharger 5 are maintained at a high rotation speed, and the amount of fresh air can be increased favorably for the next engine acceleration. Although the internal combustion engine of the present embodiment is a diesel engine, this does not limit the present invention, and the present invention can also be applied to a spark ignition internal combustion engine. Although the variable nozzle supercharger is used as the turbocharger, the present invention can be applied to a general turbocharger provided with a wastegate valve if the wastegate valve is controlled instead of the variable nozzle.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the internal combustion engine including the turbocharger and the exhaust gas recirculation device according to the first aspect of the present invention, since the actual air-fuel ratio is richer than the target air-fuel ratio, the fresh air amount is increased. Implements control to increase the supercharging pressure by the turbocharger and performs control to reduce the amount of recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device after elapse of a predetermined time, or sets the control speed of the exhaust gas recirculation device to Exhaust with good responsiveness is implemented because control is performed to reduce the exhaust gas amount by the exhaust gas recirculation device to be lower than the control speed of the turbocharger and to increase the supercharging pressure by the turbocharger. the NO X generation amount by weight recirculated exhaust gas is greatly reduced by the recirculation device is increased is prevented.
[0027]
According to the internal combustion engine including the turbocharger and the exhaust gas recirculation device according to the second aspect of the present invention, in addition to the same effects as the internal combustion engine including the turbocharger and the exhaust gas recirculation device according to the first aspect. When reducing the amount of fresh air because the actual air-fuel ratio is leaner than the target air-fuel ratio, control is performed to increase the amount of recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device, and the turbocharger The control for lowering the supercharging pressure is performed, or the control speed of the turbocharger is made lower than the control speed of the exhaust gas recirculation device to reduce the supercharging pressure by the turbocharger and the recirculation by the exhaust gas recirculation device. to adapted to implement a control of increasing the circulating amount of exhaust gas recirculation quantity of exhaust gas by the response of the good exhaust recirculation device increase significantly With the NO X generation amount can be effectively reduced by the turbine and compressor of the turbocharger it is responsive not good is maintained at a high rotation, thereby making better realize the increase in the next fresh air amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine equipped with a turbocharger supercharger and an exhaust gas recirculation device according to the present invention.
FIG. 2 is a first flowchart for fuel injection amount control, opening control of a control valve of an exhaust gas recirculation device, and opening control of a variable nozzle of a variable nozzle supercharger.
FIG. 3 is a second flowchart for fuel injection amount control, opening control of a control valve of an exhaust gas recirculation device, and opening control of a variable nozzle of a variable nozzle supercharger.
FIG. 4 is a map for determining a target air-fuel ratio used in the first and second flowcharts.
FIG. 5 is a map for determining the same opening / closing speeds of the control valve of the exhaust gas recirculation device and the variable nozzle of the variable nozzle supercharger used in the first flowchart.
FIG. 6 is a map for determining an opening / closing speed of a control valve of an exhaust gas recirculation device used in a second flowchart and an opening / closing speed of a variable nozzle of a variable nozzle supercharger.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diesel engine body 2 ... Engine intake system 3 ... Engine exhaust system 4 ... Exhaust gas recirculation device 4a ... Exhaust gas recirculation passage 4b ... Control valve 5 ... Variable nozzle type supercharger 5a ... Compressor 5b ... Turbine 5c ... Variable nozzle 20 …Control device

Claims (2)

機関運転状態により定まる必要燃料噴射量に対して目標空燃比が実現されるように、ターボチャージャ及び排気再循環装置を制御する内燃機関において、実際の空燃比が前記目標空燃比よりリッチである時には、前記ターボチャージャによる過給圧を高める制御を実施して所定時間経過後に前記排気再循環装置による再循環排気ガス量を減少させる制御を実施するか、又は、前記排気再循環装置の制御速度を前記ターボチャージャの制御速度より小さくして前記排気再循環装置による再循環排気ガス量を減少させる制御及び前記ターボチャージャによる過給圧を高める制御を実施することを特徴とするターボチャージャ及び排気再循環装置を備える内燃機関。In an internal combustion engine that controls the turbocharger and the exhaust gas recirculation device so that the target air-fuel ratio is realized with respect to the required fuel injection amount determined by the engine operating state, when the actual air-fuel ratio is richer than the target air-fuel ratio The control for increasing the supercharging pressure by the turbocharger is performed, and the control for reducing the amount of recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device after a predetermined time has passed, or the control speed of the exhaust gas recirculation device is increased. The turbocharger and the exhaust gas recirculation are characterized in that a control for reducing the recirculated exhaust gas amount by the exhaust gas recirculation device and a control for increasing the supercharging pressure by the turbocharger are performed by making it lower than the control speed of the turbocharger. Internal combustion engine comprising the device. 実際の空燃比が前記目標空燃比よりリーンである時には、前記排気再循環装置による再循環排気ガス量を増加させる制御を実施して所定時間経過後に前記ターボチャージャによる過給圧を下げる制御を実施するか、又は、前記ターボチャージャの制御速度を前記排気再循環装置の制御速度より小さくして前記ターボチャージャによる過給圧を下げる制御及び前記排気再循環装置による再循環排気ガス量を増加させる制御を実施することを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ及び排気再循環装置を備える内燃機関。When the actual air-fuel ratio is leaner than the target air-fuel ratio, control is performed to increase the amount of recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device, and control to lower the supercharging pressure by the turbocharger after a predetermined time has elapsed Or control for lowering the supercharging pressure by the turbocharger by making the control speed of the turbocharger smaller than the control speed of the exhaust gas recirculation device and control for increasing the amount of recirculated exhaust gas by the exhaust gas recirculation device An internal combustion engine comprising the turbocharger and the exhaust gas recirculation device according to claim 1.
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