JP4591403B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
自動車などに搭載される内燃機関、特にディーゼルエンジン(圧縮着火内燃機関)に対し、スモークなどに代表される微粒子(PM:Particulate Matter)や窒素酸化物(NOx)の大気中への放出を一層抑制することが要求されている。このような要求に応えるため、例えば、PMを捕集するDPF(Diesel Particulate Filter)や、吸蔵還元型あるいは選択還元型のNOx触媒、PMとNOxを同時に低減するDPNR(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)などの排気浄化装置(後処理装置)を利用することが行われている。 For internal combustion engines mounted on automobiles, especially diesel engines (compression ignition internal combustion engines), the emission of fine particles (PM: Particulate Matter) represented by smoke and nitrogen oxides (NOx) into the atmosphere is further suppressed. Is required to do. In order to meet such demands, for example, DPF (Diesel Particulate Filter) that collects PM, NOx storage reduction type or selective reduction type NOx catalyst, DPNR (Diesel Particulate-NOx-Reduction system that simultaneously reduces PM and NOx) ) And other exhaust purification devices (post-treatment devices) are used.
DPFやDPNRでは、PMが蓄積するとエンジンの背圧が上昇してしまうため、蓄積したPMを定期的に燃焼させて除去する必要がある。この処理をPM再生という。PM再生を行う際には、DPF、DPNR等を例えば600℃程度の高温にする必要がある。 In DPF and DPNR, when PM accumulates, the back pressure of the engine increases. Therefore, it is necessary to periodically burn and remove the accumulated PM. This process is called PM regeneration. When performing PM regeneration, it is necessary to set DPF, DPNR, and the like to a high temperature of about 600 ° C.
また、NOx触媒やDPNRには、排気ガス中に含まれるSOx(硫黄酸化物)が吸着される。そのような硫黄分が蓄積すると、NOx触媒やDPNRが被毒して浄化能力が低下するので、吸着された硫黄分を定期的に離脱させる必要がある。この処理をS被毒再生という。S被毒再生を行うには、NOx触媒やDPNRを例えば650〜700℃程度の高温にする必要がある。 Further, SOx (sulfur oxide) contained in the exhaust gas is adsorbed on the NOx catalyst and DPNR. If such a sulfur content accumulates, the NOx catalyst and DPNR are poisoned and the purification capacity is reduced, so that the adsorbed sulfur content must be periodically removed. This process is called S poisoning regeneration. In order to perform S poisoning regeneration, the NOx catalyst and DPNR need to be set at a high temperature of, for example, about 650 to 700 ° C.
このように、排気浄化装置のPM再生やS被毒再生などを行う場合には、排気浄化装置を高温にする必要がある。ところが、軽負荷域や中負荷域においては、排気温度が低いため、排気浄化装置が再生に必要な温度になっていないのが普通である。このため、軽中負荷域でPM再生やS被毒再生を行う際には、排気通路にHC(未燃燃料)と酸素とを流通させ、HCを排気浄化装置で燃焼させることで、排気浄化装置の温度を上げる必要がある。 Thus, when performing PM regeneration, S poison regeneration, etc. of an exhaust purification device, it is necessary to make an exhaust purification device high temperature. However, since the exhaust gas temperature is low in the light load region and the medium load region, it is normal that the exhaust purification device is not at a temperature necessary for regeneration. For this reason, when performing PM regeneration or S poison regeneration in a light and medium load range, exhaust gas purification is performed by circulating HC (unburned fuel) and oxygen in the exhaust passage and burning the HC with an exhaust purification device. The temperature of the device needs to be raised.
排気通路にHCを流通させる方法としては、筒内での燃焼が終了した後にインジェクタから燃料を追加的に噴射する方法(ポスト噴射)や、排気通路に設けた燃料添加弁から排気ガス中に燃料を噴射する方法がある。しかしながら、ポスト噴射の場合には、エンジンオイルが希釈し易いという問題があり、燃料添加弁を用いる場合には、構造が複雑化してコストが高くなり易いという問題がある。 As a method of circulating HC in the exhaust passage, a method of additionally injecting fuel from the injector after completion of combustion in the cylinder (post-injection), a fuel addition valve provided in the exhaust passage, or a fuel in exhaust gas There is a way to inject. However, in the case of post-injection, there is a problem that engine oil is easily diluted, and in the case of using a fuel addition valve, there is a problem that the structure is complicated and the cost is likely to increase.
ところで、ディーゼルエンジンにおいて、EGR率を高めることで空燃比を低下(リッチ化)させていくと、スモークは、当初は増加していくが、その後急激に減少することが知られている。これは、大量EGR(Exhaust Gas Recirculation)により、スモークが生成されないような温度まで燃焼温度が下がるためであると考えられている。このように、大量EGRを行うことで、スモークを排出することなく、理論空燃比に近い空燃比、あるいは理論空燃比よりもリッチな空燃比でディーゼルエンジンを運転することができる。このような技術を以下「リッチ燃焼」という。 By the way, in the diesel engine, when the air-fuel ratio is lowered (riched) by increasing the EGR rate, it is known that the smoke increases initially but then decreases rapidly. This is considered to be because the combustion temperature is lowered to a temperature at which smoke is not generated by a large amount of exhaust gas recirculation (EGR). Thus, by performing a large amount of EGR, the diesel engine can be operated at an air-fuel ratio close to the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio without discharging smoke. Such a technique is hereinafter referred to as “rich combustion”.
リッチ燃焼を行っているときには、通常のリーン燃焼を行っている場合とは異なり、ディーゼルエンジンの排気ガス中に多量のHCが含まれている。そこで、排気通路にHCと酸素とを流通させる方法として、このリッチ燃焼を利用する方法が考えられる。つまり、一部の気筒でリッチ燃焼を行い、他の気筒で通常のリーン燃焼を行えば、リッチ燃焼を行う気筒からの排出ガスにはHCが多量に含まれ、リーン燃焼を行う気筒からの排出ガスには酸素が多量に含まれることとなる。よって、リッチ燃焼とリーン燃焼とを混在させる運転を行えば、ポスト噴射や、排気ガス中への燃料添加弁を利用することなく、排気通路にHCと酸素とを流通させることができ、有用である。 When performing rich combustion, unlike the case of performing normal lean combustion, a large amount of HC is contained in the exhaust gas of the diesel engine. Thus, as a method of circulating HC and oxygen in the exhaust passage, a method using this rich combustion is conceivable. In other words, if rich combustion is performed in some cylinders and normal lean combustion is performed in other cylinders, the exhaust gas from the cylinder that performs rich combustion contains a large amount of HC, and the exhaust from the cylinder that performs lean combustion The gas contains a large amount of oxygen. Therefore, if an operation that mixes rich combustion and lean combustion is performed, HC and oxygen can be circulated in the exhaust passage without using post injection or a fuel addition valve into the exhaust gas. is there.
特開2001−152842号公報には、4気筒の火花点火内燃機関において、第1〜第3気筒をリーン空燃比のリーン気筒とし、第4気筒をリッチ空燃比のリッチ気筒とした上で、リーン気筒のみ、あるいはリッチ気筒のみに外部EGR通路を設け、リーン気筒とリッチ気筒との発生トルクが等しくなるように、リーン気筒のみ、あるいはリッチ気筒のみに還流させる外部EGRの量を制御するシステムが開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-152842 discloses a four-cylinder spark ignition internal combustion engine in which the first to third cylinders are lean air-fuel ratio lean cylinders and the fourth cylinder is a rich air-fuel ratio rich cylinder. A system is disclosed in which an external EGR passage is provided only in a cylinder or only in a rich cylinder, and the amount of external EGR returned to only the lean cylinder or only the rich cylinder is controlled so that the generated torques of the lean cylinder and the rich cylinder are equal. Has been.
上記公報に開示されたシステムは、火花点火内燃機関を対象とするものである。これに対し、例えばディーゼルエンジンにおいて、リッチ燃焼とリーン燃焼とを混在させて運転する場合には、火花点火内燃機関の場合とは異なる事情が存在する。本発明者らの知見によれば、この場合、次のような問題が生ずると考えられる。 The system disclosed in the above publication is directed to a spark ignition internal combustion engine. On the other hand, for example, when a diesel engine is operated by being mixed with rich combustion and lean combustion, there are circumstances different from those of a spark ignition internal combustion engine. According to the knowledge of the present inventors, in this case, the following problems are considered to occur.
ディーゼルエンジンにおいては、リッチ燃焼を行う気筒だけでなく、通常のリーン燃焼を行う気筒にも、NOx排出量低減等の目的で、EGRを行うことが必要である。そして、リッチ燃焼とリーン燃焼とを混在させて運転している状態では、排気ガス中のHC濃度が周期的に変動する。つまり、リッチ燃焼気筒の排気行程時にはHC濃度が高くなり、リーン燃焼気筒の排気行程時にはHC濃度が低くなる。この状態で、外部EGR通路を通して一部の排気ガス(外部EGRガス)を吸気通路に戻すと、排気ガス中のHC濃度の変動に伴って、吸気中のHC濃度も変動することとなる。 In a diesel engine, it is necessary to perform EGR not only for a cylinder that performs rich combustion but also for a cylinder that performs normal lean combustion for the purpose of reducing NOx emissions. In a state where rich combustion and lean combustion are mixed and operated, the HC concentration in the exhaust gas periodically varies. That is, the HC concentration increases during the exhaust stroke of the rich combustion cylinder, and the HC concentration decreases during the exhaust stroke of the lean combustion cylinder. In this state, when a part of the exhaust gas (external EGR gas) is returned to the intake passage through the external EGR passage, the HC concentration in the intake air also changes as the HC concentration in the exhaust gas changes.
吸気中のHC濃度が変動すると、ディーゼルエンジンの発生するトルクも、それに伴って変動するので、トルク変動が大きくなり易い。特に、リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒とでは、吸気中のHC濃度が高くなった場合のトルクの変化が反対向きに現れる。すなわち、吸気中のHC濃度が高くなった場合、酸素の豊富なリーン燃焼気筒においては、燃焼する燃料量が増加することになるので、トルクが増大するのに対し、酸素の少ないリッチ燃焼気筒においては、失火し易くなるため、トルクが減少する。このため、HC濃度が高くなったときの外部EGRガスが、リーン燃焼気筒に入るかリッチ燃焼気筒に入るかによって、エンジン全体のトルクが大きく変化することになる。 When the HC concentration in the intake air fluctuates, the torque generated by the diesel engine also fluctuates accordingly, so that the torque fluctuation tends to increase. In particular, in the lean combustion cylinder and the rich combustion cylinder, changes in torque appear in opposite directions when the HC concentration in the intake air increases. That is, when the HC concentration in the intake air becomes high, the amount of fuel to be burned increases in the lean combustion cylinder rich in oxygen, so the torque increases, whereas in the rich combustion cylinder with little oxygen. Since it is easy to misfire, the torque decreases. For this reason, the torque of the entire engine varies greatly depending on whether the external EGR gas when the HC concentration becomes high enters the lean combustion cylinder or the rich combustion cylinder.
そして、外部EGRガスは、外部EGR通路を通過するのに要する時間だけ遅れて吸気に混合するが、その遅れはエンジン回転数や負荷によって異なる。このため、リッチ燃焼気筒から排出されたHC濃度の高い外部EGRガスは、リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒とにランダムに還流することになる。その結果、エンジン全体のトルクがランダムに大きく変動し易くなる。また、HC濃度の高い外部EGRガスがどの気筒に還流するかを予測することは極めて困難であるため、このようなトルク変動は、燃料噴射量の補正等によって抑制することも事実上不可能である。 The external EGR gas is mixed into the intake air with a delay required for passing through the external EGR passage, and the delay varies depending on the engine speed and the load. For this reason, the external EGR gas having a high HC concentration discharged from the rich combustion cylinder is randomly returned to the lean combustion cylinder and the rich combustion cylinder. As a result, the torque of the entire engine tends to fluctuate greatly at random. In addition, since it is extremely difficult to predict which cylinder the external EGR gas with high HC concentration will return to, it is virtually impossible to suppress such torque fluctuations by correcting the fuel injection amount. is there.
また、外部EGR通路を気筒毎に独立して設けることとすれば、上記のような問題を回避することは可能であるが、吸排気系の構造が複雑化・大型化するため、実際上はそのような構成を採用することは困難である。 In addition, if the external EGR passage is provided independently for each cylinder, it is possible to avoid the above-mentioned problem. However, since the structure of the intake / exhaust system becomes complicated and large, in practice, It is difficult to adopt such a configuration.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関においてリッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを混在させるリッチリーン制御の実行時に、トルク変動を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is an internal combustion engine capable of suppressing torque fluctuation during execution of rich lean control in which a rich combustion cycle and a lean combustion cycle are mixed in the internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a control device.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する外部EGR通路と、
前記外部EGR通路を通って還流する外部EGRの量を可変とする外部EGR量可変手段と、
前記外部EGR通路を通らずに前記内燃機関の内部において生ずる内部EGRの量を可変とする内部EGR量可変手段と、
空燃比を理論空燃比よりリーンにするリーン燃焼サイクルと、EGR率および燃料噴射量を前記リーン燃焼サイクルと異ならせることで空燃比を前記リーン燃焼サイクルに比して相対的にリッチにするリッチ燃焼サイクルとを、同一気筒において周期的に切り替えるか、あるいは、それぞれ別々の気筒において継続させるリッチリーン制御を行うリッチリーン制御手段と、
を備え、
前記リッチリーン制御手段は、前記リッチリーン制御実行時の外部EGR率を所定の上限値以下に制限し、前記リーン燃焼サイクルおよび前記リッチ燃焼サイクルの各々に必要なEGR量の残りを内部EGRで賄うように前記外部EGR量可変手段および前記内部EGR量可変手段の状態を制御するEGR制御手段を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
An external EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine;
An external EGR amount varying means for varying the amount of external EGR flowing back through the external EGR passage;
Internal EGR amount varying means for varying the amount of internal EGR generated inside the internal combustion engine without passing through the external EGR passage;
A lean combustion cycle that makes the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and rich combustion that makes the air-fuel ratio relatively rich compared to the lean combustion cycle by making the EGR rate and fuel injection amount different from the lean combustion cycle A rich lean control means for performing rich lean control for periodically switching the cycle in the same cylinder or continuing in separate cylinders;
With
The rich lean control means limits the external EGR rate during execution of the rich lean control to a predetermined upper limit value or less, and covers the remaining EGR amount necessary for each of the lean combustion cycle and the rich combustion cycle with the internal EGR. As described above, it includes an EGR control means for controlling states of the external EGR amount variable means and the internal EGR amount variable means.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記所定の上限値は、前記リッチ燃焼サイクルの排気が外部EGRにより還流して吸気に混合することで吸気中のHC濃度が高くなった場合に、前記リッチ燃焼サイクルと前記リーン燃焼サイクルとのトルク差が許容範囲内となるように定められた値であることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The predetermined upper limit value is the torque between the rich combustion cycle and the lean combustion cycle when the exhaust gas in the rich combustion cycle is recirculated by external EGR and mixed with the intake air so that the HC concentration in the intake air increases. The difference is a value determined so as to be within an allowable range.
また、第3の発明は、第1の発明において、
前記EGR制御手段は、前記リッチリーン制御実行時の外部EGR率をほぼゼロとすることを特徴とする。
The third invention is the first invention, wherein
The EGR control means sets the external EGR rate during execution of the rich lean control to substantially zero.
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記内部EGR量可変手段は、吸気弁と排気弁との正または負のバルブオーバーラップの大きさを気筒毎、気筒群毎、またはサイクル毎に可変とする可変動弁機構で構成されることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
The internal EGR amount varying means includes a variable valve mechanism that varies the magnitude of positive or negative valve overlap between the intake valve and the exhaust valve for each cylinder, each cylinder group, or each cycle. Features.
また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置を更に備え、
前記リッチリーン制御手段は、前記排気浄化装置の再生が要求されている場合に、前記リッチリーン制御を実行することを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
An exhaust purification device disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
The rich lean control means performs the rich lean control when regeneration of the exhaust purification device is required.
また、第6の発明は、第1乃至第5の発明の何れかにおいて、
前記リッチリーン制御手段は、前記内燃機関の負荷に応じて、低負荷側の領域では、前記リッチ燃焼サイクルのトルクと前記リーン燃焼サイクルのトルクとが等しくなるように各々のEGR率および燃料噴射量を制御し、高負荷側の領域では、前記リーン燃焼サイクルのトルクが前記リッチ燃焼サイクルのトルクより大きくなるように各々のEGR率および燃料噴射量を制御するトルク制御手段を含むことを特徴とする。
According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions,
In accordance with the load of the internal combustion engine, the rich lean control means is configured so that each of the EGR rate and the fuel injection amount is set so that the rich combustion cycle torque and the lean combustion cycle torque become equal in the low load region. And a torque control means for controlling each EGR rate and fuel injection amount so that the torque of the lean combustion cycle is larger than the torque of the rich combustion cycle in the high load side region. .
また、第7の発明は、第1乃至第6の発明の何れかにおいて、
前記リッチリーン制御手段は、前記内燃機関の負荷あるいは排気ガス温度に応じて、高負荷側あるいは高排気ガス温度側の領域においては、前記リーン燃焼サイクルと前記リッチ燃焼サイクルとをそれぞれ別々の気筒において継続させるモードとし、低負荷側あるいは低排気ガス温度側の領域においては、前記リーン燃焼サイクルと前記リッチ燃焼サイクルとを同一気筒において周期的に切り替えるモードとするモード切替手段を含むことを特徴とする。
According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions,
The rich lean control means performs the lean combustion cycle and the rich combustion cycle in separate cylinders in a region of a high load side or a high exhaust gas temperature side according to a load or exhaust gas temperature of the internal combustion engine. And a mode switching means for switching the lean combustion cycle and the rich combustion cycle periodically in the same cylinder in the low load side or the low exhaust gas temperature side region. .
また、第8の発明は、第1乃至第7の発明の何れかにおいて、
吸気弁の閉時期を可変とする可変動弁機構と、
前記リッチリーン制御実行時に、前記リッチ燃焼サイクルでの吸気弁閉時期を前記リーン燃焼サイクルでの吸気弁閉時期に比して遅くするリッチ燃焼サイクル吸気弁遅閉じ手段と、
を更に備えることを特徴とする。
Further, an eighth invention is any one of the first to seventh inventions,
A variable valve mechanism that makes the intake valve closing timing variable;
Rich combustion cycle intake valve slow closing means for delaying the intake valve closing timing in the rich combustion cycle compared to the intake valve closing timing in the lean combustion cycle when the rich lean control is executed;
Is further provided.
第1の発明によれば、内燃機関において、空燃比を理論空燃比よりリーンにするリーン燃焼サイクルと、EGR率および燃料噴射量をリーン燃焼サイクルと異ならせることで空燃比を相対的にリッチにするリッチ燃焼サイクルとを、同一気筒において周期的に切り替えるか、あるいは、それぞれ別々の気筒において継続させるリッチリーン制御を行うことができる。そして、リッチリーン制御実行時には、外部EGR率を所定の上限値以下に制限し、リーン燃焼サイクルおよびリッチ燃焼サイクルの各々に必要なEGR量の残りを内部EGRで賄うように外部EGR量可変手段および内部EGR量可変手段の状態を制御することができる。リッチリーン制御実行時には、外部EGRガス中のHC濃度の周期的に変動する。そして、HC濃度の高い外部EGRガスがリーン燃焼サイクルに流入するとトルクが増大するのに対し、HC濃度の高い外部EGRガスがリッチ燃焼サイクルに流入するとトルクが減少するという特性がある。このため、リッチリーン制御実行時の外部EGR率が高いと、トルク変動が大きくなり易いという問題がある。第1の発明によれば、リッチリーン制御実行時の外部EGR率を制限することで、内燃機関のトルク変動が過大になることを確実に防止することができる。 According to the first invention, in the internal combustion engine, the air-fuel ratio is made relatively rich by making the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and making the EGR rate and fuel injection amount different from the lean combustion cycle. It is possible to perform rich lean control in which the rich combustion cycle to be performed is periodically switched in the same cylinder or continued in different cylinders. When the rich lean control is executed, the external EGR rate is limited to a predetermined upper limit value or less, and the external EGR amount variable means and the internal EGR cover the remainder of the EGR amount necessary for each of the lean combustion cycle and the rich combustion cycle; The state of the internal EGR amount varying means can be controlled. When the rich lean control is executed, the HC concentration in the external EGR gas varies periodically. The torque increases when the external EGR gas having a high HC concentration flows into the lean combustion cycle, whereas the torque decreases when the external EGR gas having a high HC concentration flows into the rich combustion cycle. For this reason, when the external EGR rate at the time of executing the rich lean control is high, there is a problem that the torque fluctuation tends to increase. According to the first aspect of the present invention, it is possible to reliably prevent the torque fluctuation of the internal combustion engine from becoming excessive by limiting the external EGR rate at the time of executing the rich lean control.
第2の発明によれば、リッチリーン制御実行時の外部EGR率の上限値を、リッチ燃焼サイクルの排気が外部EGRにより還流して吸気に混合することで吸気中のHC濃度が高くなった場合に、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとのトルク差が許容範囲内となるように定めることができる。これにより、リッチリーン制御実行時の内燃機関のトルク変動を許容値以下により確実に抑えることができる。 According to the second invention, when the exhaust gas in the rich combustion cycle is recirculated by the external EGR and mixed with the intake air when the rich HC control is executed, the upper limit value of the external EGR rate at the time of executing the rich lean control is increased. In addition, the torque difference between the rich combustion cycle and the lean combustion cycle can be determined to be within an allowable range. Thereby, the torque fluctuation of the internal combustion engine when the rich lean control is executed can be surely suppressed to a value below the allowable value.
第3の発明によれば、リッチリーン制御実行時の外部EGR率をほぼゼロとすることができる。これにより、リッチリーン制御実行時の外部EGRに起因する内燃機関のトルク変動を完全に排除することができるので、トルク変動を特に小さくすることができる。 According to the third aspect of the invention, the external EGR rate during execution of rich lean control can be made substantially zero. Thereby, the torque fluctuation of the internal combustion engine caused by the external EGR at the time of executing the rich lean control can be completely eliminated, so that the torque fluctuation can be particularly reduced.
第4の発明によれば、内部EGR量可変手段は、吸気弁と排気弁との正または負のバルブオーバーラップの大きさを気筒毎、気筒群毎、またはサイクル毎に可変とする可変動弁機構で構成することができる。これにより、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとの各々において、内部EGR量を精度良く制御することができる。 According to the fourth invention, the internal EGR amount varying means is a variable valve that varies the magnitude of the positive or negative valve overlap between the intake valve and the exhaust valve for each cylinder, for each cylinder group, or for each cycle. It can be configured with a mechanism. As a result, the internal EGR amount can be accurately controlled in each of the rich combustion cycle and the lean combustion cycle.
第5の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置の再生が要求されている場合に、リッチリーン制御を実行することができる。リッチリーン制御によれば、ポスト噴射や、排気ガス中への燃料添加等の方法をとることなく、広い運転領域で、排気浄化装置の再生を行うことができる。 According to the fifth aspect, rich lean control can be executed when regeneration of the exhaust purification device disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine is required. According to the rich lean control, it is possible to regenerate the exhaust purification device in a wide operating range without taking post injection or adding a fuel to the exhaust gas.
第6の発明によれば、リッチリーン制御実行時、低負荷側の領域では、リッチ燃焼サイクルのトルクとリーン燃焼サイクルのトルクとが等しくなるように各々のEGR率および燃料噴射量を制御し、高負荷側の領域では、リーン燃焼サイクルのトルクがリッチ燃焼サイクルのトルクより大きくなるように各々のEGR率および燃料噴射量を制御することができる。これにより、低負荷側の領域では、内燃機関のトルク変動を更に小さくすることができるとともに、高負荷側の領域においてもリッチ燃焼を実行可能とすることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, when the rich lean control is executed, the EGR rate and the fuel injection amount are controlled so that the rich combustion cycle torque and the lean combustion cycle torque become equal in the low load side region. In the region on the high load side, each EGR rate and fuel injection amount can be controlled so that the torque of the lean combustion cycle becomes larger than the torque of the rich combustion cycle. As a result, the torque fluctuation of the internal combustion engine can be further reduced in the low load side region, and rich combustion can be performed in the high load side region.
第7の発明によれば、高負荷側あるいは高排気ガス温度側の領域においては、リーン燃焼サイクルとリッチ燃焼サイクルとをそれぞれ別々の気筒において継続させ、低負荷側あるいは低排気ガス温度側の領域においては、リーン燃焼サイクルとリッチ燃焼サイクルとを同一気筒において周期的に切り替えることができる。これにより、高負荷側あるいは高排気ガス温度側の領域において、リッチ燃焼サイクルの筒内温度が高くなり過ぎることを確実に回避することができ、スモークの排出を確実に防止することができる。また、低負荷側あるいは低排気ガス温度側の領域において、リッチ燃焼サイクルの筒内温度が低くなり過ぎることを確実に回避することができ、失火の発生を抑制して、燃焼を安定化させることができる。 According to the seventh aspect, in the high load side or high exhaust gas temperature side region, the lean combustion cycle and the rich combustion cycle are continued in separate cylinders, respectively, and the low load side or low exhaust gas temperature side region In, the lean combustion cycle and the rich combustion cycle can be switched periodically in the same cylinder. As a result, it is possible to reliably prevent the in-cylinder temperature of the rich combustion cycle from becoming too high in the region on the high load side or the high exhaust gas temperature side, and it is possible to reliably prevent smoke discharge. In addition, in the region of the low load side or the low exhaust gas temperature side, it is possible to reliably avoid the in-cylinder temperature of the rich combustion cycle becoming too low, and to suppress the occurrence of misfire and stabilize the combustion. Can do.
第8の発明によれば、リッチリーン制御実行時に、リッチ燃焼サイクルでの吸気弁閉時期をリーン燃焼サイクルでの吸気弁閉時期に比して遅くすることができる。これにより、リッチ燃焼サイクルの筒内温度が高くなり過ぎることを確実に回避することができ、スモークの排出を確実に防止することができる。 According to the eighth aspect of the invention, when the rich lean control is executed, the intake valve closing timing in the rich combustion cycle can be delayed as compared with the intake valve closing timing in the lean combustion cycle. As a result, it is possible to reliably avoid the in-cylinder temperature of the rich combustion cycle from becoming too high, and to reliably prevent smoke from being discharged.
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、4サイクルのディーゼルエンジン(圧縮着火内燃機関)10を備えている。ディーゼルエンジン10は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼルエンジン10は、#1〜#4の4つの気筒を有する直列4気筒型であるものとするが、本発明におけるディーゼルエンジンの気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes a four-cycle diesel engine (compression ignition internal combustion engine) 10. It is assumed that the
ディーゼルエンジン10の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ12が設置されている。各気筒のインジェクタ12は、共通のコモンレール14に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ16によって所定の燃圧まで加圧されて、コモンレール14内に蓄えられ、コモンレール14から各インジェクタ12に供給される。
Each cylinder of the
ディーゼルエンジン10の排気通路18は、排気マニホールド20により枝分かれして、各気筒の排気ポート22(図2参照)に接続されている。本実施形態のディーゼルエンジン10は、ターボ過給機24を備えている。排気通路18は、ターボ過給機24の排気タービンに接続されている。
An
排気通路18の、ターボ過給機24より下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化装置26が設けられている。排気浄化装置26としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択還元型のNOx触媒、DPF(Diesel Particulate Filter)、DPNR(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のうちの一つ、またはこれらの組み合わせなどを用いることができる。
An
ディーゼルエンジン10の吸気通路28の入口付近には、エアクリーナ30が設けられている。エアクリーナ30を通って吸入された空気は、ターボ過給機24の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ32で冷却される。インタークーラ32を通過した吸入空気は、吸気マニホールド34により、各気筒の吸気ポート35(図2参照)に分配される。
An
吸気通路28の、インタークーラ32と吸気マニホールド34との間には、吸気絞り弁36が設置されている。また、吸気通路28の、エアクリーナ30の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ38が設置されている。
An
吸気通路28の吸気マニホールド34の近傍には、外部EGR通路40の一端が接続されている。外部EGR通路40の他端は、排気通路18の排気マニホールド20近傍に接続されている。本システムでは、この外部EGR通路40を通して、排気ガス(既燃ガス)の一部を吸気通路28に還流させること、つまり外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。以下、外部EGR通路40を通って還流する排気ガスのことを「外部EGRガス」と称する。
One end of an
外部EGR通路40の途中には、外部EGRガスを冷却するためのEGRクーラ42が設けられている。外部EGR通路40におけるEGRクーラ42の下流には、EGR弁44が設けられている。このEGR弁44の開度を変えることにより、外部EGR通路40を通る排気ガス量、すなわち外部EGR量を調整することができる。
In the middle of the
吸気通路28の、吸気絞り弁36の下流側には、吸気圧を検出する吸気圧センサ46が設置されている。また、排気通路18には、排気ガスの温度を検出する排気温センサ47が設置されている。更に、本システムは、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ48を備えている。
An
そして、本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ECU50は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動させることにより、ディーゼルエンジン10の運転状態を制御する。
The system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The
図2は、図1に示すシステムにおけるディーゼルエンジン10の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼルエンジン10について更に説明する。図2に示すように、ディーゼルエンジン10のクランク軸60の近傍には、クランク軸60の回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサ62が取り付けられている。このクランク角センサ62は、ECU50に接続されている。
FIG. 2 is a view showing a cross section of one cylinder of the
また、ディーゼルエンジン10には、吸気弁52を駆動する吸気可変動弁機構54と、排気弁56を駆動する排気可変動弁機構58とが備えられている。これら吸気可変動弁機構54および排気可変動弁機構58は、ECU50に接続されている。吸気可変動弁機構54および排気可変動弁機構58の具体的構成は、特に限定されないが、例えば、任意のタイミングで開閉可能な電磁駆動弁や油圧駆動弁などを用いることができる。あるいは、吸気弁52や排気弁56を駆動するカム(図示せず)の位相を連続的に可変とする機構などの、機械的な機構を用いるものであってもよい。
Further, the
[実施の形態1の特徴]
(バルブオーバーラップによる内部EGR)
本実施形態のディーゼルエンジン10では、吸気可変動弁機構54および排気可変動弁機構58により、吸気弁52と排気弁56との負のバルブオーバーラップの大きさを連続的に変化させることができる。図3は、負のバルブオーバーラップを説明するための図である。図3に示すように、負のバルブオーバーラップとは、排気弁56が閉じた後、吸気弁52が開くまでの間、吸気弁52および排気弁56が共に閉じている状態のことである。
[Features of Embodiment 1]
(Internal EGR with valve overlap)
In the
図3中の細い曲線は、負のバルブオーバーラップを設けない場合の吸気弁52および排気弁56のバルブリフト線図である。この状態から、排気弁56の閉時期を早くするとともに、吸気弁52の開時期を遅くすることにより、負のバルブオーバーラップを生じさせることができる。図3中の太い曲線は負のバルブオーバーラップを生じさせた場合の吸気弁52および排気弁56のバルブリフト線図である。排気弁56の閉時期や吸気弁52の開時期を変える度合いによって、負のバルブオーバーラップの大きさ(期間)を変えることができる。
3 is a valve lift diagram of the
負のバルブオーバーラップを生じさせると、筒内の既燃ガスが排気ポート22に流出しきらないうちに排気弁56が閉じられる。排気ポート22に排出されなかった既燃ガスは、そのまま筒内に残存するか、あるいは、吸気弁52の開弁に伴って一旦吸気ポート35に出た後、ピストン64の下降によって新気と共に筒内に吸入される。負のバルブオーバーラップを生じさせた場合には、このようにして内部EGRを行うことができる。そして、負のバルブオーバーラップを大きくするほど、内部EGR量を多くすることができる。以下では、この内部EGRによって還流する排気ガスのことを「内部EGRガス」と称する。
When a negative valve overlap is generated, the
なお、図3に示すように、本実施形態では、負のバルブオーバーラップの大きさを変えるのに伴って排気弁56の開時期および吸気弁52の閉時期も変化するようにしているが、排気弁56の開時期や吸気弁52の閉時期を変えずに負のバルブオーバーラップの大きさを変更するようにしてもよい。また、本実施形態では、排気弁56の閉時期と吸気弁52の開時期との双方を変えることで負のバルブオーバーラップの大きさを変更するようにしているが、排気弁56の閉時期と吸気弁52の開時期との何れか一方の変更で負のバルブオーバーラップの大きさを変更するようにしてもよい。この場合には、ディーゼルエンジン10は、吸気可変動弁機構54と排気可変動弁機構58との何れか一方のみを備えるものであってもよい。更に、本発明では、吸気弁52および排気弁56が共に開いた状態となる通常のバルブオーバーラップ(正のバルブオーバーラップ)を生じさせることで内部EGRを行い、その正のバルブオーバーラップの大きさを変更することで内部EGR量を調節するようにしてもよい。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the opening timing of the
上述したように、本実施形態のディーゼルエンジン10では、外部EGRおよび内部EGRを行うことが可能である。EGRを行うことで、燃焼温度を下げることができるので、NOxの排出を抑えることができる。
As described above, the
(リッチ燃焼)
このようなディーゼルエンジン10において、筒内に流入するガスのうち、外部EGRガスと内部EGRガスとを合わせたEGRガスの占める割合、つまりEGR率を高めていくと、筒内の空燃比A/Fは、低下(リッチ化)していく。この場合、空燃比A/Fは、筒内に流入した新気の量と、筒内に流入したEGRガス中に残存する空気量(未消費の酸素量に対応する空気量)とを合わせた総空気量と、インジェクタ12からの燃料噴射量とで定まることとなる。
(Rich combustion)
In such a
ディーゼルエンジン10では、EGR率を高めて大量EGRを行うことで、スモークが生成されないような温度にまで筒内温度を下げた燃焼を行うことができるようになっている。このような燃焼を本明細書では「リッチ燃焼」と称する。リッチ燃焼における空燃比A/Fは、ディーゼルエンジンの通常の燃焼(リーン燃焼)に比して、大幅に低下(リッチ化)している。
The
本発明において、リッチ燃焼時の空燃比A/Fは、理論空燃比以下の値、つまり理論空燃比またはそれよりリッチな値になっていてもよいが、理論空燃比よりは大きい値、つまり理論空燃比よりはリーンな値(例えば15〜17程度)になっていてもよい。つまり、「リッチ燃焼」における「リッチ」とは、「理論空燃比よりリッチ」という意味ではなく、後述するリーン燃焼に比して「相対的にリッチ」という意味である。 In the present invention, the air-fuel ratio A / F at the time of rich combustion may be a value below the stoichiometric air-fuel ratio, that is, the stoichiometric air-fuel ratio or a richer value, but a value larger than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, the theoretical air-fuel ratio. It may be a value leaner than the air-fuel ratio (for example, about 15 to 17). In other words, “rich” in “rich combustion” does not mean “richer than the stoichiometric air-fuel ratio”, but means “relatively rich” compared to lean combustion described later.
(リッチリーン制御)
上記リッチ燃焼よりEGR率を低くして、筒内の空気量を多くすると、空燃比A/Fが大きく(リーンに)なる。本明細書では、空燃比A/Fが、リッチ燃焼の空燃比A/Fより大きく、かつ、理論空燃比よりも大きい燃焼のことを「リーン燃焼」と称する。そして、本実施形態のシステムでは、リッチ燃焼を行うリッチ燃焼サイクルと、リーン燃焼を行うリーン燃焼サイクルとを混在させてディーゼルエンジン10を運転可能になっている。以下、リッチ燃焼サイクルと、リーン燃焼サイクルとを混在させる制御を「リッチリーン制御」と称する。
(Rich lean control)
If the EGR rate is made lower than the rich combustion and the amount of air in the cylinder is increased, the air-fuel ratio A / F becomes larger (lean). In the present specification, combustion in which the air-fuel ratio A / F is larger than the air-fuel ratio A / F of rich combustion and larger than the stoichiometric air-fuel ratio is referred to as “lean combustion”. In the system of this embodiment, the
図4は、空燃比A/Fと、その空燃比A/Fでの燃焼によって排出される排気ガス中に含まれるHCの濃度との関係を示す図である。同図に示すように、空燃比A/Fが低くなるほど、排気ガス中のHC濃度は高くなる。このため、リッチ燃焼の排気ガス中には、多量のHCが含まれている。一方、リーン燃焼の排気ガス中には、酸素が豊富に含まれている。このため、リッチリーン制御を行うことにより、排気通路18に、HCと酸素とを豊富に含んだ排気ガスを流通させることができる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio A / F and the concentration of HC contained in the exhaust gas discharged by combustion at the air-fuel ratio A / F. As shown in the figure, the lower the air-fuel ratio A / F, the higher the HC concentration in the exhaust gas. For this reason, a large amount of HC is contained in the exhaust gas of rich combustion. On the other hand, the lean combustion exhaust gas is rich in oxygen. For this reason, exhaust gas containing abundant HC and oxygen can be circulated in the
図5は、リッチリーン制御を行う場合の各気筒の燃焼モードの例を説明するための図である。本実施形態では、リッチリーン制御を行うとき、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを、同一気筒において周期的に切り替えるようにしてもよいし、あるいは、それぞれ別々の気筒において継続させるようにしてもよい。 FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a combustion mode of each cylinder when rich lean control is performed. In the present embodiment, when rich lean control is performed, the rich combustion cycle and the lean combustion cycle may be switched periodically in the same cylinder, or may be continued in separate cylinders. .
図5中のパターン1は、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとをそれぞれ別々の気筒において継続させる場合の例であり、ディーゼルエンジン10の4つの気筒のうち、#1および#4気筒ではリッチ燃焼サイクルを連続して行い、#2および#3気筒ではリーン燃焼サイクルを連続して行うようにしている。
Pattern 1 in FIG. 5 is an example in which the rich combustion cycle and the lean combustion cycle are continued in separate cylinders, and among the four cylinders of the
この場合、リッチ燃焼サイクルを継続する気筒の数と、リーン燃焼サイクルを継続する気筒の数とは、同じでなくてもよい。例えば、図5中のパターン2のように、#1でリッチ燃焼サイクルを連続して行い、#2、#3および#4気筒でリーン燃焼サイクルを連続して行うようにしてもよい。
In this case, the number of cylinders that continue the rich combustion cycle may not be the same as the number of cylinders that continue the lean combustion cycle. For example, as shown in
これらの場合においては、リッチ燃焼サイクルを継続する気筒の内部EGR量を、リーン燃焼サイクルを継続する気筒の内部EGR量より多くすることで、前者の気筒のEGR率を後者の気筒のEGR率より高くするようにすればよい。よって、この場合には、吸気可変動弁機構54および排気可変動弁機構58は、リッチ燃焼サイクルを継続する気筒または気筒群と、リーン燃焼サイクルを継続する気筒または気筒群とで、負のバルブオーバーラップの大きさを別々に変えられるようになっていればよい。
In these cases, by increasing the internal EGR amount of the cylinder that continues the rich combustion cycle more than the internal EGR amount of the cylinder that continues the lean combustion cycle, the EGR rate of the former cylinder is greater than the EGR rate of the latter cylinder. You should make it high. Therefore, in this case, the intake
一方、図5中のパターン3は、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを、同一気筒において周期的に切り替える場合の例であり、#1および#4気筒において、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを交互に(つまり1サイクル毎に切り替えて)行うようにしている。そして、#2および#3気筒ではリーン燃焼サイクルを連続して行うようにしている。
On the other hand,
この場合、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとの切り替えは、1サイクル毎でなく、複数サイクル毎であってもよい。また、図5中のパターン4のように、全気筒においてリッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを周期的に切り替えるようにしてもよい。
In this case, switching between the rich combustion cycle and the lean combustion cycle may be performed every plural cycles instead of every cycle. Further, as shown in
同一気筒においてリッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとをサイクル毎に切り替える場合には、内部EGR量をサイクル毎に変えることで、EGR率をサイクル毎に変えるようにすればよい。すなわち、この場合には、吸気可変動弁機構54および排気可変動弁機構58は、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとをサイクル毎に切り替える気筒の負のバルブオーバーラップの大きさをサイクル毎に変えられるようになっていればよい。
In the case where the rich combustion cycle and the lean combustion cycle are switched for each cycle in the same cylinder, the EGR rate may be changed for each cycle by changing the internal EGR amount for each cycle. That is, in this case, the intake
ところで、リッチリーン制御を行う場合、ディーゼルエンジン10のトルク変動を可能な限り小さくするためには、リッチ燃焼サイクルのトルクとリーン燃焼サイクルのトルクとが等しくなるようにするのが好ましい。その一方で、リッチ燃焼を成立させるには、大量EGRが必要であるので、筒内に吸入できる空気量がその分だけ少なくなる。よって、リッチ燃焼サイクルでは、リーン燃焼サイクル(通常のサイクル)と比べて、筒内で燃焼させることのできる燃料量の上限が低くなるため、発生可能なトルクの上限も低くなる。
By the way, when performing rich lean control, in order to make the torque fluctuation of the
そこで、本実施形態では、リッチリーン制御を行う場合、ディーゼルエンジン10に要求されるトルクが、リッチ燃焼サイクルの上限トルクに全気筒数を乗じた値以下である場合には、リッチ燃焼サイクルのトルクとリーン燃焼サイクルのトルクとが等しくなるように、各々のEGR率および燃料噴射量を制御するようにした。
Therefore, in the present embodiment, when rich lean control is performed, if the torque required for the
なお、リッチ燃焼サイクルのトルクとリーン燃焼サイクルのトルクとを等しくするには、リッチ燃焼サイクルの燃料噴射量をリーン燃焼サイクルの燃料噴射量より多くすることが必要である。これは、リッチ燃焼サイクルでは、燃焼が緩慢になるために熱効率が低下するからである。 In order to make the torque of the rich combustion cycle equal to the torque of the lean combustion cycle, it is necessary to make the fuel injection amount of the rich combustion cycle larger than the fuel injection amount of the lean combustion cycle. This is because in the rich combustion cycle, the combustion becomes slow and the thermal efficiency is lowered.
一方、リッチリーン制御を行う場合に、ディーゼルエンジン10に要求されるトルクが、リッチ燃焼サイクルの上限トルクに全気筒数を乗じた値を超える場合には、リッチ燃焼サイクルではその上限トルクを発生させるとともに、リーン燃焼サイクルではリッチ燃焼サイクルの上限トルクを超えるトルクを発生させるように、各々のEGR率および燃料噴射量を制御するようにした。このようにすることで、ディーゼルエンジン10に要求されるトルクが、リッチ燃焼サイクルの上限トルクに全気筒数を乗じた値を超えるような領域、つまり中高負荷の領域であっても、リッチ燃焼を行うことができる。
On the other hand, when the rich lean control is performed, if the torque required for the
上述したようなリッチリーン制御によれば、次のような利点がある。第1の利点としては、軽中負荷域において排気浄化装置26の温度を上昇させることができる。排気浄化装置26に蓄積されたPM(Particulate Matter)を燃焼させて除去するPM再生を行う場合や、排気浄化装置26に吸着された硫黄分を離脱させるS被毒再生を行う場合には、排気浄化装置26を高温の状態にする必要があるが、排気温度の低い軽中負荷域においては、排気浄化装置26がそのような高温状態になっていないのが普通である。本発明では、このような場合にリッチリーン制御を行うことにより、排気浄化装置26に多量のHCと酸素とを供給し、そのHCを排気浄化装置26で燃焼させることで、排気浄化装置26の温度をPM再生やS被毒再生可能な温度に上昇させることができる。
The rich lean control as described above has the following advantages. As a first advantage, the temperature of the
上記のように、排気浄化装置26の昇温を目的としてリッチリーン制御を行う場合には、リッチ燃焼サイクルの空燃比A/Fは、理論空燃比よりリッチでもよいし、理論空燃比よりリーンでもよい。
As described above, when rich lean control is performed for the purpose of raising the temperature of the
なお、リッチ燃焼サイクルの空燃比A/Fが理論空燃比よりリーンである場合には、リッチ燃焼サイクル自身の排気ガス中にも酸素が含まれているので、仮に全気筒でリッチ燃焼サイクルを継続したとしても、酸素と多量のHCとが排気浄化装置26に供給される。このため、この場合でも、単純に考えると、排気浄化装置26を昇温することができるようにも思える。しかしながら、この場合には、全体としての酸素濃度が低いため、排気浄化装置26でHCを効率良く燃焼させることができず、その結果、排気浄化装置26の温度を十分に上昇させることはできない。これに対し、リッチリーン制御を行った場合には、リーン燃焼サイクルを混在させることによって排気浄化装置26に多量の酸素を供給することができるので、HCを高い効率で燃焼させることができ、排気浄化装置26の温度を十分に上昇させることができる。
Note that if the air-fuel ratio A / F of the rich combustion cycle is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, oxygen is also contained in the exhaust gas of the rich combustion cycle itself, so the rich combustion cycle continues for all cylinders. Even so, oxygen and a large amount of HC are supplied to the
リッチリーン制御の第2の利点としては、中高負荷域でのS被毒再生が可能となる。S被毒再生を行う際には、排気浄化装置26内に理論空燃比以下のリッチな排気ガスを供給することが要求されるが、全気筒でリッチ燃焼サイクルを継続することとすると、前述したように、ディーゼルエンジン10の発生可能トルクが、リッチ燃焼サイクルの上限トルクに全気筒数を乗じた値に制限されてしまう。このため、中高負荷域では、全気筒リッチ燃焼継続運転でS被毒再生を行うことができない場合が多い。これに対し、リッチリーン制御によれば、リーン燃焼サイクルで大トルクを稼ぎつつ、リッチ燃焼サイクルによってリッチな排気ガスを供給することができるので、中高負荷域でのS被毒再生が可能となる。なお、S被毒再生時には、リッチ燃焼サイクルの空燃比A/Fを、理論空燃比よりもリッチな値にするものとする。
As a second advantage of the rich lean control, S poisoning regeneration in a medium and high load range is possible. When performing S poisoning regeneration, it is required to supply rich exhaust gas having a stoichiometric air-fuel ratio or less to the
このように、リッチリーン制御によれば、排気浄化装置26のPM再生やS被毒再生を実行可能な運転領域を拡大することができる。更に、ポスト噴射や、排気ガス中への燃料添加等の方法でPM再生やS被毒再生を行う場合のような弊害もない。すなわち、ポスト噴射によるエンジンオイルの希釈化や、排気通路への燃料添加弁設置によるコスト上昇などの問題が生ずることがないという利点もある。
As described above, according to the rich lean control, it is possible to expand the operation range in which the exhaust
(リッチリーン制御時の外部EGRにより生ずる現象)
以上説明したようなリッチリーン制御の実行時に、内部EGRと並行して外部EGRを行ったとした場合には、次のような問題が生ずる。図4に示すように、リッチ燃焼サイクルの排気ガス中のHC濃度は高く、リーン燃焼サイクルの排気ガス中のHC濃度は低い。このため、リッチリーン制御時は、排気ガス中のHC濃度が周期的に変動する。つまり、リッチ燃焼サイクルの排気行程時にはHC濃度が高くなり、リーン燃焼サイクルの排気行程時にはHC濃度が低くなる。この状態で、外部EGR通路を通して一部の排気ガス(外部EGRガス)を吸気通路28に戻すと、排気ガス中のHC濃度の変動に伴って、吸気中のHC濃度も変動することとなる。
(Phenomenon caused by external EGR during rich lean control)
If the external EGR is performed in parallel with the internal EGR during the execution of the rich lean control as described above, the following problems occur. As shown in FIG. 4, the HC concentration in the exhaust gas of the rich combustion cycle is high, and the HC concentration in the exhaust gas of the lean combustion cycle is low. For this reason, during rich lean control, the HC concentration in the exhaust gas periodically varies. That is, the HC concentration is high during the exhaust stroke of the rich combustion cycle, and the HC concentration is low during the exhaust stroke of the lean combustion cycle. In this state, when a part of the exhaust gas (external EGR gas) is returned to the
図6は、インジェクタ12からの燃料噴射量を一定として、吸気中のHC濃度を変化させた場合の、発生トルクの変化を表す図である。同図に示すように、吸気中のHC濃度が高くなった場合に、空燃比A/Fの大きいリーン燃焼サイクルと、空燃比A/Fの小さいリッチ燃焼サイクルとでは、トルクの変化が反対向きに現れる。すなわち、筒内に酸素が豊富なリーン燃焼サイクルにおいては、吸気中のHC濃度が高くなるほど、燃焼する燃料量が増加することになるので、トルクが増大する。これに対し、筒内の酸素が乏しいリッチ燃焼サイクルにおいては、吸気中のHC濃度が高くなるほど、失火し易くなるため、トルクが減少する。このようなことから、HC濃度が高くなったときの外部EGRガスが、リーン燃焼サイクルを行う気筒に入るかリッチ燃焼サイクルを行う気筒に入るかによって、ディーゼルエンジン10のトルクが大きく変化することになる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a change in generated torque when the fuel injection amount from the
外部EGRガスは、外部EGR通路40を通過するのに要する時間だけ遅れて吸気に混合するが、その遅れはエンジン回転数や負荷によって異なる。このため、リッチ燃焼サイクルを行った気筒から排出されたHC濃度の高い外部EGRガスは、リーン燃焼サイクルを行う気筒とリッチ燃焼サイクルを行う気筒とにランダムに還流することになる。その結果、ディーゼルエンジン10のトルクがランダムに大きく変動し易いという問題が生ずる。
The external EGR gas is mixed into the intake air with a delay required for passing through the
そして、外部EGRの場合には、HC濃度の高い外部EGRガスがどの気筒に還流するかを予測することは極めて困難であるため、上記のようなランダムなトルク変動を、燃料噴射量の補正等によって抑制することは事実上不可能である。 In the case of the external EGR, it is extremely difficult to predict which cylinder the external EGR gas having a high HC concentration will return to. Therefore, the random torque fluctuation as described above is corrected by correcting the fuel injection amount, etc. It is virtually impossible to suppress by.
そこで、本実施形態では、上記のようなトルク変動の問題を解決するため、リッチリーン制御の実行時には、外部EGRを停止して、各気筒で要求されるEGR量(EGR率)のすべてを、気筒毎の内部EGRで賄うこととした。 Therefore, in the present embodiment, in order to solve the problem of torque fluctuation as described above, when the rich lean control is executed, the external EGR is stopped, and all the EGR amount (EGR rate) required for each cylinder is The internal EGR for each cylinder was covered.
内部EGRの場合には、筒内に流入する内部EGRガスは、その気筒で行われた一つ前のサイクルの排気ガスである。つまり、内部EGRの場合には、外部EGRのような時間遅れの問題や、何れの気筒に流入するか予測不能という問題は存在しない。このため、内部EGRの場合には、筒内に流入する内部EGRガス中のHC濃度を予測可能である。 In the case of internal EGR, the internal EGR gas flowing into the cylinder is the exhaust gas of the previous cycle performed in that cylinder. That is, in the case of the internal EGR, there is no problem of time delay like the external EGR and the problem of unpredictable which cylinder flows into. For this reason, in the case of internal EGR, it is possible to predict the HC concentration in the internal EGR gas flowing into the cylinder.
すなわち、リッチリーン制御実行時のEGRを内部EGRで賄うこととすれば、EGR率と、その気筒の空燃比A/Fに応じて定まる内部EGRガス中のHC濃度とから、吸気中のHC濃度を定めることができる。吸気中のHC濃度が定まれば、そのサイクルのトルクが目標トルクに一致するような燃料噴射量を設定することが可能である。よって、本実施形態によれば、リッチリーン制御の実行時に、各気筒(各サイクル)のトルクを目標トルクに精度良く一致させることができ、大きなトルク変動がランダムに発生することを回避することが可能となる。 That is, if the EGR at the time of rich lean control is covered by the internal EGR, the HC concentration in the intake air from the EGR rate and the HC concentration in the internal EGR gas determined according to the air-fuel ratio A / F of the cylinder. Can be determined. If the HC concentration in the intake air is determined, it is possible to set the fuel injection amount so that the torque of the cycle matches the target torque. Therefore, according to the present embodiment, the torque of each cylinder (each cycle) can be accurately matched with the target torque when the rich lean control is executed, and the occurrence of large torque fluctuations can be avoided. It becomes possible.
[実施の形態1における具体的処理]
図7は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 7 is a flowchart of a routine executed by the
図7に示すルーチンによれば、まず、リッチリーン制御の要求があるか否かが判別される(ステップ100)。本実施形態では、軽中負荷域でPM再生あるいはS被毒再生を行う場合や、中高負荷域でS被毒再生を行う場合に、リッチリーン制御要求が出される。上記ステップ100で、リッチリーン制御要求が出されていないと判別された場合には、そのまま今回の処理サイクルを終了する。
According to the routine shown in FIG. 7, it is first determined whether or not there is a request for rich lean control (step 100). In the present embodiment, a rich lean control request is issued when PM regeneration or S poisoning regeneration is performed in a light and medium load region, or when S poisoning regeneration is performed in a medium or high load region. If it is determined in
一方、リッチリーン制御要求が出されていると判別された場合には、次に、エンジン回転数、アクセル開度、吸入空気量、吸気圧等の、ディーゼルエンジン10の運転状態が、前述した各種センサの信号に基づいて検出される(ステップ102)。
On the other hand, if it is determined that the rich lean control request has been issued, then the operating state of the
次いで、上記ステップ102で検出された運転状態に基づいて、リッチリーン制御時のリッチ燃焼サイクルにおける負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値が取得される(ステップ104)。ECU50は、リッチ燃焼サイクルにおける負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値と、ディーゼルエンジン10の運転状態との関係を定めたマップ(以下、「リッチ燃焼マップ」と称する)を記憶している。上記ステップ104では、そのリッチ燃焼マップを参照することにより、現在の運転状態に対応する、リッチ燃焼サイクルの負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値が取得される。
Next, based on the operating state detected in
続いて、上記ステップ102で検出された運転状態に基づいて、リッチリーン制御時のリーン燃焼サイクルにおける負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値が取得される(ステップ106)。ECU50は、リーン燃焼サイクルにおける負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値と、ディーゼルエンジン10の運転状態との関係を定めたマップ(以下、「リーン燃焼マップ」と称する)を記憶している。上記ステップ106では、そのリーン燃焼マップを参照することにより、現在の運転状態に対応する、リーン燃焼サイクルの負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値が取得される。
Subsequently, based on the operating state detected in
上記リッチ燃焼マップおよびリーン燃焼マップは、それぞれ、以下の規則(1)〜(3)に従うように設定されている。
(1)負のバルブオーバーラップの大きさは、リッチ燃焼サイクル、リーン燃焼サイクルの各々の目標空燃比に応じて、その目標空燃比を実現するのに必要なEGR率が得られるような大きさに設定されている。すなわち、リッチ燃焼サイクルの負のバルブオーバーラップは、リーン燃焼サイクルの負のバルブオーバーラップより大きくなるように設定されている。
(2)燃料噴射量は、リッチ燃焼サイクル、リーン燃焼サイクルの各々について、EGR率と、そのサイクルの空燃比A/Fに応じて定まる内部EGRガス中のHC濃度とから定まる吸気中のHC濃度がトルクに及ぼす影響を考慮した上で、後述するようにして定められるサイクル毎の目標トルクが得られるような噴射量に設定されている。すなわち、図6に示すような関係を考慮して、吸気中のHC濃度が高くなる条件であるほど、吸気中のHCの影響がキャンセルされるように、燃料噴射量が少なく設定される。
(3)上記目標トルクについては、ディーゼルエンジン10への要求トルクが、リッチ燃焼サイクルの上限トルクに全気筒数を乗じた値以下となるような、低負荷側の運転領域である場合には、リッチ燃焼サイクルの目標トルクと、リーン燃焼サイクルの目標トルクとが等しい値に設定される。一方、ディーゼルエンジン10への要求トルクが、リッチ燃焼サイクルの上限トルクに全気筒数を乗じた値を超えるような、高負荷側の運転領域である場合には、リッチ燃焼サイクルの目標トルクは、その上限トルクに設定され、リーン燃焼サイクルの目標トルクは、リッチ燃焼サイクルの上限トルクを超えるトルクであって、ディーゼルエンジン10の平均トルクが上記要求トルクに一致するようなトルクに設定される。
The rich combustion map and the lean combustion map are set so as to follow the following rules (1) to (3), respectively.
(1) The magnitude of the negative valve overlap is such that the EGR rate necessary to achieve the target air-fuel ratio can be obtained according to the target air-fuel ratio of each of the rich combustion cycle and the lean combustion cycle. Is set to That is, the negative valve overlap of the rich combustion cycle is set to be larger than the negative valve overlap of the lean combustion cycle.
(2) The fuel injection amount is the HC concentration in the intake air determined from the EGR rate and the HC concentration in the internal EGR gas determined according to the air-fuel ratio A / F of the rich combustion cycle and the lean combustion cycle. The injection amount is set so that a target torque for each cycle determined as described later can be obtained in consideration of the influence of the torque on the torque. That is, in consideration of the relationship as shown in FIG. 6, the fuel injection amount is set to be smaller so that the influence of the HC in the intake is canceled as the HC concentration in the intake becomes higher.
(3) For the target torque, when the required torque to the
より具体的には、上記(1)および(2)の規則は、次のような事情を考慮した上で設定されている。 More specifically, the rules (1) and (2) are set in consideration of the following circumstances.
リッチ燃焼サイクルを連続して行う気筒、あるいはリーン燃焼サイクルを連続して行う気筒では、運転状態が変化しない限り、サイクル毎の空燃比A/Fが一定であるので、内部EGRガス中のHC濃度も一定となる。更に、EGR率も一定であるので吸気中のHC濃度も一定となる。 In a cylinder that continuously performs a rich combustion cycle or a cylinder that continuously performs a lean combustion cycle, the air-fuel ratio A / F for each cycle is constant unless the operating state changes, so the HC concentration in the internal EGR gas Is also constant. Further, since the EGR rate is also constant, the HC concentration in the intake air is also constant.
これに対し、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを交互に行う気筒では、空燃比A/FおよびEGR率がサイクル毎に規則的に変動するため、内部EGRガス中のHC濃度や吸気中のHC濃度もサイクル毎に規則的に変動する。そして、リッチ燃焼サイクルには、その一つ前に行われたリーン燃焼サイクルの排気ガスが内部EGRガスとして還流する。このため、リッチ燃焼サイクルに還流する内部EGRガス中には、未消費の空気(酸素)が多量に含まれている。よって、リーン燃焼サイクルの後のリッチ燃焼サイクルでは、リッチ燃焼サイクルを連続して行う場合と比べて、同じ目標空燃比を達成するためには、筒内に流入する空気(新気)をより少なくする必要がある。つまり、負のバルブオーバーラップをより大きくしてEGR率を更に高くする必要がある。 On the other hand, in the cylinder in which the rich combustion cycle and the lean combustion cycle are alternately performed, the air-fuel ratio A / F and the EGR rate regularly vary from cycle to cycle, so the HC concentration in the internal EGR gas and the HC in the intake air Concentration also varies regularly from cycle to cycle. In the rich combustion cycle, the exhaust gas of the lean combustion cycle performed immediately before is recirculated as internal EGR gas. Therefore, a large amount of unconsumed air (oxygen) is contained in the internal EGR gas recirculated to the rich combustion cycle. Therefore, in the rich combustion cycle after the lean combustion cycle, less air (fresh air) flows into the cylinder in order to achieve the same target air-fuel ratio compared to the case where the rich combustion cycle is continuously performed. There is a need to. That is, it is necessary to further increase the EGR rate by increasing the negative valve overlap.
上述したステップ104および106の処理により、リッチ燃焼サイクルおよびリーン燃焼サイクルの各々について、負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値が取得されたら、次に、それらの目標値を用いて、リッチリーン制御が実行される(ステップ108)。すなわち、前述した図5に例示されるような所定の運転モードを実現するべく、各気筒のインジェクタ12、吸気可変動弁機構54および排気可変動弁機構58の作動が制御され、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを混在させてディーゼルエンジン10が運転される。そして、このステップ108では、リッチリーン制御の実行に伴い、EGR弁44が全閉とされ、外部EGRが停止される。
When the target values of the negative valve overlap magnitude, the fuel injection amount, and the fuel injection timing are acquired for each of the rich combustion cycle and the lean combustion cycle by the processing of
以上説明した図7に示すルーチンの処理によれば、リッチリーン制御実行時に外部EGR率を停止し、リッチ燃焼サイクル、リーン燃焼サイクルで要求されるEGRのすべてを内部EGRで賄うようにすることができる。このため、HC濃度が周期的に変動する外部EGRガスが各気筒にランダムに流入することによって大きなトルク変動が生ずるという事態が起こるおそれがない。よって、リッチリーン制御実行時のディーゼルエンジン10のトルク変動を有効に抑制することができる。
According to the processing of the routine shown in FIG. 7 described above, the external EGR rate is stopped when the rich lean control is executed, and all EGR required in the rich combustion cycle and the lean combustion cycle is covered by the internal EGR. it can. For this reason, there is no possibility that a large torque fluctuation occurs due to the external EGR gas whose HC concentration fluctuates periodically flowing into each cylinder at random. Therefore, the torque fluctuation of the
なお、上述した実施の形態1では、リッチリーン制御実行時に外部EGRを停止する、つまり外部EGR率をゼロとするものとして説明したが、本発明では、ディーゼルエンジン10のトルク変動が許容値以下に収まるような外部EGR率であれば、リッチリーン制御実行時に外部EGRを行うようにしてもよい。リッチリーン制御実行時に許容できる外部EGR率は、次のようにして定めることができる。
In the first embodiment described above, the external EGR is stopped when the rich lean control is executed, that is, the external EGR rate is set to zero. However, in the present invention, the torque fluctuation of the
まず、ディーゼルエンジン10のトルク変動の許容値から、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとのトルク差の許容値を算出する。ここでは、この許容トルク差が図6中に示すような大きさであるものとし、両サイクルのトルク差が許容トルク差に一致するときの吸気中のHC濃度の値をaとする。この場合、吸気中のHC濃度が常にa以下に収まれば、ディーゼルエンジン10のトルク変動が常に許容値以下に収まることになる。吸気中のHC濃度が最も高くなるのは、リッチ燃焼サイクルの排気ガスが外部EGRガスとして吸気に混合した場合である。よって、リッチ燃焼サイクルの排気ガス中のHC濃度の値をbとし(図4参照)、リッチリーン制御実行時の許容外部EGR率の値をc[%]とすると、許容外部EGR率の値cは下記式で表すことができる。
c=a/b×100
First, the allowable value of the torque difference between the rich combustion cycle and the lean combustion cycle is calculated from the allowable value of torque fluctuation of the
c = a / b × 100
このように、本発明では、リッチリーン制御実行時に外部EGRを完全に停止しなくてもよく、リッチリーン制御実行時の外部EGR率が上記許容外部EGR率以下となるようにEGR弁44の開度を制御することで、外部EGRを制限するようにしてもよい。
As described above, according to the present invention, it is not necessary to completely stop the external EGR when the rich lean control is executed, and the
また、上述した実施の形態1においては、EGR弁44が前記第1の発明における「外部EGR量可変手段」に、吸気可変動弁機構54および排気可変動弁機構58が前記第1の発明における「内部EGR量可変手段」および前記第4の発明における「可変動弁機構」に、上記「許容外部EGR率」が前記第2の発明における「所定の上限値」に、それぞれ相当している。また、ECU50が、図7に示すルーチンの処理を実行することにより前記第1の発明における「リッチリーン制御手段」が、上記ステップ108の処理を実行することにより前記第1および第3の発明における「EGR制御手段」が、上記ステップ104および106の処理を実行することにより前記第6の発明における「トルク制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
実施の形態2.
次に、図8等を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。本実施形態は、図1および図2に示すハードウェア構成を用いて、ECU50に、前述した図7に示すルーチンに代えて、後述する図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8 and the like. However, the difference from the first embodiment will be mainly described, and the description of the same matters will be omitted or omitted. Simplify. The present embodiment can be realized by causing the
[実施の形態2の特徴]
リッチ燃焼では、前述したように、大量EGRによって筒内温度を大幅に低下させることで、スモークの生成を抑制するようにしている。このため、リッチ燃焼において、スモークを排出しないようにするためには、スモークが生成されるような温度にまで筒内温度が上昇しないようにすることが重要である。
[Features of Embodiment 2]
In rich combustion, as described above, the in-cylinder temperature is greatly reduced by a large amount of EGR, thereby suppressing the generation of smoke. Therefore, in order to prevent smoke from being discharged in rich combustion, it is important to prevent the in-cylinder temperature from rising to a temperature at which smoke is generated.
EGRを行うと、通常は燃焼温度が低下するが、排気温度の高い高負荷域では、EGR率(内部EGR率)が高くなると、高温のEGRガスが筒内に占める割合が高くなるので、筒内温度が高くなり易い。このため、リッチ燃焼において、EGR率が高くなり過ぎると、筒内温度が高くなり過ぎる可能性がある。 When EGR is performed, the combustion temperature usually decreases. However, in a high load region where the exhaust gas temperature is high, the higher the EGR rate (internal EGR rate), the higher the proportion of hot EGR gas in the cylinder. The internal temperature tends to be high. For this reason, in the rich combustion, if the EGR rate becomes too high, the in-cylinder temperature may become too high.
また、リッチ燃焼では、筒内温度が低くなり過ぎることも好ましくない。筒内温度が低くなり過ぎると、燃焼が不安定化し、失火し易くなるからである。燃料噴射量が少ない低負荷域では、リッチ燃焼の筒内温度が低くなり過ぎる可能性がある。 In rich combustion, it is also undesirable that the in-cylinder temperature becomes too low. This is because if the in-cylinder temperature becomes too low, the combustion becomes unstable and misfires easily occur. In the low load region where the fuel injection amount is small, the in-cylinder temperature of the rich combustion may become too low.
実施の形態1で述べたように、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを交互に行う気筒のリッチ燃焼サイクルでは、リーン燃焼サイクルの排気ガスが内部EGRガスとして還流するため、内部EGRガス中に未消費の空気(酸素)が多量に含まれている。このため、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを交互に行う気筒のリッチ燃焼サイクルでは、リッチ燃焼サイクルを同一気筒で連続して行う場合と比べ、目標空燃比が同じであっても、EGR率をより高くして、筒内に流入する空気を更に少なくする必要がある。 As described in the first embodiment, in the rich combustion cycle of the cylinder in which the rich combustion cycle and the lean combustion cycle are alternately performed, the exhaust gas in the lean combustion cycle recirculates as the internal EGR gas. Consumed air (oxygen) in large quantities. For this reason, in the rich combustion cycle of the cylinder in which the rich combustion cycle and the lean combustion cycle are alternately performed, the EGR rate is increased even if the target air-fuel ratio is the same as in the case where the rich combustion cycle is continuously performed in the same cylinder. It is necessary to further increase the air to flow into the cylinder.
逆に言えば、リッチ燃焼サイクルを同一気筒で連続して行う場合には、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを同一気筒で交互に行う場合と比べて、リッチ燃焼サイクルのEGR率を低くすることができる。 In other words, when the rich combustion cycle is continuously performed in the same cylinder, the EGR rate of the rich combustion cycle is made lower than when the rich combustion cycle and the lean combustion cycle are alternately performed in the same cylinder. Can do.
そこで、本実施形態では、リッチ燃焼の筒内温度が高くなり過ぎる可能性のある高負荷側の領域では、リッチリーン制御の実行時、リッチ燃焼サイクルを同一気筒で連続して行うこととした。つまり、前述した図5中のパターン1やパターン2に例示されるような運転モードでディーゼルエンジン10を運転することとした。これにより、リッチ燃焼のEGR率を比較的低くすることができるので、リッチ燃焼時の筒内温度が高くなり過ぎることを確実に回避することができ、スモークの排出を確実に防止することができる。
Therefore, in the present embodiment, in the region on the high load side where the rich combustion in-cylinder temperature may be too high, the rich combustion cycle is continuously performed in the same cylinder when the rich lean control is executed. That is, the
一方、本実施形態では、リッチ燃焼の筒内温度が低くなり過ぎる可能性のある低負荷側の領域では、リッチリーン制御の実行時、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルを同一気筒で交互に切り替えて行うこととした。つまり、前述した図5中のパターン3やパターン4に例示されるような運転モードでディーゼルエンジン10を運転することとした。これにより、リッチ燃焼のEGR率を比較的高くすることができるので、リッチ燃焼時の筒内温度が低くなり過ぎることを確実に回避することができ、失火の発生を抑制して燃焼を安定化させることができる。
On the other hand, in the present embodiment, in the low load region where the in-cylinder temperature of rich combustion may be too low, the rich combustion cycle and the lean combustion cycle are alternately switched in the same cylinder when the rich lean control is executed. I decided to do it. That is, the
[実施の形態2における具体的処理]
図8は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図8において、図7に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
[Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 8 is a flowchart of a routine executed by the
図8に示すルーチンによれば、まず、実施の形態1と同様にして、リッチリーン制御の要求があるか否かが判別され(ステップ100)、リッチリーン制御要求が出されていると判別された場合には、ディーゼルエンジン10の運転状態が検出される(ステップ102)。
According to the routine shown in FIG. 8, first, as in the first embodiment, it is determined whether there is a request for rich lean control (step 100), and it is determined that a rich lean control request has been issued. If so, the operating state of the
続いて、上記ステップ102で検出された運転状態に基づいて、高負荷側の領域であるか低負荷側の領域であるかが判別される(ステップ110)。ここでは、リッチ燃焼サイクルの筒内温度が高くなり過ぎたり低くなり過ぎたりする可能性のない、ある負荷の値を境として、負荷がそれを超える場合には高負荷側の領域と判別され、負荷がそれ以下である場合には低負荷側の領域と判別される。 Subsequently, it is determined whether the region is on the high load side or on the low load side based on the operating state detected in step 102 (step 110). Here, the cylinder temperature of the rich combustion cycle is not likely to become too high or too low, and when the load exceeds that with a certain load value, it is determined as the high load side region, When the load is less than that, it is determined that the region is on the low load side.
上記ステップ110において高負荷側の領域と判別された場合には、リッチ燃焼サイクルおよびリーン燃焼サイクルをそれぞれ別々の気筒で継続するモード、つまり図5中のパターン1やパターン2に例示されるようなモードが選択される(ステップ112)。これに対し、上記ステップ110において低負荷側の領域と判別された場合には、リッチ燃焼サイクルとリーン燃焼サイクルとを同一気筒で交互に切り替えるモード、つまり図5中のパターン3やパターン4に例示されるようなモードが選択される(ステップ114)。
When it is determined in
上記ステップ112あるいは114の処理に続いて、リッチ燃焼サイクルにおける負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値が前述したリッチ燃焼マップに従って取得される(ステップ116)。更に、リーン燃焼サイクルにおける負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値が前述したリーン燃焼マップに従って取得される(ステップ118)。 Subsequent to step 112 or 114, the magnitude of the negative valve overlap, the fuel injection amount, and the target value of the fuel injection timing in the rich combustion cycle are acquired in accordance with the rich combustion map described above (step 116). Further, the target value of the negative valve overlap, the fuel injection amount, and the fuel injection timing in the lean combustion cycle is acquired according to the above-described lean combustion map (step 118).
上述したステップ116および118の処理により、リッチ燃焼サイクルおよびリーン燃焼サイクルの各々について、負のバルブオーバーラップの大きさ、燃料噴射量、および燃料噴射タイミングの目標値が取得されたら、次に、それらの目標値を用いて、かつ、上記ステップ112または114で選択された運転モードで、リッチリーン制御が実行される(ステップ120)。
When the processing of
以上説明した図8に示すルーチンの処理によれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。更に、図8に示すルーチンの処理によれば、リッチリーン制御の実行時、リッチ燃焼サイクルの筒内温度が高くなり過ぎたり低くなり過ぎたりすることを確実に回避することができる。よって、スモークの排出を確実に防止することができるとともに、失火の発生を抑制して燃焼を安定化させることができる。 According to the processing of the routine shown in FIG. 8 described above, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, according to the routine processing shown in FIG. 8, it is possible to reliably avoid the in-cylinder temperature of the rich combustion cycle from becoming too high or too low when the rich lean control is executed. Therefore, it is possible to reliably prevent the smoke from being discharged and to suppress the occurrence of misfire and stabilize the combustion.
なお、上記ステップ110においては、リッチ燃焼継続モードを選択するか、リッチ/リーン切替モードを選択するかを、負荷に応じて決定しているが、この決定は排気温度に基づいて行うようにしてもよい。すなわち、排気温度の判定値を設定しておき、排気温センサ47で検出された排気温度がその判定値を超える場合にはリッチ燃焼継続モードを選択し、検出された排気温度がその判定値以下である場合にはリッチ/リーン切替モードを選択するようにしてもよい。また、この場合に、排気温センサ47が設けられていないシステムでは、排気温度を運転状態などから推定するようにしてもよい。
In
上述した実施の形態2においては、ECU50が上記ステップ110〜114の処理を実行することにより前記第7の発明における「モード切替手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the “mode switching means” according to the seventh aspect of the present invention is implemented when the
実施の形態3.
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態1および2との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9. The description will focus on the differences from the first and second embodiments described above, and the description of the same matters will be omitted. Or simplify.
[実施の形態3の特徴]
図9は、実施の形態3におけるリッチリーン制御時のバルブタイミングの一例を示す図である。実施の形態2で述べたように、リッチ燃焼では、スモークの排出を防止するため、筒内温度が高くなり過ぎないようにすることが重要である。本実施形態では、リッチリーン制御実行時、リッチ燃焼サイクルの筒内温度が高くなり過ぎることを確実に回避するべく、図9に示すように、リッチ燃焼サイクルでの吸気弁閉時期(IVC)を、リーン燃焼サイクルでの吸気弁閉時期と比べて、遅くすることとした。
[Features of Embodiment 3]
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of valve timing at the time of rich lean control in the third embodiment. As described in the second embodiment, in the rich combustion, it is important to prevent the in-cylinder temperature from becoming too high in order to prevent smoke emission. In this embodiment, when the rich lean control is executed, the intake valve closing timing (IVC) in the rich combustion cycle is set as shown in FIG. 9 in order to surely avoid that the in-cylinder temperature of the rich combustion cycle becomes too high. Therefore, it was decided to delay the intake valve closing timing in the lean combustion cycle.
吸気弁閉時期を遅くするほど、下死点を過ぎて、ピストン64が上昇した位置で吸気弁52が閉じられることになる。このため、吸気弁閉時期を遅くするほど、筒内に一旦吸入されたガスが吸気ポート35に戻されることになるため、最終的に筒内に吸入されるガスの量を少なくすることができる。このため、EGR量が同じであっても、吸気弁閉時期が遅いほど、筒内の空気量(新気量)が少なくなる。よって、吸気弁閉時期が遅いほど、筒内の空燃比A/Fを目標空燃比にするために必要なEGR量(EGR率)を小さくすることができる。
The later the intake valve closing timing is, the lower dead center is passed and the
前述したように、リッチ燃焼サイクルの筒内温度は、EGR量(EGR率)が大きいほど、高くなり易い。本実施形態によれば、リッチ燃焼サイクルの吸気弁閉時期を遅くすることにより、必要なEGR量(EGR率)を小さくすることができるので、リッチ燃焼サイクルにおける筒内温度が高くなり過ぎることを有効に抑制することができる。 As described above, the in-cylinder temperature of the rich combustion cycle tends to increase as the EGR amount (EGR rate) increases. According to this embodiment, since the required EGR amount (EGR rate) can be reduced by delaying the intake valve closing timing of the rich combustion cycle, the in-cylinder temperature in the rich combustion cycle becomes too high. It can be effectively suppressed.
また、吸気弁閉時期を遅くするほど、最終的に筒内に吸入されるガスの量が少なくなるので、実質的な圧縮比(以下、「実圧縮比」と称する)が小さくなる。実圧縮比が小さくなると、圧縮端温度、すなわち燃焼開始時の筒内温度が低くなる。その結果、燃焼温度も低下する。 Further, as the intake valve closing timing is delayed, the amount of gas finally sucked into the cylinder is reduced, so that the substantial compression ratio (hereinafter referred to as “actual compression ratio”) becomes smaller. When the actual compression ratio decreases, the compression end temperature, that is, the in-cylinder temperature at the start of combustion decreases. As a result, the combustion temperature also decreases.
このように、リッチ燃焼サイクルの吸気弁閉時期を遅くすると、必要なEGR量(EGR率)が小さくなることの効果と、燃焼温度が低下することの効果とが相まって、筒内温度の上昇を抑制することができる。このため、本実施形態によれば、リッチ燃焼サイクルの筒内温度が高くなり過ぎることを確実に回避することができ、スモークの排出を確実に防止することができる。 Thus, if the intake valve closing timing of the rich combustion cycle is delayed, the effect of reducing the required EGR amount (EGR rate) and the effect of lowering the combustion temperature combine to increase the in-cylinder temperature. Can be suppressed. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to reliably avoid an excessive increase in the in-cylinder temperature of the rich combustion cycle, and to reliably prevent smoke discharge.
なお、本実施の形態3は、上述した点以外は、実施の形態1あるいは実施の形態2と同様であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。
Since
上述した実施の形態3においては、吸気可変動弁機構54が前記第8の発明における「可変動弁機構」に相当している。また、ECU50がリッチリーン制御実行時にリッチ燃焼サイクルの吸気弁閉時期がリーン燃焼サイクルの吸気弁閉時期より遅くなるように吸気可変動弁機構54を制御することにより前記第8の発明における「リッチ燃焼サイクル吸気弁遅閉じ手段」が実現されている。
In the third embodiment described above, the intake
10 ディーゼルエンジン
12 インジェクタ
14 コモンレール
18 排気通路
20 排気マニホールド
22 排気ポート
24 ターボ過給機
26 排気浄化装置
28 吸気通路
34 吸気マニホールド
36 吸気絞り弁
38 エアフローメータ
40 外部EGR通路
44 EGR弁
46 吸気圧センサ
47 排気温センサ
48 アクセル開度センサ
50 ECU
52 吸気弁
54 吸気可変動弁機構
56 排気弁
58 排気可変動弁機構
62 クランク角センサ
64 ピストン
DESCRIPTION OF
52
Claims (8)
前記外部EGR通路を通って還流する外部EGRの量を可変とする外部EGR量可変手段と、
前記外部EGR通路を通らずに前記内燃機関の内部において生ずる内部EGRの量を可変とする内部EGR量可変手段と、
空燃比を理論空燃比よりリーンにするリーン燃焼サイクルと、EGR率および燃料噴射量を前記リーン燃焼サイクルと異ならせることで空燃比を前記リーン燃焼サイクルに比して相対的にリッチにするリッチ燃焼サイクルとを、同一気筒においてサイクル毎に切り替えるか、あるいは、それぞれ別々の気筒において継続させるリッチリーン制御を行うリッチリーン制御手段と、
を備え、
前記リッチリーン制御手段は、前記リッチリーン制御実行時の外部EGR率を所定の上限値以下に制限し、前記リーン燃焼サイクルおよび前記リッチ燃焼サイクルの各々に必要なEGR量の残りを内部EGRで賄うように前記外部EGR量可変手段および前記内部EGR量可変手段の状態を制御するEGR制御手段を含み、
前記リッチ燃焼サイクルは、EGR率を高めることで、スモークが生成されないような温度にまで筒内温度を下げた燃焼を行うサイクルであることを特徴とする内燃機関の制御装置。 An external EGR passage connecting an exhaust passage and an intake passage of a compression ignition type internal combustion engine;
An external EGR amount varying means for varying the amount of external EGR flowing back through the external EGR passage;
Internal EGR amount varying means for varying the amount of internal EGR generated inside the internal combustion engine without passing through the external EGR passage;
A lean combustion cycle that makes the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and rich combustion that makes the air-fuel ratio relatively rich compared to the lean combustion cycle by making the EGR rate and fuel injection amount different from the lean combustion cycle Rich lean control means for performing rich lean control to switch cycles for each cycle in the same cylinder or to continue in separate cylinders,
With
The rich lean control means limits the external EGR rate during execution of the rich lean control to a predetermined upper limit value or less, and covers the remaining EGR amount necessary for each of the lean combustion cycle and the rich combustion cycle with the internal EGR. look including an EGR control means for controlling the state of the external EGR amount varying means and the internal EGR amount changing means as,
The rich combustion cycle is a cycle in which combustion is performed by reducing the in-cylinder temperature to a temperature at which smoke is not generated by increasing the EGR rate .
前記リッチリーン制御手段は、前記排気浄化装置の再生が要求されている場合に、前記リッチリーン制御を実行することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。 An exhaust purification device disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the rich lean control means executes the rich lean control when regeneration of the exhaust purification device is required. .
前記リッチリーン制御実行時に、前記リッチ燃焼サイクルでの吸気弁閉時期を前記リーン燃焼サイクルでの吸気弁閉時期に比して遅くすることにより前記リッチ燃焼サイクルでの筒内空気量を減少させるリッチ燃焼サイクル吸気弁遅閉じ手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。 A variable valve mechanism that makes the intake valve closing timing variable;
When the rich lean control is executed, the rich valve that reduces the in-cylinder air amount in the rich combustion cycle by delaying the intake valve closing timing in the rich combustion cycle as compared with the intake valve closing timing in the lean combustion cycle. Combustion cycle intake valve slow closing means;
The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
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