JP4258139B2

JP4258139B2 - Variable swirl control device for diesel engine

Info

Publication number: JP4258139B2
Application number: JP2001179313A
Authority: JP
Inventors: 吉瓏張
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: JP2002371856A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジンの可変スワールシステム（以下ＶＳＳともいう）に関し、可変スワールシステムの機能を保持しつつ、低回転低負荷時における加速運転状態においてドライバビリティを悪化させないようにした技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガスに対する規制は年々強化されており、シリンダ内で燃料が燃焼する際に発生する黒煙いわゆるスモークに対しても低減要求が高まってきている。
【０００３】
ディーゼルエンジンはその燃焼室形状により大きく分けて２つに大別される。１つは主燃焼室の他に副室を設けて燃料をその副室に噴射し、着火した燃焼ガスを主燃焼室に導く副室式と、もう１つは主燃焼室に直接燃料を噴射し燃焼を行わせる直接燃料噴射式いわゆる直噴式である。
【０００４】
副室式の場合は、副室から主室に導く際に発生する空気流動を利用して燃焼ガスとシリンダ空気との混合を促進することができ、スモークや炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの排気ガス特性は優れているものの、絞り損失および副室、主室における燃焼ガスとの壁面衝突による熱損失が極めて大きいため、燃費が悪く、近年のディーゼルエンジンでは、熱損失が少なく燃費の向上が見込める直噴式が主流となってきている。しかし、一方で直噴式ディーゼルエンジンは副室式に比べ空気と燃料との混合に課題があり、燃焼室内の空気利用率が悪いとスモークが発生しやすいという問題がある。その対策として吸気ポートの形状を工夫し、吸気によりシリンダ内に投入される空気に旋回流いわゆるスワールを発生させて空気と燃料の混合を図っている。
【０００５】
しかし、スワールの強さにも適正値があり、スワールが弱いと燃料噴霧は液滴のまま燃焼室の壁面に衝突して燃焼室内の空気を充分利用することができず不完全燃焼を起こしてスモークやＨＣを発生してしまい、またスワールが強すぎると燃料噴射が燃料噴霧が燃焼室の壁面まで到達せずに中心部に巻き込まれ却って外周部の空気が利用されずスモークが悪化するといった現象がある。すなわち吸気ポート形状が固定された場合のスワールの強弱はエンジン回転速度つまりピストンの作動速度に応じて変化するため、低回転速度にスワールをマッチングさせると高回転速度でオーバースワールとなり、高回転速度にマッチングさせればその逆の問題が発生するということになる。
【０００６】
そこで、上記したような問題に対してはエンジン回転速度に応じて適度なスワールを得るための可変スワールシステムが従来から提案されており広く採用されるに至っている。
【０００７】
従来技術の一例として可変スワールシステムを有する２つの吸気ポートが設けられたディーゼルエンジンを説明する。
本従来例のディーゼルエンジンにおいては、シリンダヘッドにシリンダ内に連通する２つの吸気ポートが設けられている。一方の吸気ポートはシリンダ内に強いスワールを発生させるべく旋回流が発生しやすい形状のヘリカルポートに形成されており、他方の吸気ポートは一方吸気ポートであるヘリカルポートを通ることによって生成されたスワールを打ち消し旋回流を発生しないような形状のタンジェンシャルポートに形成されている。
【０００８】
上記タンジェンシャルポートによって形成された吸気ポートには、通路面積を変更するための可変スワール弁機構が配置されている。この可変スワール弁機構は、吸気ポート内に配設された可変スワール弁と該可変スワール弁を作動せしめるアクチュエータとからなっており、該アクチュエータがコントローラによって制御されるようになっている。
【０００９】
コントローラには可変スワール弁機構の制御マップが記憶されている。この制御マップは、エンジン回転速度が低い領域では可変スワール弁を閉じるように、また、エンジン回転速度が高い領域では可変スワール弁を開くように設定されている。
【００１０】
上記のように可変スワール弁機構を制御することにより、低回転速度領域では、ヘリカルポートのみがシリンダに連通し、ヘリカルポートによって発生させられる旋回流がシリンダ内に投入される。このヘリカルポートの形状は低回転速度領域で単独でシリンダ内に連通された時に適度なスワールが発生するようにチューニングされている。一方、高回転速度領域になったときには、吸気の流入速度が上昇し、ヘリカルポートのみがシリンダ内に連通されているとオーバースワールになってしまう。そこで可変スワール弁機構を開弁し、タンジェンシャルポートからの直進性の高い吸気が他方の吸気弁を通じてシリンダ内に連通されるように制御される。これにより、ヘリカルポートによって発生せしめられるスワールが、タンジェンシャルポートによってシリンダ内に投入される直進性の高い吸気と衝突して適度にその旋回流が減衰せしめられて結果的にエンジンが高回転速度で運転しているにもかかわらず適度なスワールが与えられることとなる。なお、本従来例では２つの吸気ポートの一方にヘリカルポートを形成し他方にタンジェンシャルポートを形成するとともに、タンジェンシャルポートに可変スワール弁機構を配設した可変スワールシステムを例示したが、吸気ポートが１つのエンジンに適用したタイプの可変スワールシステムもあり様々なタイプが提案されている。しかし、吸気ポートの一部を絞ったり、開放したりしながらスワールの強さを調整する基本的な思想は大きく異なるものではない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような可変スワールシステムにより、エンジンの運転状態に係わらず適度なスワールを与えることが可能になっているが、エンジンの低回転速度において吸気ポートの通路面積を絞っていることにより、エンジンの吸気行程にあるピストンの下降にとっては抵抗となり、いわゆるポンピングロスが生じている状態となる。エンジンが安定している定常状態においては、特にドライバーがこのポンピングロスを感じる事はないし、適度なスワールを与えられていることによる排気ガス及び出力の向上でポンピングロスは大きな問題ではない。しかし、低回転低負荷領域内で加速運転状態に移行した場合にはこのポンピングロスがドライバーが感じるいわゆるもたつき感の原因となってしまう。特にディーゼルエンジンが搭載された車両で市街地走行、例えば信号待ちからの発進等の加速運転はその問題が顕著となる。
【００１２】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、その主たる技術的課題は、可変スワールシステムの機能を保持しつつ、低回転低負荷時における加速運転状態でのドライバビリティの悪化を防止することができるディーゼルエンジンの可変スワール制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために本発明においては、
「シリンダヘッドにシリンダ内に連通する２つの吸気ポートが設けられ、一方の吸気ポートがシリンダ内にスワールを発生させる形状のヘリカルポートに形成され、他方の吸気ポートが該ヘリカルポートにより発生されたスワールを打ち消すタンジェンシャルポートに形成されており、かつ、該タンジェンシャルポートの通路面積を変更することによりシリンダ内のスワールを変更する可変スワール弁機構を有し、少なくともエンジンの回転速度に応じて可変スワール弁機構を制御するディーゼルエンジンの可変スワール制御装置において、
エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、少なくともエンジン回転速度をパラメータとし、低回転速度領域では該可変スワール弁機構を閉じるように、高回転領域では可変スワール弁機構を開くように設定した可変スワール弁制御マップと、エンジン回転速度検出手段からの検出信号と該可変スワール弁制御マップに基づいて該可変スワール弁機構を制御するコントローラと、を有し、
該コントローラは、該エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷により加速運転状態か否かを判定し、加速運転状態において、エンジン回転速度が低回転領域にありエンジン負荷が高負荷領域にある場合には、該可変スワール弁機構の該可変スワール制御マップに基づく制御を継続するとともに、エンジン回転速度が低回転領域にありエンジン負荷が低負荷領域にある場合には、所定期間の間、該可変スワール弁機構を該可変スワール弁制御マップ上の値よりも大きな開度となるように制御し、所定期間経過後は該可変スワール制御マップに基づき制御する」
ことを特徴とするディーゼルエンジンの可変スワール制御装置が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に基づくディーゼルエンジンの可変スワールシステムに関する実施形態を図１〜図６により説明する。
【００１５】
図１にディーゼルエンジンのシステム全体図を示す。図１において、シリンダブロックおよびシリンダヘッド等からなるエンジン本体２には、吸気通路の一部を構成する吸気マニホールド３および排気通路の一部を構成する排気マニホールド４が配設されている。吸気マニホールド３には吸気通路の一部を構成する吸気管５が接続されており、この吸気管５の最上流部に吸入空気を清浄化するエアクリーナ６が配設されている。エアクリーナ６で清浄化された吸入空気は吸気管５を通り吸気マニホールド３、２つの吸気ポート２１、２２を介してシリンダ２０内に供給される。一方の吸気ポート２１は旋回流が生じやすい形状のヘリカルポートに形成されており、他方の吸気ポート２２は直進性の高い吸気がシリンダに投入される形状のタンジェンシャルポートに形成されている。この２つのポートは互いに並列に並べられ、タンジェンシャルポートに形成された他方の吸気ポート２２側に可変スワール弁機構３０（Ｖ１）は配設されている。この可変スワール弁機構３０（Ｖ１）により吸気ポート２２通路面積を変更または開閉することによりシリンダ２０内で発生するスワールの強弱が調整される。なお、上記吸気ポート２１、２２の出口部にはそれぞれ吸気バルブ２３、２４が配設されている。上記排気マニホールド４には排気通路の一部を形成する排気管７が接続されており、シリンダ２０内で生成された排気ガスは排気ポート２６ａ、２６ｂ、排気マニホールド４および排気管７を通して排出される。なお、排気ポート２６ａ、２６ｂの入口部にはそれぞれ排気バルブ２５ａ、２５ｂが配設されている。
【００１６】
図示のディーゼルエンジンは、吸入空気を過給するためのターボチャージャー８を備えている。このターボチャージャー８は、排気管７に配設された排気タービン８１と、吸気管５に配設された吸気コンプレッサ８２とを有している。また、図示のディーゼルエンジンは、上記排気タービン８１より上流側の排気管７と上記吸気コンプレッサ８２より下流側の吸気管５とを連絡する排気ガス還流（ＥＧＲ）通路９を具備している。ＥＧＲ通路９にはＥＧＲバルブおよびＥＧＲバルブ駆動アクチュエータからなるＥＧＲバルブ機構１１が配設されている。このＥＧＲバルブ機構１１は、例えば図示しない負圧タンクに接続されており、コントローラ１０によりＥＧＲ率が制御される。
【００１７】
また、吸気通路５とＥＧＲ通路の接続部分よりも上流側の吸気通路５上には吸気絞り弁１２が配置されており、図示しないバキュームタンク等に接続されたアクチュエータがコントローラの指示信号によりその開度が制御される。なお、ＥＧＲ制御および吸気絞り弁の制御については本発明の主たる構成ではないのでその詳細な説明を省略する。
【００１８】
図１のシリンダ２０の周辺部を拡大した図２に基づき可変スワール弁機構の作動について説明する。なお、図１中ではシリンダを１つしか記載していないが、他のシリンダは省略している。
【００１９】
図２では排気弁、排気ポート、およびシリンダ２０の中央部に配置されるインジェクタなどは省略している。また、可変スワール弁機構３０（Ｖ１）には図示しない負圧アクチュエータおよび負圧タンクが接続されている。この可変スワール弁機構３０（Ｖ１）は、後述するコントローラ１０の指示信号によりアクチュエータの負圧がコントロールされ開閉制御される。
【００２０】
ここで説明する本実施形態における可変スワール装置は従来の技術において説明したものと同様の構成をとっている。本実施形態のディーゼルエンジンのシリンダ２０にはシリンダ内に強いスワールを発生させるべく旋回流が発生しやすい形状を与えられたヘリカルポート２１と、旋回流を発生しないように形成されたタンジェンシャルポート２２が設けられており、このヘリカルポート２１とタンジェンシャルポート２２により吸気ポートが構成されている。
【００２１】
上記タンジェンシャルポート２２には通路の開閉を行う弁、いわゆる可変スワール弁と、可変スワール弁を駆動するアクチュエータからなる可変スワール弁機構３０が配置されており、該アクチュエータは図示しない負圧タンク等に接続され、後述するコントローラ１０により駆動制御される。
【００２２】
コントローラ１０により、低回転速度領域では、図２の（ａ）に示すようにヘリカルポート２１のみがシリンダに連通して、ヘリカルポートによって発生させられる旋回流が吸気弁２３よりシリンダ内に投入される。このヘリカルポート２１の形状は低回転速度領域で単独でシリンダ内に連通された時に適度なスワールが発生するようにチューニングされている。一方、高回転速度領域になったときには、図２の（ｂ）に示すようにこのヘリカルポート２１のみがシリンダ内に連通されているとオーバースワールになってしまうためタンジェンシャルポート２２からの吸気が吸気弁２４を通じてシリンダ内に連通される。これにより、ヘリカルポート２１によって発生せしめられるスワールがタンジェンシャルポート２２によってシリンダ内に投入される吸気と衝突して適度にその旋回流が減衰せしめられて結果的にエンジンが高回転速度で運転しているにもかかわらず適度なスワールが与えられることとなる。
【００２３】
コントローラ１０は中央演算処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）、計時を行うタイマー（Ｔ）、及びカウンタ（Ｆ）を備えており、ＲＯＭには後述する演算プログラム、燃料噴射量制御マップ、可変スワール弁制御マップ、加速運転領域判定マップ等の制御マップが格納されている。またＩ／Ｏにはアクセル開度センサ１３、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段としてのエンジン回転速度センサ１４等の各種検出装置、および可変スワール弁機構３０（Ｖ１）、ＥＧＲバルブ機構１１、吸気絞り弁機構１２などの制御対象機器が接続されている。
【００２４】
次にコントローラ１０が実行する制御について、図３に示すフローチャートに基づき説明する。本フローチャートは可変スワール弁機構の制御を行うフローチャートのみを示しているが、実際にはコントローラ１０はエンジンの統合制御を行っており、エンジンの燃料噴射制御やＥＧＲの制御及び異常診断などの制御も実行している。もちろん可変スワールシステム制御の専用コントローラとして本フローチャートをメインプログラムとするシステムとすることも可能であることは言うまでもない。
【００２５】
本フローチャートに基づいて制御がスタートするのは、燃料噴射量が増量された始動モードが終了し通常のＲＵＮモードに移行したときである。後述するが移行直後に加速を検出しないよう、最初に演算される燃料噴射量Ｑｔ（１）の架空の前回値となる初期値Ｑｔ（０）はＦｕｌｌ（最大値）が与えられている。Ｑｔ（０）は実際には燃料噴射量としては実行されない。またカウンタＦにも初期値としてＦ＝０が与えられている。
【００２６】
ステップＳ１：アクセル開度センサ１３とエンジン回転速度センサ１４からアクセル開度（Ａｃ）及びエンジン回転速度（Ｎｅ）を読み込む。
【００２７】
ステップＳ２：ステップＳ１において読み込んだ（Ａｃ）と（Ｎｅ）をパラメータとする図４に示す燃料噴射量マップ（ｍａｐ▲１▼）から、今回の目標燃料噴射量（Ｑｔ（ｉ））を算出する。この目標燃料噴射量は、後述するエンジン負荷を示すパラメータとして扱われ、この目標燃料噴射量の算出が本発明におけるエンジン負荷検出手段として機能する。
【００２８】
ステップＳ３：ステップＳ１において読み込んだ（Ｎｅ）及びステップＳ２において算出した（Ｑｔ（ｉ））をパラメータとする図５に示す可変スワール弁制御マップ（ｍａｐ▲２▼）から基本可変スワール弁制御値（Ｖｍ）を可変スワール弁制御値（Ｖｘ）に代入する。本マップはエンジン回転速度値である（Ｎｅ）と、エンジン負荷値としての（Ｑｔ（ｉ））をパラメータとし、低回転速度で可変スワール弁が閉じられるように、また高回転速度で可変スワール弁機構が開けられるようにまた、低負荷領域では高負荷領域よりも若干エンジン回転速度が高い領域においても可変スワール弁機構が閉じられるようになっている。なお、本実施例においては開閉のみの２つの値による制御であるが、これを多段階に制御するものであっても良い。
【００２９】
ステップＳ４：加速中か否かで変化するカウンタＦが“０”か否か判定する。上述したように、初期値としてはＦ＝０が与えられているので、加速を検出するまではＦ＝０である。加速を以前のルーチンで検出していない場合、つまりＦ＝０の場合はそのままステップＳ５に進む。また、Ｆ＝０でない場合は、前回以前のルーチンで加速運転状態と判定しており、加速運転状態における制御を実行している期間であるので、改めて加速運転状態か否かを判断しないようにステップＳ５をスキップし、ステップＳ６に進む。
【００３０】
ステップＳ５：エンジンが加速運転状態に移行したか否かを判定する。エンジンが加速運転状態に移行したか否かは、前述した（ステップＳ２）エンジン負荷検出手段によりエンジン負荷として検出する燃料噴射量の変化状態をとらえて、前回算出した燃料噴射量（Ｑｔ（ｉ−１））と今回の燃料噴射量（Ｑｔ（ｉ））の変化量が所定値（Ｑａｃｃ）以上か否かで判断する。この所定値（Ｑａｃｃ）は信号待ちから発進する場合のような小さな燃料噴射量の変化をとらえられる基準に設定される。ここで加速運転状態になったと判断される場合は、ステップＳ６に進む。
【００３１】
ステップＳ６：今回の燃料噴射量Ｑｔ（ｉ）とエンジン回転速度Ｎｅにより、図６に示すような加速運転領域判定マップ（ｍａｐ３）を用いて、その加速が、低回転でかつ所定負荷以下の低負荷の領域における加速か否かが判断される。つまり、加速運転領域判定マップは、エンジンが低回転かつ低負荷領域にあることを判別するものであり、これによって、低回転領域であっても所定負荷を超えるような高負荷領域での加速においては、可変スワール制御マップに基づく制御を継続して可変スワール弁が閉じられた状態を維持することが可能となる。加速運転領域判定マップの領域形状は、図５に示された可変スワール弁制御マップ（ｍａｐ２）の低回転の領域形状（図５中の斜線部）を考慮した領域形状とすることが好ましい。
【００３２】
また、本実施形態では図６に示されるマップにより加速運転領域としての低回転低負荷領域を判定したが、単純にＮｅ＜Ｎｅｌｏｗ（低回転速度領域）＆Ｑｔ（ｉ）＜Ｑｌｏｗ（低負荷領域）として判断しても良い。この場合も、可変スワール弁制御マップの可変スワール弁が閉じられる領域を考慮して低回転、低負荷領域が定義されるようにする。このような判断ステップにすることでマップの記憶領域、及び参照プログラムによるコントローラ１０の実行負荷が軽減される。そしてここで加速運転が低負荷低回転速度領域で行われたと判断された場合は、次のステップＳ７に進む。
【００３３】
ステップＳ７及びステップＳ８：ステップＳ７では加速運転が検出された時にカウンタＦが設定値（Ｆｔｉｍｅｒ）未満か否か（Ｆ＜Ｆｔｉｍｅｒ？）が判断される。このカウンタＦは本プログラムルーチンが１回実行されるごとに１づつ増えるように（ステップＳ８）なっており、このステップＳ７の設定値によりステップＳ８以下のルーチンが実行される回数（つまり期間）が設定されることになる。ステップＳ７の設定値が“Ｆｔｉｍｅｒ＝１”になっていれば後述するステップＳ１０のルーチンが１度実行されたのみで終了する。なお、本実施形態では所定期間の計測にカウンタＦを用いたが、コントローラのタイマ機能（Ｔ）を用い時間計測で実行しても構わないことは言うまでもない。また、設定値（Ｆｔｉｍｅｒ）の値はエンジンの特性に基づき任意に設定可能である。
【００３４】
ステップＳ９：上記ステップＳ６およびステップＳ７でＮｏと判断された場合は、加速運転中の可変スワール弁を開弁する制御が既に必要ないと判断されたことになるので、加速運転時の制御を行うべくプログラムのルーチン回数をカウントしていたＦの値をリセット（Ｆ＝０）する。
【００３５】
ステップＳ１０：ステップＳ１０では加速運転状態でかつ加速運転が低回転低負荷領域において行われたと判断されたので、ステップＳ３求められた制御値Ｖｘに代入された基本可変スワール弁制御値Ｖｍを破棄し、Ｖｘに可変スワール弁制御値の最大値Ｖｏｐｅｎを代入する。
【００３６】
ステップＳ１１：上記各ステップにおいて代入された可変スワール弁制御値（Ｖｘ）を可変スワール弁機構３０（Ｖ１）に出力する。つまり、ステップＳ５にて加速運転状態にないことが継続していると判断された時、ステップＳ６にて加速運転状態であっても、加速が高負荷状態或いは高回転速度状態である場合、またステップＳ７にて加速運転後の可変スワール弁の開弁制御が終了した場合は可変スワール弁制御マップ（ｍａｐ▲２▼）の値（基本制御値）がそのまま出力される。また、ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７においていずれもｙｅｓとなった場合は、上記可変スワール弁制御マップ（ｍａｐ▲２▼）から求められた値（基本制御値＝Ｖｍ）を破棄し、可変スワール弁機構３０（Ｖ１）を全開とするような値（Ｖｏｐｅｎ）を制御値として出力する。
【００３７】
なお、上記の実施形態では、低回転低負荷領域における加速運転状態を検出した場合の対応として、可変スワール弁機構を全開としたが、可変スワール弁制御マップを複数の開度設定としている場合は、少なくとも可変スワール弁制御マップ上により得られる開度よりも大きくなるように制御を行えば本発明の作用効果が得ることができることはその技術思想から明らかである。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明では、低回転しかも低負荷の領域における加速運転状態を検出した場合は、ポンピングロスの原因となる可変スワール弁機構の絞りを、可変スワール弁機構に対して通常出力される制御上の値よりもその開度が大きくなるように制御し作動させる。したがって、信号待ちからの発進時や低回転低負荷領域において加速する場合等にエンジン回転速度が速やかに上昇し、結果として車両のもたつき感を解消しドライバビリティーを向上させることが可能となる。そして、低回転であっても高負荷状態での加速においては、可変スワール弁機構の開度が通常出力される制御上の値に維持される。そのため、シリンダ内のスワールが適正な強度に維持され、エンジンが高負荷状態にありシリンダ内に噴霧される燃料噴射量が増大していても、燃料が液滴のまま燃焼室の壁面に衝突して不完全燃焼を起こしスモーク等を発生することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくディーゼルエンジンの可変スワール装置を示す概略構成図。
【図２】図１の可変スワール装置の作動説明図。
【図３】図１の可変スワール装置を構成するコントローラが実行する制御フローチャート。
【図４】燃料噴射量制御マップ。
【図５】可変スワール弁制御マップ。
【図６】加速運転領域判定マップ。
【符号の説明】
２：ディーゼルエンジン
３：吸気マニホールド
４：排気マニホールド
５：吸気通路
６：エアクリーナ
７：排気通路
８（８１，８２）：ターボチャージャー
９：ＥＧＲ通路
１０：コントローラ
１１：ＥＧＲバルブ機構
１２：吸気絞り弁
１３：アクセル開度センサ
１４：エンジン回転センサ
２０：シリンダ
２１、２２：吸気ポート
２３、２４：吸気弁
２５ａ，２５ｂ：排気弁
２６ａ，２６ｂ：排気ポート
３０：可変スワール弁機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable swirl system (hereinafter also referred to as VSS) of a diesel engine, and relates to a technique that keeps the function of the variable swirl system and does not deteriorate drivability in an acceleration operation state at low rotation and low load.
[0002]
[Prior art]
Recent regulations on exhaust gas from internal combustion engines, particularly diesel engines, have been strengthened year by year, and there is an increasing demand for reduction of so-called smoke, which is generated when fuel burns in a cylinder.
[0003]
Diesel engines are roughly classified into two types according to the shape of the combustion chamber. One is a sub-chamber type in which a sub-chamber is provided in addition to the main combustion chamber and fuel is injected into the sub-chamber and the ignited combustion gas is guided to the main combustion chamber. The other is direct injection of fuel into the main combustion chamber. This is a direct fuel injection type so-called direct injection type.
[0004]
In the case of the sub chamber type, mixing of combustion gas and cylinder air can be promoted by utilizing the air flow generated when the sub chamber is led to the main chamber, and smoke, hydrocarbons (HC), nitrogen oxides can be promoted. Although the exhaust gas characteristics such as (NOx) are excellent, the fuel loss is poor because the throttle loss and the heat loss due to the wall collision with the combustion gas in the sub chamber and the main chamber are extremely large. In recent diesel engines, the heat loss is low. The direct injection type, which is expected to improve fuel efficiency, is becoming mainstream. However, on the other hand, the direct injection type diesel engine has a problem in mixing air and fuel as compared with the sub-chamber type, and there is a problem that smoke is easily generated if the air utilization rate in the combustion chamber is low. As a countermeasure, the shape of the intake port is devised, and a swirling flow so-called swirl is generated in the air that is introduced into the cylinder by the intake air to mix the air and fuel.
[0005]
However, there is an appropriate value for the strength of the swirl, and if the swirl is weak, the fuel spray collides with the wall of the combustion chamber as droplets and cannot fully use the air in the combustion chamber, causing incomplete combustion. Phenomena in which smoke or HC is generated, and if the swirl is too strong, the fuel injection is caught in the center of the combustion chamber without reaching the wall of the combustion chamber, and the air in the outer periphery is not used and smoke is deteriorated There is. In other words, the strength of the swirl when the shape of the intake port is fixed changes according to the engine speed, that is, the piston operating speed, so when the swirl is matched to the low speed, it becomes over swirl at the high speed and the high speed If matched, the opposite problem will occur.
[0006]
Therefore, a variable swirl system for obtaining an appropriate swirl according to the engine rotation speed has been proposed and widely adopted for the above problems.
[0007]
As an example of the prior art, a diesel engine provided with two intake ports having a variable swirl system will be described.
In the conventional diesel engine, the cylinder head is provided with two intake ports communicating with the inside of the cylinder. One intake port is formed into a helical port with a shape that tends to generate a swirl flow to generate a strong swirl in the cylinder, and the other intake port is a swirl generated by passing through a helical port that is one intake port Is formed into a tangential port shaped so as to cancel out the swirling flow and generate no swirling flow.
[0008]
The intake port formed by the tangential port is provided with a variable swirl valve mechanism for changing the passage area. The variable swirl valve mechanism includes a variable swirl valve disposed in an intake port and an actuator that operates the variable swirl valve, and the actuator is controlled by a controller.
[0009]
The controller stores a control map of the variable swirl valve mechanism. This control map is set so that the variable swirl valve is closed in a region where the engine rotational speed is low, and the variable swirl valve is opened in a region where the engine rotational speed is high.
[0010]
By controlling the variable swirl valve mechanism as described above, in the low rotational speed region, only the helical port communicates with the cylinder, and the swirling flow generated by the helical port is introduced into the cylinder. The shape of this helical port is tuned so that an appropriate swirl is generated when it is communicated with the cylinder alone in the low rotational speed region. On the other hand, when the high rotational speed region is reached, the inflow speed of the intake air rises, and if only the helical port is communicated with the cylinder, an over swirl occurs. Therefore, the variable swirl valve mechanism is opened, and control is performed so that intake air having high straightness from the tangential port is communicated with the cylinder through the other intake valve. As a result, the swirl generated by the helical port collides with the highly linear intake air that is introduced into the cylinder by the tangential port, and the swirling flow is moderately attenuated. A moderate swirl will be given despite driving. In this conventional example, a variable swirl system in which a helical port is formed on one of the two intake ports and a tangential port is formed on the other and a variable swirl valve mechanism is disposed on the tangential port is illustrated. There is also a variable swirl system of the type applied to one engine, and various types have been proposed. However, the basic idea of adjusting the strength of the swirl while narrowing or opening a part of the intake port is not significantly different.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The variable swirl system as described above can provide an appropriate swirl regardless of the operating state of the engine. However, by reducing the passage area of the intake port at a low engine speed, It becomes resistance to the lowering of the piston in the intake stroke, and a so-called pumping loss occurs. In the steady state where the engine is stable, the driver does not feel this pumping loss, and the pumping loss is not a big problem because the exhaust gas and the output are improved by being given an appropriate swirl. However, when shifting to the acceleration operation state in the low rotation and low load region, this pumping loss causes a so-called feeling of stickiness that the driver feels. In particular, the problem becomes remarkable when driving in an urban area with a vehicle equipped with a diesel engine, for example, acceleration operation such as starting from a signal wait.
[0012]
The present invention has been made in view of the above points, and its main technical problem is to prevent deterioration of drivability in an accelerated operation state at low rotation and low load while maintaining the function of the variable swirl system. An object of the present invention is to provide a variable swirl control device for a diesel engine.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in order to solve the above problems, in the present invention,
“The cylinder head is provided with two intake ports communicating with the inside of the cylinder, one of the intake ports is formed into a helical port that generates a swirl in the cylinder, and the other intake port is a swirl generated by the helical port. And a variable swirl valve mechanism that changes the swirl in the cylinder by changing the passage area of the tangential port , and at least the variable swirl according to the rotational speed of the engine In the diesel engine variable swirl control device that controls the valve mechanism,
An engine rotation speed detection means for detecting the engine rotation speed, an engine load detection means for detecting the engine load, and at least the engine rotation speed as a parameter, and the variable swirl valve mechanism is closed in the low rotation speed area. Has a variable swirl valve control map that is set to open the variable swirl valve mechanism, a detection signal from the engine rotation speed detecting means, and a controller that controls the variable swirl valve mechanism based on the variable swirl valve control map. And
The controller determines whether or not the engine is in an acceleration operation state based on the engine load detected by the engine load detection means, and when the engine rotation speed is in a low rotation region and the engine load is in a high load region in the acceleration operation state . is the variable with the swirl valve to continue the variable based on the swirl control map control mechanism, when the engine load has engine rotational speed is in the low rotation region is in the low load range, for a predetermined time period, the variable swirl The valve mechanism is controlled to have an opening larger than the value on the variable swirl valve control map, and is controlled based on the variable swirl control map after a predetermined period of time. "
A variable swirl control device for a diesel engine is provided.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments relating to a variable swirl system for a diesel engine according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0015]
FIG. 1 shows a system diagram of a diesel engine. In FIG. 1, an engine body 2 including a cylinder block and a cylinder head is provided with an intake manifold 3 constituting a part of an intake passage and an exhaust manifold 4 constituting a part of an exhaust passage. An intake pipe 5 that constitutes a part of the intake passage is connected to the intake manifold 3, and an air cleaner 6 that cleans intake air is disposed at the most upstream portion of the intake pipe 5. The intake air purified by the air cleaner 6 passes through the intake pipe 5 and is supplied into the cylinder 20 through the intake manifold 3 and the two intake ports 21 and 22. One intake port 21 is formed as a helical port having a shape in which a swirl flow is likely to occur, and the other intake port 22 is formed as a tangential port having a shape in which intake air having high straightness is introduced into the cylinder. These two ports are arranged in parallel with each other, and the variable swirl valve mechanism 30 (V1) is disposed on the other intake port 22 side formed in the tangential port. By changing or opening / closing the intake port 22 passage area by the variable swirl valve mechanism 30 (V1), the strength of the swirl generated in the cylinder 20 is adjusted. Note that intake valves 23 and 24 are arranged at the outlets of the intake ports 21 and 22, respectively. An exhaust pipe 7 that forms a part of the exhaust passage is connected to the exhaust manifold 4, and exhaust gas generated in the cylinder 20 is exhausted through the exhaust ports 26 a and 26 b, the exhaust manifold 4 and the exhaust pipe 7. . Exhaust valves 25a and 25b are provided at the inlets of the exhaust ports 26a and 26b, respectively.
[0016]
The illustrated diesel engine includes a turbocharger 8 for supercharging intake air. The turbocharger 8 includes an exhaust turbine 81 disposed in the exhaust pipe 7 and an intake compressor 82 disposed in the intake pipe 5. The illustrated diesel engine includes an exhaust gas recirculation (EGR) passage 9 that connects the exhaust pipe 7 upstream of the exhaust turbine 81 and the intake pipe 5 downstream of the intake compressor 82. An EGR valve mechanism 11 including an EGR valve and an EGR valve driving actuator is disposed in the EGR passage 9. The EGR valve mechanism 11 is connected to a negative pressure tank (not shown), for example, and the controller 10 controls the EGR rate.
[0017]
An intake throttle valve 12 is disposed on the intake passage 5 upstream of the connection portion between the intake passage 5 and the EGR passage, and an actuator connected to a vacuum tank (not shown) is opened by an instruction signal from the controller. The degree is controlled. Since the EGR control and the intake throttle valve control are not the main configuration of the present invention, detailed description thereof will be omitted.
[0018]
The operation of the variable swirl valve mechanism will be described with reference to FIG. 2 in which the periphery of the cylinder 20 in FIG. 1 is enlarged. In FIG. 1, only one cylinder is shown, but the other cylinders are omitted.
[0019]
In FIG. 2, an exhaust valve, an exhaust port, an injector disposed at the center of the cylinder 20 and the like are omitted. Further, a negative pressure actuator and a negative pressure tank (not shown) are connected to the variable swirl valve mechanism 30 (V1). This variable swirl valve mechanism 30 (V1) is controlled to be opened and closed by controlling the negative pressure of the actuator by an instruction signal from the controller 10 described later.
[0020]
The variable swirl device in the present embodiment described here has the same configuration as that described in the prior art. The cylinder 20 of the diesel engine of the present embodiment is provided with a helical port 21 having a shape in which a swirl flow is likely to be generated so as to generate a strong swirl in the cylinder, and a tangential port 22 formed so as not to generate a swirl flow. The helical port 21 and the tangential port 22 constitute an intake port.
[0021]
The tangential port 22 is provided with a variable swirl valve mechanism 30 including a valve that opens and closes a passage, a so-called variable swirl valve, and an actuator that drives the variable swirl valve. Connected and driven and controlled by a controller 10 described later.
[0022]
In the low rotational speed region, the controller 10 allows only the helical port 21 to communicate with the cylinder as shown in FIG. 2A, and the swirling flow generated by the helical port is introduced into the cylinder from the intake valve 23. . The shape of the helical port 21 is tuned so that an appropriate swirl is generated when the helical port 21 communicates with the cylinder alone in the low rotation speed region. On the other hand, when the high rotational speed region is reached, as shown in FIG. 2 (b), if only this helical port 21 is in communication with the cylinder, an over swirl will occur, so intake from the tangential port 22 The intake valve 24 communicates with the inside of the cylinder. As a result, the swirl generated by the helical port 21 collides with the intake air introduced into the cylinder by the tangential port 22 so that the swirl flow is appropriately attenuated, resulting in the engine operating at a high rotational speed. In spite of this, a moderate swirl will be given.
[0023]
The controller 10 includes a central processing unit (CPU), a storage device (ROM, RAM), an input / output interface (I / O), a timer (T) for measuring time, and a counter (F). Control maps such as a calculation program, a fuel injection amount control map, a variable swirl valve control map, and an acceleration operation region determination map are stored. The I / O includes an accelerator opening sensor 13, various detection devices such as an engine rotation speed sensor 14 as an engine rotation speed detection means for detecting the engine rotation speed, a variable swirl valve mechanism 30 (V1), and an EGR valve mechanism 11. The control target device such as the intake throttle valve mechanism 12 is connected.
[0024]
Next, the control executed by the controller 10 will be described based on the flowchart shown in FIG. Although this flowchart shows only the flowchart for controlling the variable swirl valve mechanism, the controller 10 actually performs integrated control of the engine, and also performs control such as engine fuel injection control, EGR control and abnormality diagnosis. Running. Of course, it is needless to say that a system having this flowchart as a main program can be used as a dedicated controller for variable swirl system control.
[0025]
The control is started based on this flowchart when the start mode in which the fuel injection amount is increased ends and the normal RUN mode is entered. As will be described later, a Full (maximum value) is given as the initial value Qt (0), which is the fictitious previous value of the fuel injection amount Qt (1) calculated first, so that acceleration is not detected immediately after the transition. Qt (0) is not actually executed as the fuel injection amount. The counter F is also given F = 0 as an initial value.
[0026]
Step S1: The accelerator opening (Ac) and the engine rotation speed (Ne) are read from the accelerator opening sensor 13 and the engine rotation speed sensor 14.
[0027]
Step S2: The current target fuel injection amount (Qt (i)) is calculated from the fuel injection amount map (map (1)) shown in FIG. 4 using (Ac) and (Ne) read in Step S1 as parameters. . This target fuel injection amount is treated as a parameter indicating an engine load, which will be described later, and the calculation of the target fuel injection amount functions as an engine load detecting means in the present invention.
[0028]
Step S3: The basic variable swirl valve control value (map (2)) shown in FIG. 5 using (Ne) read in step S1 and (Qt (i)) calculated in step S2 as parameters is shown in FIG. Vm) is substituted into the variable swirl valve control value (Vx). This map uses the engine speed value (Ne) and the engine load value (Qt (i)) as parameters, so that the variable swirl valve is closed at a low rotational speed, and the variable swirl valve at a high rotational speed. The variable swirl valve mechanism is closed so that the mechanism can be opened, and also in a region where the engine speed is slightly higher in the low load region than in the high load region. In this embodiment, the control is based on only two values of opening and closing, but this may be controlled in multiple stages.
[0029]
Step S4: It is determined whether or not the counter F that changes depending on whether or not the vehicle is accelerating is “0”. As described above, since F = 0 is given as an initial value, F = 0 until acceleration is detected. If acceleration has not been detected in the previous routine, that is, if F = 0, the process proceeds directly to step S5. If F = 0, it is determined that the acceleration operation state is in the routine before the previous time, and the control is being executed in the acceleration operation state. Step S5 is skipped and the process proceeds to step S6.
[0030]
Step S5: It is determined whether or not the engine has shifted to an acceleration operation state. Whether or not the engine has shifted to the acceleration operation state is determined based on the previously calculated fuel injection amount (Qt (i−)) based on the change state of the fuel injection amount detected as the engine load by the engine load detection means (step S2). 1)) and the current fuel injection amount (Qt (i)) change amount is determined by whether or not it is greater than or equal to a predetermined value (Qacc). This predetermined value (Qacc) is set to a reference that can capture a small change in the fuel injection amount as in the case of starting from a signal wait. If it is determined that the acceleration operation state has been reached, the process proceeds to step S6.
[0031]
Step S6: the current fuel injection amount Qt (i) and the engine rotational speed Ne, using the acceleration operation region determination map (map3) as shown in FIG. 6, the acceleration, and the predetermined load or lower in low rotation It is determined whether or not the acceleration is in the load region . In other words, the acceleration operation region determination map is used to determine that the engine is in a low rotation and low load region, and thereby, in acceleration in a high load region that exceeds a predetermined load even in a low rotation region. Can continue the control based on the variable swirl control map and maintain the closed state of the variable swirl valve. The region shape of the acceleration operation region determination map is preferably a region shape that takes into account the low-revolution region shape (shaded portion in FIG. 5) of the variable swirl valve control map (map2) shown in FIG.
[0032]
Further, in the present embodiment, the low rotation / low load region as the acceleration operation region is determined from the map shown in FIG. 6, but simply Ne <Nellow (low rotation speed region) & Qt (i) <Qlow (low load region). You may judge as. Also in this case, the low rotation and low load region is defined in consideration of the region where the variable swirl valve of the variable swirl valve control map is closed. By making such a determination step, the map storage area and the execution load of the controller 10 due to the reference program are reduced. If it is determined that the acceleration operation is performed in the low load low rotation speed region, the process proceeds to the next step S7.
[0033]
Steps S7 and S8: In step S7, it is determined whether or not the counter F is less than a set value (Ftimer) when acceleration operation is detected (F <Ftimer?). The counter F is incremented by 1 each time this program routine is executed (step S8), and the number of times (that is, the period) in which the routine after step S8 is executed is set by the set value of step S7. Will be set. If the set value in step S7 is “Ftimer = 1”, the routine ends in step S10 described later only once. In the present embodiment, the counter F is used for the measurement of the predetermined period, but it goes without saying that the timer function (T) of the controller may be used for time measurement. The set value (Ftimer) can be arbitrarily set based on engine characteristics.
[0034]
Step S9: If it is determined No in Steps S6 and S7, it is determined that the control for opening the variable swirl valve during the acceleration operation is not necessary, so the control during the acceleration operation is performed. Therefore, the value of F that has counted the number of routines of the program is reset (F = 0).
[0035]
Step S10: In step S10, since it is determined that the acceleration operation is performed and the acceleration operation is performed in the low rotation and low load region, the basic variable swirl valve control value Vm substituted for the control value Vx obtained in step S3 is discarded. , Vx is substituted with the maximum value Vopen of the variable swirl valve control value.
[0036]
Step S11: The variable swirl valve control value (Vx) substituted in each of the above steps is output to the variable swirl valve mechanism 30 (V1). That is, when it is determined in step S5 that the acceleration operation state is not continued, even in the acceleration operation state in step S6, when acceleration is in a high load state or a high rotation speed state, When the valve opening control of the variable swirl valve after the acceleration operation is completed in step S7, the value (basic control value) of the variable swirl valve control map (map (2)) is output as it is. Further, when all of step S5, step S6, and step S7 result in yes, the value (basic control value = Vm) obtained from the variable swirl valve control map (map (2)) is discarded, and the variable swirl A value (Vopen) that fully opens the valve mechanism 30 (V1) is output as a control value.
[0037]
In the above embodiment, the variable swirl valve mechanism is fully opened as a response to the case where the acceleration operation state is detected in the low rotation and low load region, but when the variable swirl valve control map has a plurality of opening settings. , that can be performed controlled to be larger than the opening degree obtained by at least the variable swirl valve control map above effects of the present invention obtained is Ru apparent der from the spirit.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, when the acceleration operation state in the low rotation and low load region is detected, the throttle of the variable swirl valve mechanism that causes the pumping loss is normally output to the variable swirl valve mechanism. Control and operate so that the opening degree is larger than the control value. Therefore, when starting from a signal waiting time or when accelerating in a low rotation and low load region, the engine rotation speed increases rapidly, and as a result, it is possible to eliminate the feeling of vehicle stickiness and improve drivability. And even if it is low rotation, in the acceleration in a high load state, the opening degree of the variable swirl valve mechanism is maintained at a control value that is normally output. Therefore, even if the swirl in the cylinder is maintained at an appropriate strength and the engine is in a high load state and the fuel injection amount sprayed into the cylinder increases, the fuel collides with the wall surface of the combustion chamber as droplets. This prevents incomplete combustion and smoke.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a variable swirl device for a diesel engine according to the present invention.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the variable swirl device of FIG. 1;
FIG. 3 is a control flowchart executed by a controller constituting the variable swirl device of FIG. 1;
FIG. 4 is a fuel injection amount control map.
FIG. 5 is a variable swirl valve control map.
FIG. 6 is an acceleration operation region determination map.
[Explanation of symbols]
2: Diesel engine 3: Intake manifold 4: Exhaust manifold 5: Intake passage 6: Air cleaner 7: Exhaust passage 8 (81, 82): Turbocharger 9: EGR passage 10: Controller 11: EGR valve mechanism 12: Intake throttle valve 13 : Accelerator opening sensor 14: Engine rotation sensor 20: Cylinder 21, 22: Intake port 23, 24: Intake valve 25a, 25b: Exhaust valve 26a, 26b: Exhaust port 30: Variable swirl valve mechanism

Claims

シリンダヘッドにシリンダ内に連通する２つの吸気ポートが設けられ、一方の吸気ポートがシリンダ内にスワールを発生させる形状のヘリカルポートに形成され、他方の吸気ポートが該ヘリカルポートにより発生されたスワールを打ち消すタンジェンシャルポートに形成されており、かつ、該タンジェンシャルポートの通路面積を変更することによりシリンダ内のスワールを変更する可変スワール弁機構を有し、少なくともエンジンの回転速度に応じて可変スワール弁機構を制御するディーゼルエンジンの可変スワール制御装置において、
エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、少なくともエンジン回転速度をパラメータとし、低回転速度領域では該可変スワール弁機構を閉じるように、高回転領域では可変スワール弁機構を開くように設定した可変スワール弁制御マップと、エンジン回転速度検出手段からの検出信号と該可変スワール弁制御マップに基づいて該可変スワール弁機構を制御するコントローラと、を有し、
該コントローラは、該エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷により加速運転状態か否かを判定し、加速運転状態において、エンジン回転速度が低回転領域にありエンジン負荷が高負荷領域にある場合には、該可変スワール弁機構の該可変スワール制御マップに基づく制御を継続するとともに、エンジン回転速度が低回転領域にありエンジン負荷が低負荷領域にある場合には、所定期間の間、該可変スワール弁機構を該可変スワール弁制御マップ上の値よりも大きな開度となるように制御し、所定期間経過後は該可変スワール制御マップに基づき制御することを特徴とするディーゼルエンジンの可変スワール制御装置。 The cylinder head is provided with two intake ports communicating with the inside of the cylinder. One intake port is formed as a helical port having a shape that generates a swirl in the cylinder, and the other intake port is formed with a swirl generated by the helical port. A variable swirl valve is formed on the tangential port that cancels out, and has a variable swirl valve mechanism that changes the swirl in the cylinder by changing the passage area of the tangential port , and at least according to the rotational speed of the engine In the variable swirl control device of the diesel engine that controls the mechanism,
An engine rotation speed detection means for detecting the engine rotation speed, an engine load detection means for detecting the engine load, and at least the engine rotation speed as a parameter, and the variable swirl valve mechanism is closed in the low rotation speed area. Has a variable swirl valve control map set to open the variable swirl valve mechanism, a detection signal from the engine rotation speed detecting means, and a controller for controlling the variable swirl valve mechanism based on the variable swirl valve control map. And
The controller determines whether or not the engine is in an acceleration operation state based on the engine load detected by the engine load detection means, and when the engine rotation speed is in a low rotation region and the engine load is in a high load region in the acceleration operation state . is the variable with the swirl valve to continue the variable based on the swirl control map control mechanism, when the engine load has engine rotational speed is in the low rotation region is in the low load range, for a predetermined time period, the variable swirl A variable swirl control device for a diesel engine, wherein the valve mechanism is controlled to have an opening larger than a value on the variable swirl valve control map, and is controlled based on the variable swirl control map after a predetermined period of time has elapsed. .