JP2012097694A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ターボ過給機及び排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine accompanied by an exhaust turbocharger and an exhaust gas recirculation device.
気筒内の燃焼温度を低下させ、以て有害物質であるNOxの排出量を削減する排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)装置が知られている。EGR装置は、燃焼により発生した排気ガスの一部を吸気に混入するものである。 Lowering the combustion temperature in the cylinders, than Te to reduce the emissions of the NO x which is a harmful substance exhaust gas recirculation (Exhaust Gas Recirculation) system has been known. The EGR device mixes a part of exhaust gas generated by combustion into intake air.
気筒から排出された直後の高温高圧の排気ガスを吸気通路に還流する高圧ループEGRに対し、排気ターボ過給機のタービン及び排気ガス浄化用の触媒を通過した低温低圧の排気ガスを吸気通路に還流する低圧ループEGR(例えば、下記特許文献1を参照)は、大量のEGRガスを吸気に混入できる点で有利である。 For the high-pressure loop EGR that recirculates the high-temperature and high-pressure exhaust gas immediately after being discharged from the cylinder to the intake passage, the low-temperature and low-pressure exhaust gas that has passed through the turbine of the exhaust turbocharger and the exhaust gas purification catalyst enters the intake passage. A low-pressure loop EGR that recirculates (see, for example, Patent Document 1 below) is advantageous in that a large amount of EGR gas can be mixed into the intake air.
内燃機関のアイドル時には、EGR弁を全閉してEGRを完全に停止する。アイドル中に運転者がアクセルペダルを踏み込む加速要求を行ったときには、速やかに吸気量を増大させるとともに、吸気に混入するEGRガス量を増す必要がある。 When the internal combustion engine is idle, the EGR valve is fully closed to stop the EGR completely. When the driver makes an acceleration request to depress the accelerator pedal during idling, it is necessary to increase the intake air amount quickly and increase the amount of EGR gas mixed into the intake air.
しかしながら、低圧ループEGRでは、大気圧に近いEGRガスを還流させる都合上、EGR通路の出口を排気ターボ過給機のコンプレッサの上流側に接続している。即ち、EGR通路から吸気通路へと合流したEGRガスは、コンプレッサ、スロットル弁、サージタンク及び吸気マニホルドを経由する長い経路を通って気筒に到達する。 However, in the low pressure loop EGR, the outlet of the EGR passage is connected to the upstream side of the compressor of the exhaust turbocharger for the purpose of recirculating the EGR gas close to the atmospheric pressure. That is, the EGR gas that has merged from the EGR passage to the intake passage reaches the cylinder through a long route that passes through the compressor, the throttle valve, the surge tank, and the intake manifold.
故に、加速要求を受けてEGR弁を開弁したとしても、EGR弁の下流から気筒までの経路上はEGRガスを含まない空気(新気)で満たされており、即座にEGRガスが気筒に供給されない。従って、吸気のEGR率の上昇が遅れ、燃費の悪化等を引き起こす恐れがあった。 Therefore, even when the EGR valve is opened in response to an acceleration request, the path from the downstream of the EGR valve to the cylinder is filled with air (fresh air) that does not contain EGR gas, and the EGR gas immediately enters the cylinder. Not supplied. Therefore, the increase in the EGR rate of intake air is delayed, which may cause deterioration of fuel consumption.
吸排気弁の開閉時期(バルブタイミング)を変化させて加速時の内部EGR率を高めることも考えられるが、ドライバビリティの低下につながるきらいがある。加えて、内部EGRガスは外部EGRガスよりも温度が高いため、これに頼ることは却ってノッキングを誘発してしまいかねない。そして、ノッキングを予防するべく点火時期を遅角するとなれば、加速要求に対して機関の出力トルクを抑制するという背反になる。 Although it is conceivable to increase the internal EGR rate during acceleration by changing the opening / closing timing (valve timing) of the intake / exhaust valve, it may lead to a decrease in drivability. In addition, since the internal EGR gas has a higher temperature than the external EGR gas, relying on this may induce knocking. If the ignition timing is retarded to prevent knocking, the engine output torque is suppressed against the acceleration request.
本発明は、上記の事象に初めて着目してなされたものであって、アイドル状態から加速へと移行する際のEGR制御の遅延を解消することを所期の目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned event for the first time, and an object of the present invention is to eliminate the delay of EGR control when shifting from the idle state to acceleration.
本発明では、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するEGR通路にEGR弁が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、前記吸気通路における前記EGR通路の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットル弁と、前記吸気通路における前記吸気絞り弁の上流側と前記スロットル弁の下流側とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられたバイパス弁と、アイドル状態に移行したとき、前記EGR弁を開き、しかる後にこのEGR弁を絞るかまたは全閉するとともに、前記スロットル弁を絞るかまたは全閉し、前記吸気絞り弁を全閉し、かつ前記バイパス弁を開く操作を実施する制御部とを具備する内燃機関を構成した。 In the present invention, the turbine provided in the exhaust passage, the compressor provided in the intake passage and driven by the turbine, and the downstream side of the turbine in the exhaust passage and the upstream side of the compressor in the intake passage are connected. A low-pressure loop exhaust gas recirculation device in which an EGR valve is provided in the EGR passage; an intake throttle valve provided upstream of the connection portion of the EGR passage in the intake passage; and the compressor in the intake passage A throttle valve provided downstream, a bypass passage connecting the upstream side of the intake throttle valve and the downstream side of the throttle valve in the intake passage, a bypass valve provided in the bypass passage, and an idle state When the process goes to step 1, the EGR valve is opened, and then the EGR valve is throttled or fully closed. The closed or full throttled valve, wherein the intake throttle valve fully closed, and constituted an internal combustion engine and a control unit for performing the operation of opening the bypass valve.
つまり、アイドル中に、バイパス通路経由で気筒に空気を供給しつつ、EGR弁の下流からスロットル弁の上流までの経路上にEGRガスを閉じ込め貯留しておくようにしたのである。このようなものであれば、加速要求のあったときにスロットル弁を開くことで速やかにEGRガスを気筒に供給、吸気のEGR率を高めることが可能になる。 That is, during idling, the EGR gas is confined and stored on the path from the downstream of the EGR valve to the upstream of the throttle valve while supplying air to the cylinder via the bypass passage. If this is the case, it is possible to quickly supply EGR gas to the cylinder and increase the intake EGR rate by opening the throttle valve when acceleration is requested.
本発明によれば、アイドル状態から加速への移行の際のEGR制御の遅延を有効に解消することができる。 According to the present invention, the delay of EGR control at the time of transition from the idle state to acceleration can be effectively eliminated.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関0の概要を示す。本実施形態の内燃機関0は、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)と、各気筒1内に燃料を噴射するインジェクタ11と、各気筒1に吸気を供給するための吸気通路3と、各気筒1から排気を排出するための排気通路4と、吸気通路3を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機5と、排気通路4から吸気通路3に向けてEGRガスを還流させる外部EGR通路2と、吸気通路3の中途をバイパスする新気バイパス通路7とを備えている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the outline | summary of the internal combustion engine 0 for vehicles in this embodiment is shown. The internal combustion engine 0 of the present embodiment includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1), an
本実施形態における内燃機関0は、二気筒の4サイクルエンジンであり、第一気筒1の行程と第二気筒1の行程との間には360°CA(クランク角度)の位相差が存在する。つまり、第一気筒1のピストン12と第二気筒1のピストン12とは同時に上昇し、また同時に下降する。 The internal combustion engine 0 in this embodiment is a two-cylinder four-cycle engine, and there is a phase difference of 360 ° CA (crank angle) between the stroke of the first cylinder 1 and the stroke of the second cylinder 1. That is, the piston 12 of the first cylinder 1 and the piston 12 of the second cylinder 1 are simultaneously raised and simultaneously lowered.
吸気通路3は、外部から空気を取り入れて気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、吸気絞り弁35、過給機5のコンプレッサ51、インタクーラ32、電子スロットル弁33、サージタンク34、吸気マニホルド36を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 takes in air from the outside and guides it to the intake port of the cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42、過給機5の駆動タービン52及び三元触媒41を配置している。
The exhaust passage 4 guides exhaust generated as a result of burning fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of the cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42, a
排気ターボ過給機5は、駆動タービン52とコンプレッサ51とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン52を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ51にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。
The exhaust turbocharger 5 is configured such that the
外部EGR通路2は、いわゆる低圧ループEGRを実現するものである。低圧ループEGR通路2の圧力損失は、数百Pa程度と非常に小さい。外部EGR通路2の入口は、排気通路4における三元触媒41の下流の所定箇所に接続している。外部EGR通路2の出口は、吸気通路3における吸気絞り弁35の下流、かつコンプレッサ51の上流の所定箇所に接続している。外部EGR通路2上には、EGRクーラ21及びEGR弁22を設けてある。
The external EGR passage 2 realizes a so-called low pressure loop EGR. The pressure loss in the low-pressure loop EGR passage 2 is as small as several hundred Pa. The inlet of the external EGR passage 2 is connected to a predetermined location downstream of the three-
低圧ループEGRでは、大気圧に近い低圧の排気ガスをEGR通路2を通じて吸気通路3に還流する。そのために、EGR通路2の出口の上流にある吸気絞り弁35を絞ることで、EGR通路2の出口の周囲を負圧化する。なお、吸気通路3における、吸気絞り弁35よりも上流側の圧力は略大気圧、またはコンプレッサ51の稼働によって幾分負圧となる。
In the low-pressure loop EGR, low-pressure exhaust gas close to atmospheric pressure is recirculated to the intake passage 3 through the EGR passage 2. For this purpose, the pressure around the outlet of the EGR passage 2 is reduced to a negative pressure by restricting the
バイパス通路7は、コンプレッサ51やインタクーラ32、スロットル弁33を回避して空気を気筒1の吸気ポートへと導く。バイパス通路7の入口は、吸気通路3における吸気絞り弁35の上流の所定箇所に接続している。バイパス通路7の出口は、吸気通路3におけるスロットル弁33の下流の所定箇所(サージタンク34であることがある)に接続している。このバイパス通路7上には、バイパス弁71を設けてある。
The bypass passage 7 avoids the
内燃機関0の運転制御を司るECU(電子制御装置)6は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号b、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度要求信号c、サージタンク34内の吸気圧(過給圧)を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号d、サージタンク34の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号e等が入力される。出力インタフェースからは、インジェクタ11に対して燃料噴射信号f、点火プラグ(のイグニッションコイル)に対して点火信号g、EGR弁22に対して開度操作信号h、吸気絞り弁35に対して開度操作信号i、スロットル弁33に対して開度操作信号j、バイパス弁71に対して開度操作信号k等を出力する。
An ECU (electronic control unit) 6 that controls operation of the internal combustion engine 0 is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like. The input interface outputs a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the vehicle speed, a rotation speed signal b output from a rotation speed sensor that detects the engine rotation speed, and an accelerator sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal. An accelerator opening request signal c, an intake pressure signal d output from a pressure sensor for detecting intake pressure (supercharging pressure) in the
ECU6のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関0の運転を制御する。ECU6は、内燃機関0の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、eを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求EGR量等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号f、g、h、i、j、kを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the ECU 6 interprets and executes a program stored in the memory in advance, and controls the operation of the internal combustion engine 0. The
その上で、本実施形態では、アイドル運転時に所定の操作を行うことで吸気通路3にEGRガスを貯留し、その後加速要求を受けた際に気筒1に充填されるガスのEGR率を速やかに高められるようにしている。 In addition, according to the present embodiment, EGR gas is stored in the intake passage 3 by performing a predetermined operation during idle operation, and then the EGR rate of the gas filled in the cylinder 1 is quickly determined when an acceleration request is received. I try to increase it.
図2に、制御部たるECU6が実行する処理の手順を示している。ECU6は、アイドル運転に移行する旨の判定を下したとき(ステップS1)、EGR弁22を開き(ステップS2)、その開弁から所要の時間が経過した後に(ステップS3)EGR弁22の開度を絞るかまたは全閉する(ステップS5)。ステップS1では、例えば、アクセルペダルの踏込量が0または0に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が所定回転数(燃料カットを終了する復帰回転数)以下であることを条件として、アイドル状態に入るものと判断する。
FIG. 2 shows a procedure of processing executed by the ECU 6 serving as the control unit. When the
また、EGR弁22の開弁から所要の時間が経過した後(ステップS3)、スロットル弁33の開度を絞るかまたは全閉し(ステップS4)、かつ吸気絞り弁35を全閉する(ステップS6)。これらの操作ステップS2ないしS6により、吸気通路3における、EGR弁22の下流からスロットル弁33の上流までの範囲にEGRガスを充満させ、アイドル運転終了直後即ち再加速時の要求EGR率を達成できるようにする。
Further, after a predetermined time has elapsed since the
アイドル運転中は、バイパス弁71の開度を操作して吸気量を調整し、併せて燃料噴射量及び/または点火時期を調整することにより、エンジン回転数を目標アイドル回転数(通常、700rpmないし800rpm程度)にフィードバック制御する。そのために、ステップS4ないしS6とほぼ同時に、全閉していたバイパス弁71を開く(ステップS7)。 During the idling operation, the opening amount of the bypass valve 71 is manipulated to adjust the intake air amount, and the fuel injection amount and / or the ignition timing are also adjusted, so that the engine speed is set to the target idle speed (usually 700 rpm or less). Feedback control to about 800 rpm). For this purpose, the bypass valve 71 that has been fully closed is opened almost simultaneously with steps S4 to S6 (step S7).
しかして、アイドル運転から加速運転に移行する旨の判定を下したときには(ステップS9)、全閉していた吸気絞り弁35及びスロットル弁33をそれぞれ開く(ステップS10、S11)。ステップS9では、例えば、運転者によってアクセルペダルが踏み込まれたことを条件として、アイドル運転を終了し再加速を開始するものと判断する。加速要求がなければ、アイドル運転のための回転数制御を続行する(ステップS8)ことは言うまでもない。ステップS11では、スロットル弁33の開度を徐々に大きく開いてゆくようにし、吸気通路3におけるEGR弁22の下流からスロットル弁33の上流までの経路上に閉じ込めていたEGRガスが一挙に気筒1の燃焼室に流入してしまうことを抑制する。さもなくば、EGR過多となって失火を引き起こすおそれがあるからである。
Thus, when it is determined that the operation is to be shifted from the idle operation to the acceleration operation (step S9), the fully closed
並びに、ステップS10、S11と相前後して、バイパス弁71を全閉する(ステップS12)。ステップS12では、バイパス弁71の開度を徐々に小さく絞ってゆく。 At the same time as steps S10 and S11, the bypass valve 71 is fully closed (step S12). In step S12, the opening degree of the bypass valve 71 is gradually reduced.
因みに、バイパス通路7は、車両の減速時の失火を予防するためにも機能する。運転者がアクセルペダルの踏み込みを緩める減速要求がなされた場合、吸気量の減少とともに吸気に混入するEGRガス量を減じる必要がある。ところが、EGR弁22を閉止したとしても、EGR弁22の下流から気筒1までの経路上には少なからぬ量のEGRガスが残存しており、即時にEGR率を0まで低下させることは難しいという問題があった。
Incidentally, the bypass passage 7 also functions to prevent misfire during deceleration of the vehicle. When the driver requests to decelerate to depress the accelerator pedal, it is necessary to reduce the amount of EGR gas mixed into the intake air as the intake air amount decreases. However, even if the
そこで、減速要求があったときには、一時的にバイパス弁71を開弁してEGRガスを含まない空気をバイパス通路7経由で取り入れ、気筒1に充填されるガスのEGR率を実効的に低下させ、以てEGR過多による失火を予防するのである。減速時にはスロットル弁33の開度を絞るので、サージタンク34内圧力が負圧となり、バイパス弁71を開くのみでバイパス通路7を介して空気を流通させることが可能である。
Therefore, when a deceleration request is made, the bypass valve 71 is temporarily opened to take in air that does not contain EGR gas via the bypass passage 7 and effectively reduce the EGR rate of the gas filled in the cylinder 1. Therefore, misfire due to excessive EGR is prevented. Since the opening of the throttle valve 33 is reduced during deceleration, the pressure in the
本実施形態では、排気通路4に設けられたタービン52と、吸気通路3に設けられ前記タービン52により駆動されるコンプレッサ51と、前記排気通路4における前記タービン51の下流側と前記吸気通路3における前記コンプレッサ51の上流側とを接続するEGR通路2にEGR弁22が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、前記吸気通路3における前記EGR通路2の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁35と、前記吸気通路3における前記コンプレッサ51の下流側に設けられたスロットル弁33と、前記吸気通路3における前記吸気絞り弁35の上流側と前記スロットル弁33の下流側とを接続するバイパス通路7と、前記バイパス通路7に設けられたバイパス弁71と、アイドル状態に移行したとき、前記EGR弁22を開き、しかる後にこのEGR弁22を絞るかまたは全閉するとともに、前記スロットル弁33を絞るかまたは全閉し、前記吸気絞り弁35を全閉し、かつ前記バイパス弁71を開く操作を実施する制御部6とを具備する内燃機関0を構成したため、アイドル運転中にバイパス通路7経由で気筒1に空気を供給しつつ、EGR弁22の下流からスロットル弁33の上流までの経路上にEGRガスを閉じ込め貯留しておくことが可能になる。そして、加速要求のあった暁には、スロットル弁33を開いて、貯留していたEGRガスを速やかに気筒1に供給、吸気のEGR率を高めることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態によれば、アイドル運転から加速運転に移行する際にEGR弁22を開放操作しても即座にEGR率が上昇しない問題を有効に解消できる。従って、燃費の向上に奏効し、ノッキング等の発生を予防することができる。実際の吸気のEGR率を要求EGR率に速やかに収束させる、即ち外部EGR率の制御の応答性を高めることができるので、内部EGRに依存せずに済む。可変バルブタイミングの自由度も向上する。
According to the present embodiment, it is possible to effectively solve the problem that the EGR rate does not immediately increase even when the
なお、本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. The specific configuration of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される過給機付きの内燃機関に適用することができる。 The present invention can be applied to an internal combustion engine with a supercharger mounted on a vehicle or the like.
0…内燃機関
2…EGR通路
3…吸気通路
33…スロットル弁
35…吸気絞り弁
4…排気通路
5…過給機
51…コンプレッサ
6…制御部(ECU)
7…バイパス通路
71…バイパス弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Internal combustion engine 2 ... EGR passage 3 ... Intake passage 33 ...
7 ... Bypass passage 71 ... Bypass valve
Claims (1)
吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、
前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するEGR通路にEGR弁が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、
前記吸気通路における前記EGR通路の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットル弁と、
前記吸気通路における前記吸気絞り弁の上流側と前記スロットル弁の下流側とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたバイパス弁と、
アイドル状態に移行したとき、前記EGR弁を開き、しかる後にこのEGR弁を絞るかまたは全閉するとともに、前記スロットル弁を絞るかまたは全閉し、前記吸気絞り弁を全閉し、かつ前記バイパス弁を開く操作を実施する制御部と
を具備する内燃機関。 A turbine provided in the exhaust passage;
A compressor provided in the intake passage and driven by the turbine;
A low-pressure loop exhaust gas recirculation device in which an EGR valve is provided in an EGR passage connecting the downstream side of the turbine in the exhaust passage and the upstream side of the compressor in the intake passage;
An intake throttle valve provided on the upstream side of the connection portion of the EGR passage in the intake passage;
A throttle valve provided on the downstream side of the compressor in the intake passage;
A bypass passage connecting the upstream side of the intake throttle valve and the downstream side of the throttle valve in the intake passage;
A bypass valve provided in the bypass passage;
When transitioning to the idle state, the EGR valve is opened, and then the EGR valve is throttled or fully closed, the throttle valve is throttled or fully closed, the intake throttle valve is fully closed, and the bypass An internal combustion engine comprising a control unit that performs an operation of opening a valve.
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