JP3982591B2 - Diesel engine control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディーゼルエンジンの排気系から導管にて排気ガスを吸気系に導入するのではなく、燃焼室内の既燃ガスを吸気系に導入する、いわゆる内部EGRと称するシステムを備えたディーゼルエンジンの制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいてNOx の低減を図るべく排気ガスの一部を排気系から取り出して吸気系に再循環させる排気ガス再循環装置(EGR)があるが、これに対し、燃焼室内の既燃ガス(残留ガス)を吸気系に導入する、いわゆる内部EGRシステムが特公平5−80562号公報にて開示されている。当該公報の「ディーゼルエンジンの排気弁制御装置」は内部EGR量を制御する技術であって、エンジンの運転状態に応じて排気と吸気のオーバーラップを増やすことで排気の排出を減らし、残留する既燃ガス量を増加させることで温度を上昇させ、EGRの効果によりNOx とPM(パティキュレート)を同時に低減することを狙ったものである。
【0003】
一般的に、内部EGRは従来方式(導管により排気系から吸気系へ再循環させる方式)と比べると同じEGRガス量でもガス温度を高いまま維持することができるため、NOx 低減効果と同時に低負荷でのPM(SOF分)低減効果がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この手法を用いた際には、新気と既燃ガスとの混合が進まないため、吸入を終えてピストンが圧縮端に達したとき、筒内(キャビティ内)でのEGRガスと新気の混合状態はEGRガスが底面に多く残留し新気が上面に留まるという層状をなしている。この現象については、「社団法人 自動車技術会 学術講演会前刷集966 1996−10、pp.189−192(No.214)ディーゼルエンジンの非定常筒内流動解析」においても述べられている。そのため、このような方式で内部EGRの量を増していった場合には、圧縮端での筒内ガスの不均一さが増し、局所的に酸素不足となり燃焼が悪化しPMが増加してしまうという問題が生じる。
【0005】
そこで、この発明の目的は、ディーゼルエンジンから排出されるNOx とPM(パティキュレート)とを同時低減するために有効とされる内部EGR制御において、筒内の残留ガスと新気との混合を促進し、大量EGR時においても良好な燃焼が得られ、より一層のNOx 及びPMの低減を可能とするディーゼルエンジンの制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、可変バルブタイミング機構を制御して、運転状態検出手段によるディーゼルエンジンの運転状態に応じた量だけ排気弁をディーゼルエンジンの上死点よりもクランク角θ1だけ早いタイミングで閉弁させるように早閉じする排気弁閉弁制御手段と、可変バルブタイミング機構を制御して、前記吸気弁をディーゼルエンジンの上死点よりもクランク角θ2だけ遅いタイミングで開弁させるように遅開きする吸気弁開弁制御手段とを備え、それらクランク角θ1およびθ2の関係が、吸気弁を排気弁の早閉じよりも大きく遅開きする「θ2>θ1」なる関係に設定されてなることを特徴としている。
【0007】
このように、排気弁閉弁制御手段は、可変バルブタイミング機構を制御して、運転状態検出手段によるディーゼルエンジンの運転状態に応じた量だけ排気弁をディーゼルエンジンの上死点よりもクランク角θ1だけ早いタイミングで閉弁させるように早閉じする。よって、排気弁が早閉じされて筒内に既燃ガスが残留する。
【0008】
吸気弁開弁制御手段は、可変バルブタイミング機構を制御して、吸気弁をディーゼルエンジンの上死点よりもクランク角θ2だけ遅いタイミングで開弁させるように遅開きする。そして、それらクランク角θ1およびθ2の関係は、吸気弁を排気弁の早閉じよりも大きく遅開きする「θ2>θ1」なる関係に設定される。
【0009】
よって、吸入行程において排気弁の早閉じするクランク角θ1よりも大きいクランク角θ2にならないと吸気弁が開かないので筒内が一時的に負圧にされる。この状態から吸気弁が開かれ、この時、新気が急激に流入する。これにより、既燃ガスと新気の混合が促進される。
【0010】
その結果、大量にEGRを行なったときでも既燃ガスと新気との混合を促進でき、これにより、より一層、NOx とPMの低減を図ることができる。
また、前記排気弁閉弁制御手段として、
・アクセル開度が一定のときには回転数が低いほど前記排気弁の閉弁時期を進角側に制御して早閉じを促進するもの(請求項2)。
・回転数が一定のときにはアクセル開度が小さいほど前記排気弁の閉弁時期を進角側に制御して早閉じを促進するもの(請求項3)。
として構成すると、EGRの効果を最大限に生かせるようになる。
また、請求項4に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、前記吸気弁開弁制御手段を、前記排気弁の早閉じ時期(クランク角θ1)に対して一定の割合をもって前記吸気弁の遅開き時期(クランク角θ2)を大きく制御するものとして構成する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
本実施の形態は、4気筒ディーゼルエンジンに本発明を具体化したものであって、その主要な構成としては、油圧アクチュエータにてエンジンの吸気弁及び排気弁を開閉駆動させるバルブ駆動機構(カムレス式バルブ駆動機構)を備え、吸気弁及び排気弁の駆動時期(バルブタイミング)を可変に調整することができるようになっている。
【0012】
ディーゼルエンジンの形態としては、燃料噴射ノズルによる燃料をシリンダヘッドとピストン頂部の間に形成された単一燃焼室の中に噴射する、いわゆる直接噴射式ディーゼルエンジンであり、吸気側及び排気側において各々2個ずつ(計4個)のバルブを有する。
【0013】
以下に、その詳細を説明する。
図1は、本実施の形態におけるエンジン断面及びエンジン制御システムの概略を示す構成図である。図1において、エンジン1のシリンダブロック2には円筒状のシリンダ3が形成されており、同シリンダ3内には図示しないクランク軸に連結されたピストン4が図の上下方向に往復動可能に配設されている。即ち、ピストン4は、コンロッド(図示略)に連結され往復運動する。ピストン4の上面には、凹状のキャビティ5が形成されている。また、シリンダヘッド6には、ピストン上部の燃焼室7に連通する吸気ポート8と排気ポート9とが形成されている。シリンダヘッド6の中央には燃料噴射ノズル10が配設されており、その先端(噴射孔)は燃焼室7内に露出している。
【0014】
さらに、シリンダヘッド6には、吸気弁11及び排気弁12が配設されており、これら弁11,12の開閉動作に伴い燃焼室7とポート8,9との間が連通又は閉塞される(断続される)。燃焼室7は、吸気弁11及び排気弁12が共に閉弁されているときには略密閉状態になるようになっている。
【0015】
各弁11,12はシリンダヘッド6の上方に設けられるバルブ駆動機構20により駆動される。即ち、各弁11,12はバルブ駆動機構20により任意の時期に開閉弁できるようになっている。バルブ駆動機構20は、電子制御装置(以下、ECUという)50からの制御信号に基づいて駆動される。略述すれば、ECU50は、各種の制御プログラムを実行するCPU50a、及び制御データやマップ等を記憶するメモリ50b(ROMやRAM等)を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成されるものであって、水温センサ51にて検出された水温信号(Tw)、クランク角センサ52にて検出されたクランク角信号(Ne)、アクセル開度センサ53にて検出されたアクセル開度信号(Ac)、及び大気圧センサ54にて検出された大気圧信号(Pair )等を入力する。そして、これら入力信号に基づいてバルブ駆動機構20による吸気弁11及び排気弁12の開閉時期を制御する。つまり、ECU50は、メモリ50b内のマップデータからバルブタイミングを決定しバルブ駆動可変機構20を駆動制御する。
【0016】
次に、図2を用いてバルブ駆動機構20並びにその周辺部の構成を説明する。但し、図2は吸気側の構成のみを示すものであって、同図には左右一対の吸気弁11を示している。
【0017】
図2において、吸気弁11の上端にはスプリングリテーナ13が取り付けられ、同スプリングリテーナ13とシリンダヘッド6との間には、吸気弁11を閉弁方向(図の上方向)に付勢するためのバルブスプリング14が配設されている。左右一対の吸気弁11はバルブブリッジ15により一体動作可能に連結されている。バルブブリッジ15の上面には、図の上下方向に往復動するプランジャ16が連結されており、このプランジャ16が下動することにより吸気弁11が開弁し(図示の状態)、上動することにより吸気弁11が閉弁する。プランジャ16の動作はその上面に形成された油圧室17の油圧(バルブ駆動機構20の作動油圧)に応じて制御されるものであるが、その詳細については後述する。なお、符号18は吸気弁11の動作位置を微調整するための調整ねじである。
【0018】
一方、バルブ駆動機構20において、シリンダヘッド6の一部に固定されるハウジング21には、図の左右方向に延びる円形孔部22が形成されており、同孔部22にはスプール型方向制御弁(以下、方向制御弁という)23が配設されている。方向制御弁23は大別して、円筒状のスリーブ24と、同スリーブ24内を図の左右方向に摺動するスプール25とから構成され、スリーブ24は円形孔部22の開口部近傍に螺着された蓋体26により固定されている。スリーブ24の外周面には、油圧ポート27a,27b,27cが環状に形成され、これら油圧ポート27a,27b,27cはそれぞれ複数箇所に設けられた連通路28a,28b,28cを介してスリーブ内周面に連通している。
【0019】
また、ハウジング21には、油圧ポンプ41から給送される高圧油を方向制御弁23に吸入するための吸入ポート29と、方向制御弁23からドレンタンク42に高圧油を排出するための排出ポート30とが設けられている。ここで、油圧ポンプ41はドレンタンク42から作動油を汲み上げ約12MPaに高圧化して方向制御弁23に給送する。なお、吸入ポート29は通路31を介して前記油圧ポート27aに連通され、排出ポート30は通路32を介して前記油圧ポート27cに連通されている。また、前記油圧室17は通路33を介して前記油圧ポート27bに連通されている。
【0020】
ハウジング21内部にはハウジング室34が形成され、同ハウジング室34内にはその内周面を摺動するピストン35が配設されている。ピストン35内には、電圧の印加に伴い伸長するピエゾスタック36が配設されている。このピエゾスタック36は、圧電素子としての多数のPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を積層して構成されるものであって、その一端には一対の電極37a,37bが取り付けられている。電極37a,37bには、ECU50からの制御指令に基づいてドライバ55を介して所定の電圧が印加される。一方、ピストン35の左側に配設された皿ばね38はピエゾスタック36に収縮方向の力を付与している。なお、図2はピエゾスタック36に電圧を印加した状態を示すものであって、同ピエゾスタック36が伸長してピストン35が図の左方向に移動した状態を示している。
【0021】
次に、バルブ駆動機構20の作動を図3に従って説明する。ここで、図3(a)はピエゾスタック36に電圧を印加した状態を示している。つまり、電圧が印加されるとピエゾスタック36が伸長してピストン35は皿ばね38のばね力に抗して図の左方向に移動し、これによりスプール25は左方向に押し込まれる。このとき、吸入ポート29に吸入された高圧油は図中の破線矢印の如く流通して油圧室17内に供給され、吸気弁11が開弁状態となる。
【0022】
また、図3(b)はピエゾスタック36に電圧を印加していない状態を示している。つまり、ピエゾスタック36への電圧印加を解除した状態では、ピストン35は皿ばね38のばね力により図の右方向に付勢されているため、スプール25は右方向に引き寄せられる。このとき、油圧室17内の作動油は図中の破線矢印の如く流通して排出ポート30へ排出され(ドレンタンク42に戻され)、吸気弁11が閉弁状態となる。
【0023】
また、排気弁12のバルブ駆動機構については図示及びその詳細な説明を省略するが、それは上述した吸気弁11のバルブ駆動機構20と略同様の構成を有するものであり、排気弁12もやはりECU50による制御信号に基づいて開閉されるようになっている。
【0024】
このように本実施の形態のバルブ駆動機構20は、プランジャ16と油圧室17とにより吸気弁11および排気弁12を駆動する油圧シリンダが構成され、この油圧シリンダへの油圧供給を断続する油圧制御弁が油圧ポンプ41及び方向制御弁23により構成されている。そして、このような構成を用いることにより、吸気弁11および排気弁12の開閉時期を自由に制御することができ、エンジン1の吸気特性および排気特性を変化させることができる。即ち、排気弁12の閉弁タイミングおよび吸気弁11の開弁タイミングを調整することができる。
【0025】
本実施の形態においては、バルブ駆動機構20にて可変バルブタイミング機構を構成し、ECU50にて排気弁閉弁制御手段および吸気弁開弁制御手段を構成し、水温センサ51、クランク角センサ52、アクセル開度センサ53、大気圧センサ54にて運転状態検出手段を構成している。
【0026】
次に、このように構成したディーゼルエンジンの制御装置の作用を説明する。図5は、バルブ駆動機構20による吸気弁11及び排気弁12のリフト動作を示すタイムチャートであり、横軸に示すTDCはピストン上死点を示す。また、同図の縦軸はバルブリフト量を示す。図中の破線は、バルブタイミングが固定された場合における吸気・排気特性(バルブタイミング)を示し、実線はバルブ駆動機構20の使用による排気弁12を早閉め及び吸気弁11を遅開きさせた際のバルブタイミングを示す。
【0027】
即ち、バルブタイミングが固定された場合において、排気弁12はBDC前40°CA程度の時期に開弁を開始し、TDC直後に閉弁する。また、吸気弁11はTDC前5°程度の時期に開弁を開始し、BDC後40°程度の時期に閉弁する。このとき、排気弁12と吸気弁11とは所定期間にてオーバーラップしている。一方、バルブ駆動機構20の使用による場合においては、排気弁12の閉弁時期がTDCよりも所定クランク角だけ進角側に変更されるとともに、吸気弁11の開弁時期がTDCよりも所定クランク角だけ遅角側に変更される。
【0028】
なお、本実施の形態のバルブリフト動作は、油圧式のバルブ駆動機構20により実現されるものであるが、それはカムシャフトの回転に伴いリフト動作するカム駆動式のプロフィールに略一致する。
【0029】
図4には、ECU50が実行する処理(フローチャート)を示す。
まず、ECU50はエンジンが始動すると、ステップ100に進み、水温TW 、回転数Ne、アクセル開度Ac、大気圧Pair を入力する。そして、ECU50はステップ101において、入力された信号を基にメモリ50aに内蔵するマップデータから運転に最適となるEGR量を計算する。その後、ECU50は、この計算結果をバルブタイミングに置き換えてステップ102でバルブ駆動機構20を駆動制御する。
【0030】
以後、ステップ100に戻り、これを繰り返す。この処理の繰り返しにより、図5において実線で示す本実施形態での排気弁12の早閉め及び吸気弁11の遅開きが行われることになる。この際、本制御では吸気弁11を排気弁12の「早閉じ」よりも大きく遅開きする。つまり、TDCに対し排気弁12の「早閉じ」のためのクランク角θ1と、TDCに対し吸気弁11の「遅開き」のためのクランク角θ2との関係において、θ2>θ1を満足している。
【0031】
図6は、図4のステップ102で出力するバルブタイミングを一部示したもので、(低負荷時)アクセル開度一定のときは回転数が低いほど排気弁12を早閉じし、EGRの効果を最大限に生かせるようにしている。
【0032】
図7は、図4のステップ102で出力するバルブタイミングを一部示したもので、回転数一定のときはアクセル開度が小さい時ほど排気弁12を早閉じし、EGRの効果を最大限に生かせるようにしている。
【0033】
図8は、排気弁閉じ時期と吸気弁開き時期の関係を示したもので、図のように、一定の割合をもって吸気弁11の方を大きく遅開きしている。
次に、本制御を行ったときの筒内の気流の様子を比較して説明する。
【0034】
図9は、ディーゼルエンジンの運転状態に応じた量だけ排気弁をTDCよりも早期に閉じる制御のみ行う従来方式における吸入行程時の筒内の空気流動の様子を示したものである。
【0035】
図中、符号60はエンジンの筒内壁面を示し、符号61は排気弁12を早閉じすることによって(あるいは、排気弁12と吸気弁11をオーバーラップすることによって)筒内に生じた残留ガスを示す。この図において、吸入行程では吸気は吸入開始時から矢印A1方向に流入するように吸気ポート8内で整流されるため、L1にて示す横方向の気流(スワール)が筒内に形成される。そのため、筒内の残留ガスと新気との混合が進まず、層状をなしたまま吸気行程を終了し、圧縮行程においても混合が進まない。このことから、燃料噴射前の圧縮端でも図10のキャビティ5内において残留ガスG1、新気G2のように層状をなしたままである。
【0036】
この状態で燃料が噴射され燃焼した場合、新気G2の部分ではガスの熱容量が少ないために燃焼温度が高くなりNOx が生成されてしまう。また、残留ガスG1の部分での燃焼では、酸素不足が生じることからススを排出しやすくなり、燃焼のトータルでのNOx 、ススの排出量は低減する可能性はあるものの、残留ガスの効果を十分に発揮しているとはいえない。
【0037】
一般的には、酸素不足を起こさない程度に熱容量の高い残留ガスをちりばめることでススの排出を防ぎ、燃焼時の最高温度を抑えることでNOx の生成を抑えることができる。
【0038】
次に、図11に、本実施形態での制御時の筒内の様子を示す。
まず、本制御では「排気弁早閉じ」によって筒内に既燃ガスが残留する。吸入行程では当該早閉じ量よりも大きく吸気弁11を遅開きするため、吸入時、吸気弁11が開かれる瞬間は筒内は負圧になっている。そのため、吸入開始と同時に新気が筒内に急激に流入する。この時、吸気ポート8内には乱流が生じるため、整流された一定の方向を持った流れにはならず、吸気弁11の隙間から全方向に向かった非常に流速の速い流れA2,A3が形成されることになる。この吸入初期の速い流れA2,A3は瞬時に筒内底面に達し、筒内底面の残留ガスをL2,L3,L4で示した方向に拡散する。吸入行程の中盤から後半にかけては、しだいに吸気が整流されていき吸入を終了した時点では筒内は従来と同様の空気流動(スワール)が形成される。この時の筒内ガスは、吸入行程前半で残留ガスが拡散されているため、図12に示すようにキャビティ5内において残留ガスと新気がよく混合しており圧縮端でもこの状態は保たれる。
【0039】
以上のように、本実施形態においてはEGRガスと新気との混合を促進することができ、NOx とPMの低減効果を向上することができる。
パティキュレートは、図13に示すように、バルブタイミングを固定した場合に比べ、本制御を採用することにより低減することができる。
【0040】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
(イ)ディーゼルエンジンの運転状態に応じた量だけ排気弁12をTDCよりも早期に閉じるとともに、TDCに対し、排気弁12の早閉じするクランク角以上遅く吸気弁11を開くようにしたので、TDCよりも排気弁12が早閉じされて筒内に既燃ガスが残留するが、この早閉じするクランク角以上遅く吸気弁11が開くので、筒内が一時的に負圧にされた状態から吸気弁11が開かれ、この時、新気が急激に流入する。これにより、既燃ガスと新気の混合が促進される。その結果、大量にEGRを行なったときでも既燃ガスと新気との混合を促進でき、より一層のNOx とPMの低減を図ることができる。
【0041】
このようにしてディーゼルエンジンから排出されるNOx とPM(パティキュレート)とを同時低減するために有効とされる内部EGR制御を行う際に、筒内の残留ガスと新気との混合を促進し、大量EGR時においても良好な燃焼が得られ、より一層のNOx 及びPMを低減することができる。
【0042】
特に、シリンダヘッド6とピストン頂部の間に形成された単一燃焼室7の中に燃料を噴射する直接噴射式ディーゼルエンジンに適用すると、その効果が大きい。
【0043】
なお、これまでの説明においては直接噴射式ディーゼルエンジンに適用した場合について述べたが、主燃焼室とは別の副室に燃料を噴射する副室式ディーゼルエンジンに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態におけるエンジン断面及びエンジン制御システムの概略を示す構成図。
【図2】 バルブ駆動機構並びにその周辺部の構成図。
【図3】 バルブ駆動装置の作動説明図。
【図4】 作用を説明するためのフローチャート。
【図5】 バルブ駆動機構によるリフト動作を示すタイムチャート。
【図6】 回転数に対する排気弁閉じ時期の制御方法を示す図。
【図7】 アクセル開度に対する排気弁閉じ時期の制御方法を示す図。
【図8】 排気弁閉じ時期と吸気弁開き時期の関係を示す図。
【図9】 比較のための筒内ガス流動を示す図。
【図10】 比較のための圧縮端での筒内ガス分布を示す図。
【図11】 実施の形態における筒内ガス流動を示す図。
【図12】 実施の形態における圧縮端での筒内ガス分布を示す図。
【図13】 実施の形態の効果確認のためのNOx 量とPM量との関係を示す図。
【符号の説明】
1…ディーゼルエンジン、4…ピストン、6…シリンダヘッド、7…燃焼室、11…吸気弁、12…排気弁、20…バルブ駆動機構(可変バルブタイミング機構)、50…ECU(排気弁閉弁制御手段、吸気弁開弁制御手段)、51…水温センサ(運転状態検出手段)、52…クランク角センサ(運転状態検出手段)、53…アクセル開度センサ(運転状態検出手段)、54…大気圧センサ(運転状態検出手段)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a diesel engine equipped with a so-called internal EGR system that introduces burned gas in a combustion chamber into the intake system, rather than introducing exhaust gas into the intake system from the exhaust system of the diesel engine through a conduit. The present invention relates to a control device.
[0002]
[Prior art]
In a diesel engine, there is an exhaust gas recirculation device (EGR) that extracts a part of exhaust gas from the exhaust system and recirculates it to the intake system in order to reduce NOx. Japanese Patent Publication No. 5-80562 discloses a so-called internal EGR system that introduces (gas) into an intake system. The “diesel engine exhaust valve control device” in this publication is a technology that controls the amount of internal EGR, and reduces the exhaust emission by increasing the overlap of exhaust and intake air according to the operating state of the engine. The aim is to raise the temperature by increasing the amount of fuel gas and simultaneously reduce NOx and PM (particulates) by the effect of EGR.
[0003]
Generally, the internal EGR can maintain the gas temperature at a high level even with the same EGR gas amount as compared with the conventional method (method of recirculation from the exhaust system to the intake system by a conduit), so the load is reduced simultaneously with the NOx reduction effect. There is an effect of reducing PM (SOF content).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when this method is used, mixing of fresh air and burned gas does not proceed, so when the piston reaches the compression end after suction and new EGR gas in the cylinder (in the cavity) The mixed state of gas has a layered state in which a large amount of EGR gas remains on the bottom surface and fresh air remains on the top surface. This phenomenon is also described in “Unsteady in-cylinder flow analysis of diesel engine” published by the Japan Society for Automotive Engineers Academic Lecture Preprints 966 1996-10, pp. 189-192 (No. 214). Therefore, when the amount of internal EGR is increased by such a method, the in-cylinder gas non-uniformity at the compression end increases, oxygen becomes insufficient locally, combustion deteriorates, and PM increases. The problem arises.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to promote the mixing of residual gas and fresh air in the cylinder in internal EGR control effective for simultaneously reducing NOx and PM (particulate) discharged from the diesel engine. Another object of the present invention is to provide a control device for a diesel engine that can achieve good combustion even during a large amount of EGR and can further reduce NOx and PM.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The control device for a diesel engine according to claim 1 controls the variable valve timing mechanism so that the exhaust valve is cranked more than the top dead center of the diesel engine by an amount corresponding to the operation state of the diesel engine by the operation state detection means. θ1 only early not and early closing to that exhaust valve closing control means so as to close at a timing, by controlling the variable valve timing mechanism, slow only crank angle θ2 than the top dead center of the diesel engine the intake valve Intake valve opening control means that opens slowly so as to open at the timing, and the relationship between the crank angles θ1 and θ2 is “θ2> θ1” that opens the intake valve more slowly than the early closing of the exhaust valve. It is characterized by being set in a relationship .
[0007]
In this way, the exhaust valve closing control means controls the variable valve timing mechanism so that the exhaust valve is crank angle θ1 from the top dead center of the diesel engine by an amount corresponding to the operating condition of the diesel engine by the operating condition detecting means. you early closing so as to be closed only have early timing. Therefore, the exhaust valve is quickly closed, and the burned gas remains in the cylinder.
[0008]
The intake valve opening control means controls the variable valve timing mechanism, to open late so as to open at a slow timing by crank angle θ2 than the top dead center of the intake valve diesel engine. The relationship between the crank angles θ1 and θ2 is set to a relationship of “θ2> θ1” that opens the intake valve more slowly than the early closing of the exhaust valve.
[0009]
Therefore, since the intake valve does not open unless the crank angle θ2 is larger than the crank angle θ1 at which the exhaust valve is quickly closed in the intake stroke, the inside of the cylinder is temporarily set to a negative pressure. From this state, the intake valve is opened, and at this time, fresh air rapidly flows. This promotes mixing of burned gas and fresh air.
[0010]
As a result, even when a large amount of EGR is performed, mixing of burned gas and fresh air can be promoted, thereby further reducing NOx and PM.
As the exhaust valve closing control means,
-When the accelerator opening degree is constant, the closing speed of the exhaust valve is controlled to be advanced as the rotational speed is lower to promote early closing (Claim 2).
-When the rotational speed is constant, as the accelerator opening is smaller, the closing timing of the exhaust valve is controlled to the advance side to promote early closing (Claim 3).
If it is configured as such, the effect of EGR can be utilized to the maximum extent.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the diesel engine control device, wherein the intake valve opening control means controls the intake valve opening control means at a constant rate with respect to the early closing timing (crank angle θ1) of the exhaust valve. (Crank angle θ2) is configured to be largely controlled.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The present embodiment embodies the present invention in a four-cylinder diesel engine, and its main configuration is a valve drive mechanism (camless type) that opens and closes an intake valve and an exhaust valve of an engine with a hydraulic actuator. A valve drive mechanism), and the drive timing (valve timing) of the intake valve and the exhaust valve can be variably adjusted.
[0012]
The diesel engine is a so-called direct injection diesel engine that injects fuel from a fuel injection nozzle into a single combustion chamber formed between the cylinder head and the top of the piston. It has 2 valves (4 in total).
[0013]
The details will be described below.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an engine cross section and an outline of an engine control system in the present embodiment. In FIG. 1, a
[0014]
Further, an
[0015]
The
[0016]
Next, the configuration of the
[0017]
In FIG. 2, a
[0018]
On the other hand, in the
[0019]
The
[0020]
A
[0021]
Next, the operation of the
[0022]
FIG. 3B shows a state where no voltage is applied to the
[0023]
Although the illustration and detailed description of the valve drive mechanism of the
[0024]
Thus, in the
[0025]
In the present embodiment, the
[0026]
Next, the operation of the diesel engine control apparatus configured as described above will be described. FIG. 5 is a time chart showing the lift operation of the
[0027]
That is, when the valve timing is fixed, the
[0028]
Note that the valve lift operation of the present embodiment is realized by the hydraulic
[0029]
FIG. 4 shows a process (flow chart) executed by the
First, when the engine is started, the
[0030]
Thereafter, the process returns to step 100 and is repeated. By repeating this process, the
[0031]
FIG. 6 shows a part of the valve timing output in
[0032]
FIG. 7 shows part of the valve timing output in
[0033]
FIG. 8 shows the relationship between the exhaust valve closing timing and the intake valve opening timing. As shown in the figure, the
Next, the state of the airflow in the cylinder when this control is performed will be described in comparison.
[0034]
FIG. 9 shows the state of air flow in the cylinder during the intake stroke in the conventional method in which only the control for closing the exhaust valve earlier than TDC is performed by an amount corresponding to the operating state of the diesel engine.
[0035]
In the figure,
[0036]
If fuel is injected and burned in this state, the combustion temperature rises and NOx is generated because the heat capacity of the gas is small in the fresh air G2. In addition, in the combustion in the residual gas G1, it becomes easy to discharge soot because oxygen shortage occurs, and although the total amount of NOx and soot emission may be reduced, the effect of the residual gas is reduced. It cannot be said that it is fully demonstrated.
[0037]
In general, it is possible to prevent soot discharge by sprinkling residual gas having a high heat capacity to the extent that oxygen shortage does not occur, and to suppress NOx generation by suppressing the maximum temperature during combustion.
[0038]
Next, FIG. 11 shows a state in the cylinder at the time of control in the present embodiment.
First, in this control, burned gas remains in the cylinder by “exhaust valve early closing”. In the intake stroke, the
[0039]
As described above, in this embodiment, the mixing of EGR gas and fresh air can be promoted, and the NOx and PM reduction effect can be improved.
As shown in FIG. 13, the particulates can be reduced by adopting this control as compared with the case where the valve timing is fixed.
[0040]
Thus, the present embodiment has the following features.
(A) Since the
[0041]
In this way, when performing internal EGR control that is effective to simultaneously reduce NOx and PM (particulates) discharged from the diesel engine, it promotes mixing of residual gas and fresh air in the cylinder. In addition, good combustion can be obtained even during a large amount of EGR, and NOx and PM can be further reduced.
[0042]
In particular, when applied to a direct injection diesel engine that injects fuel into a single combustion chamber 7 formed between the
[0043]
In addition, although the case where it applied to the direct injection type diesel engine was described in the above description, you may apply to the subchamber type diesel engine which injects a fuel into the subchamber different from a main combustion chamber.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an engine cross section and an outline of an engine control system in an embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram of a valve driving mechanism and its peripheral part.
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the valve driving device.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation.
FIG. 5 is a time chart showing a lift operation by a valve drive mechanism.
FIG. 6 is a diagram showing a method for controlling the exhaust valve closing timing with respect to the rotational speed.
FIG. 7 is a diagram showing a control method of exhaust valve closing timing with respect to accelerator opening.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an exhaust valve closing timing and an intake valve opening timing.
FIG. 9 is a diagram showing in-cylinder gas flow for comparison.
FIG. 10 is a diagram showing in-cylinder gas distribution at the compression end for comparison.
FIG. 11 is a diagram showing in-cylinder gas flow in the embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing the in-cylinder gas distribution at the compression end in the embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the NOx amount and the PM amount for confirming the effect of the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
ディーゼルエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記可変バルブタイミング機構を制御して、前記運転状態検出手段によるディーゼルエンジンの運転状態に応じた量だけ前記排気弁をディーゼルエンジンの上死点よりもクランク角θ1だけ早いタイミングで閉弁させるように早閉じする排気弁閉弁制御手段と、
前記可変バルブタイミング機構を制御して、前記吸気弁をディーゼルエンジンの上死点よりもクランク角θ2だけ遅いタイミングで開弁させるように遅開きする吸気弁開弁制御手段とを備え、
それらクランク角θ1およびθ2の関係が、吸気弁を排気弁の早閉じよりも大きく遅開きする「θ2>θ1」なる関係に設定されてなる
ことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。A variable valve timing mechanism for adjusting the closing timing of the exhaust valve and the opening timing of the intake valve provided in the diesel engine;
Driving state detecting means for detecting the driving state of the diesel engine;
The variable by controlling the valve timing mechanism, so as to closing by the operating condition detecting means has early just crank angle θ1 than the top dead center of the diesel engine the exhaust valve by an amount corresponding to the operating state of the diesel engine by the timing and the exhaust valve closing control means that early closing vinegar,
The variable by controlling the valve timing mechanism, and a intake valve opening control means for opening retarded so as to open at a slow timing by crank angle θ2 than the top dead center of the diesel engine the intake valve,
The diesel engine control device characterized in that the relationship between the crank angles [theta] 1 and [theta] 2 is set to "[theta] 2> [theta] 1" that opens the intake valve more slowly than the early closing of the exhaust valve. .
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