JP5034849B2 - 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.
内燃機関では、各気筒の排気弁が順次開いて排気ガスが排気マニホールド内に放出されることにより、排気マニホールド圧力が脈動する。一方、吸気マニホールド圧力は、ほぼ一定である。脈動の谷での排気マニホールド圧力は、運転条件によっては、吸気マニホールド圧力より低くなる。 In an internal combustion engine, the exhaust valve of each cylinder is sequentially opened and exhaust gas is discharged into the exhaust manifold, thereby pulsating the exhaust manifold pressure. On the other hand, the intake manifold pressure is substantially constant. The exhaust manifold pressure at the valley of the pulsation is lower than the intake manifold pressure depending on operating conditions.
特開平11−324746号公報や特開平10−176558号公報には、排気マニホールド圧力の脈動の谷が、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間に一致するように制御することにより、吸気量を向上させる技術が開示されている。この技術によれば、バルブオーバーラップ期間中に排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力より低くすることができる。このため、吸気弁から筒内に新気が流入し易くなるとともに、吸気弁から流入した新気によって筒内の既燃ガスを排気弁へ確実に追い出すことができる。すなわち、掃気効果を発揮させることができる。その結果、残留ガス量が少なくなり、筒内に吸入される新気量を向上することができる。つまり、充填効率を向上することができる。 In JP-A-11-324746 and JP-A-10-176558, the pulsation valley of the exhaust manifold pressure coincides with the valve overlap period in which the exhaust valve opening period and the intake valve opening period overlap. A technique for improving the intake air amount by controlling in such a manner is disclosed. According to this technique, the exhaust manifold pressure can be made lower than the intake manifold pressure during the valve overlap period. As a result, fresh air easily flows into the cylinder from the intake valve, and burned gas in the cylinder can be reliably driven out to the exhaust valve by the fresh air flowing from the intake valve. That is, the scavenging effect can be exhibited. As a result, the amount of residual gas is reduced, and the amount of fresh air sucked into the cylinder can be improved. That is, the filling efficiency can be improved.
ところで、排気マニホールド内の排気ガスの一部を吸気通路に戻すEGR通路を備えた内燃機関(特にディーゼル機関)が知られている。このような内燃機関では、EGR通路の途中に、EGRガスを冷却するためのEGRクーラが更に備えられていることが多い。本発明者らの知見によれば、このようなEGR経路を備えた内燃機関では、上述したような排気マニホールド圧力の脈動を利用した充填効率向上制御の効果が発揮されにくいという問題がある。この原因は、次のようなものであると考えられる。 By the way, an internal combustion engine (particularly a diesel engine) having an EGR passage for returning a part of exhaust gas in the exhaust manifold to an intake passage is known. Such an internal combustion engine often further includes an EGR cooler for cooling the EGR gas in the middle of the EGR passage. According to the knowledge of the present inventors, the internal combustion engine having such an EGR path has a problem that it is difficult to exert the effect of the charging efficiency improvement control using the pulsation of the exhaust manifold pressure as described above. The reason is considered as follows.
排気マニホールドの内容積が大きいと、排気マニホールド圧力の脈動は弱められ、その振幅が小さくなる。EGR経路を備えた内燃機関では、EGR通路やEGRクーラが排気マニホールドに連通しているので、EGR通路やEGRクーラの容積の分だけ、排気マニホールドの容積が実質的に拡大することになる。その結果、排気マニホールド圧力の脈動の振幅が小さくなるので、脈動の谷が浅くなる。このため、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さくなる。よって、掃気効果が十分に発揮されなくなり、充填効率が向上しにくくなる。 When the internal volume of the exhaust manifold is large, the pulsation of the exhaust manifold pressure is weakened and the amplitude thereof is reduced. In an internal combustion engine having an EGR path, the EGR passage and the EGR cooler communicate with the exhaust manifold, so that the volume of the exhaust manifold is substantially enlarged by the volume of the EGR passage and the EGR cooler. As a result, the amplitude of the pulsation of the exhaust manifold pressure becomes smaller, and the pulsation valley becomes shallower. For this reason, the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is reduced. Therefore, the scavenging effect is not sufficiently exhibited, and the filling efficiency is hardly improved.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、EGR通路やEGRクーラを備えた内燃機関においても、排気圧力脈動を利用した充填効率向上制御の効果を十分に発揮させ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 in view of the above points, and even in an internal combustion engine equipped with an EGR passage and an EGR cooler, an internal combustion engine that can sufficiently exhibit the effect of the charging efficiency improvement control utilizing the exhaust pressure pulsation. An object of the present invention is to provide an engine 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、
内燃機関の複数の気筒の排気ガスを集合させる排気マニホールドと、
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
吸気マニホールド圧力と、前記脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満であるか否かを判定する差圧判定手段と、
前記差圧が前記所定値未満であると判定された場合に、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
An exhaust manifold for collecting exhaust gases of a plurality of cylinders of the internal combustion engine;
In addition to providing a valve overlap period in which the intake valve opening period and the exhaust valve opening period of the internal combustion engine overlap with each other, the charging efficiency improvement control is performed so that the timing at which the pulsation of the exhaust manifold pressure becomes a valley coincides with the valve overlap period. Viable filling efficiency improvement means;
Differential pressure determination means for determining whether or not the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is less than a predetermined value;
An exhaust system volume reducing means for reducing an exhaust system volume that is a volume of a space in the exhaust manifold and communicating with the exhaust manifold when the differential pressure is determined to be less than the predetermined value;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるEGR通路と、
前記EGR通路を通るEGRガスを冷却するEGRクーラと、
前記EGRクーラの下流側に設置され、EGR量を制御するEGR制御弁と、
前記EGRクーラの上流側で前記EGR通路を遮断可能なEGR通路遮断弁と、
を備え、
前記排気系容積縮小手段は、前記EGR通路遮断弁を閉じることによって前記排気系容積を縮小させることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
An EGR passage for recirculating exhaust gas of the internal combustion engine to an intake passage;
An EGR cooler for cooling EGR gas passing through the EGR passage;
An EGR control valve that is installed downstream of the EGR cooler and controls the amount of EGR;
An EGR passage shut-off valve capable of shutting off the EGR passage on the upstream side of the EGR cooler;
With
The exhaust system volume reducing means reduces the exhaust system volume by closing the EGR passage shut-off valve.
また、第3の発明は、第2の発明において、
前記EGRクーラを通さずにEGRガスを前記EGR通路の下流側に流すバイパス通路を備え、
前記EGR通路遮断弁は、前記EGRクーラおよび前記バイパス通路の上流側で前記EGR通路を遮断する遮断位置と、EGRガスを前記EGRクーラに通すクーラ位置と、EGRガスを前記バイパス通路に通すバイパス位置とに変位する弁体を有することを特徴とする。
The third invention is the second invention, wherein
A bypass passage that allows EGR gas to flow downstream of the EGR passage without passing through the EGR cooler;
The EGR passage shut-off valve includes a shut-off position for shutting off the EGR passage upstream of the EGR cooler and the bypass passage, a cooler position for passing EGR gas through the EGR cooler, and a bypass position for passing EGR gas through the bypass passage. It has the valve body which displaces to.
また、第4の発明は、第1の発明において、
前記内燃機関は、少なくとも一つの気筒に複数の排気弁を有し、それらの各排気弁毎に独立した独立排気通路がシリンダヘッドから前記排気マニホールドに渡って形成されており、
同一気筒の複数の前記独立排気通路のうち、少なくとも一つを残して他の独立排気通路をその下流端付近で遮断可能な独立排気通路遮断弁を備え、
前記排気系容積縮小手段は、前記独立排気通路遮断弁を閉じることによって前記排気系容積を縮小させることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 1st invention,
The internal combustion engine has a plurality of exhaust valves in at least one cylinder, and independent exhaust passages are formed from the cylinder head to the exhaust manifold for each of the exhaust valves.
An independent exhaust passage shutoff valve capable of shutting off the other independent exhaust passage in the vicinity of the downstream end of at least one of the plurality of independent exhaust passages of the same cylinder;
The exhaust system volume reducing means reduces the exhaust system volume by closing the independent exhaust passage shut-off valve.
また、第5の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の複数の気筒の排気ガスを集合させる排気マニホールドと、
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるEGR通路と、
前記EGR通路を通るEGRガスを冷却するEGRクーラと、
前記EGRクーラを通さずにEGRガスを前記EGR通路の下流側に流すバイパス通路と、
前記EGRクーラおよび前記バイパス通路の上流側で前記EGR通路を遮断する遮断位置と、EGRガスを前記EGRクーラに通すクーラ位置と、EGRガスを前記バイパス通路に通すバイパス位置とに変位する弁体を有するEGR通路遮断弁と、
機関負荷が所定の高負荷判定値を超える場合に、前記EGR通路遮断弁の弁体を前記遮断位置に移動させることにより、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
を備えることを特徴とする。
The fifth invention is a control device for an internal combustion engine,
An exhaust manifold for collecting exhaust gases of a plurality of cylinders of the internal combustion engine;
In addition to providing a valve overlap period in which the intake valve opening period and the exhaust valve opening period of the internal combustion engine overlap with each other, the charging efficiency improvement control is performed so that the timing at which the pulsation of the exhaust manifold pressure becomes a valley coincides with the valve overlap period. Viable filling efficiency improvement means;
An EGR passage for recirculating exhaust gas of the internal combustion engine to an intake passage;
An EGR cooler for cooling EGR gas passing through the EGR passage;
A bypass passage for allowing EGR gas to flow downstream of the EGR passage without passing through the EGR cooler;
A valve body that is displaced into a blocking position for blocking the EGR passage upstream of the EGR cooler and the bypass passage, a cooler position for passing EGR gas through the EGR cooler, and a bypass position for passing EGR gas through the bypass passage. An EGR passage shut-off valve having
When the engine load exceeds a predetermined high load judgment value, the exhaust system volume, which is the volume of the space inside the exhaust manifold and the space communicating therewith, is moved by moving the valve body of the EGR passage cutoff valve to the cutoff position. Exhaust system volume reducing means for reducing;
It is characterized by providing.
また、第6の発明は、第3または第5の発明において、
前記EGRクーラは、クーラ入口と、前記クーラ入口と隣接し、EGRガス流出方向が前記クーラ入口へのEGRガス流入方向と反対方向となるクーラ出口とを有し、
前記EGR通路遮断弁は、
EGRガスが流入する流入口と、
EGRガスが流出する流出口と、
前記流入口と前記クーラ入口との双方に連通する上流室と、
前記流出口と前記クーラ出口との双方に連通する下流室と、
前記上流室と前記下流室とを連通させるバイパス開口と、
を有し、
前記弁体は、前記バイパス開口を介して前記EGRクーラと反対側に位置する回転軸を中心に揺動可能なスイング弁で構成され、
前記スイング弁は、前記流入口を遮断する遮断位置と、前記バイパス開口を遮断することによって前記上流室のEGRガスを前記クーラ入口へ導入するクーラ位置と、前記流入口から前記バイパス開口を通って前記流出口への流通を許容するバイパス位置とに変位可能であることを特徴とする。
The sixth invention is the third or fifth invention, wherein
The EGR cooler has a cooler inlet, a cooler outlet adjacent to the cooler inlet, and an EGR gas outflow direction is opposite to an EGR gas inflow direction to the cooler inlet;
The EGR passage shut-off valve is
An inlet through which EGR gas flows,
An outlet through which EGR gas flows out;
An upstream chamber communicating with both the inlet and the cooler inlet;
A downstream chamber communicating with both the outlet and the cooler outlet;
A bypass opening for communicating the upstream chamber and the downstream chamber;
Have
The valve body is configured by a swing valve that can swing around a rotating shaft located on the opposite side of the EGR cooler through the bypass opening,
The swing valve includes a blocking position for blocking the inlet, a cooler position for introducing the EGR gas in the upstream chamber into the cooler inlet by blocking the bypass opening, and the inlet from the inlet through the bypass opening. It is possible to displace to a bypass position that allows flow to the outlet.
また、第7の発明は、第3、第5または第6の発明において、
前記クーラ位置と前記バイパス位置との間に前記遮断位置があることを特徴とする。
The seventh invention is the third, fifth or sixth invention, wherein
The blocking position is between the cooler position and the bypass position.
また、第8の発明は、第3、第5または第6の発明において、
前記クーラ位置と前記バイパス位置との外側に前記遮断位置があることを特徴とする。
The eighth invention is the third, fifth or sixth invention, wherein
The shut-off position is outside the cooler position and the bypass position.
また、第9の発明は、内燃機関の制御装置であって、
少なくとも一つの気筒に複数の排気弁を有し、それらの各排気弁毎に独立した独立排気通路がシリンダヘッドから排気マニホールドに渡って形成されている内燃機関と、
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
同一気筒の複数の前記独立排気通路のうち、少なくとも一つを残して他の独立排気通路をその下流端付近で遮断可能な独立排気通路遮断弁と、
機関負荷が所定の高負荷判定値を超える場合に、前記独立排気通路遮断弁を閉じることにより、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
を備えることを特徴とする。
The ninth invention is a control device for an internal combustion engine,
An internal combustion engine having a plurality of exhaust valves in at least one cylinder, and an independent independent exhaust passage extending from the cylinder head to the exhaust manifold for each of the exhaust valves;
In addition to providing a valve overlap period in which the intake valve opening period and the exhaust valve opening period of the internal combustion engine overlap with each other, the charging efficiency improvement control is performed so that the timing at which the pulsation of the exhaust manifold pressure becomes a valley coincides with the valve overlap period. Viable filling efficiency improvement means;
An independent exhaust passage shut-off valve capable of shutting off the other independent exhaust passage in the vicinity of the downstream end of at least one of the plurality of independent exhaust passages of the same cylinder;
When the engine load exceeds a predetermined high load judgment value, the exhaust system volume reducing means for reducing the exhaust system volume, which is the volume of the space inside and communicating with the exhaust manifold, by closing the independent exhaust passage shut-off valve When,
It is characterized by providing.
また、第10の発明は、第4または第9の発明において、
前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるEGR通路を備え、
前記EGR通路の上流端は、前記独立排気通路遮断弁が設けられた前記独立排気通路に接続されていることを特徴とする。
The tenth invention is the fourth or ninth invention, wherein
An EGR passage for recirculating exhaust gas of the internal combustion engine to the intake passage;
The upstream end of the EGR passage is connected to the independent exhaust passage provided with the independent exhaust passage cutoff valve.
また、第11の発明は、第10の発明において、
前記独立排気通路遮断弁を含む第1系統の独立排気通路遮断弁群と、
前記EGR通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒において当該独立排気通路を残して他の独立排気通路を遮断可能な第2の独立排気通路遮断弁を含む第2系統の独立排気通路遮断弁群と、
機関代表温度が所定の冷間判定温度より低い冷間時および/または機関負荷が所定の軽負荷判定値より小さい軽負荷時に、前記第2系統の独立排気通路遮断弁群を閉じることによって排気系表面積を縮小させる排気温度低下抑制手段と、
を備えることを特徴とする。
The eleventh aspect of the invention is the tenth aspect of the invention,
An independent exhaust passage shut-off valve group of a first system including the independent exhaust passage shut-off valve;
A second independent exhaust passage including a second independent exhaust passage cutoff valve capable of shutting off other independent exhaust passages while leaving the independent exhaust passage in a cylinder having an independent exhaust passage to which the upstream end of the EGR passage is connected. A shutoff valve group;
When the engine representative temperature is lower than a predetermined cold determination temperature and / or when the engine load is light load smaller than a predetermined light load determination value, the exhaust system is closed by closing the independent exhaust passage shut-off valve group of the second system. An exhaust temperature reduction suppressing means for reducing the surface area;
It is characterized by providing.
また、第12の発明は、第10の発明において、
前記EGR通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒の独立排気通路遮断弁と、他の気筒の独立排気通路遮断弁とは、独立に開閉可能になっており、
機関代表温度が所定の冷間判定温度より低い冷間時および/または機関負荷が所定の軽負荷判定値より小さい軽負荷時に、前記EGR通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒の独立排気通路遮断弁を開いたまま、他の気筒の独立排気通路遮断弁を閉じることによって排気系表面積を縮小させる排気温度低下抑制手段を備えることを特徴とする。
The twelfth invention is the tenth invention, in which
The independent exhaust passage cutoff valve of the cylinder having the independent exhaust passage to which the upstream end of the EGR passage is connected and the independent exhaust passage cutoff valve of other cylinders can be opened and closed independently.
A cylinder having an independent exhaust passage to which the upstream end of the EGR passage is connected when the engine representative temperature is lower than a predetermined cold determination temperature and / or when the engine load is lower than a predetermined light load determination value. An exhaust temperature reduction suppressing means for reducing the surface area of the exhaust system by closing the independent exhaust passage cutoff valves of the other cylinders while the independent exhaust passage cutoff valve is opened is provided.
また、第13の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の複数の気筒の排気ガスを集合させる排気マニホールドと、
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
通常位置と、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小位置とに変位可能な弁体と、
前記内燃機関の排気圧力によって前記弁体を前記通常位置から前記排気系容積縮小位置へ押圧する弁体押圧手段と、
前記弁体を前記排気系容積縮小位置から前記通常位置へ戻す方向に付勢する付勢手段と、
を備え、
前記排気圧力が閾値を超えた場合に、前記弁体が前記排気圧力によって押圧されて前記通常位置から前記排気系容積縮小位置へ移動することにより、前記排気系容積が縮小することを特徴とする。
A thirteenth aspect of the invention is a control device for an internal combustion engine,
An exhaust manifold for collecting exhaust gases of a plurality of cylinders of the internal combustion engine;
In addition to providing a valve overlap period in which the intake valve opening period and the exhaust valve opening period of the internal combustion engine overlap with each other, the charging efficiency improvement control is performed so that the timing at which the pulsation of the exhaust manifold pressure becomes a valley coincides with the valve overlap period. Viable filling efficiency improvement means;
A valve body that is displaceable to a normal position and an exhaust system volume reduction position that reduces an exhaust system volume that is a volume of a space in the exhaust manifold and communicating with the exhaust manifold;
Valve body pressing means for pressing the valve body from the normal position to the exhaust system volume reduction position by the exhaust pressure of the internal combustion engine;
Biasing means for biasing the valve body in a direction to return the exhaust system volume reduction position to the normal position;
With
When the exhaust pressure exceeds a threshold value, the exhaust system volume is reduced by the valve body being pressed by the exhaust pressure and moving from the normal position to the exhaust system volume reduction position. .
また、第14の発明は、第13の発明において、
前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるEGR通路を備え、
前記弁体が前記排気系容積縮小位置へ移動したとき、前記弁体は、前記EGR通路の上流端付近で前記EGR通路を遮断することを特徴とする。
The fourteenth invention is the thirteenth invention, in which
An EGR passage for recirculating exhaust gas of the internal combustion engine to the intake passage;
When the valve body moves to the exhaust system volume reduction position, the valve body blocks the EGR passage in the vicinity of the upstream end of the EGR passage.
第1の発明によれば、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満である場合には、排気系容積を縮小させることができる。この排気系容積の縮小により、排気マニホールド圧力脈動の振幅が大きくなり、脈動の谷での排気マニホールド圧力を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との差圧が大きくなるので、掃気効果を十分に発揮させることができ、充填効率(空気量)を十分に向上することができる。 According to the first invention, when the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is less than a predetermined value, the exhaust system volume can be reduced. By reducing the exhaust system volume, the amplitude of the exhaust manifold pressure pulsation increases, and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley can be lowered. For this reason, since the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure during the valve overlap period increases, the scavenging effect can be sufficiently exerted, and the charging efficiency (air amount) can be sufficiently improved.
第2の発明によれば、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満である場合には、EGRクーラの上流側に配置されたEGR通路遮断弁を閉じることによって、排気系容積を縮小させることができる。また、上記差圧が十分に大きく、充填効率向上制御の効果が十分に発揮される状況においては、EGR経路を遮断することを回避し、EGRを継続することができる。このため、エミッション低減等のEGRの利点を広い範囲で享受することができる。 According to the second invention, when the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is less than a predetermined value, the EGR passage shut-off valve disposed upstream of the EGR cooler is closed. Thus, the exhaust system volume can be reduced. Further, in a situation where the differential pressure is sufficiently large and the effect of the charging efficiency improvement control is sufficiently exerted, it is possible to avoid blocking the EGR path and continue the EGR. For this reason, the advantages of EGR such as emission reduction can be enjoyed in a wide range.
第3の発明によれば、EGR通路を遮断するかどうかの切り替えと、EGRガスを還流させる場合にEGRガスをEGRクーラに通すかバイパス通路に通すかの切り替えとの双方を、一つの弁体によって行うことができる。このため、EGR装置の簡素化および小型化が図れる。 According to the third aspect of the present invention, both the switching of whether or not to block the EGR passage and the switching of passing the EGR gas through the EGR cooler or the bypass passage when the EGR gas is recirculated are performed with one valve body. Can be done by. For this reason, the EGR device can be simplified and miniaturized.
第4の発明によれば、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満である場合には、独立排気通路遮断弁を閉じることによって排気系容積を縮小させることができる。 According to the fourth aspect of the invention, when the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is less than a predetermined value, the exhaust system volume is reduced by closing the independent exhaust passage shut-off valve. be able to.
第5の発明によれば、高負荷時に、EGRクーラの上流側に配置されたEGR通路遮断弁を閉じることによって、排気系容積を縮小させることができる。この排気系容積の縮小により、排気マニホールド圧力脈動の振幅が大きくなり、脈動の谷での排気マニホールド圧力を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との差圧が大きくなるので、掃気効果を十分に発揮させることができ、充填効率(空気量)を十分に向上することができる。また、EGR通路遮断弁においては、EGR通路を遮断するかどうかの切り替えと、EGRガスを還流させる場合にEGRガスをEGRクーラに通すかバイパス通路に通すかの切り替えとの双方を、一つの弁体によって行うことができる。このため、EGR装置の簡素化および小型化が図れる。 According to the fifth aspect of the present invention, the exhaust system volume can be reduced by closing the EGR passage shut-off valve disposed on the upstream side of the EGR cooler at the time of high load. By reducing the exhaust system volume, the amplitude of the exhaust manifold pressure pulsation increases, and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley can be lowered. For this reason, since the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure during the valve overlap period increases, the scavenging effect can be sufficiently exerted, and the charging efficiency (air amount) can be sufficiently improved. Further, in the EGR passage shut-off valve, both the switching of whether or not the EGR passage is shut off and the switching of whether the EGR gas is passed through the EGR cooler or the bypass passage when the EGR gas is recirculated are performed by one valve. Can be done by the body. For this reason, the EGR device can be simplified and miniaturized.
第6の発明によれば、EGRクーラをバイパスする際、EGR通路遮断弁内に設けたバイパス開口を介してEGRガスをバイパスさせることができる。このため、バイパス通路を別個の管路として設ける必要がなく、EGR装置の簡素化および小型化が図れる。 According to the sixth aspect, when bypassing the EGR cooler, the EGR gas can be bypassed through the bypass opening provided in the EGR passage shutoff valve. For this reason, it is not necessary to provide the bypass passage as a separate pipe line, and the EGR device can be simplified and downsized.
第7の発明によれば、クーラ位置とバイパス位置との間に遮断位置があることにより、スイング弁がクーラ位置にある状態からでもバイパス位置にある状態からでも遮断位置へ迅速に移動することができる。このため、加速開始時に、充填効率向上制御の効果を迅速に高めることができる。よって、機関トルクを迅速にアップすることができ、優れた加速レスポンスが得られる。 According to the seventh aspect, since the shut-off position is between the cooler position and the bypass position, the swing valve can quickly move to the shut-off position from the cooler position or the bypass position. it can. For this reason, the effect of the filling efficiency improvement control can be quickly increased at the start of acceleration. Therefore, the engine torque can be increased quickly and an excellent acceleration response can be obtained.
第8の発明によれば、クーラ位置とバイパス位置との外側に遮断位置があるので、EGRガスをEGRクーラに通す状態とEGRクーラをバイパスさせる状態とを切り替える際に、EGRガスの流れが一瞬たりとも途切れることがない。このため、円滑な切り替えを行うことができる。 According to the eighth aspect of the invention, since the shut-off position is outside the cooler position and the bypass position, the flow of EGR gas is momentarily switched between the state in which the EGR gas is passed through the EGR cooler and the state in which the EGR cooler is bypassed. There will be no breaks. For this reason, smooth switching can be performed.
第9の発明によれば、高負荷時に、独立排気通路遮断弁を閉じることにより、その独立排気通路遮断弁により遮断された独立排気通路の容積の分だけ、排気系容積を縮小させることができる。この排気系容積の縮小により、排気マニホールド圧力脈動の振幅が大きくなり、脈動の谷での排気マニホールド圧力を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との差圧が大きくなるので、掃気効果を十分に発揮させることができ、充填効率(空気量)を十分に向上することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the exhaust system volume can be reduced by the amount of the independent exhaust passage blocked by the independent exhaust passage shut-off valve by closing the independent exhaust passage shut-off valve at the time of high load. . By reducing the exhaust system volume, the amplitude of the exhaust manifold pressure pulsation increases, and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley can be lowered. For this reason, since the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure during the valve overlap period increases, the scavenging effect can be sufficiently exerted, and the charging efficiency (air amount) can be sufficiently improved.
第10の発明によれば、独立排気通路遮断弁を閉じたとき、更にEGR経路の容積の分だけ排気系容積を縮小させることができる。このため、排気マニホールド圧力脈動の振幅を更に大きくすることができ、充填効率(空気量)を更に向上することができる。 According to the tenth aspect, when the independent exhaust passage shut-off valve is closed, the exhaust system volume can be further reduced by the amount of the EGR path. For this reason, the amplitude of the exhaust manifold pressure pulsation can be further increased, and the charging efficiency (air amount) can be further improved.
第11の発明によれば、冷間時あるいは軽負荷時に、第2系統の独立排気通路遮断弁群を閉じることにより、排気系表面積を縮小させることができる。これにより、排気ガスから外部へ逃げる熱量を低減することができるので、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を高くすることができ、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持に寄与する。また、冷間時あるいは軽負荷時にはEGRの実行が必要となるが、EGR通路の上流端が接続された独立排気通路の独立排気通路遮断弁は開いているので、EGRを実行することができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, the exhaust system surface area can be reduced by closing the independent exhaust passage shutoff valve group of the second system during cold or light loads. As a result, the amount of heat escaping from the exhaust gas to the outside can be reduced, so that the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst can be increased, contributing to early activation of the exhaust purification catalyst or maintenance of the activation temperature. Further, EGR is required during cold or light load, but the EGR can be executed because the independent exhaust passage shut-off valve of the independent exhaust passage connected to the upstream end of the EGR passage is open.
第12の発明によれば、冷間時あるいは軽負荷時に、EGR通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒の独立排気通路遮断弁を開いたまま、他の気筒の独立排気通路遮断弁を閉じることによって、排気系表面積を縮小させることができる。これにより、排気ガスから外部へ逃げる熱量を低減することができるので、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を高くすることができ、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持に寄与する。また、冷間時あるいは軽負荷時にはEGRの実行が必要となるが、EGR通路の上流端が接続された独立排気通路の独立排気通路遮断弁は開いているので、EGRを実行することができる。 According to the twelfth aspect of the present invention, during cold or light load, the independent exhaust passage shutoff valves of other cylinders remain open while the independent exhaust passage shutoff valve of the cylinder having the independent exhaust passage connected to the upstream end of the EGR passage is open. By closing the valve, the exhaust system surface area can be reduced. As a result, the amount of heat escaping from the exhaust gas to the outside can be reduced, so that the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst can be increased, contributing to early activation of the exhaust purification catalyst or maintenance of the activation temperature. Further, EGR is required during cold or light load, but the EGR can be executed because the independent exhaust passage shut-off valve of the independent exhaust passage connected to the upstream end of the EGR passage is open.
第13の発明によれば、排気圧力が高くなる高負荷時に、その排気圧力によって通常位置から排気系容積縮小位置へと移動する弁体を設けたことにより、自動的に排気系容積を縮小することができる。この排気系容積の縮小により、排気マニホールド圧力脈動の振幅が大きくなり、脈動の谷での排気マニホールド圧力を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における吸気マニホールド圧力と排気マニホールド圧力との差圧が大きくなるので、掃気効果を十分に発揮させることができ、充填効率(空気量)を十分に向上することができる。また、上記弁体を駆動するためのアクチュエータや制御が不要であるため、システムを簡素化することができ、コスト低減が図れる。 According to the thirteenth invention, the exhaust system volume is automatically reduced by providing the valve body that moves from the normal position to the exhaust system volume reduction position by the exhaust pressure at the time of high load when the exhaust pressure becomes high. be able to. By reducing the exhaust system volume, the amplitude of the exhaust manifold pressure pulsation increases, and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley can be lowered. For this reason, since the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure during the valve overlap period increases, the scavenging effect can be sufficiently exerted, and the charging efficiency (air amount) can be sufficiently improved. Further, since an actuator and control for driving the valve body are unnecessary, the system can be simplified and the cost can be reduced.
第14の発明によれば、排気圧力が高くなる高負荷時に、その排気圧力によって自動的にEGR通路の上流端付近でEGR通路を遮断する弁体を設けたことにより、排気系容積を縮小することができる。 According to the fourteenth aspect, the exhaust system volume is reduced by providing the valve body that automatically shuts off the EGR passage in the vicinity of the upstream end of the EGR passage by the exhaust pressure when the exhaust pressure becomes high. be able to.
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機関(圧縮着火内燃機関)10を備えている。ディーゼル機関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機関10は、直列4気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関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
ディーゼル機関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。コモンレール14内には、サプライポンプ16によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、このコモンレール14から各気筒のインジェクタ12へ燃料が供給される。各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド20によって集合され、排気通路18に流入する。
Each cylinder of the
ディーゼル機関10は、ターボ過給機24を備えている。ターボ過給機24は、排気ガスの流れによって作動するタービン24aと、タービン24aにより駆動され、吸入空気を圧縮するコンプレッサ24bとを有している。
The
ターボ過給機24のタービン24aは、排気通路18の途中に配置されている。タービン24aより下流側の排気通路18には、排気ガス中のPM(Particulate Matter:粒子状物質)を捕捉するためのDPF26が設置されている。なお、排気通路18には、DPF26のほかに、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒が設置されていてもよい。あるいは、DPF26に触媒成分が担持されていてもよい。
The
ディーゼル機関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のコンプレッサ24b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により分配されて、各気筒に流入する。
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、EGR通路40の一端が接続されている。EGR通路40の他端は、排気通路18の排気マニホールド20に接続されている。本システムでは、この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
EGR通路40の途中には、EGR通路40を通る排気ガス(EGRガス)を冷却するためのEGRクーラ42が設けられている。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、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。
An
また、EGR通路40の、EGRクーラ42より上流側の箇所と下流側の箇所とは、バイパス通路46によって接続されている。バイパス通路46の上流端とEGR通路40との接続部には、流路切替弁48が設置されている。流路切替弁48は、EGRガスをEGRクーラ42に流す状態(以下「クーラ経由状態」という)と、EGRガスをバイパス通路46に流す状態(以下「バイパス状態」という)と、EGRガスをEGRクーラ42およびバイパス通路46の何れにも流さない状態、すなわちEGR通路40を遮断する状態(以下「遮断状態」という)との3つの状態に切り替え可能になっている。
Further, a location upstream of the
軽負荷時においては、EGRガスをEGRクーラ42で冷却すると、筒内温度が低くなり過ぎて、却って燃焼が悪化し、HC排出量が増大し易い。そこで、本実施形態のシステムでは、軽負荷時にはEGRガスをEGRクーラ42に通さずにバイパス通路46に流すことにより、そのような問題を回避することができる。
When the EGR gas is cooled by the
また、本実施形態のシステムは、ディーゼル機関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66と、吸気マニホールド圧力(吸気圧力)を検出する吸気圧センサ68と、排気マニホールド圧力(排気圧力)を検出する排気圧センサ70と、ECU(Electronic Control Unit)50とを更に備えている。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作動させることにより、ディーゼル機関10の運転状態を制御する。
Further, the system of this embodiment includes an
図2は、図1に示すシステムにおけるディーゼル機関10の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼル機関10について更に説明する。図2に示すように、ディーゼル機関10のクランク軸60の近傍には、クランク軸60の回転角度、すなわち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。ECU50は、クランク角センサ62の検出信号に基づいて、機関回転数を算出することもできる。
FIG. 2 is a view showing a cross section of one cylinder of the
また、ディーゼル機関10は、吸気弁52の開弁特性を可変とする吸気可変動弁装置54と、排気弁56の開弁特性を可変とする排気可変動弁装置58とを備えている。吸気可変動弁装置54および排気可変動弁装置58の具体的な構成は、特に限定されるものではなく、カムシャフトの位相を変化させることによって開閉時期を連続的に可変とする位相可変機構のほか、カムを電気モータで駆動する機構、電磁駆動弁、油圧駆動弁などを用いることもできる。
The
吸気可変動弁装置54や排気可変動弁装置58によれば、排気弁56の開弁期間と吸気弁52の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間(以下、単に「バルブオーバーラップ期間」という)の長さを変化させることができる。
According to the intake variable
[実施の形態1の特徴]
本実施形態のシステムは、所定の運転領域(例えば低回転高負荷領域)において、排気マニホールド圧力の脈動を利用してディーゼル機関10の充填効率ηv(筒内空気量)を向上させる充填効率向上制御を実行可能になっている。図3は、充填効率向上制御実行中の吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。
[Features of Embodiment 1]
The system according to the present embodiment improves the charging efficiency by improving the charging efficiency η v (in-cylinder air amount) of the
図3に示すように、充填効率向上制御においては、バルブオーバーラップ期間が十分な長さとなるように、吸気可変動弁装置54や排気可変動弁装置58が制御される。
As shown in FIG. 3, in the charging efficiency improvement control, the intake variable
また、図3に示すように、吸気マニホールド圧力は、クランク角にかかわらず、ほぼ一定である。これに対し、排気マニホールド圧力は、各気筒の排気弁56から排気ガスが間欠的に排出されるのに伴って、脈動(周期的変動)する。
Further, as shown in FIG. 3, the intake manifold pressure is substantially constant regardless of the crank angle. On the other hand, the exhaust manifold pressure pulsates (periodically varies) as the exhaust gas is intermittently discharged from the
排気弁56の開き時期が遅い場合ほど、排気ガスが排気マニホールド20内へ放出されるタイミングが遅くなるので、排気マニホールド圧力脈動の波形は、図3中で右側にシフトする。つまり、排気マニホールド圧力脈動の波形は、排気弁56の開き時期を変化させることによって、図3中の左右に移動する。よって、排気弁56の開き時期を適当な時期にすることにより、図3に示すように、排気マニホールド圧力脈動の谷の部分をバルブオーバーラップ期間に一致させることができる。充填効率向上制御においては、そのような排気弁56の開き時期が実現されるように排気可変動弁装置58を制御することにより、排気マニホールド圧力脈動の谷の部分をバルブオーバーラップ期間に一致させる。その結果、バルブオーバーラップ期間において、排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くすることができる。これにより、新気が筒内に流入し易くなるとともに、流入した新気によって筒内の既燃ガスを速やかに排気ポート22へ追い出す掃気効果が得られる。このようにして、充填効率向上制御を実行することにより、残留ガス量を十分に少なくし、その分、筒内に充填される新気の量を増やすことができる。つまり、充填効率ηvを増大させることができる。その結果、ディーゼル機関10のトルクを向上することができる。
As the opening timing of the
ところで、図3中の点線で示す排気マニホールド圧力は、流路切替弁48をクーラ経由状態とした場合、すなわちEGRガスがEGRクーラ42に流れるようにした場合の波形である。これに対し、図3中の実線で示す排気マニホールド圧力は、流路切替弁48を遮断状態とした場合の波形である。
By the way, the exhaust manifold pressure indicated by the dotted line in FIG. 3 is a waveform when the flow
排気マニホールド圧力の脈動は、排気マニホールド20の容積や排気マニホールド20に連通する空間の容積(これらを合わせて以下「排気系容積」と称する)が大きいほど、弱くなる。排気弁56から同じ量の排気ガスが排出されたとしても、排気系容積が大きいほど、排気マニホールド圧力は上昇しにくいからである。
The pulsation of the exhaust manifold pressure becomes weaker as the volume of the
本実施形態のディーゼル機関10では、流路切替弁48がクーラ経由状態にあるときには、EGR通路40およびEGRクーラ42が排気マニホールド20内に連通するので、EGR通路40およびEGRクーラ42の容積の分だけ、排気系容積が大きくなる。このため、図3中の点線で示すように、排気マニホールド圧力脈動が弱まり易く、その振幅が小さくなり易い。その結果、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧(図3中のA)が小さくなり易いので、掃気効果が十分に発揮されず、充填効率向上制御の効果が小さくなり易い。すなわち、機関トルクを十分に向上することができにくい。
In the
また、流路切替弁48がバイパス状態にあるときには、EGRクーラ42の代わりにバイパス通路46の容積が排気系容積に加わることになるので、上記と同様に、充填効率向上制御の効果が小さくなり易い。
Further, when the flow
これに対し、流路切替弁48を遮断状態にすると、EGR通路40、EGRクーラ42およびバイパス通路46(以下これらを総称して「EGR経路」という)が排気マニホールド20から切り離され、それらの容積が排気系容積に加わることを防止することができるので、排気系容積を小さくすることができる。このため、図3中の実線で示すように、排気弁56から排出される排気ガスによって排気行程初期の排気マニホールド圧力が高く上昇し、その反作用として排気行程後期の排気マニホールド圧力を低くすることができる。つまり、排気マニホールド圧力の脈動を強くし、その振幅を大きくすることができる。このため、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧(図3中のB)を大きくすることができ、掃気効果を十分に発揮させることができる。その結果、充填効率向上制御の効果が大きく発揮され、機関トルクを十分に向上することができる。
On the other hand, when the flow
そこで、本実施形態では、充填効率向上制御の実行時、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さく、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されていないと判断される場合には、流路切替弁48を遮断状態に切り替えることにより、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されるように制御することとした。
Therefore, in this embodiment, when the charging efficiency improvement control is executed, it is determined that the difference between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is small, and the effect of the charging efficiency improvement control is not sufficiently exhibited. In this case, the flow
[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。図4に示すルーチンによれば、まず、吸気圧センサ68で検出される吸気マニホールド圧力が取得される(S1)。次いで、排気圧センサ70の検出信号に基づいて、脈動の谷での排気マニホールド圧力が取得される(S2)。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the
続いて、上記S1で取得された吸気マニホールド圧力と、上記S2で取得された脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が、所定の判定値より小さいか否かが判別される(S3)。この判定値は、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されるか否かの境界として、予め設定された値である。このS3において、上記差圧が上記判定値より小さいと認められた場合には、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されない状況であると判断できる。そこで、この場合には、流路切替弁48を遮断状態に切り替えることにより、EGR経路が排気マニホールド20から遮断される(S4)。これにより、排気系容積が縮小され、排気マニホールド圧力脈動の振幅を大きくすることができるので、充填効率向上制御の効果を向上することができ、機関トルクを十分にアップすることができる。
Subsequently, it is determined whether or not the differential pressure between the intake manifold pressure acquired in S1 and the exhaust manifold pressure in the pulsation valley acquired in S2 is smaller than a predetermined determination value (S3). . This determination value is a value set in advance as a boundary on whether or not the effect of the filling efficiency improvement control is sufficiently exhibited. In S3, when it is recognized that the differential pressure is smaller than the determination value, it can be determined that the effect of the filling efficiency improvement control is not sufficiently exhibited. Therefore, in this case, the EGR path is blocked from the
一方、上記S3において、上記差圧が上記判定値以上であると認められた場合には、充填効率向上制御の効果が十分に発揮される状況であると判断できる。よって、この場合には、EGR経路を遮断する必要はないと判断できるので、上記S4の処理は実行されない。 On the other hand, if it is determined in S3 that the differential pressure is greater than or equal to the determination value, it can be determined that the effect of the filling efficiency improvement control is sufficiently exhibited. Therefore, in this case, since it can be determined that it is not necessary to block the EGR route, the process of S4 is not executed.
以上説明したように、本実施形態によれば、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さく、充填効率向上制御の効果が十分に発揮されないような状況においては、EGR経路を排気マニホールド20から遮断して排気系容積を縮小することにより、排気マニホールド圧力脈動の振幅を大きくし、もって充填効率向上制御の効果を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, in a situation where the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is small and the effect of the charging efficiency improvement control is not sufficiently exhibited, By shutting off the EGR path from the
また、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が十分に大きく、充填効率向上制御の効果が十分に発揮される状況においては、EGR経路を遮断することを回避し、EGRを継続することができる。このため、エミッション低減等のEGRの利点を広い範囲で享受することができる。 Also, in a situation where the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation trough is sufficiently large and the effect of the charging efficiency improvement control is sufficiently exerted, avoiding blocking the EGR path, EGR can be continued. For this reason, the advantages of EGR such as emission reduction can be enjoyed in a wide range.
ところで、排気マニホールド20からEGR経路を遮断するための構成としては、本実施形態の構成、つまりEGR弁44とは別個にEGRクーラ42の上流側に弁(流路切替弁48)を設け、その弁を閉じるようにする構成のほかに、EGR弁自体をEGRクーラ42の上流側(EGR通路40の入口側)に配置し、そのEGR弁を閉じることによってEGR経路を遮断する構成も考えられる。しかしながら、EGR弁をEGRクーラ42の上流側に配置した場合には、吸気通路28からEGR弁までの距離が遠くなるため、EGR弁の開度を変更してから吸気通路28へのEGRガス流入量が実際に変化するまでに遅れが生ずることとなる。その結果、EGR量を精度良く制御することが困難となる。これに対し、本実施形態では、EGR弁44がEGRクーラ42の下流側にあるので、EGR量の制御遅れを抑制することができ、高精度なEGR制御を行うことができる。
By the way, as a configuration for blocking the EGR path from the
また、本実施形態では、排気マニホールド圧力を排気圧センサ70で検出することとしているが、排気マニホールド圧力の取得方法はこれに限定されるものではない。例えば、タービン24aの下流側の圧力と排気マニホールド圧力との間には相関があるので、タービン24aの下流側に設けた圧力センサの検出値に基づいて排気マニホールド圧力を算出するようにしてもよい。また、吸入空気量および排気温度等に基づいて算出される排気マニホールド圧力の推定値を用いることもできる。この場合、吸入空気量は、エアフローメータ38で検出することができ、排気温度は、図示しない排気温度センサで検出するか、あるいは検出機関回転数および機関負荷(燃料噴射量)に基づいて推定することができる。
In the present embodiment, the exhaust manifold pressure is detected by the
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、前述した充填効率向上制御を実行することにより前記第1の発明における「充填効率向上手段」が、上記S1〜S3の処理を実行することにより前記第1の発明における「差圧判定手段」が、上記S4の処理を実行することにより前記第1の発明における「排気系容積縮小手段」が、それぞれ実現されている。また、流路切替弁48が前記第2の発明における「EGR通路遮断弁」に相当している。
In the first embodiment described above, the
実施の形態2.
次に、図5乃至図8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、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステム構成は、EGRクーラ、バイパス通路およびEGR通路遮断弁の構造が異なること以外は、前述した実施の形態1と同様である。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 to FIG. 8. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Simplify or omit. The system configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment described above except that the structures of the EGR cooler, the bypass passage, and the EGR passage cutoff valve are different.
図5は、本発明の実施の形態2におけるEGRクーラ、バイパス通路およびEGR通路遮断弁の構造を示す断面図である。図5に示すように、本実施形態におけるEGRクーラ42’は、クーラ入口71と、このクーラ入口71に隣接するクーラ出口72とを有している。クーラ入口71から流入したEGRガスは、EGRクーラ42’内をUターンするように流れて、クーラ出口72から流出する。すなわち、クーラ入口71へのEGRガス流入方向と、クーラ出口72からのEGRガス流出方向とは、互いに反対方向となっている。クーラ入口71から続く往路と、クーラ出口72へ続く復路とは、隔壁73によって隔てられている。この往路と復路とには、それぞれ、熱交換器74,75が設置されている。熱交換器74,75には機関冷却水が流通しており、その冷却水によりEGRガスが冷却される。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing structures of the EGR cooler, the bypass passage, and the EGR passage cutoff valve according to
EGRクーラ42’の近傍には、EGR通路遮断弁76が設けられている。EGR通路遮断弁76は、上流のEGR通路40からEGRガスが流入する流入口77と、EGRガスが下流のEGR通路40へ流出する流出口78と、流入口77とクーラ入口71との双方に連通する上流室79と、流出口78とクーラ出口72との双方に連通する下流室80と、上流室79と下流室80とを連通させるバイパス開口81と、スイング弁82を有している。
An EGR passage shut-off
バイパス開口81は、実施の形態1のバイパス通路46と同様の機能、つまりEGRクーラ42’を通さずにEGRガスをEGR通路40の下流側に流す機能を有している。
The
スイング弁82は、バイパス開口81を介してEGRクーラ42’と反対側に位置する回転軸83を中心に揺動可能に設置されている。このスイング弁82は、EGRガスをEGRクーラ42’に通すクーラ位置と、EGRガスをEGRクーラ42’に通さずにEGR通路40の下流側に流すバイパス位置と、EGRクーラ42’の上流側でEGR通路40を遮断する遮断位置とに変位可能になっている。スイング弁82は、例えば負圧アクチュエータ、電気モータ等のアクチュエータ(図示せず)に駆動されて、上記3つの位置に変位する。上流室79の内壁には、スイング弁82が遮断位置にあるときにスイング弁82の先端が当接する当接面84が形成されている。
The
図5は、スイング弁82がクーラ位置にある状態、すなわちクーラ経由状態を示している。この状態では、スイング弁82の先端は、微小なクリアランスを介して隔壁73の端面と対向する。これにより、バイパス開口81がスイング弁82によって遮断される。このため、流入口77から上流室79へと流入したEGRガスは、クーラ入口71へ導入され、熱交換器74,75、クーラ出口72、下流室80を順次通過して、流出口78からEGR通路40の下流側へと流出する。
FIG. 5 shows a state where the
図6は、スイング弁82がクーラ位置にあるときのスイング弁82と隔壁73とのクリアランス付近を拡大して示す図である。この図に示すように、隔壁73の端部には、フランジ85が設けられていてもよい。フランジ85を設けることにより、隔壁73の端面の幅が拡大するので、スイング弁82の停止位置が多少ずれても、クリアランスが大きくなることを防止することができる。このため、スイング弁82と隔壁73との間のシール性を向上することができる。
FIG. 6 is an enlarged view showing the vicinity of the clearance between the
図7は、スイング弁82がバイパス位置にある状態、すなわちバイパス状態を示している。この状態では、バイパス開口81が開放されている。このため、流入口77から上流室79へと流入したEGRガスは、バイパス開口81を通ってそのまま下流室80へ抜け、流出口78からEGR通路40の下流側へと流出する。軽負荷時には、スイング弁82をこのようなバイパス位置とすることにより、EGRクーラ42’を通さずにEGRを行うことができる。このため、筒内温度が低くなり過ぎることによる燃焼悪化を回避することができ、HC排出量を低減することができる。また、本実施形態によれば、図1中のバイパス通路46のような管路を別個に設ける必要がなく、EGR通路遮断弁76内に設けたバイパス開口81を介してEGRガスをバイパスさせることができる。このため、EGR装置の簡素化および小型化が図れる。
FIG. 7 shows a state where the
図8は、スイング弁82が遮断位置にある状態、すなわち遮断状態を示している。この状態では、スイング弁82の先端が当接面84に当接することにより、流入口77と上流室79とがスイング弁82によって遮断される。この状態とすることにより、実施の形態1と同様に、EGRクーラ42’の容積が排気系容積に加わることを防止することができ、排気系容積を小さくすることができる。このため、排気マニホールド圧力の脈動が強くなり、充填効率向上制御の効果が大きく発揮させることができる。
FIG. 8 shows a state where the
上述したように、本実施形態によれば、一つのスイング弁82によって、クーラ経由状態とバイパス状態との切り替えに加えて、更に遮断状態への切り替えを実現することができる。このため、構造の簡素化および小型化が図れる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態では、スイング弁82の位置に関して、図5に示すクーラ位置と図7に示すバイパス位置との外側に、図8に示す遮断位置がある。このため、EGRの実行中、クーラ経由状態とバイパス状態とを切り替える際に、EGRガスの流れが一瞬たりとも途切れることがなく、円滑な切り替えを行うことができる。
Further, in the present embodiment, with respect to the position of the
本実施形態は、上述した点以外は、前述した実施の形態1と同様であるので、これ以上の説明は省略する。ただし、実施の形態1では、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さいと判断される場合に、流路切替弁48を閉じて排気系容積を縮小させることとしていたが、本実施形態では、上記差圧に基づいた制御を行わなくてもよい。すなわち、本実施形態では、高負荷状態であるとき、つまり機関負荷(例えば、アクセル開度、燃料噴射量、要求トルク等)が所定の高負荷判定値を超える場合に、機関トルクをアップさせるために、スイング弁82を遮断位置とすることによって排気系容積を縮小させるようにしてもよい。この場合、上記高負荷判定値は、機関回転数に応じて変化させてもよい。
Since this embodiment is the same as Embodiment 1 except for the points described above, further description is omitted. However, in the first embodiment, when it is determined that the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is small, the flow
なお、上述した実施の形態2においては、バイパス開口81が前記第3および第5の発明における「バイパス通路」に、スイング弁82が前記第3および第5の発明における「弁体」に、それぞれ相当している。
In the second embodiment described above, the
実施の形態3.
次に、図9乃至図11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、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、EGR通路遮断弁の構造が異なること以外は、前述した実施の形態2と同様である。
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 to FIG. 11. The description will focus on the differences from the above-described second embodiment, and the same matters will be described. Simplify or omit. This embodiment is the same as
図9は、本発明の実施の形態3におけるEGRクーラ、バイパス通路およびEGR通路遮断弁の構造を示す断面図である。図9に示すように、本実施形態におけるEGRクーラ42’は、前述した実施の形態2と同様である。一方、本実施形態におけるEGR通路遮断弁76’は、スイング弁82のバイパス位置と遮断位置との配置が前述した実施の形態2とは異なる。図9は、スイング弁82がクーラ位置にある状態を示しており、この状態は、前述した実施の形態2と同様である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing structures of the EGR cooler, the bypass passage, and the EGR passage cutoff valve according to
図10は、スイング弁82が遮断位置にある状態、すなわち遮断状態を示している。この状態では、スイング弁82の先端と、上流室79の内壁面85とが、微小なクリアランスを介して対向する。これにより、流入口77がスイング弁82によって遮断される。この状態とすることにより、実施の形態1と同様に、EGRクーラ42’の容積が排気系容積に加わることを防止することができ、排気系容積を小さくすることができる。このため、排気マニホールド圧力の脈動が強くなり、充填効率向上制御の効果が大きく発揮させることができる。
FIG. 10 shows a state where the
スイング弁82がクーラ位置から遮断位置を超えて更に同じ方向に回転すると、バイパス位置となる。図11は、スイング弁82がバイパス位置にある状態、すなわちバイパス状態を示している。この状態では、バイパス開口81が開放されるので、EGRガスがEGRクーラ42’を通らずにEGR通路40の下流側に流れる。
When the
本実施形態によれば、スイング弁82の位置に関して、遮断位置(図10)がクーラ位置(図9)とバイパス位置(図11)との間にある。このため、クーラ位置から遮断位置までのスイング弁82の回転角度と、バイパス位置から遮断位置までのスイング弁82の回転角度とを、何れも小さくする(共に45°程度)ことができる。よって、クーラ位置とバイパス位置との何れの位置からでも、スイング弁82を遮断位置に迅速に移動させることができる。すなわち、クーラ経由状態とバイパス状態との何れの状態からでも、遮断状態へと迅速に切り替えることができる。
According to the present embodiment, with respect to the position of the
ディーゼル機関10の定常運転時には、通常、EGRが実行されるので、スイング弁82はクーラ位置とバイパス位置との何れかの位置にある。これに対し、加速時(高負荷時)には、充填効率向上制御が実行され、この充填効率向上制御の効果を高めるため、スイング弁82が遮断位置へと移動する。このとき、スイング弁82がクーラ位置あるいはバイパス位置から遮断位置へ移動するのに要する時間が長いと、充填効率向上制御の効果を高めること、つまり機関トルクを十分にアップすることが遅くなる。よって、良好な加速レスポンスが得にくくなる。これに対し、本実施形態では、加速開始時にスイング弁82がクーラ位置からでもバイパス位置からでも遮断位置へ迅速に移動することができるので、充填効率向上制御の効果を迅速に高めることができる。つまり、機関トルクを迅速にアップすることができる。よって、優れた加速レスポンスが得られる。
During normal operation of the
本実施形態は、上述した点以外は、前述した実施の形態2と同様であるので、これ以上の説明は省略する。
Since this embodiment is the same as
実施の形態4.
次に、図12を参照して、本発明の実施の形態4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、その説明を簡略化または省略する。図12は、本発明の実施の形態4のシステム構成を説明するための図である。図12に示すように、本実施形態のディーゼル機関10には、1気筒当たり二つの排気弁56が設けられている。そして、ディーゼル機関10のシリンダヘッド88に形成される排気ポートから、排気マニホールド20の集合部にかけての排気通路は、それらの各排気弁56毎に独立して形成されている。この独立した排気通路を本明細書では「独立排気通路」と称し、各気筒の二つの排気弁56のうちの一方の排気弁56に連通する独立排気通路を符号86で、他方の排気弁56に連通する独立排気通路を符合87で表す。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be simplified or described. Omitted. FIG. 12 is a diagram for explaining a system configuration according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the
各気筒の独立排気通路86の下流端付近には、独立排気通路86を遮断可能な独立排気通路遮断弁89が設置されている。すなわち、独立排気通路遮断弁89は、独立排気通路86上で、排気マニホールド20の集合部の手前に配置されている。図示の構成では、独立排気通路遮断弁89は、バタフライ弁で構成されているが、弁形式はこれに限定されるものではない。各気筒の独立排気通路遮断弁89は、共通の回転軸90に固定されている。この回転軸90をアクチュエータ91が駆動することにより、各気筒の独立排気通路遮断弁89が一律に開閉する。アクチュエータ91の作動は、ECU50によって制御される。
In the vicinity of the downstream end of the
EGR通路40の上流端は、図12中で右端の気筒の独立排気通路86の途中に接続されている。EGR実行時は、各気筒の独立排気通路遮断弁89は開かれる。よって、図12中で右端の気筒の独立排気通路86にも排気ガスが流れるので、その排気ガスをEGRガスとしてEGR通路40に取り出すことができる。
The upstream end of the
一方、各気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じると、各気筒の独立排気通路86には排気ガスが流れなくなり、独立排気通路87にのみ排気ガスが流れる状態となる。つまり、各気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じると、各気筒の独立排気通路86は排気マニホールド20の集合部から遮断され、独立排気通路87のみが排気マニホールド20の集合部と連通する。このため、各気筒の独立排気通路86の容積は、排気系容積に加わらなくなる。更に、この状態では、EGR通路40も排気マニホールド20の集合部から遮断されているので、EGR通路40やEGRクーラ42の容積も排気系容積に加わらなくなる。このようなことから、各気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じると、通常時と比べ、EGR通路40とEGRクーラ42と各気筒の独立排気通路86とを合わせた容積の分だけ、排気系容積を小さくすることができる。このため、充填効率向上制御の実行時には、各気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じることにより、排気マニホールド圧力の脈動を強くすることができるので、充填効率(空気量)を更にアップすることができる。なお、各気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じる場合には、EGR弁44も閉じるものとする。
On the other hand, when the independent exhaust
本実施形態は、上述した点以外は、前述した実施の形態1と同様であるので、これ以上の説明は省略する。ただし、実施の形態1では、吸気マニホールド圧力と、脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が小さいと判断される場合に、流路切替弁48を閉じて排気系容積を縮小させることとしていたが、本実施形態では、上記差圧に基づいた制御を行わなくてもよい。すなわち、本実施形態では、高負荷状態であるとき、つまり機関負荷(例えば、アクセル開度、燃料噴射量、要求トルク等)が所定の高負荷判定値を超える場合に、充填効率向上制御の効果をアップさせるべく、各気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じることによって排気系容積を縮小させるようにしてもよい。この場合、上記高負荷判定値は、機関回転数に応じて変化させてもよい。
Since this embodiment is the same as Embodiment 1 except for the points described above, further description is omitted. However, in the first embodiment, when it is determined that the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is small, the flow
なお、本実施形態では、全気筒の独立排気通路86に独立排気通路遮断弁89を設けているが、本発明では、一部の気筒の独立排気通路86にのみ独立排気通路遮断弁89を設けてもよい。その場合、独立排気通路遮断弁89を閉じたときにEGR経路を排気マニホールド20から遮断できるように、EGR通路40が接続された独立排気通路86には独立排気通路遮断弁89を設けることが好ましい。
In this embodiment, the independent exhaust
実施の形態5.
次に、図13を参照して、本発明の実施の形態5について説明するが、上述した実施の形態4との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。図13は、本発明の実施の形態5のシステム構成を説明するための図である。図13に示すように、本実施形態のディーゼル機関10にで、実施の形態4と同様に、各気筒の独立排気通路86には、独立排気通路遮断弁89が設置されており、これらの独立排気通路遮断弁89は、共通の回転軸90に固定されている。
Embodiment 5 FIG.
Next, the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13. The description will focus on the differences from the fourth embodiment described above, and the same matters will be simplified or described. Omitted. FIG. 13 is a diagram for explaining a system configuration according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, in the
更に、本実施形態では、各気筒の独立排気通路87の下流端付近に、独立排気通路87を遮断可能な独立排気通路遮断弁92が設置されている。これら各気筒の独立排気通路遮断弁92は、共通の回転軸93に固定されている。アクチュエータ94は、回転軸90,93をそれぞれ独立に回転駆動可能になっている。これにより、独立排気通路遮断弁89と、独立排気通路遮断弁92とは、独立に開閉可能になっている。アクチュエータ94の作動は、ECU50によって制御される。通常時は、各気筒の独立排気通路遮断弁89,92は共に開いた状態に制御される。
Furthermore, in this embodiment, an independent exhaust passage shut-off valve 92 that can shut off the
独立排気通路遮断弁92を開いた状態とし、独立排気通路遮断弁89を閉じると、前述した実施の形態4と同様に、通常時と比べ、EGR通路40とEGRクーラ42と各気筒の独立排気通路86とを合わせた容積の分だけ、排気系容積を小さくすることができる。このため、充填効率向上制御の実行時には、各気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じることにより、排気マニホールド圧力の脈動を強くすることができるので、充填効率(空気量)を更にアップすることができる。
When the independent exhaust passage shut-off valve 92 is opened and the independent exhaust passage shut-off
一方、本実施形態では、冷間時あるいは軽負荷時には、独立排気通路遮断弁89を開いた状態とし、独立排気通路遮断弁92を閉じるように制御される。この状態では、各気筒において、独立排気通路87には排気ガスが流れなくなり、独立排気通路86にのみ排気ガスが流れる。このため、通常時と比べ、排気系の表面積を各気筒の独立排気通路87の表面積の分だけ縮小することができる。また、この状態では、独立排気通路遮断弁89を開いているので、図13中の右端の気筒の独立排気通路86には排気ガスが流れる。このため、EGR通路40からEGRガスを取り出すことができ、EGRを実行することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the control is performed so that the independent exhaust passage shut-off
冷間時あるいは軽負荷時には、排気温度が低くなり易いので、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持が困難となる場合がある。本実施形態では、冷間時あるいは軽負荷時に独立排気通路遮断弁92を閉じることにより、独立排気通路87の表面積の分だけ排気系表面積が縮小するので、排気ガスから外部へ逃げる熱量を低減することができる。このため、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を高くすることができ、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持に寄与する。また、冷間時あるいは軽負荷時にはEGRの実行が必要となるが、上述したように、独立排気通路遮断弁92が閉じていても、EGRは実行可能である。
Since the exhaust temperature is likely to be low during cold or light loads, it may be difficult to activate the exhaust purification catalyst early or maintain the activation temperature. In the present embodiment, by closing the independent exhaust passage shut-off valve 92 during cold or light load, the exhaust system surface area is reduced by the surface area of the
なお、本実施形態において、冷間時であるか否かの判断は、機関代表温度(例えば冷却水温)が所定の判定温度より高いか低いかによって判別することができる。また、軽負荷状態であるか否かの判断は、機関負荷(例えば、アクセル開度、燃料噴射量、要求トルク等)が所定の軽負荷判定値より高いか低いかによって判別することができる。 In the present embodiment, whether or not the engine is cold can be determined based on whether the engine representative temperature (for example, cooling water temperature) is higher or lower than a predetermined determination temperature. Whether or not the vehicle is in a light load state can be determined based on whether the engine load (for example, accelerator opening, fuel injection amount, required torque, etc.) is higher or lower than a predetermined light load determination value.
上述した実施の形態5においては、各気筒の独立排気通路遮断弁89が前記第11の発明における「第1系統の独立排気通路遮断弁群」に、独立排気通路遮断弁92が前記第11の発明における「第2の独立排気通路遮断弁」に、各気筒の独立排気通路遮断弁92が前記第11の発明における「第2系統の独立排気通路遮断弁群」に、それぞれ相当している。また、ECU50が、冷間時あるいは軽負荷時に各気筒の独立排気通路遮断弁92を閉じるようにアクチュエータ94を制御することにより前記第11の発明における「排気温度低下抑制手段」が実現されている。
In the fifth embodiment described above, the independent exhaust
実施の形態6.
次に、図14を参照して、本発明の実施の形態6について説明するが、上述した実施の形態4との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。図14は、本発明の実施の形態6のシステム構成を説明するための図である。図14に示すように、本実施形態のディーゼル機関10では、各気筒の独立排気通路86に独立排気通路遮断弁89が設置されている。各気筒の独立排気通路遮断弁89は、ECU50により制御される図示しないアクチュエータの駆動により、互いに独立して開閉可能になっている。通常時は、各気筒の独立排気通路遮断弁89は何れも開いた状態に制御される。
Embodiment 6 FIG.
Next, the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14. The description will focus on the differences from the above-described fourth embodiment, and the same matters will be simplified or described. Omitted. FIG. 14 is a diagram for explaining a system configuration according to the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, in the
各気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じると、前述した実施の形態4と同様に、通常時と比べ、EGR通路40とEGRクーラ42と各気筒の独立排気通路86とを合わせた容積の分だけ、排気系容積を小さくすることができる。このため、充填効率向上制御の実行時には、各気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じることにより、排気マニホールド圧力の脈動を強くすることができるので、充填効率(空気量)を更にアップすることができる。
When the independent exhaust passage shut-off
一方、本実施形態では、冷間時あるいは軽負荷時には、EGR通路40が接続された#1気筒(図14中で右端の気筒)の独立排気通路遮断弁89を開いた状態とし、他の気筒(#2〜#4気筒)の独立排気通路遮断弁89を閉じるように制御される。この状態では、#2〜#4気筒において、独立排気通路86には排気ガスが流れなくなり、独立排気通路87にのみ排気ガスが流れる。このため、通常時と比べ、排気系の表面積を#2〜#4気筒の独立排気通路86の表面積の分だけ縮小することができる。また、この状態では、#1気筒の独立排気通路遮断弁89を開いているので、#1気筒の独立排気通路86には排気ガスが流れる。このため、EGR通路40からEGRガスを取り出すことができ、EGRを実行することができる。
On the other hand, in the present embodiment, during cold or light load, the independent exhaust
冷間時あるいは軽負荷時には、排気温度が低くなり易いので、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持が困難となる場合がある。本実施形態では、冷間時あるいは軽負荷時に#2〜#4気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じることにより、#2〜#4気筒の独立排気通路86の表面積の分だけ排気系表面積が縮小するので、排気ガスから外部へ逃げる熱量を低減することができる。このため、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を高くすることができ、排気浄化触媒の早期活性化あるいは活性温度維持に寄与する。また、冷間時あるいは軽負荷時にはEGRの実行が必要となるが、上述したように、#1気筒の独立排気通路遮断弁89を開いておくことにより、EGRは実行可能である。
Since the exhaust temperature is likely to be low during cold or light loads, it may be difficult to activate the exhaust purification catalyst early or maintain the activation temperature. In this embodiment, by closing the # 2- # 4 cylinder independent exhaust passage shut-off
なお、本実施形態において、冷間時であるか否かの判断は、機関代表温度(例えば冷却水温)が所定の判定温度より高いか低いかによって判別することができる。また、軽負荷状態であるか否かの判断は、機関負荷(例えば、アクセル開度、燃料噴射量、要求トルク等)が所定の軽負荷判定値より高いか低いかによって判別することができる。 In the present embodiment, whether or not the engine is cold can be determined based on whether the engine representative temperature (for example, cooling water temperature) is higher or lower than a predetermined determination temperature. Whether or not the vehicle is in a light load state can be determined based on whether the engine load (for example, accelerator opening, fuel injection amount, required torque, etc.) is higher or lower than a predetermined light load determination value.
また、図示の構成では、#1〜#4気筒の独立排気通路遮断弁89の各々が独立して開閉可能であるものとしたが、本実施形態では、#1気筒の独立排気通路遮断弁89と、#2〜#4気筒の独立排気通路遮断弁89とが互いに独立して開閉可能であればよい。すなわち、#2〜#4気筒の独立排気通路遮断弁89は、一律に開閉するように構成されていてもよい。
Further, in the illustrated configuration, each of the # 1 to # 4 cylinder independent exhaust passage shut-off
上述した実施の形態6においては、ECU50が、冷間時あるいは軽負荷時に#1気筒の独立排気通路遮断弁89を開いた状態とし、#2〜#4気筒の独立排気通路遮断弁89を閉じるように制御することにより前記第12の発明における「排気温度低下抑制手段」が実現されている。
In the above-described sixth embodiment, the
実施の形態7.
次に、図15乃至図17を参照して、本発明の実施の形態7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、その説明を簡略化または省略する。図15は、本発明の実施の形態7のシステム構成を説明するための図である。
Embodiment 7 FIG.
Next, the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 15 to FIG. 17. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Simplify or omit. FIG. 15 is a diagram for explaining a system configuration according to the seventh embodiment of the present invention.
排気マニホールド圧力の脈動を利用した充填効率向上制御の実行が必要となるのは、加速時など、ディーゼル機関10が高負荷で運転される場合である。高負荷時には、通常、外部EGRはカットされる(EGR弁44が閉じられる)。また、高負荷時には、燃料噴射量が多くされるので、排気温度も高くなる。このようなことから、排気マニホールド圧力は、機関負荷が高くなるにつれて、高くなる。よって、充填効率向上制御が実行されるのは、排気マニホールド圧力が高い場合であると言うことができる。
The execution of the charging efficiency improvement control using the pulsation of the exhaust manifold pressure is necessary when the
そこで、本実施形態では、排気マニホールド圧力が高くなった場合に、その排気マニホールド圧力によって自動的にEGR通路40をEGRクーラ42の上流側で遮断するように作動するEGR通路遮断弁95を設けることとした。
Therefore, in the present embodiment, when the exhaust manifold pressure becomes high, an EGR passage shut-off
図15に示すように、本実施形態では、EGRクーラ42の上流側のEGR通路40の途中に、EGR通路40を遮断可能なEGR通路遮断弁95が設けられている。排気マニホールド20からは、弁駆動用通路96が分岐しており、この弁駆動用通路96がEGR通路遮断弁95に接続されている。弁駆動用通路96を介して、EGR通路遮断弁95に排気マニホールド圧力が供給される。
As shown in FIG. 15, in the present embodiment, an EGR
図16は、EGR通路遮断弁95付近の断面図である。同図に示すように、EGR通路遮断弁95は、シリンダ97を有しており、このシリンダ97内には、ピストン98と、ピストン98を図中で上方向に付勢するバネ99とが設けられている。シリンダ97とピストン98とで囲まれる圧力室100には、弁駆動用通路96が連通している。これにより、圧力室100には、弁駆動用通路96を介して、排気マニホールド圧力が作用する。ピストン98には、ロッド101を介して、EGR通路40を遮断し得る仕切り板102が連結されている。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the vicinity of the EGR
図16は、排気マニホールド圧力が低いときのEGR通路遮断弁95の状態を示している。この状態では、圧力室100に作用する排気マニホールド圧力がピストン98を図中で下方に押し下げる力が弱いため、バネ99は伸びている。その結果、仕切り板102は、EGR通路40内から退避しており、EGR通路40は開通している。
FIG. 16 shows the state of the EGR
一方、図17は、排気マニホールド圧力が高いときのEGR通路遮断弁95の状態を示している。排気マニホールド圧力が高くなると、圧力室100内の排気マニホールド圧力がピストン98に及ぼす力によって、ピストン98はバネ99の付勢力に抗して、図中の下方へ移動する。その結果、図17に示すように、仕切り板102がEGR通路40内に進入し、EGR通路40を遮断する。この状態では、EGR通路40やEGRクーラ42の容積が排気系容積に加わらなくなるので、通常時と比べ、EGR通路40とEGRクーラ42とを合わせた容積の分だけ、排気系容積が小さくなる。
On the other hand, FIG. 17 shows a state of the EGR
排気マニホールド圧力が、ある閾値を超えると、EGR通路遮断弁95の仕切り板102は、図16に示す通常位置から図17に示す排気系容積縮小位置へと移動する。上記閾値はバネ99のバネ定数によって決定される。バネ99のバネ定数は、上記閾値が、充填効率向上制御が開始される機関負荷のときの排気マニホールド圧力に対応した値となるように、設定されている。
When the exhaust manifold pressure exceeds a certain threshold value, the
このようなEGR通路遮断弁95によれば、充填効率向上制御が実行される運転領域に入った場合に、上昇した排気マニホールド圧力によって自動的にEGR通路40を遮断して、排気系容積を小さくすることができる。その結果、排気マニホールド圧力の脈動を強くすることができるので、充填効率向上制御の効果が高まり、充填効率(空気量)を更にアップすることができる。
According to such an EGR passage shut-off
また、本実施形態では、EGR通路遮断弁95を駆動するためのアクチュエータや制御が不要であるため、システムを簡素化することができ、コスト低減が図れる。
Further, in this embodiment, since an actuator and control for driving the EGR
なお、上述した実施の形態7においては、仕切り板102が前記第13の発明における「弁体」に、ピストン98が前記第13の発明における「弁体押圧手段」に、バネ99が前記第13の発明における「付勢手段」に、それぞれ相当している。
In the seventh embodiment described above, the
10 ディーゼル機関
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
24a タービン
24b コンプレッサ
26 DPF
28 吸気通路
34 吸気マニホールド
35 吸気ポート
36 吸気絞り弁
38 エアフローメータ
40 EGR通路
42 EGRクーラ
44 EGR弁
46 バイパス通路
48 流路切替弁
50 ECU
52 吸気弁
54 吸気可変動弁装置
56 排気弁
58 排気可変動弁装置
62 クランク角センサ
64 ピストン
68 吸気圧センサ
70 排気圧センサ
71 クーラ入口
72 クーラ出口
73 隔壁
74,75 熱交換器
76 EGR通路遮断弁
77 流入口
78 流出口
79 上流室
80 下流室
81 バイパス開口
82 スイング弁
83 回転軸
84 当接面
85 内壁面
86,87 独立排気通路
88 シリンダヘッド
89,92 独立排気通路遮断弁
90,93 回転軸
91,94 アクチュエータ
95 EGR通路遮断弁
96 弁駆動用通路
97 シリンダ
98 ピストン
99 バネ
100 圧力室
101 ロッド
102 仕切り板
DESCRIPTION OF
28
52
Claims (14)
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させ、前記バルブオーバーラップ期間において排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くする充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
吸気マニホールド圧力と、前記脈動の谷での排気マニホールド圧力との差圧が所定値未満であるか否かを判定する差圧判定手段と、
前記充填効率向上制御が実行され、且つ、前記差圧が前記所定値未満であると判定された場合に、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 An exhaust manifold for collecting exhaust gases of a plurality of cylinders of the internal combustion engine;
The provided with a valve overlap period during which an exhaust valve open period overlap and the intake valve open period of the internal combustion engine, to match the timing of the pulsation of the exhaust manifold pressure is a valley to the valve overlap period, the valve overlap and viable charging efficiency enhancement means charging efficiency enhancement control you lower than the exhaust manifold pressure intake manifold pressure in the period,
Differential pressure determination means for determining whether or not the differential pressure between the intake manifold pressure and the exhaust manifold pressure at the pulsation valley is less than a predetermined value;
An exhaust system that reduces the exhaust system volume, which is the volume of the space in the exhaust manifold and the space communicating therewith, when the filling efficiency improvement control is executed and the differential pressure is determined to be less than the predetermined value Volume reduction means;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記EGR通路を通るEGRガスを冷却するEGRクーラと、
前記EGRクーラの下流側に設置され、EGR量を制御するEGR制御弁と、
前記EGRクーラの上流側で前記EGR通路を遮断可能なEGR通路遮断弁と、
を備え、
前記排気系容積縮小手段は、前記EGR通路遮断弁を閉じることによって前記排気系容積を縮小させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 An EGR passage for recirculating exhaust gas of the internal combustion engine to an intake passage;
An EGR cooler for cooling EGR gas passing through the EGR passage;
An EGR control valve that is installed downstream of the EGR cooler and controls the amount of EGR;
An EGR passage shut-off valve capable of shutting off the EGR passage on the upstream side of the EGR cooler;
With
2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust system volume reducing means reduces the exhaust system volume by closing the EGR passage shut-off valve.
前記EGR通路遮断弁は、前記EGRクーラおよび前記バイパス通路の上流側で前記EGR通路を遮断する遮断位置と、EGRガスを前記EGRクーラに通すクーラ位置と、EGRガスを前記バイパス通路に通すバイパス位置とに変位する弁体を有することを特徴とする請求項2記載の内燃機関の制御装置。 A bypass passage that allows EGR gas to flow downstream of the EGR passage without passing through the EGR cooler;
The EGR passage shut-off valve includes a shut-off position for shutting off the EGR passage upstream of the EGR cooler and the bypass passage, a cooler position for passing EGR gas through the EGR cooler, and a bypass position for passing EGR gas through the bypass passage. 3. The control device for an internal combustion engine according to claim 2, further comprising a valve body that is displaced between
同一気筒の複数の前記独立排気通路のうち、少なくとも一つを残して他の独立排気通路をその下流端付近で遮断可能な独立排気通路遮断弁を備え、
前記排気系容積縮小手段は、前記独立排気通路遮断弁を閉じることによって前記排気系容積を縮小させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 The internal combustion engine has a plurality of exhaust valves in at least one cylinder, and independent exhaust passages are formed from the cylinder head to the exhaust manifold for each of the exhaust valves.
An independent exhaust passage shutoff valve capable of shutting off the other independent exhaust passage in the vicinity of the downstream end of at least one of the plurality of independent exhaust passages of the same cylinder;
2. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust system volume reducing means reduces the exhaust system volume by closing the independent exhaust passage shut-off valve.
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させ、前記バルブオーバーラップ期間において排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くする充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
前記内燃機関の排気ガスを吸気通路に還流させるEGR通路と、
前記EGR通路を通るEGRガスを冷却するEGRクーラと、
前記EGRクーラを通さずにEGRガスを前記EGR通路の下流側に流すバイパス通路と、
前記EGRクーラおよび前記バイパス通路の上流側で前記EGR通路を遮断する遮断位置と、EGRガスを前記EGRクーラに通すクーラ位置と、EGRガスを前記バイパス通路に通すバイパス位置とに変位する弁体を有するEGR通路遮断弁と、
前記充填効率向上制御が実行され、且つ、機関負荷が所定の高負荷判定値を超える場合に、前記EGR通路遮断弁の弁体を前記遮断位置に移動させることにより、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 An exhaust manifold for collecting exhaust gases of a plurality of cylinders of the internal combustion engine;
The provided with a valve overlap period during which an exhaust valve open period overlap and the intake valve open period of the internal combustion engine, to match the timing of the pulsation of the exhaust manifold pressure is a valley to the valve overlap period, the valve overlap and viable charging efficiency enhancement means charging efficiency enhancement control you lower than the exhaust manifold pressure intake manifold pressure in the period,
An EGR passage for recirculating exhaust gas of the internal combustion engine to an intake passage;
An EGR cooler for cooling EGR gas passing through the EGR passage;
A bypass passage for allowing EGR gas to flow downstream of the EGR passage without passing through the EGR cooler;
A valve body that is displaced into a blocking position for blocking the EGR passage upstream of the EGR cooler and the bypass passage, a cooler position for passing EGR gas through the EGR cooler, and a bypass position for passing EGR gas through the bypass passage. An EGR passage shut-off valve having
When the filling efficiency improvement control is executed and the engine load exceeds a predetermined high load judgment value, the valve body of the EGR passage shut-off valve is moved to the shut-off position, thereby the inside of the exhaust manifold and the exhaust manifold. An exhaust system volume reducing means for reducing an exhaust system volume which is a volume of a communicating space;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記EGR通路遮断弁は、
EGRガスが流入する流入口と、
EGRガスが流出する流出口と、
前記流入口と前記クーラ入口との双方に連通する上流室と、
前記流出口と前記クーラ出口との双方に連通する下流室と、
前記上流室と前記下流室とを連通させるバイパス開口と、
を有し、
前記弁体は、前記バイパス開口を介して前記EGRクーラと反対側に位置する回転軸を中心に揺動可能なスイング弁で構成され、
前記スイング弁は、前記流入口を遮断する遮断位置と、前記バイパス開口を遮断することによって前記上流室のEGRガスを前記クーラ入口へ導入するクーラ位置と、前記流入口から前記バイパス開口を通って前記流出口への流通を許容するバイパス位置とに変位可能であることを特徴とする請求項3または5記載の内燃機関の制御装置。 The EGR cooler has a cooler inlet, a cooler outlet adjacent to the cooler inlet, and an EGR gas outflow direction is opposite to an EGR gas inflow direction to the cooler inlet;
The EGR passage shut-off valve is
An inlet through which EGR gas flows,
An outlet through which EGR gas flows out;
An upstream chamber communicating with both the inlet and the cooler inlet;
A downstream chamber communicating with both the outlet and the cooler outlet;
A bypass opening for communicating the upstream chamber and the downstream chamber;
Have
The valve body is configured by a swing valve that can swing around a rotating shaft located on the opposite side of the EGR cooler through the bypass opening,
The swing valve includes a blocking position for blocking the inlet, a cooler position for introducing the EGR gas in the upstream chamber into the cooler inlet by blocking the bypass opening, and the inlet from the inlet through the bypass opening. 6. The control device for an internal combustion engine according to claim 3 or 5, wherein the control device is displaceable to a bypass position allowing flow to the outlet.
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させ、前記バルブオーバーラップ期間において排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くする充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
同一気筒の複数の前記独立排気通路のうち、少なくとも一つを残して他の独立排気通路をその下流端付近で遮断可能な独立排気通路遮断弁と、
前記充填効率向上制御が実行され、且つ、機関負荷が所定の高負荷判定値を超える場合に、前記独立排気通路遮断弁を閉じることにより、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 An internal combustion engine having a plurality of exhaust valves in at least one cylinder, and an independent independent exhaust passage extending from the cylinder head to the exhaust manifold for each of the exhaust valves;
The provided with a valve overlap period during which an exhaust valve open period overlap and the intake valve open period of the internal combustion engine, to match the timing of the pulsation of the exhaust manifold pressure is a valley to the valve overlap period, the valve overlap and viable charging efficiency enhancement means charging efficiency enhancement control you lower than the exhaust manifold pressure intake manifold pressure in the period,
An independent exhaust passage shut-off valve capable of shutting off the other independent exhaust passage in the vicinity of the downstream end of at least one of the plurality of independent exhaust passages of the same cylinder;
When the charging efficiency improvement control is executed and the engine load exceeds a predetermined high load determination value, the volume of the space in the exhaust manifold and the space communicating therewith is closed by closing the independent exhaust passage shut-off valve An exhaust system volume reducing means for reducing the exhaust system volume;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記EGR通路の上流端は、前記独立排気通路遮断弁が設けられた前記独立排気通路に接続されていることを特徴とする請求項4または9記載の内燃機関の制御装置。 An EGR passage for recirculating exhaust gas of the internal combustion engine to the intake passage;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 4 or 9, wherein an upstream end of the EGR passage is connected to the independent exhaust passage provided with the independent exhaust passage cutoff valve.
前記EGR通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒において当該独立排気通路を残して他の独立排気通路を遮断可能な第2の独立排気通路遮断弁を含む第2系統の独立排気通路遮断弁群と、
機関代表温度が所定の冷間判定温度より低い冷間時および/または機関負荷が所定の軽負荷判定値より小さい軽負荷時に、前記第2系統の独立排気通路遮断弁群を閉じることによって排気系表面積を縮小させる排気温度低下抑制手段と、
を備えることを特徴とする請求項10記載の内燃機関の制御装置。 An independent exhaust passage shut-off valve group of a first system including the independent exhaust passage shut-off valve;
A second independent exhaust passage including a second independent exhaust passage cutoff valve capable of shutting off other independent exhaust passages while leaving the independent exhaust passage in a cylinder having an independent exhaust passage to which the upstream end of the EGR passage is connected. A shutoff valve group;
When the engine representative temperature is lower than a predetermined cold determination temperature and / or when the engine load is light load smaller than a predetermined light load determination value, the exhaust system is closed by closing the independent exhaust passage shut-off valve group of the second system. An exhaust temperature reduction suppressing means for reducing the surface area;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 10, further comprising:
機関代表温度が所定の冷間判定温度より低い冷間時および/または機関負荷が所定の軽負荷判定値より小さい軽負荷時に、前記EGR通路の上流端が接続された独立排気通路を有する気筒の独立排気通路遮断弁を開いたまま、他の気筒の独立排気通路遮断弁を閉じることによって排気系表面積を縮小させる排気温度低下抑制手段を備えることを特徴とする請求項10記載の内燃機関の制御装置。 The independent exhaust passage cutoff valve of the cylinder having the independent exhaust passage to which the upstream end of the EGR passage is connected and the independent exhaust passage cutoff valve of other cylinders can be opened and closed independently.
A cylinder having an independent exhaust passage to which the upstream end of the EGR passage is connected when the engine representative temperature is lower than a predetermined cold determination temperature and / or when the engine load is lower than a predetermined light load determination value. 11. The control of an internal combustion engine according to claim 10, further comprising exhaust temperature lowering suppression means for reducing the surface area of the exhaust system by closing the independent exhaust passage cutoff valve of another cylinder while the independent exhaust passage cutoff valve is open. apparatus.
前記内燃機関の吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気マニホールド圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させ、前記バルブオーバーラップ期間において排気マニホールド圧力を吸気マニホールド圧力よりも低くする充填効率向上制御を実行可能な充填効率向上手段と、
通常位置と、前記排気マニホールド内およびこれに連通する空間の容積である排気系容積を縮小させる排気系容積縮小位置とに変位可能な弁体と、
前記内燃機関の排気圧力によって前記弁体を前記通常位置から前記排気系容積縮小位置へ押圧する弁体押圧手段と、
前記弁体を前記排気系容積縮小位置から前記通常位置へ戻す方向に付勢する付勢手段と、
を備え、
前記充填効率向上制御が実行される運転領域に入った場合に、前記弁体が前記排気圧力によって押圧されて前記通常位置から前記排気系容積縮小位置へ移動することにより、前記排気系容積が縮小することを特徴とする内燃機関の制御装置。 An exhaust manifold for collecting exhaust gases of a plurality of cylinders of the internal combustion engine;
The provided with a valve overlap period during which an exhaust valve open period overlap and the intake valve open period of the internal combustion engine, to match the timing of the pulsation of the exhaust manifold pressure is a valley to the valve overlap period, the valve overlap and viable charging efficiency enhancement means charging efficiency enhancement control you lower than the exhaust manifold pressure intake manifold pressure in the period,
A valve body that is displaceable to a normal position and an exhaust system volume reduction position that reduces an exhaust system volume that is a volume of a space in the exhaust manifold and communicating with the exhaust manifold;
Valve body pressing means for pressing the valve body from the normal position to the exhaust system volume reduction position by the exhaust pressure of the internal combustion engine;
Biasing means for biasing the valve body in a direction to return the exhaust system volume reduction position to the normal position;
With
When entering the operating region where the charging efficiency improvement control is executed , the valve body is pressed by the exhaust pressure and moved from the normal position to the exhaust system volume reduction position, thereby reducing the exhaust system volume. A control device for an internal combustion engine.
前記弁体が前記排気系容積縮小位置へ移動したとき、前記弁体は、前記EGR通路の上流端付近で前記EGR通路を遮断することを特徴とする請求項13記載の内燃機関の制御装置。 An EGR passage for recirculating exhaust gas of the internal combustion engine to the intake passage;
The control device for an internal combustion engine according to claim 13, wherein when the valve body moves to the exhaust system volume reduction position, the valve body blocks the EGR passage in the vicinity of an upstream end of the EGR passage.
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