WO2007083468A1 - 予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置 - Google Patents

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Hiroshi Kuzuyama
Masahiro Machida
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Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for a premixed compression self-ignition combustion engine, and more particularly to a control device for a premixed compression self-ignition combustion engine equipped with a supercharger and an external EGR (exhaust gas recirculation) mechanism.
  • the present invention relates to a control device for a premixed compression self-ignition combustion engine, and more particularly to a control device for a premixed compression self-ignition combustion engine equipped with a supercharger and an external EGR (exhaust gas recirculation) mechanism.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • Patent Document 1 discloses a conventional internal combustion engine that employs a premixed compression self-ignition combustion system.
  • premixed compression self-ignition combustion is performed on the low rotation side and the low load side as shown in the load-rotation speed map, and spark ignition combustion is performed on the high rotation side and the high load side.
  • spark ignition combustion is performed on the high rotation side and the high load side.
  • an internal EGR is performed to leave the burned gas in the combustion chamber by closing the intake valve and exhaust valve before and after exhaust top dead center to keep the burnt gas remaining.
  • By adjusting the opening and closing timings of the intake and exhaust valves stable self-ignition combustion is attempted. For example, the lower the intake air temperature, the longer the sealing period and the lowering of the temperature in the combustion chamber near the exhaust top dead center is prevented. It has also been proposed to inject fuel into the combustion chamber during the sealing period to produce highly ignitable reformed species.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-129991
  • Patent Document 1 As described in Patent Document 1, only by adjusting the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve and using fuel injection during the sealing period, stable self-ignition combustion can be performed on the high-speed / high-load side. Because it becomes difficult, switching to spark ignition combustion is essential, and premixed compression auto-ignition combustion The operating area where baking can be performed is limited. In the example of Patent Document 1, a gasoline engine is assumed. However, when city gas with poor ignitability is used as the fuel, this tendency becomes more prominent because the ignition temperature is high, and a stable prediction is expected. The operating range in which mixed compression auto-ignition combustion is possible is narrowly limited.
  • the ignitability in the combustion chamber can be improved. Therefore, by adjusting the amount of internal EGR and the amount of reformed species generated, it is possible to control the ignition timing on the low rotation / low load side.
  • the amount of fuel supplied increases, so that sufficient ignitability can be obtained even if the internal EGR is reduced.
  • Patent Document 1 cannot solve such a problem, and results in narrowing the region where premixed compression self-ignition combustion is possible.
  • the present invention has been made to solve such problems, and premixed compression autoignition combustion capable of expanding the operating range in which premixed autoignition combustion can be performed on the high rotation * high load side.
  • An object of the present invention is to provide an engine control device.
  • a control device for a premixed compression auto-ignition combustion engine compresses an air-fuel mixture of fuel and oxygen-containing gas in a combustion chamber to perform auto-ignition combustion, and absorbs air before and after exhaust top dead center.
  • This is a control system for a premixed compression auto-ignition combustion engine in which both the valve and the exhaust valve are closed so that the burned gas remains as internal EGR gas in the combustion chamber!
  • a sensor a rotational speed sensor for detecting the rotational speed of the combustion engine, a load sensor for detecting the operating condition force load of the combustion engine, a variable supercharging pressure turbocharger disposed in the intake passage, Controls the external EGR mechanism that recirculates a part of the exhaust gas in the exhaust passage as external EGR gas to the intake passage upstream of the turbocharger, and the supercharger and external EGR mechanism And a control means for grasping the current rotational speed and the magnitude of the load based on a signal from the rotational speed sensor and the load sensor, and a preset high rotational speed and high load region.
  • the turbocharger and the external EGR mechanism are controlled so that the supercharging pressure increases and the amount of external EGR gas increases as the intake air temperature detected by the temperature sensor increases. It is.
  • a variable valve timing mechanism that adjusts the opening / closing timing of the exhaust valve is provided, and when the intake air temperature detected by the temperature sensor is lower than the normal temperature, the closing timing of the exhaust valve is adjusted to the advance side.
  • the control means controls the variable valve timing mechanism so that the closing timing of the exhaust valve is adjusted to the retard side.
  • the control means can be configured to control the variable valve timing mechanism so that it is smaller during operation.
  • control means may control the external EGR mechanism so that the amount of the external EGR gas decreases when the intake air temperature detected by the temperature sensor is lower than normal temperature and the operation is performed in a high load region.
  • the retard amount of the exhaust valve closing time is set to be greater in the preset middle load range than in the preset low load range operation.
  • the control means can be configured to control the variable valve timing mechanism so that it is larger during operation.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a control device for a premixed compression auto-ignition combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a control map.
  • FIG. 3a is a graph showing the advance amount of the exhaust valve closing timing at normal temperature.
  • FIG. 3b is a graph showing the advance amount of the exhaust valve closing timing at low temperatures.
  • FIG. 3c is a graph showing the advance amount of the exhaust valve closing timing at a high temperature.
  • FIG. 4a is a graph showing the supercharging pressure at normal temperature and low temperature.
  • FIG. 4b is a graph showing the supercharging pressure at a high temperature.
  • FIG. 5a is a graph showing the amount of external EGR gas at room temperature.
  • FIG. 5b is a graph showing the amount of external EGR gas at low temperatures.
  • FIG. 5c is a graph showing the amount of external EGR gas at a high temperature.
  • FIG. 1 shows the configuration of a control device for a premixed compression auto-ignition combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • the engine 1 has a cylinder block 2, a cylinder bore 3 is formed inside the cylinder block 2, and a piston 4 is slidably disposed in the cylinder bore 3.
  • a cylinder head 5 formed with an intake port 6 and an exhaust port 8 is fixed to the upper part of the cylinder block 2.
  • An intake valve 7 for opening and closing the intake port 6 and an exhaust valve for opening and closing the exhaust port 8 are connected to the cylinder head 5. 9 is installed.
  • a combustion chamber 10 is defined by the cylinder bore 3 and the upper surface of the piston 4 and the cylinder head 5.
  • An intake passage 11 is connected to the intake port 6, and an exhaust passage 12 is connected to the exhaust port 8.
  • a throttle valve 13 is arranged inside the intake passage 11, and a fuel supply passage 15 is connected to a bench section 14 formed on the upstream side of the throttle valve 13.
  • a turbocharger 17 of a supercharging pressure variable type driven by an electric motor 16 is arranged in the intake passage 11 upstream from the bench lily section 14, and an air compressor is arranged in the intake passage 11 further upstream from the supercharger 17.
  • NA 18 is connected.
  • a bypass path 19 is formed in the intake passage 11 so that the upstream side and the downstream side of the turbocharger 17 communicate with each other, and a binos for opening and closing the bypass path 19 on the bypass path 19 is formed.
  • a control valve 20 is arranged.
  • EGR passage 21 for exhaust gas recirculation is connected in the middle of the exhaust passage 12, and the other end of the EGR passage 21 is connected to the intake passage 11 upstream from the supercharger 17.
  • An EGR control valve 22 is arranged in the EGR passage 21 !.
  • the opening and closing timings of the intake valve 7 and the exhaust valve 9 of the engine 1 are independently changed. Possible variable solenoid timing mechanisms 23 and 24 are connected.
  • An ECU (engine control unit) 25 is connected to these variable valve timing mechanisms 23 and 24, and the ECU 25 controls the variable valve timing mechanisms 23 and 24, so that the intake valve 7 and the exhaust valve are before and after the exhaust top dead center. It is configured so that internal EGR is performed in which the burned gas remains as internal EGR gas in the combustion chamber 10 with a closed period in which both 9 are closed! Speak.
  • a temperature sensor 26 for detecting the intake air temperature is attached to the intake passage 11 located in the vicinity of the intake port 6.
  • the engine 1 includes a rotation speed sensor (crank angle sensor) 27 that detects the rotation speed of the engine 1, and a load sensor 28 that detects an operation state of the engine 1, for example, a fuel injection amount and outputs it as a load signal. It is connected.
  • the ECU 25 is connected with a temperature sensor 26, a rotation speed sensor 27, a load sensor 28, an electric motor 16, a bypass control valve 20, and an EGR control valve 22 of the supercharger 17, respectively.
  • the fuel self-ignites, and combustion occurs in the combustion chamber 10.
  • the exhaust valve 9 is opened, and the combustion gas in the combustion chamber 10 is discharged to the exhaust passage 12 through the exhaust port 8. .
  • Such reciprocating motion of the piston 4 is converted into rotational motion of the crankshaft via a connecting rod (not shown), and output from the engine 1 is obtained.
  • the ECU 25 calculates the current engine speed and the required load based on signals from the speed sensor 27 and the load sensor 28 at predetermined time intervals. For example, the ECU 25 stores a control map as shown in FIG. 2 in advance, and compares the calculated engine speed and load with this control map to determine whether (A) only the internal EGR gas is supplied. Within (B) D. Determine whether to supply and supercharge EGR gas together, or (C) to supply and supercharge internal EGR gas and external EGR gas. Instead of using the control map, apply the engine speed and load to the judgment formula stored in advance, and decide whether to perform (A), (B), or (C) above.
  • the ECU 25 controls the exhaust valve 9 by the variable valve timing mechanism 24 according to the required load.
  • the internal EGR gas amount is adjusted by controlling the closing time (EVC) of the engine.
  • EEC closing time
  • the electric motor 16 is controlled to be stopped, the bypass control valve 20 is opened, the no-pass path 19 is opened, and fresh air passes through the bypass path 19.
  • the EGR control valve 22 is fully closed by the ECU 25, and supply of the external EGR gas to the intake side through the EGR passage 21 is not performed.
  • the closing timing (EVC) of the exhaust valve 9 is controlled so as to advance as the load decreases and conversely as the load increases.
  • the amount of high-temperature internal EGR gas increases at low loads, so that sufficient compression ignition combustion can be stably obtained even for a lean mixture, and fuel efficiency can be improved. NOx emissions can be reduced.
  • the amount of hot internal EGR gas decreases, so knocking can be suppressed.
  • the amount of external EGR gas is controlled to increase as the load increases, as shown in Figure 5a.
  • the ECU 25 monitors the intake air temperature detected by the temperature sensor 26, and the intake air temperature is lower than a predetermined normal temperature range.
  • the engine 1 operation is adjusted as follows at low temperatures and at temperatures higher than the specified normal temperature range.
  • the advance amount of the exhaust valve 9 closing timing (EVC) is made smaller than that at medium loads with supercharging. Furthermore, when the engine load is low and the engine speed is high, the exhaust valve 9 closing timing (EVC) is made equal to the advance amount at room temperature to secure a new air volume. .
  • the closing timing (EVC) of exhaust valve 9 is advanced to ensure ignitability.
  • EGR closing timing
  • the opening degree of the EGR control valve 22 is controlled so that the amount of external EGR gas decreases, as shown in Fig. 5b, in order to ensure torque. Is done.
  • variable valve timing mechanism 24 is controlled so that the closing timing (EVC) of the air valve 9 is adjusted to the retard side. This reduces the amount of hot internal EGR gas and avoids premature ignition.
  • the internal valve EGR gas amount is decreased by increasing the retard amount of the exhaust valve 9 closing timing (EVC) than during low loads. Further, in the middle and high speed regions where the engine speed is high at medium load, as shown in FIG. 4b, the rotational speed of the electric motor 16 is increased to increase the supercharging pressure. In addition, while ensuring the ignitability by increasing the density, the combustion is slowed down to suppress the combustion noise caused by the increase in heat capacity accompanying the increase in air volume.
  • the operating range in which the internal EGR can be used that is, the internal EGR, while ensuring the fuel supply amount according to the load.
  • the operating range that can be controlled by EGR can be expanded.
  • an external EGR that slows down combustion combustion noise can be suppressed in high-speed and high-load regions.
  • combining these means reduces both combustion characteristics and combustion slowdown, that is, suppresses combustion noise while maintaining an appropriate ignition timing. It becomes possible to do.
  • the embodiment described above can be modified within the scope of the gist of the present invention.
  • other gas fuels such as power LPG and CNG are used.
  • liquid fuel such as light oil or gasoline.
  • a fuel injection nozzle or the like can be appropriately selected in addition to the bench section.
  • the supercharging pressure variable type supercharger is not limited to a supercharger driven by an electric motor.
  • the so-called variable speed control is performed by controlling the exhaust flow colliding with the turbine.
  • a vane turbo can also be used.

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Abstract

　吸気温度が所定の常温域よりも高い高温時には、ＥＣＵ２５は、排気弁９の閉じ時期が遅角側に調整されるように可変バルブタイミング機構２４を制御することにより、高温の内部ＥＧＲガス量を減少させて過早着火を回避する。ＥＣＵ２５は、中負荷時及び高負荷時は、低負荷時よりも排気弁９の閉じ時期の遅角量を大きくして内部ＥＧＲガス量を減少させ、中負荷時で且つ中回転領域及び高回転領域では、電動モータ１６の回転速度を増大させて過給機１７による過給圧を上昇させる。高負荷時で且つ高回転領域では、温度センサ２６で検出された吸気温度が高いほど過給圧が上昇し且つ外部ＥＧＲガス量が増加するように過給機１７の電動モータ１６及びＥＧＲ制御弁２２を制御する。

Description

予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置
技術分野
[0001] この発明は、予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置に係り、特に過給機と外部 E GR (排気ガス再循環)機構を備えた予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置に関す る。
背景技術
[0002] 近年、混合気を圧縮自着火させる予混合圧縮自着火燃焼方式の内燃機関が注目 されている。この予混合圧縮自着火燃焼方式にすると、燃費の向上及び NOxの低 減等の点で従来の拡散燃焼方式や火炎伝播燃焼方式の内燃機関に比べて優れた 性能を発揮することが知られて 、る。
予混合圧縮自着火燃焼方式を採用した従来の内燃機関が、例えば、特許文献 1に 開示されている。特許文献 1に記載された内燃機関では、負荷—回転数マップに示 される如ぐ低回転'低負荷側では予混合圧縮自着火燃焼を、高回転'高負荷側で は火花点火燃焼を行なうように選択している。予混合圧縮自着火燃焼時には、排気 上死点の前後に吸気弁と排気弁の双方が共に閉じる密閉期間を設けて燃焼室内に 既燃ガスを残留させる内部 EGRを行い、外部環境の変化に対して吸気弁及び排気 弁の開閉タイミングを調整することにより、安定した自着火燃焼を行わせようとしてい る。例えば、吸気温度が低いほど、密閉期間を大きくとって排気上死点付近での燃 焼室内温度の低下を防止している。また、密閉期間中に燃焼室内に燃料を噴射し、 着火性の高!ヽ改質種を生成することも提案されて!ヽる。
[0003] 特許文献 1 :特開 2002— 129991号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 特許文献 1のように、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングの調整及び密閉期間中 の燃料噴射を用いただけでは、高回転'高負荷側にて安定した自着火燃焼を行うこ とが困難となるため、火花点火燃焼への切替えは必須であり、予混合圧縮自着火燃 焼を行なえる運転領域が制限される。特許文献 1の実施例では、ガソリン機関を前提 としているが、燃料に着火性の悪い都市ガス等を用いた場合は、着火温度が高いた めに、この傾向は更に顕著になり、安定した予混合圧縮自着火燃焼が可能な運転領 域が、狭く制限されることとなる。
特許文献 1に記載された内部 EGR及び密閉期間中の燃料噴射によれば、燃焼室 内の着火性を改善することができる。したがって、内部 EGR量及び改質種の生成量 を調節することで、低回転'低負荷側における着火時期等を制御することが可能とな る。しかし、中回転中負荷から高回転'高負荷の領域では、燃料の供給量が増えるこ とにより、内部 EGRを減らしても十分な着火性が得られるようになる。また、負荷に応 じて燃料の供給量を増やす必要があり、反比例して利用可能な内部 EGR量は減少 する。このため、前述の手段のみでは、高回転 ·高負荷側にて次第に制御の幅が狭 まり、外部環境に応じた制御が困難となる。更に、燃料の供給量が増える高回転-高 負荷側では、吸気温の上昇により燃焼室内温度が上昇し、急激な燃焼により燃焼騒 音が増大しやすいという問題も生じる。しかし、特許文献 1に記載された構成ではこの 様な問題は解決出来ず、予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域を狭く制限する結果 となっている。
[0005] この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、高回転 *高負荷側 に予混合自着火燃焼が可能な運転領域を広げることができる予混合圧縮自着火燃 焼機関の制御装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] この発明に係る予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置は、燃焼室内で燃料と酸 素含有ガスとの混合気を圧縮して自着火燃焼させると共に排気上死点の前後に吸 気弁と排気弁の双方が共に閉じる密閉期間を設けて燃焼室内に既燃ガスを内部 EG Rガスとして残留させる予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置にお!、て、吸気温度 を検出する温度センサと、燃焼機関の回転数を検出する回転数センサと、燃焼機関 の運転状況力 負荷の大きさを検出する負荷センサと、吸気通路に配置される過給 圧可変型の過給機と、排気通路の排気ガスの一部を外部 EGRガスとして過給機より 上流側の吸気通路に還流する外部 EGR機構と、過給機及び外部 EGR機構を制御 する制御手段とを備えており、制御手段は、回転数センサ及び前記負荷センサから の信号に基づいて現在の回転数と負荷の大きさを把握し、予め設定された高回転数 且つ高負荷領域で運転していると判定した時に温度センサで検出された吸気温度 が高 、ほど過給圧が上昇し且つ外部 EGRガスの量が増加するように過給機及び外 部 EGR機構を制御するものである。
[0007] 好ましくは、排気弁の開閉タイミングを調整する可変バルブタイミング機構を備え、 温度センサで検出された吸気温度が常温より低いときには排気弁の閉じ時期が進角 側に調整されるように、常温より高いときには排気弁の閉じ時期が遅角側に調整され るように、制御手段が可変バルブタイミング機構を制御する。
なお、温度センサで検出された吸気温度が常温より低い場合に、排気弁の閉じ時 期の進角量を予め設定された中負荷領域での運転時よりも予め設定された低負荷 領域での運転時の方が小さくなるように、制御手段が可変バルブタイミング機構を制 御するように構成することができる。
また、温度センサで検出された吸気温度が常温より低く且つ高負荷領域での運転 時に、外部 EGRガスの量が減少するように、制御手段が外部 EGR機構を制御しても よい。
さらに、温度センサで検出された吸気温度が常温より高い場合に、排気弁の閉じ時 期の遅角量を予め設定された低負荷領域での運転時よりも予め設定された中負荷 領域での運転時の方が大きくなるように、制御手段が可変バルブタイミング機構を制 御するように構成することができる。
発明の効果
[0008] この発明によれば、高回転'高負荷側に予混合自着火燃焼が可能な運転領域を広 げることができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]この発明の実施の形態に係る予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置を示す ブロック図である。
[図 2]制御マップを示す図である。
[図 3a]常温時における排気弁の閉じ時期の進角量を示すグラフである。 [図 3b]低温時における排気弁の閉じ時期の進角量を示すグラフである。
[図 3c]高温時における排気弁の閉じ時期の進角量を示すグラフである。
[図 4a]常温時及び低温時における過給圧を示すグラフである。
[図 4b]高温時における過給圧を示すグラフである。
[図 5a]常温時における外部 EGRガス量を示すグラフである。
[図 5b]低温時における外部 EGRガス量を示すグラフである。
[図 5c]高温時における外部 EGRガス量を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置の構成を図 1に示す。エンジン 1はシリンダブロック 2を有し、シリンダブロック 2の内部にシリンダ ボア 3が形成され、シリンダボア 3内にピストン 4が往復摺動自在に配置されている。 シリンダブロック 2の上部には吸気ポート 6と排気ポート 8が形成されたシリンダヘッド 5 が固定されており、このシリンダヘッド 5に吸気ポート 6を開閉する吸気弁 7及び排気 ポート 8を開閉する排気弁 9が装着されている。シリンダボア 3とピストン 4の上面とシリ ンダヘッド 5により燃焼室 10が区画形成されている。また、吸気ポート 6には吸気通路 11が接続され、排気ポート 8には排気通路 12が接続されている。
[0011] 吸気通路 11の内部にはスロットルバルブ 13が配置され、このスロットルバルブ 13よ り上流側に形成されたベンチユリ部 14に燃料供給通路 15が連結されている。ベンチ ユリ部 14より上流側の吸気通路 11には、電動モータ 16によって駆動される過給圧可 変型の過給機 17が配置され、過給機 17よりさらに上流の吸気通路 11にはエアタリ ーナ 18が接続されている。また、吸気通路 11には、過給機 17の上流側と下流側を 相互に連通するようにバイパス経路 19が形成されており、このバイパス経路 19上に バイパス経路 19を開閉するためのバイノ ス制御弁 20が配置されている。
[0012] 排気通路 12の途中に排気ガス還流のための EGR通路 21の一端が接続され、 EG R通路 21の他端が過給機 17より上流の吸気通路 11に接続されている。また、 EGR 通路 21には EGR制御弁 22が配置されて!、る。
[0013] エンジン 1の吸気弁 7及び排気弁 9には、それぞれの開閉タイミングを独立して変更 可能な可変ノ レブタイミング機構 23及び 24が連結されて 、る。これらの可変バルブ タイミング機構 23及び 24に ECU (エンジンコントロールユニット） 25が接続され、 EC U25が可変バルブタイミング機構 23及び 24を制御することにより、排気上死点の前 後に吸気弁 7と排気弁 9の双方が共に閉じる密閉期間を設けて燃焼室 10内に既燃 ガスを内部 EGRガスとして残留させる内部 EGRが行われるように構成されて！ヽる。
[0014] また、吸気ポート 6の近傍に位置する吸気通路 11に吸気温度を検出するための温 度センサ 26が取り付けられている。さらに、エンジン 1には、エンジン 1の回転数を検 出する回転数センサ (クランク角センサ） 27、エンジン 1の運転状況、例えば燃料噴 射量を検知して負荷信号として出力する負荷センサ 28が接続されている。そして、 E CU25に、温度センサ 26、回転数センサ 27及び負荷センサ 28と、過給機 17の電動 モータ 16、バイパス制御弁 20及び EGR制御弁 22がそれぞれ接続されている。
[0015] 次に、この実施の形態の動作について説明する。 ECU25の制御によりエンジン 1 が始動すると、燃料供給通路 15の上流に配置された図示しない燃料弁が開弁され るとともに、吸気通路 11のベンチユリ部 14を流れる空気によって燃料供給通路 15か ら都市ガス等のガス燃料が吸気通路 11内に吸入され、空気とガス燃料との混合気が エンジン 1に供給される。ピストン 4が上死点から下降を開始すると、吸気弁 7が開い て吸気ポート 6から燃焼室 10内に混合気が吸入される。ピストン 4が下死点力も上昇 に転じると吸気弁 7が閉じ、ピストン 4の上昇に伴って燃焼室 10内における混合気の 圧力及び温度が上昇する。混合気の温度が所定値にまで上昇すると、それによつて 燃料が自着火し、燃焼室 10内で燃焼が起こる。この燃焼によってピストン 4が下方に 押し下げられ、ピストン 4が下死点から上昇を開始すると、排気弁 9が開き、燃焼室 10 内の燃焼ガスが排気ポート 8を介して排気通路 12へ排出される。
ピストン 4のこのような往復運動が図示しないコンロッドを介してクランクシャフトの回 転運動に変換され、エンジン 1から出力が得られる。
[0016] ここで、 ECU25は、所定時間毎に回転数センサ 27及び負荷センサ 28からの信号 に基づき、現在のエンジン回転数と要求されている負荷を算出する。 ECU25は、例 えば図 2に示されるような制御マップを予め記憶しており、算出されたエンジン回転数 と負荷をこの制御マップと照合して、（A)内部 EGRガスの供給のみを行うか、 (B)内 部 EGRガスの供給と過給を併せて行うか、 (C)内部 EGRガス及び外部 EGRガスの 供給と過給を行うかを決定する。なお、制御マップを用いずに、予め記憶された判定 式にエンジン回転数と負荷を当てはめて、上記 (A)、（B)、（C)のいずれを行うかを 決定してちょい。
[0017] (A)予め設定された低負荷領域での運転時で内部 EGRガスの供給のみを行う場 合は、 ECU25は、要求される負荷に応じて可変ノ レブタイミング機構 24により排気 弁 9の閉じ時期（EVC)を制御することで内部 EGRガス量を調整する。なお、ここでは 過給を行わな 、ため、電動モータ 16は停止状態に制御されると共にバイパス制御弁 20が開かれてノ ィパス経路 19が開放され、新気がこのバイパス経路 19を通過して 燃焼室 10へ供給される。また、 ECU25により EGR制御弁 22が全閉状態とされ、 EG R通路 21を通した外部 EGRガスの吸気側への供給は行われない。
[0018] 排気上死点の前後に吸気弁 7と排気弁 9の双方が共に閉じる密閉期間を設けること により、燃焼室 10内に高温の既燃ガスが内部 EGRガスとして残留するため、この内 部 EGRガスにより吸気ポート 6から供給された空気とガス燃料との混合気が加熱され 、着火性が向上されることになる。
排気弁 9の閉じ時期（EVC)は、図 3aに示されるように、負荷が低くなるほど進角し 、逆に負荷が高くなつたときは遅角するように制御される。このようにすることにより、 低負荷時には高温の内部 EGRガス量が増大するため、リーン (希薄)な混合気に対 しても十分な圧縮着火燃焼が安定的に得られ、燃費を向上できると共に NOx排出量 を低減することができる。一方、負荷が高くなるほど高温の内部 EGRガス量が減少す るため、ノッキングの発生を抑制することが可能になる。
[0019] (B)予め設定された中負荷領域での運転時で内部 EGRガスの供給に加えて過給 を行う場合は、 ECU25は、バイパス制御弁 20を閉じてノ ィパス経路 19を遮断させる と共に電動モータ 16を回転駆動して過給機 17による過給を行う。なお、ここでは外 部 EGRガスの供給を行わな ヽため、 EGR制御弁 25は全閉状態となるように制御さ れる。
内部 EGRガスの導入分だけ燃焼室 10への混合気の供給量が制限されることにな る力 過給により吸気圧を上昇させることによって、吸気ポート 6から燃焼室 10内に供 給される空気量及び燃料量が増大し、着火性が向上する。
図 4aに示されるように、負荷が高くなるほど、電動モータ 16の回転速度を増大させ て過給圧が増大するように制御される。
[0020] (C)予め設定された高負荷領域での運転時で内部 EGRガスの供給及び過給に加 えてさらに外部 EGRガスの供給を行う場合は、 ECU25は EGR制御弁 22を開くよう に制御する。これにより、温度の比較的低い外部 EGRガスが EGR通路 21を介して 吸気側に導入され、内部 EGRガスの供給及び過給により良好になり過ぎた着火性が 緩慢化され、過早着火や燃焼不安定などの異常燃焼が回避される。
外部 EGRガス量は、図 5aに示されるように、負荷が高くなるほど増大するように制 御される。
[0021] このようにして低負荷時、中負荷時、高負荷時における運転が行われる力 ECU2 5は温度センサ 26で検出された吸気温度を監視し、吸気温度が所定の常温域よりも 低い低温時、及び所定の常温域よりも高い高温時に、それぞれ次のようにエンジン 1 の運転を調整する。
[0022] まず、吸気温度が所定の常温域よりも低い低温時には、図 3bに示されるように、排 気弁 9の閉じ時期 (EVC)が進角側に調整されるように、可変バルブタイミング機構 2 4が制御される。これにより、高温の内部 EGRガス量が増大し、燃焼室 10内の温度 低下が防止され、安定した自着火燃焼が行われる。
ただし、低負荷時は、新気量を確保するため、過給を行う中負荷時よりも排気弁 9 の閉じ時期（EVC)の進角量を小さくする。さらに、低負荷で且つエンジン回転数が 予め設定された高回転領域の場合には、排気弁 9の閉じ時期 (EVC)を常温時にお ける進角量と同等にして新気量の確保を行う。
また、内部 EGRガスの供給及び過給に加えてさらに外部 EGRガスの供給を行う高 負荷で且つ高回転の領域では、着火性確保のために排気弁 9の閉じ時期 (EVC)を 進角側に調整して内部 EGRガス量を増大させる。高負荷で且つエンジン回転数が 予め設定された低回転領域においては、トルク確保のために、図 5bに示されるように 、外部 EGRガス量が減少するように EGR制御弁 22の開度が制御される。
[0023] 一方、吸気温度が所定の常温域よりも高い高温時には、図 3cに示されるように、排 気弁 9の閉じ時期 (EVC)が遅角側に調整されるように、可変バルブタイミング機構 2 4が制御される。これにより、高温の内部 EGRガス量が減少し、過早着火が回避され る。
ただし、中負荷時は、高い吸気温度による体積効率の低下を補うため、低負荷時よ りも排気弁 9の閉じ時期 (EVC)の遅角量を大きくして内部 EGRガス量を減少させる 。さらに、中負荷時で且つエンジン回転数が高くなる中回転領域及び高回転領域で は、図 4bに示されるように、電動モータ 16の回転速度を増大させて過給圧を上昇さ せることにより、密度増加による着火性の確保を図ると共に燃焼を緩慢化させて空気 量増加に伴う熱容量の増加に起因した燃焼騒音を抑制する。
高負荷時は、中負荷時とほぼ同様に排気弁 9の閉じ時期 (EVC)の遅角量を大きく すると共に中回転領域及び高回転領域において過給圧を上昇させるように制御され る。ただし、燃焼騒音が厳しい高回転領域においては、着火性と燃焼緩慢化の両立 を図るため、図 5cに示されるように、外部 EGRガス量が増大するように EGR制御弁 2 2の開度が制御される。すなわち、高回転数'高負荷領域での運転時には、温度セン サ 26で検出された吸気温度が高いほど過給圧が上昇し且つ外部 EGRガス量が増 加するように過給機 17の電動モータ 16及び EGR制御弁 22が制御される。
[0024] 以上のように、この発明においては、過給機と内部 EGRを併用することで、負荷に 応じた燃料の供給量を確保しつつ、内部 EGRを利用可能な運転領域、つまり、内部 EGRにて制御可能な運転領域を拡大することが可能となる。また、燃焼を緩慢化さ せる外部 EGRを用いることで、高回転'高負荷領域にて、燃焼騒音を抑制することが できる。特に、高回転 '高負荷領域における吸気温度の変化に対しては、これらの手 段を組み合わせることにより、着火性と燃焼緩慢化の両立、つまり、適切な着火時期 を維持しつつ燃焼騒音を抑制することが可能となる。
よって、中回転 ·中負荷領域力 高回転《高負荷領域においても、安定した予混合 圧縮自着火燃焼、或いは、吸気温に応じた予混合圧縮自着火燃焼の制御、が可能 となり、予混合圧縮自着火燃焼が可能な運転領域を拡大することができる。
[0025] この発明の趣旨に沿う範囲で、上記実施の形態を変更することが可能である。例え ば、上記実施の形態では、燃料を都市ガスとした力 LPGや CNG等他のガス燃料を 採用してもよぐまた、軽油やガソリン等液体燃料を使用することも可能である。ガス燃 料を吸気通路内に供給する手段としても、ベンチユリ部の他に、燃料噴射ノズル等を 適宜選択することが可能である。また、過給圧可変型の過給機としては、電動モータ により駆動される過給機に限定されず、例えば、タービンに衝突する排気流を制御す ることで回転数を制御する、いわゆる可変べーン式ターボを用いることも可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 燃焼室内で燃料と酸素含有ガスとの混合気を圧縮して自着火燃焼させると共に排 気上死点の前後に吸気弁と排気弁の双方が共に閉じる密閉期間を設けて燃焼室内 に既燃ガスを内部 EGRガスとして残留させる予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装 置であって、
吸気温度を検出する温度センサと、
燃焼機関の回転数を検出する回転数センサと、
燃焼機関の運転状況を検知して負荷信号として出力する負荷センサと、 吸気通路に配置される過給圧可変型の過給機と、
排気通路の排気ガスの一部を外部 EGRガスとして前記過給機より上流側の前記吸 気通路に還流する外部 EGR機構と、
前記回転数センサ及び前記負荷センサからの信号に基づいて現在の回転数と負 荷の大きさを把握し、予め設定された高回転数且つ高負荷領域で運転していると判 定した時に前記温度センサで検出された吸気温度が高いほど過給圧が上昇し且つ 外部 EGRガスの量が増加するように前記過給機及び前記外部 EGR機構を制御する 制御手段と
を備えたことを特徴とする予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置。
[2] 前記排気弁の開閉タイミングを調整する可変バルブタイミング機構を備え、
前記制御手段は、前記温度センサで検出された吸気温度が常温より低いときには 前記排気弁の閉じ時期が進角側に調整されるように、常温より高いときには前記排気 弁の閉じ時期が遅角側に調整されるように前記可変バルブタイミング機構を制御す る請求項 1に記載の予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置。
[3] 前記制御手段は、前記温度センサで検出された吸気温度が常温より低い場合に、 前記排気弁の閉じ時期の進角量を予め設定された中負荷領域での運転時よりも予 め設定された低負荷領域での運転時の方が小さくなるように前記可変バルブタイミン グ機構を制御する請求項 2に記載の予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置。
[4] 前記制御手段は、前記温度センサで検出された吸気温度が常温より低く且つ前記 高負荷領域での運転時に、外部 EGRガスの量が減少するように前記外部 EGR機構 を制御する請求項 1に記載の予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置。
[5] 前記制御手段は、前記温度センサで検出された吸気温度が常温より高い場合に、 前記排気弁の閉じ時期の遅角量を予め設定された低負荷領域での運転時よりも予 め設定された中負荷領域での運転時の方が大きくなるように前記可変バルブタイミン グ機構を制御する請求項 2に記載の予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置。
[6] 前記外部 EGR機構は、前記排気通路と前記過給機より上流側の前記吸気通路と を連通する EGR通路と、前記 EGR通路上に配置され且つ前記 EGR通路を開閉す るための EGR制御弁とを含み、
前記制御手段は、前記 EGR制御弁を開閉することにより外部 EGRガスの量を調整 する請求項 1に記載の予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置。
[7] 前記過給機の上流側と下流側とを相互に連通するバイパス経路と、前記バイパス 経路上に配置され且つ前記バイパス経路を開閉するためのバイパス制御弁とを含み 前記制御手段は、過給を行わな 、ときに前記バイパス制御弁を開 、て前記バイパ ス経路を開放する請求項 1に記載の予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置。
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