JP4736969B2 - Diesel engine control device - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a diesel engine.
近年、自動車などに搭載されるディーゼルエンジン(圧縮着火内燃機関)に対し、エミッションをより一層低減することが求められている。この要求に応えるため、例えば、吸蔵還元型あるいは選択還元型のNOx触媒や、NOxとPM(Particulate Matter)とを同時に低減するDPNR(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)などの触媒を利用することが行われている。また、そのような触媒の排気浄化作用を有効に発揮させるため、ディーゼルエンジンの吸気通路に吸気絞り弁を設けることも行われている。排気温度が低いために触媒が効きにくくなり易い軽負荷時などに、吸気絞り弁によって吸入空気量を絞ることで、排気温度を高めることができる。   In recent years, there has been a demand for further reduction of emissions for diesel engines (compression ignition internal combustion engines) mounted on automobiles and the like. In order to meet this requirement, for example, a NOx storage reduction or selective reduction type NOx catalyst or a catalyst such as DPNR (Diesel Particulate-NOx-Reduction system) that simultaneously reduces NOx and PM (Particulate Matter) can be used. Has been done. In order to effectively exert such an exhaust purification action of the catalyst, an intake throttle valve is also provided in the intake passage of the diesel engine. The exhaust temperature can be raised by reducing the amount of intake air with the intake throttle valve at a light load or the like where the catalyst is less likely to be effective due to the low exhaust temperature.
また、近年のディーゼルエンジンの主流であるインタークーラ付きターボディーゼルエンジンにおいては、高出力化のために、従来よりも圧縮比を低くする傾向にある。すなわち、高出力化を図るには、多くの燃料を筒内で燃焼させる必要がある。筒内で燃焼させる燃料量を増やすと、最大筒内圧力が高くなる。しかしながら、エンジンの機械的強度上の理由から、最大筒内圧力を高くすることはなるべく回避したいという要望がある。そこで、圧縮比を従来より低くすることで、最大筒内圧力を高くせずに多量の燃料を筒内で燃焼可能とする設計がなされている。   Moreover, in the turbo diesel engine with an intercooler which is the mainstream of recent diesel engines, the compression ratio tends to be lower than that in the past in order to increase the output. That is, in order to increase the output, it is necessary to burn a lot of fuel in the cylinder. Increasing the amount of fuel burned in the cylinder increases the maximum in-cylinder pressure. However, for reasons of engine mechanical strength, there is a desire to avoid increasing the maximum in-cylinder pressure as much as possible. In view of this, a design has been made in which a large amount of fuel can be combusted in the cylinder without increasing the maximum in-cylinder pressure by lowering the compression ratio than before.
ところで、大気圧の低い高地では、平地(低地)と比べて、空気の密度が小さくなる分、筒内の空気量が減少する。このため、圧縮端圧力(コンプレッション圧力)が低下し、よって、圧縮端温度も低下する。すなわち、燃料が噴射される時点での筒内圧力および筒内温度が低下する。その結果、ディーゼルエンジンを制御する上で、平地とは異なる運転条件が必要とされる場合がある。特開2003−155949号公報には、気圧などの環境条件の変化の影響を受けることなしに、パイロット噴射量を狙い通りに制御することを目的とした内燃機関の燃料噴射装置が開示されている。   By the way, in the highland where the atmospheric pressure is low, the amount of air in the cylinder is reduced as the air density is smaller than in the flatland (lowland). For this reason, the compression end pressure (compression pressure) decreases, and thus the compression end temperature also decreases. That is, the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature at the time when fuel is injected are reduced. As a result, in order to control the diesel engine, an operating condition different from that on the flat ground may be required. Japanese Patent Laid-Open No. 2003-155949 discloses a fuel injection device for an internal combustion engine intended to control a pilot injection amount as intended without being affected by changes in environmental conditions such as atmospheric pressure. .
特開2003−155949号公報JP 2003-155949 A 特開平7−49074号公報JP 7-49074 A 特開2000−120457号公報JP 2000-120457 A 特開2002−201949号公報JP 2002-201949 A 特開平6−17654号公報JP-A-6-17654
上述したように、高地では、平地と比べて、圧縮端の圧力および温度が低下するため、燃料が燃焼しにくくなる傾向にある。その結果、平地と同様の運転が困難となり、特に軽負荷域においては、失火し易くなったり、排出ガス中のTHC(炭化水素)が増加したりし易い。特に、近年の低圧縮比化されたディーゼルエンジンでは、圧縮端の圧力および温度が更に低くなるので、これらの問題がより発生し易くなる。   As described above, in the highland area, the pressure and temperature at the compression end are lower than in the flatland area, so that the fuel tends to be difficult to burn. As a result, it becomes difficult to operate in the same manner as on flat grounds, and in particular, in a light load range, misfire is likely to occur, and THC (hydrocarbon) in the exhaust gas is likely to increase. In particular, in a recent diesel engine having a low compression ratio, the pressure and temperature at the compression end are further lowered, so that these problems are more likely to occur.
高地における失火およびTHC増大という問題を解決するため、従来は、噴射タイミングを早くして燃料が燃焼し易くなるようにしたり、吸気絞り弁を開いて吸入空気量を増大させたりしている。しかしながら、噴射タイミングを早くすると、筒内温度が高くなるので、排気ガス中のNOxが増大したり、また、燃焼騒音が大きくなったりするという問題が生ずる。また、吸気絞り弁を開いて吸入空気量を増大させると、排気温度が低下するので、触媒の温度が低くなり、排気浄化作用を発揮させられなくなるという問題が生ずる。   In order to solve the problems of misfire and increase in THC in high altitudes, conventionally, the injection timing is advanced to facilitate fuel combustion, or the intake throttle valve is opened to increase the intake air amount. However, if the injection timing is advanced, the in-cylinder temperature becomes higher, which causes a problem that NOx in the exhaust gas increases and combustion noise increases. Further, when the intake throttle valve is opened to increase the intake air amount, the exhaust gas temperature is lowered, so that there is a problem that the temperature of the catalyst becomes low and the exhaust gas purification action cannot be exhibited.
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、高地において、NOx低減、THC低減、燃焼騒音低減、および失火回避を図ることのできるディーゼルエンジンの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a control device for a diesel engine that can achieve NOx reduction, THC reduction, combustion noise reduction, and misfire avoidance at high altitudes. .
第1の発明は、ディーゼルエンジンの制御装置であって、
ディーゼルエンジンの吸入空気を圧縮する過給機と、
前記過給機によって圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラと、
前記インタークーラをバイパスして空気を吸入可能とするバイパス手段と、
大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合に、全部または一部の吸入空気に前記インタークーラをバイパスさせるインタークーラバイパス制御を行うインタークーラバイパス制御手段と、
を備えることを特徴とする。
A first invention is a control device for a diesel engine,
A turbocharger that compresses the intake air of the diesel engine;
An intercooler for cooling the intake air compressed by the supercharger;
Bypass means for bypassing the intercooler and allowing air to be sucked;
Low atmospheric pressure environment determining means for determining whether or not the atmospheric pressure is in a low atmospheric pressure environment having a predetermined value or less;
Intercooler bypass control means for performing intercooler bypass control for bypassing the intercooler to all or part of the intake air when it is determined that the vehicle is in the low atmospheric pressure environment;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記インタークーラバイパス制御手段は、機関負荷が所定の低中負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値以下のときに、前記インタークーラバイパス制御を実行することを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The intercooler bypass control means performs the intercooler bypass control when the engine load is in a predetermined low / medium load range or when the supercharging pressure is equal to or lower than a predetermined value.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記インタークーラバイパス制御の実行時に実質的な圧縮比を増大させる実圧縮比増大手段を更に備えることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
An actual compression ratio increasing means for increasing a substantial compression ratio when the intercooler bypass control is executed is further provided.
また、第4の発明は、第3の発明において、
前記実圧縮比増大手段は、吸気弁閉時期を早めることで吸気弁閉時期を下死点に近づける吸気弁早閉じ手段であることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
The actual compression ratio increasing means is an intake valve early closing means for bringing the intake valve closing timing closer to bottom dead center by advancing the intake valve closing timing.
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、
前記インタークーラバイパス制御手段は、前記インタークーラバイパス制御の実行時に、前記インタークーラの下流側における吸気温度が目標温度となるように、前記インタークーラをバイパスする空気の量を制御するバイパス量制御手段を含むことを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The intercooler bypass control means is a bypass amount control means for controlling the amount of air that bypasses the intercooler so that the intake air temperature on the downstream side of the intercooler becomes a target temperature when the intercooler bypass control is executed. It is characterized by including.
また、第6の発明は、ディーゼルエンジンの制御装置であって、
ディーゼルエンジンのスワール比を可変とする可変スワール手段と、
燃料噴射圧力を可変とする噴射圧可変手段と、
大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させるスワール比低下制御を行うスワール比低下制御手段と、
を備えることを特徴とする。
The sixth invention is a control device for a diesel engine,
Variable swirl means for varying the swirl ratio of the diesel engine;
An injection pressure variable means for making the fuel injection pressure variable;
Low atmospheric pressure environment determining means for determining whether or not the atmospheric pressure is in a low atmospheric pressure environment having a predetermined value or less;
Swirl ratio lowering control means for performing swirl ratio lowering control for lowering the swirl ratio and increasing the fuel injection pressure when determined to be in the low atmospheric pressure environment;
It is characterized by providing.
また、第7の発明は、第6の発明において、
前記スワール比低下制御手段は、機関負荷が所定の中高負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値を超えるときに、前記スワール比低下制御を実行することを特徴とする。
The seventh invention is the sixth invention, wherein
The swirl ratio decrease control means executes the swirl ratio decrease control when the engine load is in a predetermined medium to high load range or when the supercharging pressure exceeds a predetermined value.
また、第8の発明は、第6または第7の発明において、
前記ディーゼルエンジンは、1気筒当たり複数の吸気弁を備えるものであり、
前記可変スワール手段は、同一気筒において一部の吸気弁のバルブタイミング、作用角、およびリフト量の少なくとも一つを他の吸気弁と異ならせることにより、スワール比を可変とするものであることを特徴とする。
The eighth invention is the sixth or seventh invention, wherein
The diesel engine includes a plurality of intake valves per cylinder,
The variable swirl means makes the swirl ratio variable by making at least one of valve timing, working angle, and lift amount of some intake valves different from other intake valves in the same cylinder. Features.
また、第9の発明は、ディーゼルエンジンの制御装置であって、
ディーゼルエンジンの吸入空気を圧縮する過給機と、
前記過給機によって圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラと、
前記インタークーラをバイパスして空気を吸入可能とするバイパス手段と、
スワール比を可変とする可変スワール手段と、
燃料噴射圧力を可変とする噴射圧可変手段と、
大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合であって、機関負荷が所定の低中負荷域にある場合または過給圧が所定値以下である場合に、全部または一部の吸入空気に前記インタークーラをバイパスさせるインタークーラバイパス制御を行うインタークーラバイパス制御手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合であって、機関負荷が前記低中負荷域を超える場合または過給圧が前記所定値を超える場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させるスワール比低下制御を行うスワール比低下制御手段と、
を備えることを特徴とする。
The ninth invention is a control device for a diesel engine,
A turbocharger that compresses the intake air of the diesel engine;
An intercooler for cooling the intake air compressed by the supercharger;
Bypass means for bypassing the intercooler and allowing air to be sucked;
Variable swirl means for varying the swirl ratio;
An injection pressure variable means for making the fuel injection pressure variable;
Low atmospheric pressure environment determining means for determining whether or not the atmospheric pressure is in a low atmospheric pressure environment having a predetermined value or less;
When it is determined that the engine is in the low atmospheric pressure environment and the engine load is in a predetermined low / medium load range or when the supercharging pressure is equal to or lower than a predetermined value, Intercooler bypass control means for performing intercooler bypass control for bypassing the intercooler;
When it is determined that the engine is in the low atmospheric pressure environment and the engine load exceeds the low / medium load range or the supercharging pressure exceeds the predetermined value, the swirl ratio is reduced and fuel injection is performed. Swirl ratio lowering control means for performing swirl ratio lowering control for increasing the pressure;
It is characterized by providing.
第1の発明によれば、インタークーラ付き過給ディーゼルエンジンが低大気圧環境下(高地)にあるか否かを判別することができる。そして、低大気圧環境下にある場合に、全部または一部の吸入空気にインタークーラをバイパスさせることができる。インタークーラをバイパスさせることで、吸気温度を高くすることができるので、圧縮端温度を高くすることができる。また、インタークーラで生ずる圧力損失が低減して、吸気管圧力が高くなるので、圧縮端圧力を高くすることができる。よって、低大気圧環境下であっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高く確保することができる。このため、THC排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。また、第1の発明によれば、燃料噴射タイミングを過度に進角することなしに、上記効果を得ることができる。このため、燃料噴射タイミングの進角に伴う弊害、すなわち、NOx排出量増大や燃焼騒音増大が生ずることもない。更に、第1の発明によれば、吸入空気量を過度に多くすることなしに、上記効果を得ることができる。このため、吸入空気量を過度に多くすることの弊害、すなわち、排気温度低下による触媒の不活性化を回避することができる。   According to the first invention, it is possible to determine whether or not the supercharged diesel engine with an intercooler is in a low atmospheric pressure environment (high altitude). And when it exists in a low atmospheric pressure environment, an intercooler can be bypassed by all or one part intake air. By bypassing the intercooler, the intake air temperature can be increased, so that the compression end temperature can be increased. Further, the pressure loss generated in the intercooler is reduced and the intake pipe pressure is increased, so that the compression end pressure can be increased. Therefore, the pressure and temperature at the compression end can be secured sufficiently high even in a low atmospheric pressure environment. For this reason, it is possible to effectively suppress the increase in THC emission and the occurrence of misfire. In addition, according to the first aspect, the above-described effect can be obtained without excessively advancing the fuel injection timing. For this reason, there is no adverse effect associated with the advance of the fuel injection timing, that is, NOx emission amount and combustion noise increase. Furthermore, according to the first invention, the above-described effect can be obtained without excessively increasing the intake air amount. For this reason, it is possible to avoid the adverse effect of excessively increasing the amount of intake air, that is, inactivation of the catalyst due to a decrease in exhaust temperature.
第2の発明によれば、機関負荷が所定の低中負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値以下のときに、インタークーラバイパス制御を実行することができる。このため、低大気圧環境下において、負荷や過給圧が小さいときであっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高くすることができる。よって、THC排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。   According to the second aspect of the invention, the intercooler bypass control can be executed when the engine load is in a predetermined low / medium load range or when the supercharging pressure is equal to or lower than a predetermined value. For this reason, the pressure and temperature at the compression end can be sufficiently increased even under a low atmospheric pressure environment even when the load or the supercharging pressure is small. Therefore, it is possible to effectively suppress the increase in THC emission and the occurrence of misfire.
第3の発明によれば、インタークーラバイパス制御の実行時に実質的な圧縮比を増大させることができる。このため、圧縮端の圧力および温度を更に高めることができ、THC排出量の増加や失火の発生をより確実に抑制することができる。   According to the third aspect, the substantial compression ratio can be increased when the intercooler bypass control is executed. For this reason, the pressure and temperature at the compression end can be further increased, and the increase in the THC discharge amount and the occurrence of misfire can be more reliably suppressed.
第4の発明によれば、インタークーラバイパス制御の実行時、吸気弁閉時期を早め、吸気弁閉時期を下死点に近づけることで、実圧縮比を増大させることができる。これにより、実圧縮比を容易に増大させることができる。   According to the fourth aspect of the invention, when the intercooler bypass control is executed, the actual compression ratio can be increased by increasing the intake valve closing timing and bringing the intake valve closing timing closer to the bottom dead center. Thereby, an actual compression ratio can be increased easily.
第5の発明によれば、インタークーラバイパス制御の実行時に、インタークーラの下流側における吸気温度が目標温度となるように、インタークーラをバイパスする空気の量を制御することができる。これにより、THC排出量の増加や失火の発生をより確実に抑制することができる。   According to the fifth aspect, when the intercooler bypass control is executed, the amount of air that bypasses the intercooler can be controlled so that the intake air temperature on the downstream side of the intercooler becomes the target temperature. Thereby, increase of THC discharge | emission amount and generation | occurrence | production of misfire can be suppressed more reliably.
第6の発明によれば、ディーゼルエンジンが低大気圧環境下(高地)にあるか否かを判別することができる。そして、低大気圧環境下にある場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させることができる。スワール比を低下させることで、吸気系の流量係数が大きくなるので、吸入空気量を多くすることができる。よって、低大気圧環境下であっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高く確保することができる。このため、THC排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。また、第6の発明によれば、燃料噴射圧力を上昇させることで、燃料をより微粒化して噴射することができる。よって、スワール比を低下させたことに伴うスモークの増大を確実に回避することができる。また、第6の発明によれば、燃料噴射タイミングを過度に進角することなしに、上記効果を得ることができる。このため、燃料噴射タイミングの進角に伴う弊害、すなわち、NOx排出量増大や燃焼騒音増大が生ずることもない。   According to the sixth aspect, it is possible to determine whether or not the diesel engine is in a low atmospheric pressure environment (high altitude). And when it exists in a low atmospheric pressure environment, a swirl ratio can be reduced and a fuel-injection pressure can be raised. By reducing the swirl ratio, the flow coefficient of the intake system is increased, so that the intake air amount can be increased. Therefore, the pressure and temperature at the compression end can be secured sufficiently high even in a low atmospheric pressure environment. For this reason, it is possible to effectively suppress the increase in THC emission and the occurrence of misfire. According to the sixth aspect of the invention, the fuel can be further atomized and injected by increasing the fuel injection pressure. Therefore, it is possible to reliably avoid an increase in smoke due to a reduction in the swirl ratio. According to the sixth aspect of the invention, the above effect can be obtained without excessively advancing the fuel injection timing. For this reason, there is no adverse effect associated with the advance of the fuel injection timing, that is, NOx emission amount and combustion noise increase.
第7の発明によれば、機関負荷が所定の中高負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値を超えるときに、スワール比低下制御を実行することができる。これにより、低大気圧環境下において、負荷や過給圧が大きいときに、それに見合った十分な吸入空気量を確保することができる。よって、THC排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。   According to the seventh aspect, the swirl ratio reduction control can be executed when the engine load is in a predetermined middle / high load range or when the supercharging pressure exceeds a predetermined value. As a result, when the load and the supercharging pressure are large in a low atmospheric pressure environment, a sufficient intake air amount corresponding to the load and the supercharging pressure can be secured. Therefore, it is possible to effectively suppress the increase in THC emission and the occurrence of misfire.
第8の発明によれば、同一気筒において一部の吸気弁のバルブタイミング、作用角、およびリフト量の少なくとも一つを他の吸気弁と異ならせることにより、スワール比を可変とすることができる。これにより、スワール比を高い自由度で精度良く変化させることができる。   According to the eighth invention, the swirl ratio can be made variable by making at least one of the valve timing, the working angle, and the lift amount of some of the intake valves different from those of the other intake valves in the same cylinder. . As a result, the swirl ratio can be accurately changed with a high degree of freedom.
第9の発明によれば、インタークーラ付き過給ディーゼルエンジンが低大気圧環境下(高地)にあるか否かを判別することができる。そして、低大気圧環境下にある場合であって、機関負荷が所定の低中負荷域にある場合または過給圧が所定値以下である場合には、全部または一部の吸入空気にインタークーラをバイパスさせることができる。インタークーラをバイパスさせることで、吸気温度を高くすることができるので、圧縮端温度を高くすることができる。また、インタークーラで生ずる圧力損失が低減して、吸気管圧力が高くなるので、圧縮端圧力を高くすることができる。よって、低大気圧環境下であっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高く確保することができる。このため、THC排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。また、第9の発明によれば、低大気圧環境下にある場合であって、機関負荷が前記低中負荷域を超える場合または過給圧が前記所定値を超える場合には、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させることができる。スワール比を低下させることで、吸気系の流量係数が大きくなるので、吸入空気量を多くすることができる。よって、低大気圧環境下であっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高く確保することができる。このため、THC排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。更に、この場合、燃料噴射圧力を上昇させることで、燃料をより微粒化して噴射することができる。よって、スワール比を低下させたことに伴うスモークの増大を確実に回避することができる。そして、第9の発明によれば、燃料噴射タイミングを過度に進角することなしに、上記効果を得ることができる。このため、燃料噴射タイミングの進角に伴う弊害、すなわち、NOx排出量増大や燃焼騒音増大が生ずることもない。   According to the ninth aspect, it is possible to determine whether or not the supercharged diesel engine with an intercooler is in a low atmospheric pressure environment (high altitude). When the engine load is in a predetermined low / medium load range or when the supercharging pressure is equal to or lower than a predetermined value when the engine load is in a low atmospheric pressure environment, the intercooler is connected to all or part of the intake air. Can be bypassed. By bypassing the intercooler, the intake air temperature can be increased, so that the compression end temperature can be increased. Further, the pressure loss generated in the intercooler is reduced and the intake pipe pressure is increased, so that the compression end pressure can be increased. Therefore, the pressure and temperature at the compression end can be secured sufficiently high even in a low atmospheric pressure environment. For this reason, it is possible to effectively suppress the increase in THC emission and the occurrence of misfire. According to the ninth invention, when the engine load is in a low atmospheric pressure environment and the engine load exceeds the low / medium load range or the supercharging pressure exceeds the predetermined value, the swirl ratio is set. The fuel injection pressure can be increased and the fuel injection pressure can be increased. By reducing the swirl ratio, the flow coefficient of the intake system is increased, so that the intake air amount can be increased. Therefore, the pressure and temperature at the compression end can be secured sufficiently high even in a low atmospheric pressure environment. For this reason, it is possible to effectively suppress the increase in THC emission and the occurrence of misfire. Further, in this case, by increasing the fuel injection pressure, the fuel can be further atomized and injected. Therefore, it is possible to reliably avoid an increase in smoke due to a reduction in the swirl ratio. And according to 9th invention, the said effect can be acquired, without advancing fuel injection timing too much. For this reason, there is no adverse effect associated with the advance of the fuel injection timing, that is, NOx emission amount and combustion noise increase.
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。図示のディーゼルエンジン10は、直列4気筒型であるが、本発明において、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 diesel engine 10 is mounted on a vehicle and used as a power source. Although the illustrated diesel engine 10 is an in-line four-cylinder type, in the present invention, the number of cylinders and the cylinder arrangement are not limited thereto.
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 diesel engine 10 is provided with an injector 12 that injects fuel directly into the cylinder. The injectors 12 of each cylinder are connected to a common common rail 14. Fuel in a fuel tank (not shown) is pressurized to a predetermined fuel pressure by a supply pump 16, stored in the common rail 14, and supplied from the common rail 14 to each injector 12.
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 exhaust passage 18 of the diesel engine 10 is branched by an exhaust manifold 20 and connected to an exhaust port 22 (see FIG. 2) of each cylinder. The diesel engine 10 according to this embodiment includes a turbocharger 24. The exhaust passage 18 is connected to the exhaust turbine of the turbocharger 24.
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触媒26が設けられている。触媒26としては、例えば、吸蔵還元型または選択還元型のNOx触媒、DPNR(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)、酸化触媒、またはこれらの組み合わせ、などを用いることができる。   A catalyst 26 for purifying exhaust gas is provided in the exhaust passage 18 downstream of the turbocharger 24. As the catalyst 26, for example, an occlusion reduction type or selective reduction type NOx catalyst, a DPNR (Diesel Particulate-NOx-Reduction system), an oxidation catalyst, or a combination thereof can be used.
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 air cleaner 30 is provided near the inlet of the intake passage 28 of the diesel engine 10. The air drawn through the air cleaner 30 is compressed by the intake compressor of the turbocharger 24 and then cooled by the intercooler 32. The intake air that has passed through the intercooler 32 is distributed by the intake manifold 34 to the intake ports 35 (see FIG. 2) of the respective cylinders.
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。軽負荷域などでは、この吸気絞り弁36の開度を小さくして吸入空気量を制限することにより、排気温度を上昇させることができる。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 intake throttle valve 36 is installed between the intercooler 32 and the intake manifold 34 in the intake passage 28. In a light load range or the like, the exhaust temperature can be raised by limiting the intake air amount by reducing the opening of the intake throttle valve 36. Further, an air flow meter 38 for detecting the amount of intake air is installed in the vicinity of the intake passage 28 downstream of the air cleaner 30.
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。   One end of an external EGR passage 40 is connected to the intake passage 28 in the vicinity of the intake manifold 34. The other end of the external EGR passage 40 is connected to the vicinity of the exhaust manifold 20 of the exhaust passage 18. In this system, a part of the exhaust gas (burned gas) can be recirculated to the intake passage 28 through the external EGR passage 40, that is, external EGR (Exhaust Gas Recirculation) can be performed.
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の開度を大きくするほど、外部EGR通路40を通る排気ガス量、すなわち外部EGR量を多くすることができる。   In the middle of the external EGR passage 40, an EGR cooler 42 for cooling the external EGR gas is provided. An EGR valve 44 is provided downstream of the EGR cooler 42 in the external EGR passage 40. As the opening degree of the EGR valve 44 is increased, the amount of exhaust gas passing through the external EGR passage 40, that is, the amount of external EGR can be increased.
吸気通路28の、インタークーラ32と吸気絞り弁36との間には、過給圧を検出する過給圧センサ46と、吸気温度を検出する吸気温センサ47とが設置されている。また、本システムは、ディーゼルエンジン10が搭載された車両の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と、大気圧を検出する大気圧センサ70とを備えている。   Between the intercooler 32 and the intake throttle valve 36 in the intake passage 28, a supercharging pressure sensor 46 that detects the supercharging pressure and an intake air temperature sensor 47 that detects the intake air temperature are installed. The system also includes an accelerator opening sensor 48 that detects the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening) of a vehicle on which the diesel engine 10 is mounted, and an atmospheric pressure sensor 70 that detects atmospheric pressure.
本システムには、インタークーラ32をバイパスするバイパス通路66が設けられている。すなわち、バイパス通路66は、インタークーラ32の上流側と下流側とを接続(短絡)している。本システムでは、このバイパス通路66を設けたことにより、吸入空気の全部または一部を、インタークーラ32を通さずにディーゼルエンジン10に吸入させることができる。   In this system, a bypass passage 66 that bypasses the intercooler 32 is provided. That is, the bypass passage 66 connects (short-circuits) the upstream side and the downstream side of the intercooler 32. In the present system, by providing the bypass passage 66, all or part of the intake air can be sucked into the diesel engine 10 without passing through the intercooler 32.
吸気通路28がインタークーラ32側とバイパス通路66側とに分岐する分岐部には、バイパス制御弁68が設けられている。このバイパス制御弁68の状態(姿勢)を調整することにより、インタークーラ32を通して吸入する空気の量と、インタークーラ32を通さずに吸入する空気の量との比率を自在に制御することができる。   A bypass control valve 68 is provided at a branch portion where the intake passage 28 branches into the intercooler 32 side and the bypass passage 66 side. By adjusting the state (posture) of the bypass control valve 68, the ratio between the amount of air sucked through the intercooler 32 and the amount of air sucked without passing through the intercooler 32 can be freely controlled. .
また、本システムは、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、それらの信号や情報に基づき、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。   In addition, this system includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The ECU 50 is connected to the various sensors and actuators described above. The ECU 50 controls the operating state of the diesel engine 10 by driving each actuator according to a predetermined program based on those signals and information.
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。クランク角センサ62からの信号によれば、機関回転数などを検出することができる。   FIG. 2 is a view showing a cross section of one cylinder of the diesel engine 10 in the system shown in FIG. Hereinafter, the diesel engine 10 will be further described. As shown in FIG. 2, a crank angle sensor 62 that detects the rotation angle (crank angle) of the crankshaft 60 is attached in the vicinity of the crankshaft 60 of the diesel engine 10. The crank angle sensor 62 is connected to the ECU 50. According to the signal from the crank angle sensor 62, the engine speed and the like can be detected.
本実施形態において、ディーゼルエンジン10には、吸気弁52および排気弁56が1気筒当たり二つずつ備えられているものとする。そして、ディーゼルエンジン10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とを更に備えている。吸気可変動弁機構54は、吸気弁52のバルブタイミング、作用角、およびリフト量を連続的に変化させることができる。そして、吸気可変動弁機構54は、同一気筒の一方の吸気弁52と他方の吸気弁52とで、バルブタイミング、作用角、およびリフト量を異ならせることができるものとする。また、排気可変動弁機構58は、排気弁56のバルブタイミング、作用角、およびリフト量の少なくとも一つを連続的に変化させることができる。これらの吸気可変動弁機構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、特に限定されず、機械的な機構であっても、電磁駆動弁や油圧駆動弁などであってもよい。   In the present embodiment, it is assumed that the diesel engine 10 is provided with two intake valves 52 and two exhaust valves 56 per cylinder. The diesel engine 10 further includes an intake variable valve mechanism 54 that drives the intake valve 52 and an exhaust variable valve mechanism 58 that drives the exhaust valve 56. The intake variable valve mechanism 54 can continuously change the valve timing, the operating angle, and the lift amount of the intake valve 52. The intake variable valve mechanism 54 can vary the valve timing, the operating angle, and the lift amount between one intake valve 52 and the other intake valve 52 of the same cylinder. The exhaust variable valve mechanism 58 can continuously change at least one of the valve timing, the operating angle, and the lift amount of the exhaust valve 56. These intake variable valve mechanism 54 and exhaust variable valve mechanism 58 are connected to the ECU 50. Specific configurations of the intake variable valve mechanism 54 and the exhaust variable valve mechanism 58 are not particularly limited, and may be a mechanical mechanism, an electromagnetically driven valve, a hydraulically driven valve, or the like.
[実施の形態1の特徴]
(可変スワール)
ディーゼルエンジン10では、吸気可変動弁機構54により、同一気筒に設けられた二つの吸気弁52のうちの一方の作用角およびリフト量を他方の作用角およびリフト量よりも小さくすることができる。このようにすることで、二つの吸気弁52の作用角およびリフト量が等しい状態のときよりも、スワール比を大きくすることができる。この場合、上記一方の吸気弁52の作用角およびリフト量を小さくするほど、スワール比を大きくすることができる。また、上記一方の吸気弁52の作用角およびリフト量をゼロとしてもよい。スワール比を大きくすると、筒内(燃焼室内)に生ずる空気の回転運動の速度が増加して、燃焼中の燃料と空気との混合が促進されるので、スモークを低減することができる。本実施形態のシステムでは、ディーゼルエンジン10の運転状態に応じ、上記のようにしてスワール比を変化させることができるものとする。
[Features of Embodiment 1]
(Variable swirl)
In the diesel engine 10, the intake variable valve mechanism 54 can make the operating angle and lift amount of one of the two intake valves 52 provided in the same cylinder smaller than the other operating angle and lift amount. By doing so, the swirl ratio can be made larger than when the operating angle and the lift amount of the two intake valves 52 are equal. In this case, the swirl ratio can be increased as the operating angle and the lift amount of the one intake valve 52 are reduced. Further, the operating angle and the lift amount of the one intake valve 52 may be zero. When the swirl ratio is increased, the speed of the rotational motion of the air generated in the cylinder (combustion chamber) is increased and the mixing of the fuel and air during combustion is promoted, so that smoke can be reduced. In the system of this embodiment, it is assumed that the swirl ratio can be changed as described above in accordance with the operating state of the diesel engine 10.
さて、前述したように、高地では、平地より大気圧が低いため、圧縮端圧力(コンプレッション圧力)が低下し、その結果、圧縮端温度も低下する。ここで、圧縮端とは、筒内に吸入された空気がピストン64により圧縮され、インジェクタ12から燃料が噴射(メイン噴射)される頃の筒内の状態のことを言うものとする。圧縮端の圧力や温度が低いと、燃料が燃焼しにくくなる。このため、高地では、平地と同様の運転が困難となり、失火し易くなったり、排出ガス中のTHC(炭化水素)が増加したりし易いという問題が生ずる(特に軽負荷域)。このような問題を解決するべく、本実施形態では、以下に説明するインタークーラバイパス制御およびスワール比低下制御を行うこととした。   As described above, since the atmospheric pressure is lower in the highland than in the flatland, the compression end pressure (compression pressure) decreases, and as a result, the compression end temperature also decreases. Here, the compression end means a state in the cylinder when the air sucked into the cylinder is compressed by the piston 64 and fuel is injected from the injector 12 (main injection). When the pressure and temperature at the compression end are low, the fuel is difficult to burn. For this reason, in the highland area, it becomes difficult to operate in the same manner as in the flatland area, and there is a problem that misfire is likely to occur and THC (hydrocarbon) in the exhaust gas is likely to increase (particularly in a light load region). In order to solve such a problem, in the present embodiment, intercooler bypass control and swirl ratio reduction control described below are performed.
(インタークーラバイパス制御)
本システムでは、大気圧センサ70で検出される大気圧に基づいて、高地(低大気圧環境下)にいるか否かを判別することができる。そして、高地にいると判別された場合には、ターボ過給機24により圧縮された吸入空気を、インタークーラ32を通さずに、バイパス通路66を通してディーゼルエンジン10に吸入することとした。これにより、吸入空気がインタークーラ32で冷却されなくなる分、吸気温度を高くすることができる。よって、圧縮端温度を高くすることができる。また、インタークーラ32で生ずる圧力損失がなくなるので、吸気管圧力を高くすることができる。よって、圧縮端圧力を高くすることができる。このように、インタークーラ32をバイパスすることで、圧縮端の圧力および温度を高くすることができる。このため、THC排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。
(Intercooler bypass control)
In this system, based on the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 70, it can be determined whether or not the vehicle is in a high altitude (under a low atmospheric pressure environment). When it is determined that the vehicle is in a high altitude, the intake air compressed by the turbocharger 24 is sucked into the diesel engine 10 through the bypass passage 66 without passing through the intercooler 32. As a result, the intake air temperature can be increased by the amount that the intake air is not cooled by the intercooler 32. Therefore, the compression end temperature can be increased. Further, since the pressure loss generated in the intercooler 32 is eliminated, the intake pipe pressure can be increased. Therefore, the compression end pressure can be increased. Thus, the pressure and temperature at the compression end can be increased by bypassing the intercooler 32. For this reason, it is possible to effectively suppress the increase in THC emission and the occurrence of misfire.
また、本実施形態では、インタークーラ32のバイパスとともに、吸気弁52の閉時期を早めることで、実質的な圧縮比(以下、「実圧縮比」と称する)を増大させることとした。図3は、吸気弁52のリフト特性を示す図である。図3中、一点鎖線は通常運転時、つまり平地でのリフトカーブである。このリフトカーブに示すように、通常運転時は、高回転域において吸気慣性を有効に利用するため、吸気弁閉時期が下死点(BDC)よりも後にされている。一方、図3中の破線はインタークーラバイパス制御実行時のリフトカーブである。このリフトカーブに示すように、インタークーラバイパス制御の実行時には、吸気弁閉時期を早めて下死点に近づけることとした。筒内の空気の圧縮が実質的に開始される時点は、吸気弁が閉じた時点である。よって、吸気弁閉時期を早めることで、筒内空気の圧縮開始時期を早くすることができるので、実圧縮比を高くすることができる。実圧縮比を高くすると、圧縮端の圧力および温度を更に高くすることができる。よって、THC排出量の増加や失火の発生をより確実に抑制することができる。   In this embodiment, the substantial compression ratio (hereinafter referred to as “actual compression ratio”) is increased by advancing the closing timing of the intake valve 52 together with the bypass of the intercooler 32. FIG. 3 is a diagram showing the lift characteristics of the intake valve 52. In FIG. 3, the alternate long and short dash line is a lift curve during normal operation, that is, on a flat ground. As shown in the lift curve, during normal operation, the intake valve closing timing is set after the bottom dead center (BDC) in order to effectively use the intake inertia in the high rotation range. On the other hand, the broken line in FIG. 3 is a lift curve when the intercooler bypass control is executed. As shown in this lift curve, when the intercooler bypass control is executed, the intake valve closing timing is advanced to approach the bottom dead center. The time when the compression of the air in the cylinder is substantially started is the time when the intake valve is closed. Therefore, by increasing the intake valve closing timing, the compression start timing of the in-cylinder air can be advanced, so that the actual compression ratio can be increased. When the actual compression ratio is increased, the pressure and temperature at the compression end can be further increased. Therefore, an increase in the THC emission amount and the occurrence of misfire can be more reliably suppressed.
上記のインタークーラバイパス制御は、機関負荷が所定値以下の場合(以下、「低中負荷域」と称する)に実行されるものである。機関負荷が上記所定値を超える場合(以下、「中高負荷域」と称する)には、インタークーラバイパス制御に代えて、以下に説明するスワール比低下制御が実行される。   The intercooler bypass control is executed when the engine load is equal to or less than a predetermined value (hereinafter referred to as “low / medium load range”). When the engine load exceeds the predetermined value (hereinafter referred to as “medium / high load range”), the swirl ratio reduction control described below is executed instead of the intercooler bypass control.
(スワール比低下制御)
本実施形態では、高地にいると判別された場合であって、中高負荷域にある場合には、平地走行時に比してスワール比が下がるように吸気可変動弁機構54の動作を制御し、かつ、インジェクタ12からの燃料噴射圧力を高くすることとした。中高負荷域では、多量の燃料を筒内で燃焼させるので、筒内に吸入される空気量を多く確保する必要がある。スワール比を小さくすると、吸気系の流量係数が大きくなる。よって、スワール比を低下させることで、筒内に吸入される空気量を多くすることができる。
(Swirl ratio reduction control)
In the present embodiment, when it is determined that the vehicle is in a high altitude region, and when the vehicle is in a medium to high load region, the operation of the intake variable valve mechanism 54 is controlled so that the swirl ratio is reduced as compared to when traveling on a flat ground. In addition, the fuel injection pressure from the injector 12 is increased. In the middle and high load range, a large amount of fuel is burned in the cylinder, so it is necessary to secure a large amount of air taken into the cylinder. When the swirl ratio is reduced, the flow coefficient of the intake system is increased. Therefore, the amount of air sucked into the cylinder can be increased by reducing the swirl ratio.
一方、スワール比を小さくすると、スワールの効果、つまり燃料と空気との混合を促進する効果が低くなるので、スモークが増加する傾向がある。そこで、スワール比低下制御の実行時は、燃料噴射圧力の高圧化を併せて行うことで、スモークの増加を防止することとした。燃料噴射圧力を高くすると、燃料をより微粒化して噴射することができるので、空気との混合を促進することができる。このため、スモークを低減することができる。   On the other hand, if the swirl ratio is reduced, the effect of the swirl, that is, the effect of promoting the mixing of the fuel and the air is reduced, so that the smoke tends to increase. Therefore, when the swirl ratio reduction control is executed, the increase of the fuel injection pressure is also performed to prevent the increase in smoke. When the fuel injection pressure is increased, fuel can be atomized and injected, so that mixing with air can be promoted. For this reason, smoke can be reduced.
また、スワール比低下制御の実行時は、インタークーラ32をバイパスせずに、吸入空気をインタークーラ32に通すこととした。中高負荷域では、低中負荷域と比べ、ターボ過給機24が有効に作動するので、過給圧が高くなる。このため、ターボ過給機24の出口の吸気温度が高くなる。このような場合には、インタークーラ32で吸入空気を冷却することで充填効率を高め、筒内に吸入される空気量をより多くした方が、THCを低減する上で有効である。そこで、インタークーラ32のバイパスをせずに、吸入空気を通常のようにインタークーラ32に通すこととした。   In addition, when the swirl ratio reduction control is executed, the intake air is passed through the intercooler 32 without bypassing the intercooler 32. In the medium and high load range, the turbocharger 24 operates more effectively than in the low and medium load range, so that the supercharging pressure becomes high. For this reason, the intake air temperature at the outlet of the turbocharger 24 increases. In such a case, it is more effective in reducing THC to increase the charging efficiency by cooling the intake air with the intercooler 32 and to increase the amount of air sucked into the cylinder. Therefore, the intake air is passed through the intercooler 32 as usual without bypassing the intercooler 32.
[実施の形態1における具体的処理]
図4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。図4に示すルーチンによれば、まず、インタークーラバイパス制御やスワール比低下制御が必要なほどの高地(低大気圧環境下)にいる否かが判別される(ステップ100)。具体的には、まず、大気圧センサ70で検出された現在の大気圧P0が読み込まれる。次いで、下記不等式の成否が判別される。
標準大気圧−P0≧10kPa ・・・(1)
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to realize the above function. This routine is repeatedly executed every predetermined time. According to the routine shown in FIG. 4, it is first determined whether or not the vehicle is in a high altitude (under a low atmospheric pressure environment) that requires intercooler bypass control or swirl ratio reduction control (step 100). Specifically, first, the current atmospheric pressure P 0 detected by the atmospheric pressure sensor 70 is read. Next, the success or failure of the following inequality is determined.
Standard atmospheric pressure −P 0 ≧ 10 kPa (1)
上記(1)式中の標準大気圧の値は、ECU50に予め記憶されているものとする。上記ステップ100において、上記(1)式が成立していない場合には、インタークーラバイパス制御やスワール比低下制御が必要なほど大気圧が低くはないと判断できる。そこで、この場合には、所定のベース制御(通常制御)が実施され(ステップ102)、本ルーチンの今回の処理サイクルを終了する。   The value of the standard atmospheric pressure in the above equation (1) is assumed to be stored in advance in the ECU 50. If the above equation (1) is not established in step 100, it can be determined that the atmospheric pressure is not low enough to require intercooler bypass control or swirl ratio reduction control. Therefore, in this case, predetermined base control (normal control) is performed (step 102), and the current processing cycle of this routine is terminated.
一方、上記ステップ100において、上記(1)式が成立している場合には、インタークーラバイパス制御やスワール比低下制御が必要なほど大気圧の低い高地にいると判断できる。この場合には、次に、現在の機関回転数およびアクセル開度が読み込まれ、それらの値に基づいて、低中負荷域であるか否かが判別される(ステップ104)。   On the other hand, if the above equation (1) is established in step 100, it can be determined that the vehicle is at a high altitude where the atmospheric pressure is low enough to require intercooler bypass control and swirl ratio reduction control. In this case, next, the current engine speed and accelerator opening are read, and based on these values, it is determined whether or not the engine is in a low / medium load range (step 104).
上記ステップ104において、低中負荷域にあると判別された場合には、前述したインタークーラバイパス制御が実行される(ステップ106)。すなわち、吸入空気がインタークーラ32を通らずにバイパス通路66を通るようにバイパス制御弁68の状態が制御される。更に、吸気弁52の閉時期が早くなるように、吸気可変動弁機構54の動作が制御される。この場合、大気圧P0と吸気弁52の閉時期との関係を定めたマップをECU50に予め記憶しておき、大気圧P0が低いほど吸気弁52の閉時期が早くなるように制御しても良い。 If it is determined in step 104 that the vehicle is in the low / medium load range, the above-described intercooler bypass control is executed (step 106). That is, the state of the bypass control valve 68 is controlled so that the intake air does not pass through the intercooler 32 but passes through the bypass passage 66. Further, the operation of the intake variable valve mechanism 54 is controlled so that the closing timing of the intake valve 52 is advanced. In this case, a map that defines the relationship between the atmospheric pressure P 0 and the closing timing of the intake valve 52 is stored in the ECU 50 in advance, and control is performed so that the closing timing of the intake valve 52 is earlier as the atmospheric pressure P 0 is lower. May be.
一方、上記ステップ104において、低中負荷域にあると判別された場合には、前述したスワール比低下制御が実行される(ステップ108)。このスワール比低下制御においては、例えば次の何れかの手法により、ベース制御時(平地走行時)よりもスワール比が小さくなるように制御される。
(1)同一気筒の二つの吸気弁52のうちの一方を閉状態に保持する吸気片弁閉じを軽負荷側の領域で行うこととしている場合において、吸気片弁閉じを行う領域をベース制御時よりも軽負荷側へ移行させる。あるいは、全運転域に渡り、吸気片弁閉じを行わないようにする。
(2)同一気筒の二つの吸気弁52のうちの一方の作用角およびリフト量を他方の作用角およびリフト量よりも小さくすることとしている場合において、上記一方の吸気弁52の作用角およびリフト量をベース制御時よりも大きくして、両者の差を少なくする。あるいは、両方の吸気弁52の作用角およびリフト量を等しくする。
On the other hand, if it is determined in step 104 that the vehicle is in the low / medium load range, the aforementioned swirl ratio reduction control is executed (step 108). In this swirl ratio reduction control, for example, the swirl ratio is controlled to be smaller than that during base control (when traveling on flat ground) by one of the following methods.
(1) In the case where the intake single valve closing for holding one of the two intake valves 52 of the same cylinder in the closed state is performed in the region on the light load side, the region in which the intake single valve closes is performed during base control. Move to the lighter load side. Alternatively, the intake single valve is not closed over the entire operation range.
(2) When the working angle and lift amount of one of the two intake valves 52 of the same cylinder are made smaller than the other working angle and lift amount, the working angle and lift of the one intake valve 52 Make the amount larger than the base control to reduce the difference between the two. Alternatively, the operating angle and lift amount of both intake valves 52 are made equal.
また、上記ステップ108のスワール比低下制御においては、吸入空気にインタークーラ32をバイパスさせずに、吸入空気がインタークーラ32を通るように、バイパス制御弁68の状態が制御される。更に、コモンレール14内の圧力(レール圧)がベース制御時よりも大きくなるようにサプライポンプ16の作動が制御される。これにより、インジェクタ12からの燃料噴射圧力が高くされる。   Further, in the swirl ratio reduction control in step 108, the state of the bypass control valve 68 is controlled so that the intake air passes through the intercooler 32 without bypassing the intercooler 32 to the intake air. Further, the operation of the supply pump 16 is controlled so that the pressure in the common rail 14 (rail pressure) becomes larger than that during base control. As a result, the fuel injection pressure from the injector 12 is increased.
以上説明した図4に示すルーチンの処理によれば、大気圧の低い高地を走行しているときであっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高めることができ、また、吸入空気量を十分に確保することができる。このため、THC排出量を低減することができる。更に、失火の発生も確実に防止することができる。   According to the routine processing shown in FIG. 4 described above, the pressure and temperature at the compression end can be sufficiently increased even when traveling at a high altitude with a low atmospheric pressure, and the intake air amount can be reduced. It can be secured sufficiently. For this reason, the THC emission amount can be reduced. Furthermore, the occurrence of misfire can be reliably prevented.
また、図4に示すルーチンの処理によれば、燃料噴射タイミングを過度に早くすることなしに、上記効果を得ることができる。このため、NOx排出量が増大したり、燃焼騒音が大きくなったりすることもない。更に、吸気絞り弁を開いて吸入空気量を増大させることなしに、上記効果が得られるので、排気温度が低くなり過ぎることを回避することができる。このため、触媒26の浄化作用を有効に発揮させることができる。   Further, according to the routine processing shown in FIG. 4, the above-described effects can be obtained without excessively increasing the fuel injection timing. For this reason, NOx emission amount does not increase and combustion noise does not increase. Furthermore, the above-described effect can be obtained without opening the intake throttle valve to increase the intake air amount, so that the exhaust temperature can be prevented from becoming too low. For this reason, the purification action of the catalyst 26 can be exhibited effectively.
また、本実施形態では、ディーゼルエンジン10の負荷の大きさに応じて、インタークーラバイパス制御およびスワール比低下制御の何れかを行うこととしている。これにより、負荷の大小にかかわらず、上記効果を得ることができる。   Moreover, in this embodiment, according to the magnitude | size of the load of the diesel engine 10, either intercooler bypass control or swirl ratio fall control is performed. Thereby, the said effect can be acquired irrespective of the magnitude of load.
なお、本実施形態では、大気圧の低い高地にいるか否かを大気圧センサ70の信号に基づいて判断しているが、この判断の手法はこれに限定されるものではない。例えば、GPS(Global Positioning System)を利用したカーナビゲーションシステムによって車両の走行地点の標高を求め、その標高に応じて低大気圧環境下であるか否かを判断するようにしてもよい。   In the present embodiment, whether or not the vehicle is in a high altitude with a low atmospheric pressure is determined based on a signal from the atmospheric pressure sensor 70, but the determination method is not limited to this. For example, the altitude of the traveling point of the vehicle may be obtained by a car navigation system using GPS (Global Positioning System), and it may be determined whether the vehicle is in a low atmospheric pressure environment according to the altitude.
また、図4に示すルーチンのステップ104においては、インタークーラバイパス制御を行うかスワール比低下制御を行うかを、負荷(アクセル開度)に応じて決定するようにしているが、過給圧に応じてこれを決定するようにしてもよい。すなわち、過給圧センサ46で検出される過給圧と所定の判定値とを上記ステップ104において比較することとし、過給圧がその判定値以下のときにはインタークーラバイパス制御を行い、過給圧がその判定値を超えるときにはスワール比低下制御を実行するようにしてもよい。また、負荷あるいは過給圧に基づく判断に加えて、現在の機関回転数が所定値以下であること、つまり低回転側の領域にあることを条件として、インタークーラバイパス制御またはスワール比低下制御を行うようにしてもよい。   In step 104 of the routine shown in FIG. 4, whether to perform intercooler bypass control or swirl ratio reduction control is determined according to the load (accelerator opening). This may be determined accordingly. That is, the supercharging pressure detected by the supercharging pressure sensor 46 is compared with a predetermined determination value in step 104, and when the supercharging pressure is equal to or lower than the determination value, intercooler bypass control is performed, and the supercharging pressure is determined. When the value exceeds the determination value, swirl ratio reduction control may be executed. In addition to the determination based on the load or the supercharging pressure, the intercooler bypass control or the swirl ratio lowering control is performed on the condition that the current engine speed is equal to or less than a predetermined value, that is, in the low speed region. You may make it perform.
また、上述した実施の形態1では、インタークーラバイパス制御の実行時、吸入空気の全量をバイパス通路66に通すようにしているが、吸入空気の一部をバイパス通路66に通し、残りはインタークーラ32を通過させるようにしてもよい。更に、吸気温センサ47で検出される吸気温度が目標温度となるようにバイパス制御弁68の状態をフィードバック制御することで、インタークーラ32を通過する空気量とバイパスする空気量との割合を調整するようにしてもよい。   In the first embodiment described above, when the intercooler bypass control is executed, the entire amount of intake air is passed through the bypass passage 66, but a part of the intake air is passed through the bypass passage 66, and the rest is the intercooler. 32 may be allowed to pass. Further, the ratio of the amount of air passing through the intercooler 32 and the amount of bypassed air is adjusted by feedback control of the state of the bypass control valve 68 so that the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 47 becomes the target temperature. You may make it do.
また、上述した実施の形態1では、同一気筒の一方の吸気弁52の作用角およびリフト量と他方の吸気弁52の作用角およびリフト量とが異なる大きさとなるように吸気可変動弁機構54を作動させることによってスワール比を可変としているが、スワール比を可変とする手法はこれに限定されるものではない。例えば、公知のスワール制御弁を用いてスワール比を可変とするようにしてもよい。その場合には、スワール比低下制御において、スワール制御弁の開度を調整することでスワール比を低下させることができる。   Further, in the first embodiment described above, the intake variable valve operating mechanism 54 so that the operating angle and lift amount of one intake valve 52 of the same cylinder and the operating angle and lift amount of the other intake valve 52 are different. Although the swirl ratio is made variable by operating the, the method for making the swirl ratio variable is not limited to this. For example, the swirl ratio may be made variable using a known swirl control valve. In that case, in the swirl ratio reduction control, the swirl ratio can be reduced by adjusting the opening of the swirl control valve.
また、上述した実施の形態1では、高地での中高負荷域において、スワール比を低下させることで十分な吸入空気量を確保するようにしているが、スワール比を低下させること以外の手法、例えば次の何れかの手法によって吸入空気量を確保するようにしてもよい。
(1)図3中の実線で示すように、吸気弁52の作用角およびリフト量の少なくとも一方を、平地走行時と比べて大きくする。
(2)排気弁56の開時期を平地走行時よりも早くする。これにより、排気エネルギが増大し、ターボ過給機24の回転数が上昇するので、過給圧を高くすることができる。このため、十分な吸入空気量を確保することができる。
Further, in the first embodiment described above, a sufficient intake air amount is ensured by reducing the swirl ratio in the middle and high load range at high altitudes. However, a technique other than reducing the swirl ratio, for example, The intake air amount may be secured by any of the following methods.
(1) As shown by the solid line in FIG. 3, at least one of the operating angle and the lift amount of the intake valve 52 is made larger than that when traveling on flat ground.
(2) The opening time of the exhaust valve 56 is made earlier than when traveling on flat ground. As a result, the exhaust energy increases and the rotational speed of the turbocharger 24 increases, so that the supercharging pressure can be increased. For this reason, a sufficient amount of intake air can be secured.
また、上述した実施の形態1においては、ターボ過給機24が前記第1および第9の発明における「過給機」に、バイパス通路66およびバイパス制御弁68が前記第1および第9の発明における「バイパス手段」に、それぞれ相当している。また、ECU50が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第1、第6および第9の発明における「低大気圧環境判別手段」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1、第2および第9の発明における「インタークーラバイパス制御手段」が、上記ステップ106の処理において吸気弁52の閉時期を早くすることにより前記第3の発明における「実圧縮比増大手段」および前記第4の発明における「吸気弁早閉じ手段」が、上記ステップ104および108の処理を実行することにより前記第6、第7および第9の発明における「スワール比低下制御手段」が、それぞれ実現されている。   In the first embodiment described above, the turbocharger 24 is the “supercharger” in the first and ninth inventions, and the bypass passage 66 and the bypass control valve 68 are the first and ninth inventions. Corresponds to “bypass means” in FIG. Further, when the ECU 50 executes the processing of step 100, the “low atmospheric pressure environment determination means” in the first, sixth and ninth inventions executes the processing of steps 104 and 106. The “intercooler bypass control means” in the first, second and ninth inventions makes the “actual compression ratio increasing means” in the third invention by advancing the closing timing of the intake valve 52 in the processing of step 106. And the "swirl ratio lowering control means" in the sixth, seventh and ninth inventions by the "intake valve early closing means" in the fourth invention by executing the processing of the steps 104 and 108, respectively, It has been realized.
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、インタークーラバイパス制御の実行時に吸気温センサ47で検出される吸気温度が目標温度となるようにバイパス制御弁68の状態をフィードバック制御することにより前記第5の発明における「バイパス量制御手段」が、同一気筒の一方の吸気弁52の作用角およびリフト量と他方の吸気弁52の作用角およびリフト量とが異なる大きさとなるように吸気可変動弁機構54を作動させることにより前記第6、第8および第9の発明における「可変スワール手段」が、サプライポンプ16の作動を制御してレール圧を変化させることにより前記第6および第9の発明における「噴射圧可変手段」が、それぞれ実現されている。   In the first embodiment described above, the ECU 50 feedback-controls the state of the bypass control valve 68 so that the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 47 at the time of execution of the intercooler bypass control becomes the target temperature. In the fifth aspect of the present invention, the “bypass amount control means” allows intake so that the operating angle and lift amount of one intake valve 52 of the same cylinder and the operating angle and lift amount of the other intake valve 52 are different. By operating the variable valve mechanism 54, the “variable swirl means” in the sixth, eighth and ninth inventions controls the operation of the supply pump 16 to change the rail pressure, thereby changing the sixth and ninth. Each of the “injection pressure varying means” in the present invention is realized.
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。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 1 of this invention. 図1に示すシステムにおけるディーゼルエンジンの一つの気筒の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of one cylinder of the diesel engine in the system shown in FIG. 本発明の実施の形態1における吸気弁のリフト特性を示す図である。It is a figure which shows the lift characteristic of the intake valve in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention.
符号の説明Explanation of symbols
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 触媒
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 過給圧センサ
47 吸気温センサ
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
66 バイパス通路
68 バイパス制御弁
70 大気圧センサ
10 diesel engine 12 injector 14 common rail 18 exhaust passage 20 exhaust manifold 22 exhaust port 24 turbocharger 26 catalyst 28 intake passage 34 intake manifold 36 intake throttle valve 38 air flow meter 40 external EGR passage 44 EGR valve 46 supercharging pressure sensor 47 suction Temperature sensor 50 ECU
52 Intake valve 54 Intake variable valve mechanism 56 Exhaust valve 58 Exhaust variable valve mechanism 62 Crank angle sensor 64 Piston 66 Bypass passage 68 Bypass control valve 70 Atmospheric pressure sensor

Claims (4)

  1. ディーゼルエンジンのスワール比を可変とする可変スワール手段と、Variable swirl means for varying the swirl ratio of the diesel engine;
    燃料噴射圧力を可変とする噴射圧可変手段と、An injection pressure variable means for making the fuel injection pressure variable;
    大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、Low atmospheric pressure environment determining means for determining whether or not the atmospheric pressure is in a low atmospheric pressure environment having a predetermined value or less;
    前記低大気圧環境下にあると判別された場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させるスワール比低下制御を行うスワール比低下制御手段と、Swirl ratio lowering control means for performing swirl ratio lowering control for lowering the swirl ratio and increasing the fuel injection pressure when determined to be in the low atmospheric pressure environment;
    を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。A control device for a diesel engine, comprising:
  2. 前記スワール比低下制御手段は、機関負荷が所定の中高負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値を超えるときに、前記スワール比低下制御を実行することを特徴とする請求項1記載のディーゼルエンジンの制御装置。2. The swirl ratio reduction control unit executes the swirl ratio reduction control when the engine load is in a predetermined medium to high load range or when the supercharging pressure exceeds a predetermined value. Diesel engine control device.
  3. 前記ディーゼルエンジンは、1気筒当たり複数の吸気弁を備えるものであり、The diesel engine includes a plurality of intake valves per cylinder,
    前記可変スワール手段は、同一気筒において一部の吸気弁のバルブタイミング、作用角、およびリフト量の少なくとも一つを他の吸気弁と異ならせることにより、スワール比を可変とするものであることを特徴とする請求項1または2記載のディーゼルエンジンの制御装置。The variable swirl means makes the swirl ratio variable by making at least one of valve timing, working angle, and lift amount of some intake valves different from other intake valves in the same cylinder. The diesel engine control device according to claim 1 or 2, characterized in that:
  4. ディーゼルエンジンの吸入空気を圧縮する過給機と、A turbocharger that compresses the intake air of the diesel engine;
    前記過給機によって圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラと、An intercooler for cooling the intake air compressed by the supercharger;
    前記インタークーラをバイパスして空気を吸入可能とするバイパス手段と、Bypass means for bypassing the intercooler and allowing air to be sucked;
    スワール比を可変とする可変スワール手段と、Variable swirl means for varying the swirl ratio;
    燃料噴射圧力を可変とする噴射圧可変手段と、An injection pressure variable means for making the fuel injection pressure variable;
    大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、Low atmospheric pressure environment determining means for determining whether or not the atmospheric pressure is in a low atmospheric pressure environment having a predetermined value or less;
    前記低大気圧環境下にあると判別された場合であって、機関負荷が所定の低中負荷域にある場合または過給圧が所定値以下である場合に、全部または一部の吸入空気に前記インタークーラをバイパスさせるインタークーラバイパス制御を行うインタークーラバイパス制御手段と、When it is determined that the engine is in the low atmospheric pressure environment and the engine load is in a predetermined low / medium load range or the supercharging pressure is equal to or lower than a predetermined value, all or part of the intake air is Intercooler bypass control means for performing intercooler bypass control for bypassing the intercooler;
    前記低大気圧環境下にあると判別された場合であって、機関負荷が前記低中負荷域を超える場合または過給圧が前記所定値を超える場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させるスワール比低下制御を行うスワール比低下制御手段と、When it is determined that the engine is in the low atmospheric pressure environment and the engine load exceeds the low / medium load range or the supercharging pressure exceeds the predetermined value, the swirl ratio is reduced and fuel injection is performed. Swirl ratio lowering control means for performing swirl ratio lowering control for increasing the pressure;
    を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。A control device for a diesel engine, comprising:
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