JP6464961B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
この発明はエンジンの制御装置、特に圧縮比可変機構を有するものに関する。 The present invention relates to an engine control device, and more particularly to an engine control device having a variable compression ratio mechanism.
圧縮比可変機構と触媒を有するエンジンがある。このエンジンにおいて、エンジンの冷間始動時で触媒の活性化前には、触媒の活性化後よりも低くなる側に圧縮比可変機構の圧縮比を設定し、触媒の活性化後に高くなる側に圧縮比を切換えるものがある(特許文献1参照)。これは、エンジンの冷間始動時に圧縮比可変機構の圧縮比を低くすると、エンジンの熱効率が低下することから、排気通路に出た燃焼ガスの温度が圧縮比を低くしない場合より高くなることを利用するものである。このように圧縮比可変機構の圧縮比を制御することによって触媒を早期に活性化することができる。 There is an engine having a compression ratio variable mechanism and a catalyst. In this engine, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is set on the side that is lower than that after activation of the catalyst at the time of cold start of the engine and before the catalyst is activated, There is one that switches the compression ratio (see Patent Document 1). This is because if the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is lowered at the time of cold start of the engine, the thermal efficiency of the engine is lowered, so that the temperature of the combustion gas that has flowed into the exhaust passage becomes higher than when the compression ratio is not lowered. It is what you use. Thus, the catalyst can be activated early by controlling the compression ratio of the compression ratio variable mechanism.
ところで、冷間始動直後でエンジンが暖機完了前の状態にあるときには、燃焼室内に生成される燃焼ガス中にCO、HC、パティキュレートといった有害排気成分が含まれる。このため、これらの有害排気成分を車両のテールパイプから出さないようにする排気浄化対策が求められている。 By the way, when the engine is in a state immediately after the cold start and before the warm-up is completed, harmful exhaust components such as CO, HC, and particulates are included in the combustion gas generated in the combustion chamber. For this reason, there is a need for an exhaust purification measure that prevents these harmful exhaust components from coming out of the tail pipe of the vehicle.
上記触媒として三元触媒を用いることでCO、HC、NOxの3つの有害排気成分を同時に効率よく浄化している。しかしながら、三元触媒は燃焼室内に生成されるHCのみを対象にしているわけでないので、特に冷間始動直後に燃焼室内に生成されるHCの全てを浄化するには限界がある。三元触媒が活性化したタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比を高くするのでは、燃焼室内に生成されるHCが悪化してしまうのである。同様に、三元触媒が活性化したタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比を高くするのでは、燃焼室内に生成されるパティキュレートも悪化する。 By using a three-way catalyst as the catalyst, three harmful exhaust components of CO, HC and NOx are simultaneously purified efficiently. However, since the three-way catalyst is not intended only for HC generated in the combustion chamber, there is a limit in purifying all of the HC generated in the combustion chamber immediately after the cold start. If the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is increased at the timing when the three-way catalyst is activated, the HC generated in the combustion chamber will deteriorate. Similarly, if the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is increased at the timing when the three-way catalyst is activated, the particulates generated in the combustion chamber also deteriorate.
そこで本発明は、エンジンの冷間始動直後に燃焼室内に生成されるHCやパティキュレートの悪化を抑制し得る装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of suppressing deterioration of HC and particulates generated in a combustion chamber immediately after a cold start of an engine.
本発明のエンジンの制御装置では、圧縮比可変機構と、燃料噴射弁と、触媒と、圧縮比制御手段と、を備える。上記圧縮比可変機構はエンジンの圧縮比を変更し得る。上記燃料噴射弁は燃焼室に燃料を供給可能である。上記触媒はエンジンからの排気を浄化し得る。
上記圧縮比制御手段は前記触媒が活性化するまでの要求圧縮比として第1要求圧縮比を設定する。また、上記圧縮比制御手段は前記触媒が活性化した後に前記燃焼室の暖機が完了するまでの要求圧縮比として前記第1要求圧縮比より高い第2要求圧縮比を設定する。また、上記圧縮比制御手段は燃焼室の暖機が完了した後の要求圧縮比として前記第2要求圧縮比より高い第3要求圧縮比を設定する。さらに、上記圧縮比制御手段は設定した要求圧縮比が得られるように前記圧縮比可変機構の圧縮比を制御する。前記第2要求圧縮比は、前記燃焼室内に生成されるHCを低減するための要求圧縮比及び前記燃焼室内に生成されるパティキュレートを低減するための要求圧縮比の少なくとも一つである。
The engine control apparatus of the present invention includes a compression ratio variable mechanism, a fuel injection valve, a catalyst, and a compression ratio control means. The compression ratio variable mechanism can change the compression ratio of the engine. The fuel injection valve can supply fuel to the combustion chamber. The catalyst can purify exhaust from the engine.
The compression ratio control means sets a first required compression ratio as a required compression ratio until the catalyst is activated. The compression ratio control means sets a second required compression ratio higher than the first required compression ratio as a required compression ratio until the combustion chamber is warmed up after the catalyst is activated. The compression ratio control means sets a third required compression ratio that is higher than the second required compression ratio as the required compression ratio after the combustion chamber has been warmed up. Further, the compression ratio control means controls the compression ratio of the variable compression ratio mechanism so that the set required compression ratio can be obtained. The second required compression ratio is at least one of a required compression ratio for reducing HC generated in the combustion chamber and a required compression ratio for reducing particulates generated in the combustion chamber.
本の発明では、第1要求圧縮比が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御するとき、触媒活性化に要する時間は、エンジンの冷間始動から十数秒程度の短い時間である。一方、触媒が活性化した後に第2要求圧縮比が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御するとき、燃焼室の暖機が完了するまでに要する時間はエンジンの冷間始動から50〜100秒程度の長い時間である。このように、第1要求圧縮比と第2要求圧縮比を用いて圧縮比可変機構の圧縮比を制御することで、エンジンの冷間始動時に触媒が活性化するまでの時間と、燃焼室の暖機が完了するまでの時間を異ならせることができる。このため、触媒が活性化したタイミングより燃焼室の暖機が完了するまでの期間で、燃焼室内に生成されるHCやパティキュレートといった排気組成に対する各要求に合わせて、第2要求圧縮比を最適に設定することができる。また、第2要求圧縮比は第3要求圧縮比より低いので、第2要求圧縮比を設定している期間での燃焼室温度の上昇が緩やかなものとなり、第2要求圧縮比を維持する時間を確保できる。これによって、第2要求圧縮比を設定している期間、つまり触媒が活性化したタイミングより燃焼室の暖機が完了するまでの期間で、燃焼室内に生成されるHCやパティキュレートの悪化を抑制することができる。 In the present invention, when the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is controlled so that the first required compression ratio is obtained, the time required for catalyst activation is a short time of about a few tens of seconds from the cold start of the engine. On the other hand, when the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is controlled so that the second required compression ratio is obtained after the catalyst is activated, the time required to complete the warm-up of the combustion chamber is 50 from the cold start of the engine. It is a long time of about ~ 100 seconds. Thus, by controlling the compression ratio of the compression ratio variable mechanism using the first required compression ratio and the second required compression ratio, the time until the catalyst is activated at the time of cold start of the engine, The time until warm-up is completed can be varied. For this reason, the second required compression ratio is optimized in accordance with each requirement for the exhaust composition such as HC and particulates generated in the combustion chamber from the timing when the catalyst is activated until the combustion chamber is completely warmed up. Can be set to Further, since the second required compression ratio is lower than the third required compression ratio, the combustion chamber temperature rises slowly during the period when the second required compression ratio is set, and the time for maintaining the second required compression ratio Can be secured. This suppresses deterioration of HC and particulates generated in the combustion chamber during the period when the second required compression ratio is set, that is, from the timing when the catalyst is activated until the combustion chamber is warmed up. can do.
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は圧縮比可変機構を有するレシプロ式エンジンの概略構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a reciprocating engine having a variable compression ratio mechanism.
ここでの圧縮比可変機構は複リンク型である。具体的にはピストン行程を変化させて圧縮比を変更する機構である。なお、圧縮比可変機構を有するエンジン1は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開2001−227367号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
The compression ratio variable mechanism here is a multi-link type. Specifically, it is a mechanism for changing the compression ratio by changing the piston stroke. The
クランクシャフト3には、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック2内の主軸受(図示しない)に回転可能に支持されるクランクジャーナル4が気筒毎に設けられている。各クランクジャーナル4は、その軸心Oがクランクシャフト3の軸心(回転中心)と一致しており、クランクシャフト3の回転軸部を構成している。
The
また、クランクシャフト3は、軸心Oから偏心して気筒毎に設けられたクランクピン5aと、クランクピン5aをクランクジャーナル4へ連結するクランクアーム5bと、軸心Oに対してクランクピン5と反対側に配置され、主としてピストン運動の回転1次振動成分を低減するカウンターウェイト5cとを有している。クランクアーム5bとカウンターウェイト5cとは、この実施形態では一体的に形成されている。
In addition, the
そして本実施形態では、気筒毎に形成されたシリンダ11に摺動可能に嵌合するピストン10と、上記のクランクピン5aとが、複数のリンク部材、すなわちアッパーリンク7(第1のリンク)とロアーリンク6(第2のリンク)とにより機械的に連携されている。アッパーリンク7の上端側は、ピストン10に固定的に設けられたピストンピン9(第1のピン)に、軸心Oc周りに相対回転可能に外嵌している。また、アッパーリンク7の下端側とロアーリンク6の、ほぼ二等分された一方の本体6aとは、両者を挿通する連結ピン8(第2のピン)によって、軸心Od周りに相対回転可能に連結されている。
In the present embodiment, the
ロアーリンク6は、クランクピン5aを狭持するように、2つの本体6a、6bを取付けて構成されており、この狭持部分でクランクピン5aと軸心Oe周りに相対回転可能に装着されている。ほぼ2等分された他方のロアーリンク本体6bと制御リンク12(第3のリンク)の上端側とは、両者を挿通する連結ピン13(第3のピン)によって軸心Of周りに相対回転可能に連結されている。
The
この制御リンク12の下端側は、シリンダブロック2に回動可能に支持される、偏心カム部15を有する制御軸14に、その軸心Ob(シリンダブロックに設けられた支点)周りに揺動可能に外嵌,支持されている。すなわち、制御軸14の外周には偏心カム部15が回転可能に設けられており、偏心カム部15の軸心Oaは、制御軸14の軸心Obに対して所定量偏心している。この偏心カム部15は、ウォームギア16を介して圧縮比制御アクチュエータ17によって、機関の運転状態に応じて回動制御されるとともに、任意の回動位置で保持されるようになっている。
The lower end side of the
このような構成により、クランクシャフト3の回転に伴って、クランクピン5a,ロアーリンク6,アッパーリンク7及びピストンピン9を介してピストン10がシリンダ11内を昇降するとともに、ロアーリンク6に連結する制御リンク12が、下端側の揺動軸心Obを支点として揺動する。
With such a configuration, as the
また、上記の圧縮比制御アクチュエータ17により偏心カム部15を回動制御することにより、制御リンク12の揺動軸心となる制御軸14の軸心Obが偏心カム部15の軸心Oa周りに回転し、つまり制御リンク12の揺動中心位置Obがエンジン本体(及びクランクシャフト回転中心O)に対して移動する。これにより、ピストン10の行程が変化して、エンジンの各気筒の圧縮比が可変制御される。参考として、図2に、ピストン上死点位置における3つのリンク7、6、12の姿勢を模式的に示すと、図2左側は高圧縮比位置での、図2右側は低圧縮比位置での各リンク姿勢である。
Further, the
この圧縮比可変機構の最大の特長は制御軸14(コントロールシャフト)の角位置制御により、ピストン10の上死点位置(燃焼室容積)を変えられる点に有り、いわゆる圧縮比可変機構としての機能を発揮する。これについて説明すると、上記の「圧縮比」とは次式により定義される値のことである。
The greatest feature of this compression ratio variable mechanism is that the top dead center position (combustion chamber volume) of the
圧縮比=(下死点位置での燃焼室容積)/(上死点位置での燃焼室容積)
…(1)
図1,図2で説明したように圧縮比可変機構ではピストン10の上死点位置を変えられるのであるから、圧縮比可変機構によれば(1)式の「圧縮比」を変え得ることとなるのである。
Compression ratio = (combustion chamber volume at bottom dead center position) / (combustion chamber volume at top dead center position)
... (1)
1 and 2, since the top dead center position of the
また、ピストンストローク特性が単振動に近づけられるため、上下死点での加速度が略同一となり、バランサシャフトが不要(4気筒)となるような振動低減効果がある。あるいはピストンストローク特性として、上死点側のピストン加速度が下死点側のピストン加速度よりも小さくなるような設定が可能となる。このようなピストン加速度特性は、前述のような複数のリンク部材からなるマルチリンク機構であれば得られるものであって、圧縮比(ピストン上死点位置)を可変とするか否かに依るものではない。このようなピストンストローク特性は、単一のコンロッドによりクランクシャフトをピストンが連結された従来の一般的なエンジンに比べて、上死点近傍のピストン滞在時間を長くすることになっている。 In addition, since the piston stroke characteristics can be made close to simple vibrations, the acceleration at the top and bottom dead center is substantially the same, and there is an effect of reducing vibrations that eliminates the need for a balancer shaft (four cylinders). Alternatively, the piston stroke characteristic can be set such that the piston acceleration on the top dead center side is smaller than the piston acceleration on the bottom dead center side. Such piston acceleration characteristics can be obtained with a multi-link mechanism composed of a plurality of link members as described above, and depends on whether or not the compression ratio (piston top dead center position) is variable. is not. Such piston stroke characteristics increase the piston stay time near the top dead center as compared with a conventional general engine in which the piston is connected to the crankshaft by a single connecting rod.
図3は、圧縮比可変機構を有するエンジン1の制御システムの概略構成図である。エンジン1は例えばガソリンエンジンである。シリンダヘッド20の各側面に吸気ポート22と排気ポート23が穿設され、これら吸気ポート22と排気ポート23が燃焼室21に開口する。このように形成される燃焼室はペントルーフ型といわれる。吸気ポート23の燃焼室21への開口端に吸気バルブ24が、排気ポート23の燃焼室21への開口端に排気バルブ25が設けられている。吸気ポート22の開口端の下方に燃焼室21に臨んで燃料噴射弁26が設けられている。また、燃焼室21の天井中央に点火プラグ27が設けられ、点火プラグ27の電極27aが燃焼室21内に突出している。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a control system of the
当該エンジン1では、低負荷側の運転域で周知の成層燃焼が行われる。成層燃焼は、点火プラグ27の電極27a周辺に燃えやすい混合気を集め、周りには燃料のない空気層を形成して燃焼するものである。具体的には、吸気ポート22の上流端の近くに設けたタンブルコントロールバルブ28を閉じて、吸気行程中の燃焼室21内にタンブル流(縦渦)を生成させる。生成されたタンブル流を良く保存させるため、ピストン10の冠面に浅皿状のキャビティ10aを設けておく。吸気ポート22開口端から燃焼室21内の排気側のシリンダ11壁に沿わせて流入した空気の流れをこのキャビティ10aで反転させる。この反転した空気を吸気側のシリンダ11壁に沿わせて燃焼室21の天井にある点火プラグ27へと向かわせる(図示の矢印参照)。燃料噴射弁26から圧縮行程後半に燃料を噴射して空気と混合させ混合気を形成する。この空気と混合する噴射燃料を上記のタンブル流によって塊状にまとめつつ点火プラグ27の電極27aへと誘導する。点火プラグ27が点火する時期である点火時期を、この塊状の燃料が点火プラグ27の電極27aに到達する時期に合わせており、塊状の燃料が拡散する前に点火プラグ27の電極27aに火花を飛ばせて塊状の燃料に点火する。点火プラグ27の電極27a周辺だけに混合気が集まり、周りには燃料のない空気が存在する、つまり2つの層が生成されることになるので、燃焼室21の全体としては超希薄な空燃比での燃焼が可能となるのである。
In the
排気ポート23に排気マニホールド29Aが接続され、排気マニホールド29Aの集合部に排気管29Bが接続される。混合気の燃焼によって燃焼室21内に生成される排気成分には有害成分を含んでいる。この有害成分を浄化するため、排気管29Bに排気浄化触媒(以下、単に「触媒」ともいう。)30を備えている。ここでの触媒30としては、有害成分のうちのHC、CO、NOxの三成分を同時に浄化し得る三元触媒が使用されている。
An
上記の圧縮比制御アクチュエータ17によって圧縮比可変機構の圧縮比を制御するため、エンジンコントローラ31を備える。なお、エンジンコントローラ31は圧縮比可変機構の圧縮比を制御するだけでない。詳細は記載しないが、エンジンコントローラ31は燃料噴射弁26によって燃料噴射量と燃料噴射時期を、点火プラグ27によって点火時期を制御する。また、図示しないスロットル装置を制御する。
An
エンジンコントローラ31にはクランク角センサ32、アクセルセンサ33、水温センサ34からの信号が入力されている。ここで、クランク角センサ32はエンジンのクランク角位置を検出するセンサで、このセンサからの信号に基づいて、エンジンの回転速度Neが算出される。アクセルセンサ33はアクセルペダルの開度を検出する。水温センサ34はエンジンの冷却水温Twを検出する。
Signals from a
エンジンコントローラ31では、エンジンの暖機完了後にエンジンの負荷と回転速度Neから基本目標圧縮比のマップを参照することにより、そのときの負荷と回転速度Neに応じた基本目標圧縮比を算出する。そして、その算出した基本目標圧縮比が得られるように、圧縮比制御アクチュエータ17に与える制御量(圧縮比可変機構への駆動量)を制御する。
The
図4は基本目標圧縮比のマップ内容を示すものである。図4に示したように、ほぼエンジン負荷に応じて基本目標圧縮比を設定している。すなわち、低負荷になるほど燃費の向上を狙い基本目標圧縮比が所定値ε6,ε5,ε4,ε3,ε2,ε1(ε6<ε5<ε4<ε3<ε2<ε1)と高くなるようにしている。高負荷側で基本目標圧縮比を低くするのは、ノックの発生を抑制するためである。 FIG. 4 shows the map contents of the basic target compression ratio. As shown in FIG. 4, the basic target compression ratio is set substantially in accordance with the engine load. In other words, the basic target compression ratio is increased to a predetermined value ε6, ε5, ε4, ε3, ε2, ε1 (ε6 <ε5 <ε4 <ε3 <ε2 <ε1) with the aim of improving fuel consumption as the load decreases. The reason why the basic target compression ratio is lowered on the high load side is to suppress the occurrence of knocking.
さて、エンジンの暖機完了後の低負荷域では、燃費要求から圧縮比可変機構の圧縮比を高負荷側より相対的に高い圧縮比である基本目標圧縮比ε1(図4参照)に設定して運転する。これは、圧縮比可変機構の圧縮比を相対的に高い圧縮比にすると、その分エンジンの熱効率が良くなり、燃費が良くなるためである。このとき設定される基本目標圧縮比ε1を改めて「暖機後燃費要求圧縮比」で定義する。 Now, in the low load range after the engine warm-up is completed, the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is set to the basic target compression ratio ε1 (see FIG. 4), which is a relatively higher compression ratio than the high load side, based on fuel efficiency requirements. Drive. This is because if the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is set to a relatively high compression ratio, the thermal efficiency of the engine is improved correspondingly and the fuel consumption is improved. The basic target compression ratio ε1 set at this time is newly defined as “warm-up fuel efficiency required compression ratio”.
一方、エンジン冷間始動直後であって触媒30が非活性状態にあるときにも、圧縮比可変機構の圧縮比を上記の暖機後燃費要求圧縮比ε1として運転するのでは、テールパイプHCが悪化する。このため、エンジンの冷却水温や触媒温度等から触媒活性化要求の有無を判断し、触媒活性化要求があるときに圧縮比可変機構の圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε1よりも低下させるようにした技術(この技術を「比較例」とする。)を考える。このとき設定される触媒活性化のための要求圧縮比ε01を「触媒活性化要求圧縮比」で定義する。
On the other hand, even if the
触媒活性化要求があるときに圧縮比可変機構の圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε1よりも低下させる理由は次の通りである。すなわち、圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε01へと低下させることでエンジンの熱効率が低下するため、排気マニホールド29Aに出た排気の温度が暖機後燃費要求圧縮比ε1のときより上昇する。この温度上昇した排気を排気管29Bに設けた触媒30に導くことによって触媒30を早期に活性化するためである。
The reason why the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is lower than the required fuel efficiency compression ratio ε1 after warming up when there is a catalyst activation request is as follows. That is, since the thermal efficiency of the engine is reduced by reducing the compression ratio of the variable compression ratio mechanism to the catalyst activation required compression ratio ε01, the temperature of the exhaust gas discharged to the
しかしながら、比較例には排気対策上、エンジン冷間始動直後に次の(1),(2)の2つの問題がある。 However, the comparative example has the following two problems (1) and (2) immediately after the engine cold start as a countermeasure against exhaust.
ここで、2つの問題に入る前に用語の説明をする。本実施形態では、燃焼室21内に生成されるHCとパティキュレート(排気微粒子)の2つの排気組成を対象として考える。燃焼室21内に生成され排気ポート23を出た直後のHCが「エンジンアウトHC」として一般的に知られている。ここで、シリンダヘッド20の一方の側面に穿設された排気ポート23に排気マニホールド29Aを接続するエンジンを「コンベンショナルエンジン」とする。コンベンショナルエンジン、つまり図3に示したようなエンジンの場合に、エンジンアウトは、排気ポート23と排気マニホールド29Aの接続口を指すこととなる。一方、最近ではシリンダヘッド20の内部に排気マニホールドを構成するようなエンジンが提案されている。当該エンジンでは、エンジンアウトがどの位置を指すのかが不明瞭となってくる。そこで、本実施形態では、当該エンジンに対しても適用できるように、燃焼室21内に生成され排気バルブ25を通過した直後のHCを「バルブアウトHC」で定義する。もちろん、コンベンショナルエンジンにあっては、「エンジンアウトHC」であってよい。
Here, the terms are explained before entering into the two problems. In the present embodiment, two exhaust compositions of HC and particulate (exhaust particulate) generated in the
次に、燃焼室21内に生成されるパティキュレートについても、上記の当該エンジンに対して適用できるように、バルブアウトでのパティキュレートを考える。なお、コンベンショナルエンジンの場合にエンジンアウトでのパティキュレートを考えればよい。ただし、パティキュレートについては、「バルブアウト」を付けないで、単に「パティキュレート」という。
Next, the particulate at the valve-out is considered so that the particulate generated in the
次に、エンジンの冷間始動後に燃焼室21の温度が徐々に上昇しやがて燃焼室21を含んだエンジン全体(シリンダブロック+シリンダヘッド)の温度が平衡状態に到達する。この燃焼室21を含んだエンジン全体の温度が平衡状態に到達することを一般的には、「エンジンの暖機が完了する」といっている。本実施形態では、燃焼室内に生成されるHCとパティキュレートの排気組成を扱うので、対象としては燃焼室および燃焼室周りにだけ着目すればよいこととなる。そこで、燃焼室および燃焼室周りの温度がエンジンの冷間始動時より上昇することを「燃焼室の暖機が進む」という。また、燃焼室および燃焼室周りの温度が平衡状態に到達することを「燃焼室の暖機が完了する」という。これで用語の説明を終了する。さて、上記2つの問題は次の通りである。
Next, after the cold start of the engine, the temperature of the
(1)バルブアウトHCの悪化
ここでは、エンジンが圧縮比可変機構を有さず、かつ触媒30を有するものの触媒30の活性化対策をしていない場合を先に考える。この場合に、触媒30が活性化するまでの時間は、通常、エンジンの冷間始動から十数秒程度の短い時間であるのに対して、燃焼室21の暖機が完了するまでの時間はエンジンの冷間始動から50〜100秒程度の長い時間となる。このように、燃焼室21の暖機が完了するまでの時間が十分あるときには、燃焼室21の暖機が進むにつれてバルブアウトHCが低下してゆく傾向にあった。燃焼室21の暖機完了までの期間が多少長引くものの、その期間でバルブアウトHCを低減することができたわけである。なお、エンジンの圧縮比は一定であるため、バルブアウトHCと圧縮比の関係を考慮する余地はなかったといえる。
(1) Deterioration of valve-out HC Here, the case where the engine does not have the compression ratio variable mechanism and has the
一方、圧縮比可変機構を有するエンジンを対象とする比較例では、触媒30が活性化するまで圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε01へと低くし、触媒30が活性化するタイミングで暖機後燃費要求圧縮比ε1へと圧縮比を高くしている。しかしながら、触媒30が活性化するタイミングで圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε1へと高くしたのでは、触媒30が活性化するタイミングの後に燃焼室21の暖機が急激に進んで燃焼室21の暖機が完了する。触媒30が活性化するまでの時間と燃焼室21の暖機が完了するまでの時間があまり変わらないのである。このように、触媒30が活性化するまでの時間と燃焼室21の暖機が完了するまでの時間があまり変わらないのでは、触媒30が活性化するタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間がないに等しい。バルブアウトHCを低減しようとすれば、バルブアウトHCを低減するためのある期間が必要となるのに、その期間が採れないのでは、バルブアウトHCが悪化するわけである。
On the other hand, in the comparative example targeting an engine having a variable compression ratio mechanism, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is lowered to the required catalyst activation compression ratio ε01 until the
また、バルブアウトHCを低減するのに適した圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε1と異なることが本発明者によって判明しているので、圧縮比可変機構の圧縮比をε1へと高くすることによってバルブアウトHCが悪化する。圧縮比をε1へと高くすることによってバルブアウトHCが悪化する理由は次の通りである。すなわち、圧縮比可変機構の圧縮比が相対的に低い場合と圧縮比が相対的に高い場合を比較すると、圧縮比が相対的に高い場合のほうがS/V比(燃焼室の表面積と体積の比のこと)が大きくなる。これによって、燃料を含んだ空気を取り巻く燃焼室21の表面積(壁面)が相対的に広くなり、エンドガスが増加する。燃焼室21の暖機完了前の燃焼室21の壁面は冷却面であるため、クエンチングエリアでのHCの発生が増加しバルブアウトHCが悪化するわけである。つまり、バルブアウトHCを減少させるには圧縮比可変機構の圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε1より低くして、S/V比を小さくしたほうがよいこととなる。バルブアウトHCを低減するのに適した圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε1よりも低いのである。このため、上記のように触媒30が活性化するタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をε1へと高くしたのでは、燃焼室21内で生成されるバルブアウトHCを低減することができない。
Further, since it has been found by the present inventor that the compression ratio suitable for reducing the valve-out HC is different from the post-warm-up fuel consumption required compression ratio ε1, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is increased to ε1. As a result, the valve-out HC deteriorates. The reason why the valve-out HC deteriorates by increasing the compression ratio to ε1 is as follows. That is, when the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is relatively low and when the compression ratio is relatively high, the S / V ratio (combustion chamber surface area and volume ratio) is higher when the compression ratio is relatively high. Ratio). As a result, the surface area (wall surface) of the
(2)パティキュレートの悪化
ここでも、エンジンが圧縮比可変機構を有さず、かつ触媒30を有するものの触媒30の活性化対策をしていない場合を先に考える。この場合に、触媒30が活性化するまでの時間は、通常、エンジンの冷間始動から十数秒程度の短い時間であるのに対して、燃焼室21の暖機が完了するまでの時間はエンジンの冷間始動から50〜100秒程度の長い時間となる。このように、燃焼室21の暖機が完了するまでの時間が十分あるときには、燃焼室21の暖機が進むにつれて燃焼室21内の壁面への燃料付着に起因するパティキュレートが低下してゆく傾向にあった。燃焼室21の暖機完了までの期間が多少長引くものの、その期間でパティキュレートを低減することができたわけである。なお、エンジンの圧縮比は一定であるため、パティキュレートと圧縮比の関係を考慮する余地はなかったといえる。
(2) Deterioration of particulates Here again, consider the case where the engine does not have a variable compression ratio mechanism and has the
ここで、エンジンの冷間始動直後におけるパティキュレートの生成について説明すると、エンジンの冷間始動時に燃料噴射弁26から燃焼室21内に直接噴射された燃料は、その一部が燃焼室21内の壁面に到達して付着する。そして、燃焼室21の暖機が進むにつれて壁面に付着していた燃料が蒸発しパティキュレートとして燃焼室21の空間に出てくる。この場合、燃焼室21内の壁面温度が十分に高ければパティキュレートは燃焼して酸化物となるのであるが、冷間始動直後にあって燃焼室21内の壁面温度が低い間は蒸発して空間に出てきた燃料が燃焼しないままに排気ポート23から排出される。この未燃のまま排出される燃料が未燃炭化水素であるパティキュレートである。
Here, the generation of particulates immediately after the cold start of the engine will be described. A part of the fuel directly injected into the
一方、圧縮比可変機構を有するエンジンを対象とする比較例では、触媒30が活性化するまで圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε01へと低くし、触媒30が活性化するタイミングで暖機後燃費要求圧縮比ε1へと圧縮比を高くしている。しかしながら、触媒30が活性化するタイミングで圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε1へと高くしたのでは、触媒30が活性化するタイミングの後に燃焼室21の暖機が急激に進んで燃焼室21の暖機が完了する。触媒30が活性化するまでの時間と燃焼室21の暖機が完了するまでの時間があまり変わらないのである。このように、触媒30が活性化するまでの時間と燃焼室21の暖機が完了するまでの時間があまり変わらないのでは、触媒30が活性化するタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間がないに等しい。パティキュレートを低減しようとすれば、パティキュレートを低減するためのある期間が必要となるのに、その期間が採れないのでは、パティキュレートが悪化するわけである。
On the other hand, in the comparative example targeting an engine having a variable compression ratio mechanism, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is lowered to the required catalyst activation compression ratio ε01 until the
また、パティキュレートを低減するのに適した圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε1と異なることが本発明者によって判明しているので、圧縮比可変機構の圧縮比をε1へと高くすることによってパティキュレートが悪化する。圧縮比をε1へと高くすることによってパティキュレートが悪化する理由は次の通りである。すなわち、圧縮比可変機構の圧縮比が相対的に低い場合と圧縮比が相対的に高い場合を比較すると、圧縮比が相対的に高い場合のほうが燃焼室21の表面積が狭くなる。同じ量の燃料を燃料噴射弁26から噴射したとき、同じ割合の燃料が燃焼室21内の壁面に付着すると仮定すると、燃焼室21の表面積が狭い場合のほうが広い場合より、壁面の単位面積当たりに付着する燃料量が多くなる。単位体積当たりの付着量が多くなると、その分燃焼室21内に蒸発して出てくる燃料の量が増え、パティキュレートが悪化する。つまり、パティキュレートを減少させるには圧縮比可変機構の圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε1より低くして、燃焼室21の表面積を広くしたほうがよいこととなる。パティキュレートを低減するのに適した圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε1よりも低いのである。このため、上記のように触媒30が活性化するタイミングで圧縮比をε1へと高くしたのでは、燃焼室21内に生成されるパティキュレートを低減することができない。なお、パティキュレートは三元触媒では還元することができない。これで2つの問題の説明を終了する。
In addition, since it has been found by the present inventor that the compression ratio suitable for reducing particulates is different from the post-warm-up fuel consumption required compression ratio ε1, the compression ratio of the compression ratio variable mechanism should be increased to ε1. As a result, the particulates deteriorate. The reason why the particulates deteriorate by increasing the compression ratio to ε1 is as follows. That is, comparing the case where the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is relatively low and the case where the compression ratio is relatively high, the surface area of the
このように、上記2つの問題より、冷間始動直後から燃焼室21の暖機が完了するまでの期間には、触媒30の暖機を促進したいという要求のほかに、バルブアウトHCやパティキュレートの排気成分を減らしたいという要求があることがわかる。
As described above, due to the above two problems, in the period from immediately after the cold start to the completion of the warm-up of the
しかしながら、比較例と同様の技術である従来装置では上記(1)、(2)の問題に対して一切記載がない。 However, the conventional apparatus, which is the same technology as the comparative example, has no description about the problems (1) and (2).
本実施形態は、バルブアウトHCやパティキュレートの排気成分を減らしたいという上記の要求に応えるべく考案されたものである。以下、バルブアウトHCを減らしたいという要求を「バルブアウトHC要求」という。 The present embodiment has been devised to meet the above demand for reducing exhaust components of valve-out HC and particulates. Hereinafter, a request for reducing the valve-out HC is referred to as a “valve-out HC request”.
一方、パティキュレートを減らしたいという要求についてさらに述べると、パティキュレートの世界的な規制には、パティキュレートを量として捉える規制と、パティキュレートを数として捉える規制の2つの流れがある。パティキュレートを量として捉える規制はPM(Particulate Matter:粒子状物質)規制、パティキュレートを数として捉える規制はPN(Particulate Number:微粒子数)規制といわれる。以下ではパティキュレートを数として捉えるPN規制で考え、PNを減らしたいという要求を「PN要求」という。つまり、本実施形態では、パティキュレートを減らしたいという要求はPN要求であるとする。 On the other hand, the demand for reducing particulates will be further described. There are two types of worldwide regulations for particulates: regulations that regard particulates as quantities, and regulations that regard particulates as numbers. Regulations that take particulates as quantities are called PM (Particulate Matter) regulations, and regulations that take particulates as numbers are called PN (Particulate Number) regulations. In the following, a request to reduce PN is considered as a “PN request” in view of PN regulations that take particulates as numbers. That is, in this embodiment, it is assumed that the request to reduce the particulates is a PN request.
そして、バルブアウトHCを低減するのに適した圧縮比があるのでないかと本発明者が発想したところ、上記(1)のところで前述したようにバルブアウトHCを低減するのに適した圧縮比ε02は暖機後燃費要求圧縮比ε1より低いことが判明したのである。圧縮比可変機構を有さないエンジンにおいては、バルブアウトHCと圧縮比の関係を考慮する余地がなかったのが、圧縮比可変機構を有するエンジンにおいてはバルブアウトHCと圧縮比の関係を考慮する余地が生じたわけである。以下、バルブアウトHCを低減するのに適した圧縮比を「バルブアウトHC要求圧縮比」で定義する。 Then, when the present inventor has conceived that there is a compression ratio suitable for reducing the valve-out HC, the compression ratio ε02 suitable for reducing the valve-out HC as described above in (1). Is found to be lower than the required fuel consumption compression ratio ε1 after warm-up. In an engine that does not have a variable compression ratio mechanism, there is no room to consider the relationship between the valve-out HC and the compression ratio. In an engine that has a variable compression ratio mechanism, the relationship between the valve-out HC and the compression ratio is considered. There is room for it. Hereinafter, a compression ratio suitable for reducing the valve-out HC is defined as “valve-out HC required compression ratio”.
同様に、パティキュレートを低減するのに適した圧縮比があるのでないかと本発明者が発想したところ、上記(2)のところで前述したようにパティキュレートを低減するのに適した圧縮比ε03は暖機後燃費要求圧縮比ε1より低いことが判明したのである。圧縮比可変機構を有さないエンジンにおいては、パティキュレートと圧縮比の関係を考慮する余地がなかったのが、圧縮比可変機構を有するエンジンにおいてはパティキュレートと圧縮比の関係を考慮する余地が生じたわけである。以下、パティキュレートを低減するのに適した圧縮比を「PN要求圧縮比」で定義する。 Similarly, when the present inventor has conceived that there is a compression ratio suitable for reducing particulates, the compression ratio ε03 suitable for reducing particulates as described above in (2) is It has been found that the fuel consumption required compression ratio after warm-up is lower than ε1. In an engine that does not have a variable compression ratio mechanism, there was no room to consider the relationship between particulates and compression ratios. However, in an engine that has a variable compression ratio mechanism, there is room to consider the relationship between particulates and compression ratios. It has happened. Hereinafter, a compression ratio suitable for reducing particulates is defined as “PN required compression ratio”.
また、触媒30が活性化したタイミングでバルブアウトHC要求圧縮比ε02を設定するにしても、バルアウトHCを低減するためには、バルブアウトHC要求圧縮比ε02を所定の期間は維持する必要がある。この場合、バルブアウトHC要求圧縮比ε02は暖機後燃費要求圧縮比ε1より低いので、燃焼室温度の上昇が暖機後燃費要求圧縮比ε1のときより遅く、燃焼室21の暖機が完了するまでの時間が長くなる。つまり、バルブアウトHC要求圧縮比ε02を設定することで触媒30が活性化するタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間が新たに生じる。この新たに生じる期間でバルブアウトHCを確実に低減できることになり好都合である。
Even if the valve-out HC required compression ratio ε02 is set at the timing when the
同様に、触媒30が活性化したタイミングでPN要求圧縮比ε03を設定するにしても、パティキュレートを低減するためには、PN要求圧縮比ε03を所定の期間は維持する必要がある。この場合、PN要求圧縮比ε03は暖機後燃費要求圧縮比ε1より低いので、燃焼室温度の上昇が暖機後燃費要求圧縮比ε1のときより遅く、燃焼室21の暖機が完了するまでの時間が長くなる。つまり、PN要求圧縮比ε03を設定することで触媒30が活性化するタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間が新たに生じる。この新たに生じる期間でパティキュレートを確実に低減できることになり好都合である。
Similarly, even if the PN required compression ratio ε03 is set at the timing when the
ここで、本実施形態では、バルブアウトHCとパティキュレートの両方についてそれらの悪化を抑制することを目的とするものであるが、いずれか一方についてその悪化を抑制することを目的とするものであってよい。バルブアウトHCとパティキュレートの両方についてそれらの悪化を抑制することを目的とするときには、触媒30が活性化したタイミングでバルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03を同時に設定することはできない。つまり、触媒30が活性化したタイミングでバルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03のいずれを先に設定するのかが問題となるが、この点については後述する。
Here, in the present embodiment, the purpose is to suppress the deterioration of both the valve-out HC and the particulate, but the purpose is to suppress the deterioration of either one. It's okay. When it is intended to suppress the deterioration of both the valve-out HC and the particulates, the valve-out HC required compression ratio ε02 and the PN required compression ratio ε03 cannot be set simultaneously at the timing when the
ところで、バルブアウトHCとパティキュレートはいずれも燃焼室21の暖機が進むにつれて減る方向にあるので、バルブアウトHC要求とPN要求を同様に扱うことができるかというと、そうでもない。つまり、バルブアウトHCとパティキュレートとで燃焼室21内に生成される仕方が異なるため、バルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03とは基本的に異なると本発明者は考えている。また、バルブアウトHC要求圧縮比ε02を維持する期間と、PN要求圧縮比ε03を維持する期間とは基本的に異なると本発明者は考えている。ここでは、一例を示すため、バルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03は触媒活性化要求圧縮比ε01と暖機後燃費要求圧縮比ε1の間にあり、かつバルブアウトHC要求圧縮比ε02のほうがPN要求圧縮比ε03より低いとする。
By the way, since both the valve-out HC and the particulates are in a direction to decrease as the
この結果、触媒活性化要求圧縮比ε01、バルブアウトHC要求圧縮比ε02、PN要求圧縮比ε03、暖機後燃費要求圧縮比ε1の順に圧縮比が大きくなる。そこで、本実施形態では、まず冷間始動時に触媒活性化要求圧縮比ε01を設定する。そして、触媒が活性化したタイミングよりは、燃焼室温度に基づいて、バルブアウトHC要求圧縮比ε02、PN要求圧縮比ε03、暖機後燃費要求圧縮比ε1の3つの要求圧縮比を段階的に制御する。これによって、エンジン冷間始動直後から燃焼室21の暖機が完了するまでの期間でバルブアウトHC及びパティキュレートを低減できることとなった。
As a result, the compression ratio increases in the order of the catalyst activation required compression ratio ε01, the valve-out HC required compression ratio ε02, the PN required compression ratio ε03, and the warm-up fuel consumption required compression ratio ε1. Therefore, in the present embodiment, first, the catalyst activation required compression ratio ε01 is set at the cold start. Then, the three required compression ratios of the valve-out HC required compression ratio ε02, the PN required compression ratio ε03, and the warmed-up fuel consumption required compression ratio ε1 are stepwise based on the combustion chamber temperature rather than the timing when the catalyst is activated. Control. As a result, the valve-out HC and the particulates can be reduced in the period from immediately after the engine cold start until the
上記3つの要求圧縮比の段階的制御を、図5のタイミングチャートを参照してさらに説明する。図5のタイミングチャートはエンジン冷間始動からの排気温度、燃焼室温度、要求圧縮比の変化をモデルで示すものである。図5において横軸はエンジン冷間始動タイミングからの経過時間である。なお、エンジンを冷間始動し燃焼室21の暖機が完了してしばらく経過するまでの間、エンジンをアイドル状態に保つものとする。
The stepwise control of the three required compression ratios will be further described with reference to the timing chart of FIG. The timing chart of FIG. 5 shows changes in the exhaust temperature, the combustion chamber temperature, and the required compression ratio from the cold start of the engine as a model. In FIG. 5, the horizontal axis represents the elapsed time from the engine cold start timing. It is assumed that the engine is kept in the idle state for a while after the engine is cold started and the
触媒30が活性化したか否かを判定するためのパラメータとしては、排気温度が考えられるので、図5の第1段目に排気温度を記載している。ここで、排気温度は触媒温度の代用である。排気温度は、例えば触媒30入口の排気温度であるとする。触媒入口の排気温度であれば、触媒温度と同一視できる。
As a parameter for determining whether or not the
また、排気温度は、触媒30が活性化したか否かを判定するためのパラメータである。すなわち、本実施形態では排気温度に基づいて触媒30が活性化したか否かを判定する。ここでは、触媒入口の排気温度に基づいて触媒30が活性化したか否かを判定する場合で説明するが、この場合に限られない。例えば、簡易的にはエンジンの冷間始動タイミングより所定の時間が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過したタイミングで触媒30が活性化したと判定させる場合であってよい。
Further, the exhaust temperature is a parameter for determining whether or not the
本実施形態では、エンジン冷間始動直後のバルブアウトHCとパティキュレートを扱い、これらバルブアウトHCとパティキュレートの生成には燃焼室温度が大きく影響するため、図5の第3段目に燃焼室温度を記載している。ここで、燃焼室温度は、燃焼室内の壁面温度(図5では「壁温」で略記。)またはピストン温度の上位概念であるとする。言い換えると、燃焼室内の壁面温度またはピストン温度で燃焼室温度を代用することができる。 In the present embodiment, the valve-out HC and the particulates immediately after the engine cold start are handled, and the combustion chamber temperature greatly affects the generation of the valve-out HC and the particulates. The temperature is described. Here, the combustion chamber temperature is assumed to be a superordinate concept of the wall surface temperature in the combustion chamber (abbreviated as “wall temperature” in FIG. 5) or the piston temperature. In other words, the combustion chamber temperature can be substituted by the wall surface temperature or the piston temperature in the combustion chamber.
また、燃焼室温度は燃焼室21の暖機が完了したか否かを判定するためのパラメータである。すなわち、本実施形態では燃焼室温度に基づいて燃焼室21の暖機が完了したか否かを判定する。ここでは、燃焼室温度に基づいて燃焼室21の暖機が完了したか否かを判定する場合で説明するが、この場合に限られない。例えば、簡易的にはエンジンの冷間始動タイミングより所定の時間が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過したタイミングで燃焼室21の暖機が完了したと判定させる場合であってよい。
The combustion chamber temperature is a parameter for determining whether or not the
また、排気温度が触媒活性化判定温度cに到達するときの燃焼室温度eを「触媒活性化燃焼室温度」として新たに導入する。また、暖機後燃費要求圧縮比ε1でエンジンを運転するときの燃焼室温度を「暖機後燃費要求判定温度」hとして新たに導入する。 Further, the combustion chamber temperature e when the exhaust temperature reaches the catalyst activation determination temperature c is newly introduced as the “catalyst activation combustion chamber temperature”. Further, the combustion chamber temperature when the engine is operated at the post-warm-up fuel efficiency required compression ratio ε1 is newly introduced as “post-warm-up fuel efficiency required determination temperature” h.
比較例の場合から先に説明する。比較例の場合の触媒入口の排気温度、燃焼室温度、要求圧縮比の変化を図5の第1段目、第3段目、最下段に一点鎖線で示している。 The case of the comparative example will be described first. Changes in the exhaust temperature of the catalyst inlet, the combustion chamber temperature, and the required compression ratio in the case of the comparative example are shown by the one-dot chain line in the first, third, and lowermost stages in FIG.
比較例では、t1のエンジン冷間始動タイミングで圧縮比可変機構の圧縮比が触媒活性化要求圧縮比ε01に設定される(図5最下段の一点鎖線参照)。触媒入口の排気温度はt1のエンジン冷間始動タイミングで大気温度aに一致している。エンジンが始動されると触媒入口の排気温度はt1から徐々に上昇し触媒30の活性化を促進する(図5第1段目の一点鎖線参照)。t2のタイミングで触媒入口の排気温度が触媒活性化判定温度cに到達すると、触媒30が活性化したと判断し、触媒活性化判定フラグをゼロから1に切換える(図5第2段目参照)。この触媒活性化判定フラグは後述するフローチャートで使用する。また、比較例では、t2の触媒活性化判定タイミングで圧縮比可変機構の圧縮比が暖機後燃費要求圧縮比ε1へと切換えられる(図5最下段の一点鎖線参照)。これによってエンジンの熱効率が高められる。
In the comparative example, the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is set to the catalyst activation required compression ratio ε01 at the engine cold start timing at t1 (see the one-dot chain line in the lowermost stage in FIG. 5). The exhaust gas temperature at the catalyst inlet coincides with the atmospheric temperature a at the engine cold start timing at t1. When the engine is started, the exhaust temperature at the catalyst inlet gradually rises from t1 and promotes the activation of the catalyst 30 (see the one-dot chain line in the first stage in FIG. 5). When the exhaust temperature at the catalyst inlet reaches the catalyst activation determination temperature c at the timing t2, it is determined that the
燃焼室温度もt1のエンジン冷間始動タイミングで大気温度aに一致している(図5第3段目の一点鎖線参照)。比較例では、燃焼室温度はt2の触媒活性化判定タイミングまで徐々に上昇する(図5第3段目の一点鎖線参照)。t2の触媒活性化判定タイミングで圧縮比可変機構の圧縮比が暖機後燃費要求圧縮比ε1へと切換えられると、t2の触媒活性化判定タイミングから燃焼室温度が急激に上昇する(図5第3段目の一点鎖線参照)。そして、t2の触媒活性化判定タイミングから少し遅れたt21のタイミングで暖機後燃費要求判定温度hに到達し、燃焼室21の暖機が完了する(図5第3段目の一点鎖線参照)。燃焼室21の暖機完了後には、燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度hを保つ。
The combustion chamber temperature also coincides with the atmospheric temperature a at the engine cold start timing at t1 (see the one-dot chain line in the third stage in FIG. 5). In the comparative example, the combustion chamber temperature gradually increases until the catalyst activation determination timing at t2 (see the one-dot chain line in the third stage in FIG. 5). When the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is switched to the post-warm fuel consumption required compression ratio ε1 at the catalyst activation determination timing at t2, the combustion chamber temperature rapidly increases from the catalyst activation determination timing at t2 (FIG. 5 FIG. 5). (Refer to the one-dot chain line in the third stage). Then, the fuel consumption requirement determination temperature h after warm-up is reached at a timing t21 slightly delayed from the catalyst activation determination timing at t2, and the warm-up of the
比較例では、エンジンの冷間始動から触媒30が活性化するまでの時間(触媒活性化時間)はt1からt2までの時間である。また、エンジンの冷間始動から燃焼室21の暖機が完了するまでの時間(エンジン暖機完了時間)はt1からt21までの時間である。このように比較例では、触媒活性化時間とエンジン暖機完了時間とがほぼ同様の時間となり、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間がt2からt21までの短い期間でしかない。これでは、バルブアウトHCやパティキュレートの悪化を抑制するため、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間を十分採ることができない。
In the comparative example, the time from the cold start of the engine to the activation of the catalyst 30 (catalyst activation time) is the time from t1 to t2. Further, the time from the cold start of the engine to the completion of warming-up of the combustion chamber 21 (engine warm-up completion time) is the time from t1 to t21. Thus, in the comparative example, the catalyst activation time and the engine warm-up completion time are substantially similar, and the period from the timing when the
次に、本実施形態の場合の触媒入口の排気温度、燃焼室温度、要求圧縮比の変化を図5の第1段目、第3段目、最下段に実線で重ねて示している。 Next, changes in the exhaust temperature of the catalyst inlet, the combustion chamber temperature, and the required compression ratio in the case of the present embodiment are shown by overlapping the first, third, and bottom stages in FIG.
本実施形態では、t2より、暖機後燃費要求圧縮比ε1よりも低い要求圧縮比(ε02,ε03)を設定するので、燃焼室温度の上昇割合が比較例の場合より緩やかとなる(図5の第3段目の実線参照)。そこで、比較例の場合より緩やかに上昇していく燃焼室温度に対して、バルブアウトHC要求圧縮比ε02を維持する時間の終了を判定するための燃焼室温度(以下、「バルブアウトHC要求判定温度」という。)fを新たに導入する。そして、燃焼室温度がバルブアウトHC要求判定温度fに到達するまで圧縮比可変機構の圧縮比をバルブアウトHC要求圧縮比ε02に維持する(図5の最下段の実線参照)。また、PN要求圧縮比ε03を維持する時間の終了を判定するための燃焼室温度(以下、「PN要求判定温度」という。)gを新たに導入する。そして、燃焼室温度がPN要求判定温度gに到達するまで圧縮比可変機構の圧縮比をPN要求圧縮比ε03に維持する(図5の最下段の実線参照)。 In the present embodiment, since the required compression ratio (ε02, ε03) lower than the fuel consumption required compression ratio ε1 after warm-up is set from t2, the rate of increase in the combustion chamber temperature becomes more gradual than in the comparative example (FIG. 5). (See the solid line in the third row). Therefore, the combustion chamber temperature (hereinafter referred to as “valve out HC request determination”) for determining the end of the time for maintaining the valve out HC required compression ratio ε02 with respect to the combustion chamber temperature that rises more slowly than in the comparative example. "Temperature") f is newly introduced. Then, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is maintained at the valve-out HC required compression ratio ε02 until the combustion chamber temperature reaches the valve-out HC request determination temperature f (see the solid line at the bottom of FIG. 5). Further, a combustion chamber temperature (hereinafter referred to as “PN request determination temperature”) g for determining the end of the time for maintaining the PN required compression ratio ε03 is newly introduced. Then, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is maintained at the PN required compression ratio ε03 until the combustion chamber temperature reaches the PN required determination temperature g (see the solid line at the bottom of FIG. 5).
本実施形態では、さらにPN要求圧縮比ε03と暖機後燃費要求圧縮比ε1との間に所定の要求圧縮比ε04を導入する。そして、燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度hに到達するまで圧縮比可変機構の圧縮比を所定の要求圧縮比ε04に維持する(図5の最下段の実線参照)。これは、PN要求判定温度gと暖機後燃費要求判定温度hが異なることを考慮し、燃焼室温度がPN要求判定温度gを超え、暖機後燃費要求判定温度hに到達する前には、ε1より低い値の所定の要求圧縮比ε04を与えることとしたものである。 In the present embodiment, a predetermined required compression ratio ε04 is further introduced between the PN required compression ratio ε03 and the post-warm-up fuel consumption required compression ratio ε1. Then, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is maintained at a predetermined required compression ratio ε04 until the combustion chamber temperature reaches the post-warm-up fuel consumption requirement determination temperature h (see the solid line at the bottom of FIG. 5). In consideration of the difference between the PN request determination temperature g and the post-warm-up fuel consumption request determination temperature h, before the combustion chamber temperature exceeds the PN request determination temperature g and reaches the post-warm-up fuel consumption request determination temperature h, , A predetermined required compression ratio ε04 lower than ε1 is given.
このように新たに導入した、要求圧縮比ε02,ε03,ε04及び要求判定温度f,g,hを用いて、t2の触媒活性化判定タイミングから、圧縮比をε02,ε03,ε04,ε1と低い側から高い側へ段階的に切換えてゆく(図5の最下段の実線参照)。 Using the required compression ratios ε02, ε03, ε04 and the required determination temperatures f, g, h newly introduced in this way, the compression ratio is as low as ε02, ε03, ε04, ε1 from the catalyst activation determination timing at t2. Switching from one side to the other in a stepwise manner (see the solid line at the bottom of FIG. 5).
ここで、図5の第1段目、第3段目、最下段に追加して示した本実施形態はあくまでモデルである。このため、ε01とε02の間の圧縮比差、ε02とε03の圧縮比差、ε03とε04の圧縮比差、ε04とε1の圧縮比差を同じにしている。一方、燃焼室温度はt1のエンジン冷間始動タイミングより燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度hに到達するt5のタイミングまで直線的に上昇するものとしている。また、eとfの間の温度差、fとgの間の温度差、gとhの間の温度差を同じにしている。このように燃焼室温度の変化を直線とし、eとf、fとg、gとhの各温度差を同じにすることで、ε01を維持する時間、ε02を維持する時間、ε03を維持する時間、ε04を維持する時間が等しくなっている。しかしながら、実際には、ε01とε02の間の圧縮比差、ε02とε03の圧縮比差、ε03とε04の圧縮比差、ε04とε1の圧縮比差の4つの圧縮比差について、基本的に異なったものとなると考えられる。また、ε01を維持する時間、ε02を維持する時間、ε03を維持する時間、ε04を維持する時間の4つの時間についても、基本的に異なったものとなると考えられる。 Here, this embodiment added to the first level, the third level, and the lowest level in FIG. 5 is merely a model. For this reason, the compression ratio difference between ε01 and ε02, the compression ratio difference between ε02 and ε03, the compression ratio difference between ε03 and ε04, and the compression ratio difference between ε04 and ε1 are made the same. On the other hand, the combustion chamber temperature rises linearly from the engine cold start timing of t1 to the timing of t5 when the combustion chamber temperature reaches the post-warm fuel consumption requirement determination temperature h. The temperature difference between e and f, the temperature difference between f and g, and the temperature difference between g and h are the same. Thus, by making the change of the combustion chamber temperature a straight line and making each temperature difference of e and f, f and g, and g and h the same, time to maintain ε01, time to maintain ε02, and ε03 are maintained. The time for maintaining ε04 is equal. However, in practice, there are basically four compression ratio differences: a compression ratio difference between ε01 and ε02, a compression ratio difference between ε02 and ε03, a compression ratio difference between ε03 and ε04, and a compression ratio difference between ε04 and ε1. It will be different. Also, the four times of maintaining ε01, maintaining ε02, maintaining ε03, and maintaining ε04 are considered to be basically different.
本実施形態をさらに説明する。t2の触媒活性化判定タイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をバルブアウトHC要求圧縮比ε02へと切換える(図5最下段の実線参照)。バルブアウトHC要求圧縮比ε02は暖機後燃費要求圧縮比ε1よりも低いので、燃焼室温度は触媒活性化燃焼室温度eから比較例の場合よりもゆっくりと上昇する(図5第3段目の実線参照)。そして、燃焼室温度がバルブアウトHC要求判定温度fに到達するまでは圧縮比可変機構の圧縮比をバルブアウトHC要求圧縮比ε02に維持する(図5最下段の実線参照)。 This embodiment will be further described. At the catalyst activation determination timing at t2, the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is switched to the valve-out HC required compression ratio ε02 (see the solid line at the bottom of FIG. 5). Since the valve-out HC required compression ratio ε02 is lower than the post-warm fuel consumption required compression ratio ε1, the combustion chamber temperature rises more slowly from the catalyst-activated combustion chamber temperature e than in the comparative example (third stage in FIG. 5). (See the solid line). Then, the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is maintained at the valve-out HC required compression ratio ε02 until the combustion chamber temperature reaches the valve-out HC request determination temperature f (see the solid line at the bottom of FIG. 5).
バルブアウトHC要求圧縮比ε02を暖機後燃費要求圧縮比ε1より低い値に設定することで、S/V比が暖機後燃費要求圧縮比ε1のときより小さくなる。燃料を含んだ空気を取り巻く燃焼室21の表面積(壁面)が相対的に狭くなり、エンドガスが減少する。これによって、クエンチングエリアでのHCの発生が減少する。そして、ε1より低い値に設定したバルブアウトHC要求圧縮比ε02を所定の時間(t2〜t3)維持することによって、燃焼室21内に生成されるバルブアウトHCが確実に低減される。
By setting the valve-out HC required compression ratio ε02 to a value lower than the post-warm fuel consumption required compression ratio ε1, the S / V ratio becomes smaller than that at the post-warm fuel consumption required compression ratio ε1. The surface area (wall surface) of the
燃焼室温度がバルブアウトHC要求判定温度fに到達するt3のタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をバルブアウトHC要求圧縮比ε02からPN要求圧縮比ε03に切換える(図5最下段の実線参照)。PN要求圧縮比ε03も暖機後燃費要求圧縮比ε1より低いので、燃焼室温度はバルブアウトHC要求判定温度fから比較例の場合よりもゆっくりと上昇する(図5第3段目の実線参照)。そして、燃焼室温度がPN要求判定温度gに到達するまでは圧縮比可変機構の圧縮比をPN要求圧縮比ε03に維持する(図5最下段の実線参照)。 The compression ratio of the variable compression ratio mechanism is switched from the valve-out HC required compression ratio ε02 to the PN required compression ratio ε03 at the timing t3 when the combustion chamber temperature reaches the valve-out HC required determination temperature f (see the solid line at the bottom of FIG. 5). . Since the PN required compression ratio ε03 is also lower than the post-warm fuel consumption required compression ratio ε1, the combustion chamber temperature rises more slowly than the comparative example from the valve-out HC required determination temperature f (see the solid line in the third stage in FIG. 5). ). The compression ratio of the variable compression ratio mechanism is maintained at the PN required compression ratio ε03 until the combustion chamber temperature reaches the PN required determination temperature g (see the solid line at the bottom of FIG. 5).
PN要求圧縮比ε03を暖機後燃費要求圧縮比ε1より低い値に設定することで、燃焼室21の表面積が暖機後燃費要求圧縮比ε1のときより広くなる。同じ量の燃料を燃料噴射弁26から噴射したとき、同じ割合の燃料が燃焼室21内の壁面に付着すると仮定すると、燃焼室21の表面積が広い場合のほうが壁面の単位面積当たりに付着する燃料量が少なくなる。単位体積当たりの付着量が少なくなると、その分パティキュレートとして出てくる量が減少する。そして、ε1より低い値に設定したPN要求圧縮比ε03を所定の時間(t3〜t4)維持することによって、燃焼室21内に生成されるパティキュレートが確実に低減される。
By setting the PN required compression ratio ε03 to a value lower than the post-warm fuel consumption required compression ratio ε1, the surface area of the
燃焼室温度がPN要求判定温度gに到達するt4のタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をPN要求圧縮比ε03から所定の要求圧縮比ε04に切換える(図5最下段の実線参照)。所定の要求圧縮比ε04も暖機後燃費要求圧縮比ε1より低いので、燃焼室温度はPN要求判定温度gから比較例の場合よりもゆっくりと上昇する(図5第3段目の実線参照)。そして、燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度hに到達するまでは圧縮比可変機構の圧縮比を所定の要求圧縮比ε04に維持する(図5最下段の実線参照)。 The compression ratio of the compression ratio variable mechanism is switched from the PN required compression ratio ε03 to the predetermined required compression ratio ε04 at the timing t4 when the combustion chamber temperature reaches the PN required determination temperature g (see the solid line at the bottom of FIG. 5). Since the predetermined required compression ratio ε04 is also lower than the post-warm fuel consumption required compression ratio ε1, the combustion chamber temperature rises more slowly than the comparative example from the PN required determination temperature g (see the solid line in the third stage in FIG. 5). . Then, the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is maintained at the predetermined required compression ratio ε04 until the combustion chamber temperature reaches the post-warm fuel consumption requirement determination temperature h (see the solid line at the bottom of FIG. 5).
燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度hに到達するt5のタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比を所定の要求圧縮比ε04から暖機後燃費要求圧縮比ε1に切換える(図5最下段の実線参照)。 The compression ratio of the compression ratio variable mechanism is switched from the predetermined required compression ratio ε04 to the post-warm fuel consumption required compression ratio ε1 at the timing t5 when the combustion chamber temperature reaches the post-warm fuel consumption required determination temperature h (at the bottom of FIG. 5). (See solid line).
上記3つの要求判定温度f、g、hを導入したので、これに合わせて燃焼室暖機判定フラグ1、燃焼室暖機判定フラグ2、燃焼室暖機判定フラグ3の3つのフラグを新たに導入する。すなわち、燃焼室温度がバルブアウトHC要求判定温度fに到達するt3のタイミングで燃焼室暖機判定フラグ1をゼロから1に切換える(図5第4段目参照)。燃焼室温度がPN要求判定温度gに到達するt4のタイミングで燃焼室暖機判定フラグ2をゼロから1に切換える(図5第5段目参照)。燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度hに到達するt5のタイミングで燃焼室暖機判定フラグ3をゼロから1に切換える(図5第6段目参照)。これら3つの燃焼室暖機判定フラグ1,2,3は後述するフローチャートで使用する。
Since the above three requirement determination temperatures f, g, and h have been introduced, three new flags, namely, a combustion chamber warm-up
このように、本実施形態では、t2の触媒活性化判定タイミングで圧縮比をε01からステップ的に暖機後燃費要求圧縮比ε1へと高くするのではなく、低い側から高い側に圧縮比可変機構の圧縮比をε02,ε03,ε04,ε1と段階的に高くしてゆく。これによって、燃焼室温度の変化が比較例の場合よりも緩やかとなり、t2からt5までの期間をかけて燃焼室温度が触媒活性化燃焼室温度eから暖機後燃費要求判定温度hへと徐々に上昇する。 Thus, in the present embodiment, the compression ratio is not increased from ε01 to the post-warm-up required fuel consumption compression ratio ε1 stepwise at the catalyst activation determination timing of t2, but the compression ratio is variable from the low side to the high side. The compression ratio of the mechanism is increased step by step to ε02, ε03, ε04, and ε1. As a result, the change in the combustion chamber temperature becomes more gradual than in the comparative example, and the combustion chamber temperature gradually increases from the catalyst activation combustion chamber temperature e to the post-warming fuel consumption requirement determination temperature h over a period from t2 to t5. To rise.
この結果、本実施形態では、エンジンの冷間始動から触媒30が活性化するまでの時間(触媒活性化時間)はt1からt2までの比較的短い時間である。また、エンジンの冷間始動から燃焼室21が暖機完了するまでの時間(エンジン暖機完了時間)はt1からt5までの十分長い時間である。このように、本実施形態では、触媒活性化時間とエンジン暖機完了時間とが大きく相違することとなり、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間として十分な期間を確保することができている。
As a result, in this embodiment, the time from the cold start of the engine to the activation of the catalyst 30 (catalyst activation time) is a relatively short time from t1 to t2. Further, the time from the cold start of the engine to the completion of warming-up of the combustion chamber 21 (engine warm-up completion time) is a sufficiently long time from t1 to t5. As described above, in this embodiment, the catalyst activation time and the engine warm-up completion time are greatly different from each other, which is sufficient as a period from the timing when the
また、バルブアウトHC要求判定温度f、PN要求判定温度gを導入し、バルブアウト要求圧縮比ε02を維持する期間、PN要求圧縮比ε03を維持する期間を定めている。つまり、燃焼室温度が触媒活性化燃焼室温度eからバルブアウトHC要求判定温度fまで変化する間がバルブアウト要求圧縮比ε02を維持する期間である。燃焼室温度がバルブアウトHC要求判定温度fからPN要求判定温度gまで変化する間が、PN要求圧縮比ε03を維持する期間である。このように、燃焼室温度に基づいてε02を維持する期間、ε03を維持する期間を定めることで、ε02を維持する期間、ε03を維持する期間を最適に設定することができる。 Further, the valve-out HC request determination temperature f and the PN request determination temperature g are introduced, and a period for maintaining the valve-out required compression ratio ε02 and a period for maintaining the PN required compression ratio ε03 are determined. That is, the period during which the combustion chamber temperature changes from the catalyst activation combustion chamber temperature e to the valve-out HC request determination temperature f is a period during which the valve-out required compression ratio ε02 is maintained. The period during which the combustion chamber temperature changes from the valve-out HC request determination temperature f to the PN request determination temperature g is a period during which the PN required compression ratio ε03 is maintained. Thus, by determining the period for maintaining ε02 and the period for maintaining ε03 based on the combustion chamber temperature, the period for maintaining ε02 and the period for maintaining ε03 can be optimally set.
なお、本実施形態では、燃焼室温度に基づいてε02を維持する期間、ε03を維持する期間を定める場合であるが、この場合に限定されるものでない。例えば、触媒30が活性化したタイミングより所定の時間Δt1が経過したタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をε02からε03へと切換える。触媒が活性化したタイミングよりさらに所定の時間Δt2(Δt1<Δt2)が経過したタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をε03からε04へと切換えるようにしてもかまわない。
In the present embodiment, the period for maintaining ε02 and the period for maintaining ε03 are determined based on the combustion chamber temperature, but the present invention is not limited to this case. For example, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is switched from ε02 to ε03 at a timing when a predetermined time Δt1 has elapsed from the timing at which the
図5では、バルブアウトHC要求圧縮比ε02がPN要求圧縮比ε03より低くなっている場合で説明したが、バルブアウトHC要求圧縮比ε02がPN要求圧縮比ε03より必ず低くなるわけでない。エンジンの種類が相違すれば、PN要求圧縮比ε03がバルブアウトHC要求圧縮比ε02より低くなることがあり得る。バルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03のいずれが低くていずれが高いかはエンジンの種類により異なるので、エンジンの種類に合わせてバルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03を適合すればよい。適合の結果、PN要求圧縮比ε03がバルブアウトHC要求圧縮比ε02より低くなった場合には、燃焼室温度に基づいて、ε03,ε02,ε04,ε1の順に圧縮比可変機構の圧縮比を高くしてゆけばよい。 Although FIG. 5 illustrates the case where the valve-out HC required compression ratio ε02 is lower than the PN required compression ratio ε03, the valve-out HC required compression ratio ε02 is not necessarily lower than the PN required compression ratio ε03. If the engine types are different, the PN required compression ratio ε03 may be lower than the valve-out HC required compression ratio ε02. Which of the valve out HC required compression ratio ε02 and the PN required compression ratio ε03 is lower and higher depends on the type of engine. Therefore, the valve out HC required compression ratio ε02 and the PN required compression ratio ε03 are set according to the type of engine. Just fit. As a result of the adaptation, when the PN required compression ratio ε03 is lower than the valve-out HC required compression ratio ε02, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is increased in the order of ε03, ε02, ε04, ε1 based on the combustion chamber temperature. Just go.
さらに、エンジンの種類によっては、バルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03が同じになることも有り得る。あるいは、適合を簡単にするためにバルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03を同じにすることも有り得る。この場合には、燃焼室温度に基づいて、ε02(=ε03),ε04,ε1の順に圧縮比可変機構の圧縮比を高くしてゆけばよい。 Further, depending on the type of engine, the valve-out HC required compression ratio ε02 and the PN required compression ratio ε03 may be the same. Alternatively, the valve-out HC required compression ratio ε02 and the PN required compression ratio ε03 may be the same in order to simplify the adaptation. In this case, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism may be increased in the order of ε02 (= ε03), ε04, and ε1 based on the combustion chamber temperature.
また、図5で4つの各要求圧縮比ε01,ε02,ε03,ε04をそれぞれ維持する時間が同じであるのはモデルであるためであった。実際には、ε01,ε02,ε03,ε04をそれぞれ維持する時間は等しくならないと考えられるので、適合によりε01,ε02,ε03,ε04をそれぞれ維持する時間を設定すればよい。 In FIG. 5, the time required to maintain each of the four required compression ratios ε01, ε02, ε03, and ε04 is the same because of the model. Actually, it is considered that the time for maintaining ε01, ε02, ε03, and ε04 is not equal, and therefore, the time for maintaining ε01, ε02, ε03, and ε04 may be set by matching.
また、図5では、所定の要求圧縮比ε04を導入している場合で説明したが、所定の要求圧縮比ε04を省略してもかまわない。この場合には、t4のタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をε03からε1へと切換えればよい。 In FIG. 5, the case where the predetermined required compression ratio ε04 is introduced has been described, but the predetermined required compression ratio ε04 may be omitted. In this case, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism may be switched from ε03 to ε1 at the timing t4.
図5第3段目に実線で示したように、t2からt5までの期間、燃焼室温度が直線的に上昇しているが、これもモデルであるためであった。従って、燃焼室温度が直線的に上昇する場合に限定されるものでない。 As indicated by the solid line in the third stage of FIG. 5, the combustion chamber temperature rises linearly during the period from t2 to t5, which is also a model. Therefore, it is not limited to the case where the combustion chamber temperature rises linearly.
上記のように触媒活性化要求圧縮比ε01からバルブアウトHC要求圧縮比ε02へと圧縮比可変機構の圧縮比を切換えるため、本実施形態では、排気温度センサ35(排気温度検出手段)を備える。排気温度センサ35は触媒入口の排気温度Texhを検出する。触媒活性化判定手段(31)では排気温度センサ35で検出される触媒入口の排気温度Texhに基づいて触媒30が活性化したか否かを判定する。この判定結果より触媒30が活性化したときに、圧縮比制御手段(31)が圧縮比をε01からε02に切換える。
In order to switch the compression ratio of the compression ratio variable mechanism from the catalyst activation required compression ratio ε01 to the valve-out HC required compression ratio ε02 as described above, the exhaust temperature sensor 35 (exhaust temperature detecting means) is provided in the present embodiment. The
また、上記のようにε02からε03,ε04,ε1へと段階的に圧縮比可変機構の圧縮比を切換えるため、本実施形態では、燃焼室温度センサ36(燃焼室温度検出手段)を備える。燃焼室温度センサ36は燃焼室温度Tcmbを検出する。バルブアウトHC要求圧縮比維持終了判定手段(31)では燃焼室温度センサ36で検出される燃焼室温度Tcmbに基づいて、バルブアウトHC要求圧縮比の維持を終了するか否かを判定する。この判定結果よりバルブアウトHC要求圧縮比の維持を終了するときに、圧縮比制御手段(31)が圧縮比可変機構の圧縮比をε02からε03に切換える。PN要求圧縮比維持終了判定手段(31)では燃焼室温度センサ36で検出される燃焼室温度Tcmbに基づいて、PN要求圧縮比の維持を終了するか否かを判定する。この判定結果よりPN要求圧縮比の維持を終了するときに、圧縮比制御手段(31)が圧縮比可変機構の圧縮比をε03からε04に切換える。燃焼室暖機完了判定手段(31)では燃焼室温度センサ36で検出される燃焼室温度Tcmbに基づいて、燃焼室21が暖機完了したか否かを判定する。この判定結果より燃焼室21の暖機が完了したときに、圧縮比制御手段(31)が圧縮比可変機構の圧縮比をε04からε1に切換える。
In addition, in the present embodiment, the combustion chamber temperature sensor 36 (combustion chamber temperature detecting means) is provided to switch the compression ratio of the compression ratio variable mechanism step by step from ε02 to ε03, ε04, and ε1 as described above. The combustion
なお、排気温度センサ35は触媒入口に設ける場合に限られない。例えば触媒30より離れた上流位置に設ける場合であってよい。センサ位置と触媒30までの間の排気管長さがわかれば、排気管の熱伝導率を用いてセンサ位置から触媒30までの温度低下分を算出できるので、センサで検出した排気温度からこの低下分を差し引くことで、触媒入口の排気温度を求めることができる。また、触媒30の温度を直接検出する触媒温度センサを設ける場合であってかまわない。さらに、排気温度センサ35や触媒温度センサを設けるのではなく、排気温度や触媒温度を推定する場合であってかまわない。
The
また、燃焼室温度センサ36を設ける場合に限られない。例えば、燃焼室21内の壁面温度やピストン10の温度を検出するセンサを設け、これらのセンサで検出される温度を燃焼室温度としてかまわない。さらに、燃焼室温度センサ36を設けるのではなく、燃焼室温度、燃焼室内の壁面温度、ピストン温度を推定する場合であってかまわない。
Moreover, it is not restricted to the case where the combustion
エンジンコントローラ31で行われる上記の圧縮比制御を図6A,図6Bのフローチャートに従って説明する。図6A,図6Bのフローはエンジン冷間始動から燃焼室21の暖機完了までの間で目標圧縮比を設定するためのもので、一定時間毎(例えば10m毎)に実行する。
The compression ratio control performed by the
なお、図6A,図6Bのフローは図5に対応させている。すなわち、バルブアウトHC要求圧縮比ε02はPM要求圧縮比ε03より低い場合であるとする。また、図6A,図6Bのフローでは図5の第2段目、第4段目、第5段目、第6段目に示した触媒活性化判定フラグと3つの燃焼室暖機判定フラグ1,2,3を用いる。ただし、図6A,図6Bのフローでは触媒活性化判定フラグを「活性化判定フラグ」で略記している。同様に、燃焼室暖機判定フラグ1を「暖機判定フラグ1」で、燃焼室暖機判定フラグ2を「暖機判定フラグ2」で、燃焼室暖機判定フラグ3を「暖機判定フラグ3」で略記している。
6A and 6B correspond to FIG. That is, it is assumed that the valve-out HC required compression ratio ε02 is lower than the PM required compression ratio ε03. 6A and 6B, the catalyst activation determination flag and the three combustion chamber warm-up
ステップ1では冷機時フラグをみる。ここでは、冷機時フラグ=0であるとして、ステップ2に進み、水温センサ34により検出される冷却水温Tw[℃]と所定値Tw1[℃]を比較する。所定値Tw1はエンジンが冷間状態にあるか否かを判定するための値で、予め設定しておく。冷却水温Twが所定値Tw1を超えているときにはホットリスタート時であると判断し、今回の処理をそのまま終了する。
ステップ2で冷却水温Twが所定値Tw1以下であるときにはエンジンが冷間状態にあると判断する。このときにはステップ3,4に進み、冷機時フラグ=1に設定し、目標圧縮比ε[無名数]に触媒活性化要求圧縮比ε01[無名数]を入れる。触媒活性化要求圧縮比ε01は適合により予め求めておく。
When the coolant temperature Tw is not more than the predetermined value Tw1 in
ステップ3で冷機時フラグ=1としたことにより、次回はステップ1よりステップ5に進む。ステップ5では触媒活性化判定フラグ(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、触媒活性化判定フラグ=0であるとしてステップ6に進む。ステップ6では、排気温度センサ35により検出される触媒入口の排気温度Texh[℃]と触媒活性化判定温度c[℃]を比較する。触媒活性化判定温度cは適合により予め求めておく。触媒入口の排気温度Texhが触媒活性化判定温度c未満であるときには触媒30が活性化していないと判断する。このときにはステップ3,4の操作を実行する。ステップ6で触媒入口の排気温度Texhが触媒活性化判定温度c未満である限り、ステップ3,4の操作を繰り返す。
Since the cold time flag is set to 1 in
やがて、ステップ6で触媒入口の排気温度Texhが触媒活性化判定温度c以上になると触媒30が活性化したと判断する。このときにはステップ7,8に進み、触媒活性化判定フラグ=1とし、目標圧縮比εにバルブアウトHC要求圧縮比ε02[無名数]を入れる。バルブアウトHC要求圧縮比ε02は適合により予め求めておく。
Eventually, when the exhaust temperature Texh at the catalyst inlet becomes equal to or higher than the catalyst activation determination temperature c in
ステップ7で触媒活性化判定フラグ=1としたことにより、次回はステップ5よりステップ9に進む。ステップ9では燃焼室暖機判定フラグ1(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ1=0であるとしてステップ10に進む。ステップ10では、燃焼室温度センサ36により検出される燃焼室温度Tcmb[℃]とバルブアウトHC要求判定温度f[℃]を比較する。バルブアウトHC要求判定温度fは適合により予め求めておく。燃焼室温度TcmbがバルブアウトHC要求判定温度f未満であるときにはバルブアウトHC要求圧縮比ε02の維持を終了するタイミングになっていないと判断する。このときにはバルブアウトHC要求圧縮比ε02を維持するためステップ7,8の操作を実行する。ステップ10で燃焼室温度TcmbがバルブアウトHC要求判定温度f未満である限り、ステップ7,8の操作を繰り返す。
Since the catalyst activation determination flag is set to 1 in
やがて、ステップ10で燃焼室温度TcmbがバルブアウトHC要求判定温度f以上になると、バルブアウトHC要求圧縮比ε02の維持を終了するタイミングになったと判断する。このときにはステップ11,12に進み、燃焼室暖機判定フラグ1=1とし、目標圧縮比εにPN要求圧縮比ε03[無名数]を入れる。PN要求圧縮比ε03は適合により予め求めておく。
Eventually, when the combustion chamber temperature Tcmb becomes equal to or higher than the valve-out HC request determination temperature f in
ステップ11で燃焼室暖機判定フラグ1=1としたことにより、次回はステップ9よりステップ13に進む。ステップ13では燃焼室暖機判定フラグ2(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ2=0であるとしてステップ14に進む。ステップ14では、燃焼室温度センサ36により検出される燃焼室温度TcmbとPN要求判定温度g[℃]を比較する。PN要求判定温度fは適合により予め求めておく。燃焼室温度TcmbがPN要求判定温度g未満であるときにはPN要求圧縮比ε03の維持を終了するタイミングになっていないと判断する。このときにはPN要求圧縮比ε03を維持するためステップ11,12の操作を実行する。ステップ14で燃焼室温度TcmbがPN要求判定温度g未満である限り、ステップ11,12の操作を繰り返す。
Since the combustion chamber warm-up
やがて、ステップ14で燃焼室温度TcmbがPN要求判定温度g以上になると、PN要求圧縮比ε3の維持を終了するタイミングになったと判断する。このときにはステップ15,16に進み、燃焼室暖機判定フラグ2=1とし、目標圧縮比εに所定の要求圧縮比ε04[無名数]を入れる。所定の要求圧縮比ε04は適合により予め求めておく。
Eventually, when the combustion chamber temperature Tcmb becomes equal to or higher than the PN required determination temperature g in
ステップ15で燃焼室暖機判定フラグ2=1としたことにより、次回はステップ13よりステップ17に進む。ステップ17では燃焼室暖機判定フラグ3(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ3=0であるとしてステップ18に進む。ステップ18では、燃焼室温度センサ36により検出される燃焼室温度Tcmbと暖機後燃費要求判定温度h[℃]を比較する。暖機後燃費要求判定温度hは適合により予め求めておく。燃焼室温度Tcmbが暖機後燃費要求判定温度h未満であるときにはまだ燃焼室21の暖機が完了していないと判断する。このときにはステッ15,16の操作を実行する。ステップ18で燃焼室温度Tcmbが暖機後燃費要求判定温度h未満である限り、ステッ15,16の操作を繰り返す。
Since the combustion chamber warm-up
やがて、ステップ18で燃焼室温度Tcmbが暖機後燃費要求判定温度h以上になると、燃焼室21の暖機が完了したと判断する。このときにはステップ19,20に進み、燃焼室暖機判定フラグ3=1とし、目標圧縮比εに暖機後燃費要求圧縮比ε1[無名数]を入れる。暖機後燃費要求圧縮比ε1は適合により予め求めておく。
Eventually, when the combustion chamber temperature Tcmb becomes equal to or higher than the post-warming fuel consumption requirement determination temperature h in
ステップ19で燃焼室暖機判定フラグ3=1としたことにより、次回はステップ17より出て、図6A,図6Bの処理を終了する。
Since the combustion chamber warm-up
図示しないフローでは、このようにして設定した5つの各要求圧縮比ε01,ε02,ε03,ε04,ε1が得られるように、圧縮比制御アクチュエータ17に与える制御量(圧縮比可変機構への駆動量)を制御する。
In a flow not shown, the control amount (drive amount to the compression ratio variable mechanism) given to the compression
図6A,図6Bのフローで行われる圧縮比可変機構の圧縮比の制御はオープンループ制御であるが、さらにフィードバック制御としてもかまわない。すなわち、圧縮比可変機構の実際の圧縮比は圧縮比制御アクチュエータ17に与える制御量によって知り得る。従って、圧縮比可変機構の実際の圧縮比εrealと目標圧縮比εを比較し、実際の圧縮比εrealが目標圧縮比εを中心とする許容値を外れているか否かを判定する。そして、実際の圧縮比εrealが目標圧縮比εを中心とする許容値を外れていれば、実際の圧縮比εrealが目標圧縮比εを中心とする許容値の範囲内に収まるように圧縮比制御アクチュエータ17に与える制御量をフィードバック制御するのである。
Control of the compression ratio of the variable compression ratio mechanism performed in the flow of FIGS. 6A and 6B is open loop control, but it may be further feedback control. That is, the actual compression ratio of the compression ratio variable mechanism can be known from the control amount given to the compression
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。 Here, the effect of this embodiment is demonstrated.
本実施形態では、圧縮比可変機構と、燃料噴射弁26と、触媒30と、圧縮比制御手段(31)と、を備える。上記圧縮比可変機構はエンジンの圧縮比を変更し得る。上記燃料噴射弁26は燃焼室21内に直接燃料を噴射可能(燃料量を供給可能)である。上記触媒30はエンジンからの排気を浄化し得る。上記圧縮比制御手段(31)は触媒30が活性化するまでの要求圧縮比として触媒活性化要求圧縮比ε01(第1要求圧縮比)を設定する。また、上記圧縮比制御手段(31)は触媒30が活性化した後に燃焼室21の暖機が完了するまでの要求圧縮比として触媒活性化要求圧縮比ε01より高い第2要求圧縮比(ε02,ε03)を設定する。また、上記圧縮比制御手段(31)は燃焼室21の暖機が完了した後の要求圧縮比として暖機後燃費要求圧縮比ε1(第2要求圧縮比より高い第3要求圧縮比)を設定する。さらに、上記圧縮比制御手段(31)は設定した要求圧縮比ε01,ε02,ε03,ε1が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御する。本実施形態では、触媒活性化要求圧縮比ε01が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御するとき、触媒30が活性化するまでに要する時間は、エンジンの冷間始動から十数秒程度の短い時間である。一方、触媒30が活性化した後に第2要求圧縮比が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御するとき、燃焼室21の暖機が完了するまでに要する時間はエンジンの冷間始動から50〜100秒程度の長い時間である。このように、触媒活性化要求圧縮比ε01と第2要求圧縮比を用いて圧縮比可変機構の圧縮比を制御することで、エンジンの冷間始動時に触媒30が活性化するまでの時間と、燃焼室21の暖機が完了するまでの時間を異ならせることができる。このため、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間で、燃焼室21内に生成されるHCやパティキュレートといった排気組成に対する各要求に合わせて、第2要求圧縮比を最適に設定することができる。また、第2要求圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε1より低いので、第2要求圧縮比を設定している期間での燃焼室温度の上昇が緩やかなものとなり、第2要求圧縮比を維持する時間を確保できる。これによって、第2要求圧縮比を設定している期間、つまり触媒が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間で、燃焼室21内に生成されるHCやパティキュレートの悪化を抑制することができる。
In this embodiment, a variable compression ratio mechanism, a
本実施形態では、第2要求圧縮比はバルブアウトHC要求圧縮比ε02(燃焼室内に生成されるHCを低減するための要求圧縮比)、PN要求圧縮比ε03(燃焼室内に生成されるパティキュレートを低減するための要求圧縮比)の少なくとも一つである。これによって、第2要求圧縮比がバルブアウトHC要求圧縮比ε02であるとき、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間でクエンチングエリアにおいて発生するHCの悪化を抑えることができる。また、第2要求圧縮比がPN要求圧縮比ε03であるとき、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間で燃焼室壁面への燃料付着に起因するパティキュレートの悪化を抑制することができる。
In the present embodiment, the second required compression ratio is the valve-out HC required compression ratio ε02 (required compression ratio for reducing HC generated in the combustion chamber), and the PN required compression ratio ε03 (particulate generated in the combustion chamber). At least one of the required compression ratios. As a result, when the second required compression ratio is the valve-out HC required compression ratio ε02, the deterioration of HC generated in the quenching area in the period from when the
本実施形態では、第2要求圧縮比が、バルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03の2つであり、かつバルブアウトHC要求圧縮比ε02がPN要求圧縮比ε03より低い場合を扱う。そして、圧縮比制御手段が、バルブアウトHC要求圧縮比ε02、PN要求圧縮比ε03の順に圧縮比可変機構の圧縮比を切換える。これによって、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間にクエンチングエリアにおいて発生するHCの増加及び燃焼室壁面への燃料付着に起因するパティキュレートの悪化を簡易に抑えることができる。
In the present embodiment, the second required compression ratio is two, ie, the valve-out HC required compression ratio ε02 and the PN required compression ratio ε03, and the valve-out HC required compression ratio ε02 is lower than the PN required compression ratio ε03. . The compression ratio control means switches the compression ratio of the variable compression ratio mechanism in the order of the valve-out HC required compression ratio ε02 and the PN required compression ratio ε03. This simplifies the increase in HC generated in the quenching area and the deterioration of the particulates due to the fuel adhering to the wall of the combustion chamber during the period from the timing when the
本実施形態では、燃焼室温度センサ36(燃焼室温度検出手段)を備えている。そして、圧縮比制御手段が、燃焼室温度センサ36で検出される燃焼室温度に基づいて、ε02(前記2つの要求圧縮比のうちの低い方)、ε03(前記2つの要求圧縮比のうちの高い方)、ε1(第3要求圧縮比)の順に圧縮比可変機構の圧縮比を段階的に切換える。これによって、ε02を維持する期間、ε03を維持する期間をそれぞれ最適に設定することができる。
In this embodiment, a combustion chamber temperature sensor 36 (combustion chamber temperature detection means) is provided. Then, based on the combustion chamber temperature detected by the combustion
本実施形態では、排気温度センサ35(排気温度検出手段)と、触媒活性化判定手段(31)と、を備える。上記排気温度センサ35は排気温度を検出する。上記触媒活性化判定手段(31)は排気温度センサ35で検出される排気温度に基づいて、触媒30が活性化したか否かを判定する。これによって、触媒30が活性化したか否かの判定精度を高めることができる。
In the present embodiment, an exhaust temperature sensor 35 (exhaust temperature detection means) and a catalyst activation determination means (31) are provided. The
本実施形態では、燃焼室温度センサ36(燃焼室温度検出手段)と、燃焼室暖機判定手段(31)と、を備える。上記燃焼室温度センサ36は燃焼室21の温度を検出する。上記燃焼室暖機判定手段(31)は燃焼室温度センサ36で検出される温度に基づいて、燃焼室21の暖機が完了したか否かを判定する。これによって、燃焼室21の暖機が完了したか否かの判定精度を高めることができる。
In this embodiment, a combustion chamber temperature sensor 36 (combustion chamber temperature detection means) and a combustion chamber warm-up determination means (31) are provided. The combustion
(第2実施形態)
図7のタイミングチャートは第2実施形態で、第1実施形態の図5のタイミングチャートと置き換わるものである。図5のタイミングチャートと同一部分には同一の符号を付している。
(Second Embodiment)
The timing chart of FIG. 7 is the second embodiment, which replaces the timing chart of FIG. 5 of the first embodiment. The same parts as those in the timing chart of FIG.
第1実施形態では、触媒30が活性化したタイミングより圧縮比可変機構の圧縮比をε02,ε03,ε04,ε1と段階的に切換えた。一方、第2実施形態は、触媒30が活性化したタイミングより圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε01から暖機後燃費要求圧縮比ε1まで連続的に変化させるものである。すなわち、図7最下段に示したようにt2からt3までの期間において圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε01から第1実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02まで漸増させる。言い換えると、t2からt3までの期間でε01から第1実施形態のε02まで漸増する値を第2実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02’とするものである。t2からt3までの期間が第2実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02’を維持する期間となるのであり、この点は第1実施形態と同じである。
In the first embodiment, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is switched in stages from ε02, ε03, ε04, and ε1 from the timing when the
同様に、図7最下段に示したようにt3からt4までの期間において圧縮比可変機構の圧縮比を第1実施形態のバルブアウトアウトHC要求圧縮比ε02から第1実施形態の所定の要求圧縮比ε04まで漸増させる。言い換えると、t3からt4までの期間で第1実施形態のε02から第1実施形態のε04まで漸増する値を第2実施形態のPN要求圧縮比ε03’とするものである。t3からt4までの期間が第2実施形態のPN要求圧縮比ε03’を維持する期間となるのであり、この点は第1実施形態と同じである。 Similarly, as shown in the lowermost stage of FIG. 7, the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is changed from the valve out / out HC required compression ratio ε02 of the first embodiment to the predetermined required compression of the first embodiment in the period from t3 to t4. Increase gradually to the ratio ε04. In other words, a value that gradually increases from ε02 of the first embodiment to ε04 of the first embodiment in the period from t3 to t4 is set as the PN required compression ratio ε03 ′ of the second embodiment. The period from t3 to t4 is a period for maintaining the PN required compression ratio ε03 'of the second embodiment, and this is the same as the first embodiment.
同様に、図7最下段に示したようにt4からt5までの期間において圧縮比可変機構の圧縮比を第1実施形態の所定の要求圧縮比ε04から暖機後燃費要求圧縮比ε1まで漸増させる。言い換えると、t4からt5までの期間で第1実施形態のε04からε1まで漸増する値を第2実施形態の所定の要求圧縮比ε04’とするものである。t4からt5までの期間が第2実施形態の所定の要求圧縮比ε04’を維持する期間となるのであり、この点は第1実施形態と同じである。 Similarly, the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is gradually increased from the predetermined required compression ratio ε04 of the first embodiment to the post-warm fuel consumption required compression ratio ε1 in the period from t4 to t5 as shown in the lowermost stage of FIG. . In other words, the value that gradually increases from ε04 to ε1 in the first embodiment in the period from t4 to t5 is the predetermined required compression ratio ε04 'in the second embodiment. The period from t4 to t5 is a period for maintaining the predetermined required compression ratio ε04 'of the second embodiment, and this point is the same as that of the first embodiment.
図7最下段では、t2からt3までの期間、t3からt4までの期間、t4からt5までの期間で圧縮比が直線的に高くなっているが、この場合に限られない。また、t2からt5までの期間で折れ線となっているが、この場合に限られない。 In the lowest stage of FIG. 7, the compression ratio increases linearly during the period from t2 to t3, from t3 to t4, and from t4 to t5, but this is not a limitation. Moreover, although it becomes a broken line in the period from t2 to t5, it is not restricted to this case.
図8A,図8Bのフローは第2実施形態のエンジン冷間始動から燃焼室21の暖機完了までの間で目標圧縮比を設定するためのもので、一定時間毎(例えば10m毎)に実行する。第1実施形態の図6A,図6Bのフローと同一部分には同一の符号を付している。
The flow of FIGS. 8A and 8B is for setting the target compression ratio between the engine cold start of the second embodiment and the completion of warming up of the
なお、図8A,図8Bのフローは図7に対応させている。すなわち、バルブアウトHC要求圧縮比ε02はPM要求圧縮比ε03より低い場合である。また、図8A,図8Bのフローでは図7の第2段目、第4段目、第5段目、第6段目に示した触媒活性化判定フラグと3つの燃焼室暖機判定フラグ1,2,3を用いる。ただし、図8A,図8Bのフローでも触媒活性化判定フラグを「活性化判定フラグ」で略記している。同様に、燃焼室暖機判定フラグ1を「暖機判定フラグ1」で、燃焼室暖機判定フラグ2を「暖機判定フラグ2」で、燃焼室暖機判定フラグ3を「暖機判定フラグ3」で略記している。
8A and 8B correspond to FIG. That is, the valve-out HC required compression ratio ε02 is lower than the PM required compression ratio ε03. 8A and 8B, the catalyst activation determination flag and the three combustion chamber warm-up
第1実施形態の図6A,図6Bフローと相違する部分は、主にステップ21〜27である。ステップ6で触媒入口の排気温度Texhが触媒活性化判定温度c以上になると触媒30が活性化したと判断し、ステップ7に進み、触媒活性化判定フラグ=1とする。
6A and 6B in the first embodiment are mainly steps 21 to 27. In
ステップ21では、目標圧縮比εに触媒活性化要求圧縮比ε01を入れる。これは、第2実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02’の初期値として、第1実施形態のε01を入れる部分である。
In
ステップ7で触媒活性化判定フラグ=1としたことにより、次回はステップ5よりステップ9に進む。ステップ9では燃焼室暖機判定フラグ1(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ1=0であるとしてステップ10に進む。ステップ10では、燃焼室温度センサ36により検出される燃焼室温度TcmbとエンジンアウトHC要求判定温度fを比較する。燃焼室温度TcmbがエンジンアウトHC要求判定温度f未満であるときには第2実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02’の維持を終了するタイミングになっていないと判断する。このときには第2実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02’を維持するためステップ22,23に進み、活性化判定フラグ=1とし、目標圧縮比ε[無名数]に一定値Δ1[無名数]を加算したものを改めて目標圧縮比ε[無名数]とする。
Since the catalyst activation determination flag is set to 1 in
ステップ10で燃焼室温度TcmbがエンジンアウトHC要求判定温度f未満である限り、ステップ22,23の操作を繰り返す。これによって目標圧縮比εは触媒活性化要求圧縮比ε01から一定値Δ1ずつ増えていく。このときの目標圧縮比εは第2実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02’を算出している。つまり、一定値Δ1は演算周期当たりの目標圧縮比ε(第2実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02’)の増加量を定める値で、予め適合しておく。
As long as the combustion chamber temperature Tcmb is lower than the engine-out HC request determination temperature f in
やがて、ステップ10で燃焼室温度TcmbがエンジンアウトHC要求判定温度f以上になると、第2実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02’の維持を終了するタイミングになったと判断する。このときにはステップ11に進み、燃焼室暖機判定フラグ1=1とする。
Eventually, when the combustion chamber temperature Tcmb becomes equal to or higher than the engine-out HC required determination temperature f in
ステップ24では、目標圧縮比εに第1実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02を入れる。これは、第2実施形態のPN要求圧縮比ε03’の初期値として、第1実施形態のバルブアウトHC要求圧縮比ε02を入れる部分である。
In
ステップ11で燃焼室暖機判定フラグ1=1としたことにより、次回はステップ9よりステップ13に進む。ステップ13では燃焼室暖機判定フラグ2(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ2=0であるとしてステップ14に進む。ステップ14では、燃焼室温度センサ36により検出される燃焼室温度TcmbとPN要求判定温度gを比較する。燃焼室温度TcmbがPN要求判定温度g未満であるときには第2実施形態のPN要求圧縮比ε03’の維持を終了するタイミングになっていないと判断する。このときには第2実施形態のPN要求圧縮比ε03’を維持するためステップ25,26に進み、暖機判定フラグ1=1とし、目標圧縮比ε[無名数]に一定値Δ2[無名数]を加算したものを改めて目標圧縮比ε[無名数]とする。
Since the combustion chamber warm-up
ステップ14で燃焼室温度TcmbがPN要求判定温度g未満である限り、ステップ25,26の操作を繰り返す。これによって目標圧縮比εは第2実施形態のエンジンアウトHC要求圧縮比ε02から一定値Δ2ずつ増えていく。このときの目標圧縮比εは第2実施形態のPN要求圧縮比ε03’を算出している。つまり、一定値Δ2は演算周期当たりの目標圧縮比ε(第2実施形態のPN要求圧縮比ε03’)の増加量を定める値で、予め適合しておく。
As long as the combustion chamber temperature Tcmb is lower than the PN request determination temperature g in
やがて、ステップ14で燃焼室温度TcmbがPN要求判定温度g以上になると、第2実施形態のPN要求圧縮比ε03’の維持を終了するタイミングになったと判断する。このときにはステップ15,16に進み、燃焼室暖機判定フラグ2=1とし、目標圧縮比εに第1実施形態の所定の要求圧縮比ε04を入れる。ステップ16は、第2実施形態の所定の要求圧縮比ε04’の初期値として、第1実施形態の所定の要求圧縮比ε04を入れる部分である。
Eventually, when the combustion chamber temperature Tcmb becomes equal to or higher than the PN required determination temperature g in
ステップ15で燃焼室暖機判定フラグ2=1としたことにより、次回はステップ13よりステップ17に進む。ステップ17では燃焼室暖機判定フラグ3(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ3=0であるとしてステップ18に進む。ステップ18では、燃焼室温度センサ36により検出される燃焼室温度Tcmbと暖機後燃費要求判定温度hを比較する。燃焼室温度Tcmbが暖機後燃費要求判定温度h未満であるときにはまだ燃焼室21の暖機が完了していないと判断する。このときにはステップ27,28に進み、暖機判定フラグ2=1とし、目標圧縮比ε[無名数]に一定値Δ3[無名数]を加算したものを改めて目標圧縮比ε[無名数]とする。
Since the combustion chamber warm-up
ステップ18で燃焼室温度Tcmbが暖機後燃費要求判定温度h未満である限り、ステップ27,28の操作を繰り返す。これによって目標圧縮比εは第1実施形態の所定の要求圧縮比ε04から一定値Δ3ずつ増えていく。このときの目標圧縮比εは第2実施形態の所定の要求圧縮比ε04’を算出している。つまり、一定値Δ3は演算周期当たりの要求圧縮比ε(第2実施形態の所定の要求圧縮比ε04’)の増加量を定める値で、予め適合しておく。
As long as the combustion chamber temperature Tcmb is less than the warm-up fuel consumption requirement determination temperature h in
やがて、ステップ18で燃焼室温度Tcmbが暖機後燃費要求判定温度h以上になると、燃焼室21の暖機が完了したと判断する。このときにはステップ19,20に進み、燃焼室暖機判定フラグ3=1とし、目標圧縮比εに暖機後燃費要求圧縮比ε1を入れる。
Eventually, when the combustion chamber temperature Tcmb becomes equal to or higher than the post-warming fuel consumption requirement determination temperature h in
ステップ19で燃焼室暖機判定フラグ3=1としたことにより、次回はステップ17より出て、図8A,図8Bの処理を終了する。
By setting the combustion chamber warm-up
第2実施形態では、第2要求圧縮比が、バルブアウトHC要求圧縮比ε02とPN要求圧縮比ε03の2つであり、かつバルブアウトHC要求圧縮比ε02がPN要求圧縮比ε03より低い場合を扱う。そして、圧縮比制御手段が、触媒活性化要求圧縮比ε01(第1要求圧縮比)、バルブアウトHC要求圧縮比ε02、PN要求圧縮比ε03、暖機後燃費要求圧縮比ε1(第3要求圧縮比)の順に圧縮比可変機構の圧縮比を連続的に制御する。これによって、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間にクエンチングエリアにおいて発生するHCの悪化及び燃焼室壁面への燃料付着に起因するパティキュレートの悪化を精度良く抑えることができる。
In the second embodiment, there are two cases where the second required compression ratio is the valve-out HC required compression ratio ε02 and the PN required compression ratio ε03, and the valve-out HC required compression ratio ε02 is lower than the PN required compression ratio ε03. deal with. Then, the compression ratio control means includes a catalyst activation required compression ratio ε01 (first required compression ratio), a valve-out HC required compression ratio ε02, a PN required compression ratio ε03, a warm-up fuel consumption required compression ratio ε1 (third required compression). The compression ratio of the variable compression ratio mechanism is continuously controlled in the order of (ratio). As a result, the deterioration of the HC generated in the quenching area and the deterioration of the particulates due to the fuel adhering to the combustion chamber wall surface during the period from the timing when the
第2実施形態では、燃焼室温度センサ36(燃焼室温度検出手段)を備えている。そして、圧縮比制御手段(31)が、燃焼室温度センサ36で検出される燃焼室温度に基づいて、ε02(前記2つの要求圧縮比のうちの低い方)、ε03(前記2つの要求圧縮比のうちの高い方)、ε1(第3要求圧縮比)の順に圧縮比可変機構の圧縮比を連続的に制御する。これによって、ε02を維持する期間、ε03を維持する期間をそれぞれ最適に設定することができる。
In the second embodiment, a combustion chamber temperature sensor 36 (combustion chamber temperature detection means) is provided. Based on the combustion chamber temperature detected by the combustion
(第3実施形態)
さて、実際にエンジンを冷間始動するときの環境条件パラメータが、ε01,ε02,ε03,ε04,ε1の5つの各要求圧縮比を設定(適合)したときの環境条件パラメータと相違していることが考えられる。ここで、環境条件パラメータとしては、
〈1〉吸入空気の温度(吸気温度)、
〈2〉大気の温度、
〈3〉インタークーラの出口温度、
〈4〉エンジンの冷却水温、
〈5〉エンジン潤滑油の温度(油温)、
〈6〉大気の圧力、
を挙げることができる。
(Third embodiment)
The environmental condition parameters when the engine is actually cold-started are different from the environmental condition parameters when the five required compression ratios ε01, ε02, ε03, ε04, and ε1 are set (adapted). Can be considered. Here, as environmental condition parameters,
<1> Intake air temperature (intake air temperature),
<2> Atmospheric temperature,
<3> Intercooler outlet temperature,
<4> Engine coolant temperature,
<5> Engine lubricating oil temperature (oil temperature)
<6> Atmospheric pressure,
Can be mentioned.
ここで、上記〈3〉のインタークーラは、圧縮比可変機構と触媒を有する上記のエンジンに対してターボ過給機を追加した場合に、コンプレッサにより温度上昇した吸入空気を冷却するためのものである。上記〈1〉〜〈5〉は燃焼室温度に影響を与える環境条件パラメータ、上記〈6〉は圧縮比可変機構の圧縮比に影響を与える環境条件パラメータである。 Here, the intercooler of <3> is for cooling the intake air whose temperature has been increased by the compressor when a turbocharger is added to the engine having the variable compression ratio mechanism and the catalyst. is there. <1> to <5> are environmental condition parameters that affect the combustion chamber temperature, and <6> is an environmental condition parameter that affects the compression ratio of the compression ratio variable mechanism.
環境条件パラメータが上記5つの各要求圧縮比を設定(適合)したときの環境条件パラメータと相違している場合にも、同じ各要求圧縮比を用いたのでは、バルブアウトHCやパティキュレートが悪化してしまうことがある。そこで第3実施形態では、上記〈1〉〜〈6〉の環境条件パラメータの少なくとも1つのパラメータに基づいて、上記5つの各要求圧縮比を補正する。具体的には、実際の環境条件パラメータと各要求圧縮比を設定(適合)したときの環境条件パラメータのズレ(差や比)に応じて、上記5つの各要求圧縮比を低くする側や高くする側に補正する。 Even when the environmental condition parameters are different from the environmental condition parameters when the above five required compression ratios are set (adapted), if the same required compression ratios are used, valve-out HC and particulates deteriorate. May end up. Thus, in the third embodiment, the five required compression ratios are corrected based on at least one of the environmental condition parameters <1> to <6>. Specifically, depending on the deviation (difference or ratio) of the environmental condition parameters when the actual environmental condition parameters and the respective required compression ratios are set (adapted), the above five required compression ratios are reduced or increased. Correct to the side to be used.
上記〈1〉の吸入空気の温度の場合で具体的に説明する。実際にエンジンを冷間始動するときの吸入空気の温度が上記5つの各要求圧縮比を設定(適合)したときの吸入空気の温度よりも所定値ΔT1だけ高かったとする。すると、図5,図7のときより所定値ΔT1だけ高い側にシフトした状態で燃焼室温度が上昇していく。これでは上記5つの各要求圧縮比を適合したときより燃焼室温度の上昇が早すぎることになり、バルブアウトHCやパティキュレートが悪化してしまう。この場合に、上記5つの各要求圧縮比を適合したときより燃焼室温度の上昇が早すぎることがないようにするには、上記5つの各要求圧縮比を低下させることである。そこで第3実施形態では、実際の吸入空気の温度と上記5つの各要求圧縮比を適合したときの吸入空気の温度との差ΔT1を算出し、その差Δt1に応じて各要求圧縮比を低下させる側に補正する。ここで、実際の吸入空気の温度は温度センサにより検出する。これによって、実際の吸入空気の温度が上記5つの各要求圧縮比を設定(適合)したときの吸入空気の温度より高かった場合にも、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間に燃焼室21に生成されるバルブアウトHC及びパティキュレートの悪化を精度良く抑えることができる。
The case of the temperature of the intake air <1> will be specifically described. Assume that the temperature of the intake air when the engine is actually cold started is higher by a predetermined value ΔT1 than the temperature of the intake air when the above five required compression ratios are set (adapted). Then, the combustion chamber temperature rises in a state shifted to a higher side by a predetermined value ΔT1 than in FIGS. In this case, the combustion chamber temperature rises faster than when the above five required compression ratios are adapted, and the valve-out HC and particulates deteriorate. In this case, in order to prevent the combustion chamber temperature from rising too early than when the above five required compression ratios are adapted, the above five required compression ratios must be reduced. Therefore, in the third embodiment, a difference ΔT1 between the actual intake air temperature and the intake air temperature when the above five required compression ratios are adapted is calculated, and the required compression ratios are reduced according to the difference Δt1. Correct to the side to be made. Here, the actual temperature of the intake air is detected by a temperature sensor. Thus, even when the actual intake air temperature is higher than the intake air temperature when the above five required compression ratios are set (adapted), the
一方、実際にエンジンを冷間始動するときの吸入空気の温度が上記5つの各要求圧縮比を設定(適合)したときの吸入空気の温度よりも所定値ΔT2だけ低かったとする。すると、図5,図7のときより所定値ΔT2だけ低い側にシフトした状態で燃焼室温度が上昇していく。これでは上記5つの各要求圧縮比を適合したときより燃焼室温度の上昇が遅すぎることになり、この場合にもバルブアウトHCやパティキュレートが悪化してしまう。また、燃焼室21の暖機が完了するまでの時間を長引かせてしまう。この場合に、上記5つの各要求圧縮比を適合したときより燃焼室温度の上昇が遅すぎることがないようにするには、上記5つの各要求圧縮比を高くすることである。そこで第3実施形態では、実際の吸入空気の温度と上記5つの各要求圧縮比を適合したときの吸入空気の温度との差ΔT2を算出し、その差ΔT2に応じて上記5つの各要求圧縮比を高くする側に補正する。これによって、実際の吸入空気の温度が上記5つの各要求圧縮比を設定(適合)したときの吸入空気の温度より低かった場合にも、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間に燃焼室21に生成されるバルブアウトHC及びパティキュレートの悪化を精度良く抑えることができる。また、燃焼室21の暖機が完了するまでの時間を長引かせずに済ませることができる。
On the other hand, it is assumed that the temperature of the intake air when the engine is actually cold started is lower by a predetermined value ΔT2 than the temperature of the intake air when the above five required compression ratios are set (adapted). Then, the combustion chamber temperature rises in a state shifted to a lower side by a predetermined value ΔT2 than in the case of FIGS. In this case, the combustion chamber temperature rises too slowly compared with the case where the above five required compression ratios are adapted, and in this case as well, valve-out HC and particulates are deteriorated. In addition, the time until the
上記〈2〉〜〈6〉の他の環境条件パラメータについても同様に考えればよい。 The other environmental condition parameters in the above <2> to <6> may be considered similarly.
第3実施形態では、実際の環境条件パラメータと上記5つの各要求圧縮比を設定したときの環境条件パラメータとが相違する場合に、環境条件パラメータの少なくとも1つのパラメータに基づいて、上記5つの各要求圧縮比を補正する。これによって、実際の環境条件パラメータと上記5つの各要求圧縮比を設定したときの環境条件パラメータとが相違する場合にも、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間に発生するバルブアウトHC及びパティキュレートの悪化を抑えることができる。
In the third embodiment, when the actual environmental condition parameter is different from the environmental condition parameter when the five required compression ratios are set, each of the five environmental condition parameters is based on at least one of the environmental condition parameters. Correct the required compression ratio. As a result, even when the actual environmental condition parameters differ from the environmental condition parameters when the five required compression ratios are set, the warming up of the
第3実施形態では、インタークーラの出口温度に基づいて、前記設定される各要求圧縮比を補正する。これによって、ターボ過給機を追加している場合にも、触媒30が活性化したタイミングより燃焼室21の暖機が完了するまでの期間に発生するバルブアウトHC及びパティキュレートの悪化を抑えることができる。
In the third embodiment, each set required compression ratio is corrected based on the outlet temperature of the intercooler. As a result, even when a turbocharger is added, the deterioration of valve-out HC and particulates that occur during the period from when the
実施形態では、エンジンの冷間始動タイミングから燃焼室21の暖機が完了するまでの期間において成層燃焼を行わせる場合で説明したが、当該期間において均質燃焼を行わせる場合であってよい。
In the embodiment, the case where the stratified combustion is performed in the period from the cold start timing of the engine to the completion of the warm-up of the
実施形態では、燃料噴射弁が燃焼室内に直接燃料を噴射可能である場合で説明したが、この場合に限られない。例えば、吸気ポートに燃料を供給する燃料噴射弁であってよい。 In the embodiment, the case has been described in which the fuel injection valve can inject fuel directly into the combustion chamber, but the present invention is not limited to this case. For example, it may be a fuel injection valve that supplies fuel to the intake port.
1 エンジン
21 燃焼室
26 燃料噴射弁
30 触媒
31 エンジンコントローラ(圧縮比制御手段、触媒活性化判定手段、燃焼室暖機判定手段)
35 排気温度センサ(排気温度検出手段)
36 燃焼室温度センサ(燃焼室温度検出手段)
1
35 Exhaust temperature sensor (exhaust temperature detection means)
36 Combustion chamber temperature sensor (combustion chamber temperature detection means)
Claims (9)
燃焼室内に燃料を供給可能な燃料噴射弁と、
エンジンからの排気を浄化し得る触媒と、
前記触媒が活性化するまでの要求圧縮比として第1要求圧縮比を、前記触媒が活性化した後に前記燃焼室の暖機が完了するまでの要求圧縮比として前記第1要求圧縮比より高い第2要求圧縮比を、前記燃焼室の暖機が完了した後の要求圧縮比として前記第2要求圧縮比より高い第3要求圧縮比を設定し、設定した要求圧縮比が得られるように前記圧縮比可変機構の圧縮比を制御する圧縮比制御手段と、
を備え、
前記第2要求圧縮比は、前記燃焼室内に生成されるHCを低減するための要求圧縮比及び前記燃焼室内に生成されるパティキュレートを低減するための要求圧縮比の少なくとも一つであることを特徴とするエンジンの制御装置。 A variable compression ratio mechanism capable of changing the compression ratio of the engine;
A fuel injection valve capable of supplying fuel into the combustion chamber;
A catalyst that can purify the exhaust from the engine;
The first required compression ratio as the required compression ratio until the catalyst is activated is higher than the first required compression ratio as the required compression ratio until the combustion chamber is warmed up after the activation of the catalyst. The second required compression ratio is set to a third required compression ratio higher than the second required compression ratio as the required compression ratio after the combustion chamber has been warmed up, and the compression is performed so that the set required compression ratio is obtained. Compression ratio control means for controlling the compression ratio of the variable ratio mechanism;
Bei to give a,
The second required compression ratio is at least one of a required compression ratio for reducing HC generated in the combustion chamber and a required compression ratio for reducing particulates generated in the combustion chamber. An engine control device.
前記圧縮比制御手段は、前記2つの要求圧縮比のうちの低い方、前記2つの要求圧縮比のうちの高い方の順に前記圧縮比可変機構の圧縮比を切換えることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。 When the second required compression ratio is the two required compression ratios and the two required compression ratios are different,
The compression ratio control means switches the compression ratio of the variable compression ratio mechanism in the order of the lower one of the two required compression ratios and the higher one of the two required compression ratios. The engine control apparatus described in 1 .
前記圧縮比制御手段は、前記燃焼室温度検出・推定手段で検出または推定される燃焼室温度に基づいて、前記2つの要求圧縮比のうちの低い方、前記2つの要求圧縮比のうちの高い方、前記第3要求圧縮比の順に前記圧縮比可変機構の圧縮比を段階的に切換えることを特徴とする請求項2に記載のエンジンの制御装置。 Combustion chamber temperature detection / estimation means for detecting or estimating the temperature of the combustion chamber,
The compression ratio control means has a lower one of the two required compression ratios and a higher one of the two required compression ratios based on the combustion chamber temperature detected or estimated by the combustion chamber temperature detecting / estimating means. On the other hand, the engine control apparatus according to claim 2, wherein the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is switched stepwise in the order of the third required compression ratio .
前記圧縮比制御手段は、前記第1要求圧縮比、前記2つの要求圧縮比のうちの低い方、前記2つの要求圧縮比のうちの高い方、前記第3要求圧縮比の順に前記圧縮比可変機構の圧縮比を連続的に制御することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。 When the second required compression ratio is the two required compression ratios and the two required compression ratios are different,
The compression ratio control means may change the compression ratio in the order of the first required compression ratio, the lower of the two required compression ratios, the higher of the two required compression ratios, and the third required compression ratio. The engine control device according to claim 1, wherein the compression ratio of the mechanism is continuously controlled.
前記圧縮比制御手段は、前記燃焼室温度検出・推定手段で検出または推定される燃焼室温度に基づいて、前記2つの要求圧縮比のうちの低い方、前記2つの要求圧縮比のうちの高い方、前記第3要求圧縮比の順に前記圧縮比可変機構の圧縮比を連続的に制御することを特徴とする請求項4に記載のエンジンの制御装置。 Combustion chamber temperature detection / estimation means for detecting or estimating the temperature of the combustion chamber,
The compression ratio control means has a lower one of the two required compression ratios and a higher one of the two required compression ratios based on the combustion chamber temperature detected or estimated by the combustion chamber temperature detecting / estimating means. 5. The engine control apparatus according to claim 4, wherein the compression ratio of the compression ratio variable mechanism is continuously controlled in the order of the third required compression ratio .
前記排気・触媒温度検出・推定手段で検出または推定される排気の温度または触媒の温度に基づいて、前記触媒が活性化したか否かを判定する触媒活性化判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。 Exhaust / catalyst temperature detection / estimation means for detecting or estimating the exhaust gas temperature or the catalyst temperature;
Catalyst activation determining means for determining whether or not the catalyst is activated based on the temperature of the exhaust or the catalyst detected or estimated by the exhaust / catalyst temperature detecting / estimating means;
The engine control device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記燃焼室温度検出・推定手段で検出または推定される温度に基づいて、前記燃焼室の暖機が完了したか否かを判定する燃焼室暖機判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。 Combustion chamber temperature detection / estimation means for detecting or estimating the temperature of the combustion chamber;
Combustion chamber warm-up determination means for determining whether or not the combustion chamber has been warmed up based on the temperature detected or estimated by the combustion chamber temperature detection / estimation means;
The engine control device according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
前記インタークーラの出口温度に基づいて、前記設定される各要求圧縮比を補正することを特徴とする請求項1から8のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。 When equipped with a turbocharger and an intercooler,
The engine control device according to any one of claims 1 to 8, wherein each of the set required compression ratios is corrected based on an outlet temperature of the intercooler .
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