JP6107859B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の気筒を有するエンジン本体と、エンジン本体から外部に排気を排出するための排気システムと、エンジン本体および排気システムに含まれる各種機器を制御する制御手段とを備えたエンジンの制御装置に関する。 The present invention controls an engine including an engine body having a plurality of cylinders, an exhaust system for exhausting exhaust from the engine body to the outside, and a control means for controlling various devices included in the engine body and the exhaust system. Relates to the device.
従来、例えば、特許文献1に示されるように、エンジン負荷が比較的高い高負荷領域では火花点火燃焼を実施する一方、エンジン負荷が比較的低い低負荷領域では圧縮自己着火燃焼を実施するよう構成されたエンジンにおいて、上記高負荷領域においてエゼクタ効果を利用して掃気性を高め、これによりエンジン出力の向上を図るものが開示されている。
Conventionally, for example, as disclosed in
具体的には、特許文献1のエンジンには、エゼクタ効果によって排気ポートよりも下流側の部分の負圧を高めることが可能な装置が排気通路に設けられており、上記高負荷領域においてこの負圧を高めることで掃気性を高めている。
Specifically, the engine disclosed in
また、特許文献1には、上記低負荷領域において圧縮自己着火燃焼を促進するために、排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させ、一旦排気ポートに排出された高温の排気(内部EGRガス)を気筒内に逆流させて気筒内の温度を高めるという構成、および、この排気の逆流量を多くするために低負荷領域において上記負圧を低く抑えるという構成が開示されている。
Further, in
上記特許文献1のエンジンでは、エンジン負荷が低く排気温度が低くなりやすい低負荷領域において排気ポートから多量の排気を気筒内に逆流させているため、触媒の活性化が阻害されて排気性能が悪化するおそれがある。すなわち、このエンジンでは、排気温度が低い運転条件において、さらに触媒に導入される排気の流量が少なく抑えられるため、触媒の温度が活性温度以下に低下して排気の浄化性能が悪化するおそれがある。
In the engine disclosed in
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、より確実に触媒の温度を活性温度以上に維持して排気性能を良好にすることができる多気筒エンジンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a multi-cylinder engine that can maintain the temperature of the catalyst at or above the activation temperature more reliably and improve the exhaust performance. And
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒を有するエンジンの制御装置であって、複数の気筒の各排気ポートから延びる複数の独立排気通路と、上記各独立排気通路の下流側に設けられて、各独立排気通路と連通する共通の空間を形成する排気集合部と、上記排気集合部で発生する負圧を変更可能な負圧変更手段と、上記排気集合部の下流側に設けられた触媒と、上記触媒を通過した後の排気を上記排気集合部に還流させる排気還流装置と、上記負圧変更手段および排気還流装置を含むエンジンの各部を制御する制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記触媒の活性時において、エンジン本体から排出された排気の温度が上記触媒の活性温度以下となる特定領域では、上記排気還流装置によって上記触媒を通過した後の排気を上記排気集合部に還流させるとともに、上記排気集合部の負圧が大きくなる方向に上記負圧変更手段を制御することを特徴とする(請求項1)。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a control device for an engine having a plurality of cylinders, and includes a plurality of independent exhaust passages extending from the exhaust ports of the plurality of cylinders, and downstream of the individual exhaust passages. An exhaust collecting portion that forms a common space that communicates with each independent exhaust passage, negative pressure changing means that can change the negative pressure generated in the exhaust collecting portion, and downstream of the exhaust collecting portion A catalyst provided in the exhaust system, an exhaust gas recirculation device that recirculates the exhaust gas that has passed through the catalyst to the exhaust gas collecting portion, and a control unit that controls each part of the engine including the negative pressure changing unit and the exhaust gas recirculation device; And when the catalyst is active, the control means passes the catalyst by the exhaust gas recirculation device in a specific region where the temperature of the exhaust discharged from the engine body is equal to or lower than the activation temperature of the catalyst. Exhaust causes returned to the exhaust collector to the post, and controlling the negative pressure changing means to generate a negative pressure, increases the direction of the exhaust collecting section (claim 1).
本発明によれば、触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制することができ、触媒の活性状態を維持して排気性能を良好にすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the temperature of a catalyst falls below an activation temperature, can maintain the active state of a catalyst, and can make exhaust performance favorable.
具体的には、本発明では、エンジン本体から排出される排気の温度が触媒の活性温度以下となる運転領域すなわち触媒の温度が活性温度以下に低下するおそれがある運転領域において、触媒通過後の排気であって触媒での反応により触媒流入前よりも高温となった排気を、触媒の上流側に位置する排気集合部に還流させて、再び触媒に流入するように構成されている。そのため、この高温の排気によって触媒の温度を高めることができ、触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制して排気性能を良好にすることができる。 Specifically, in the present invention, in an operation region where the temperature of exhaust discharged from the engine body is lower than the activation temperature of the catalyst, that is, in an operation region where the temperature of the catalyst may be lower than the activation temperature, The exhaust gas, which has been exhausted and has a temperature higher than that before the inflow of the catalyst due to the reaction at the catalyst, is recirculated to the exhaust gas collecting portion located on the upstream side of the catalyst and flows into the catalyst again. Therefore, the temperature of the catalyst can be increased by the high-temperature exhaust, and the exhaust performance can be improved by suppressing the temperature of the catalyst from dropping below the activation temperature.
しかも、本発明では、上記運転領域において排気集合部に発生する負圧が高められている。そのため、触媒の下流側から排気集合部の上流側に還流して触媒に再流入する排気の流量を多くすることができ、より確実に触媒の温度を高めることができる。 In addition, in the present invention, the negative pressure generated in the exhaust collecting part is increased in the operation region. Therefore, it is possible to increase the flow rate of the exhaust gas that recirculates from the downstream side of the catalyst to the upstream side of the exhaust collecting portion and re-enters the catalyst, thereby increasing the temperature of the catalyst more reliably.
ここで、エンジン負荷およびエンジン回転数がそれぞれ低い領域では、気筒に供給される燃料量が少ないために排気の温度が触媒の活性温度以下になる可能性が高い。そのため、上記特定領域は、エンジン負荷が所定の基準負荷よりも低く且つエンジン回転数が所定の基準回転数よりも低い低負荷低回転数領域であるのが好ましい(請求項2)。 Here, in the regions where the engine load and the engine speed are low, the amount of fuel supplied to the cylinder is small, so that the exhaust temperature is likely to be lower than the activation temperature of the catalyst. Therefore, the specific region is preferably a low-load low-speed region where the engine load is lower than a predetermined reference load and the engine speed is lower than a predetermined reference speed.
このようにすれば、より確実に、触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制することができる。 If it does in this way, it can control that the temperature of a catalyst falls below active temperature more certainly.
特に、上記低負荷低回転数領域において、燃料と空気の混合気を空気過剰率が1以上のリーンな状態で燃焼する場合には、排気の温度が触媒の活性温度以下になる可能性がより一層高くなる。そのため、上記特定領域は、燃料と空気の混合気を空気過剰率が1以上のリーンな状態で燃焼させる運転領域であるのが好ましい(請求項3)。 In particular, when the fuel / air mixture is burned in a lean state with an excess air ratio of 1 or more in the low load and low rotation speed region, there is a possibility that the temperature of the exhaust gas becomes lower than the activation temperature of the catalyst. It gets even higher. For this reason, the specific region is preferably an operation region in which a mixture of fuel and air is burned in a lean state with an excess air ratio of 1 or more (claim 3).
このようにすれば、低負荷低回転数領域においてリーン燃焼が実施される場合であっても、より確実に触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制することができる。 In this way, even when lean combustion is performed in the low load and low rotation speed region, it is possible to more reliably suppress the temperature of the catalyst from dropping below the activation temperature.
また、上記特定領域における燃焼形態としては、燃料と空気との混合気を圧縮自己着火燃焼させるものが挙げられる(請求項4)。 Moreover, as a combustion form in the specific region, there is a combustion mode in which an air-fuel mixture of fuel and air is subjected to compression self-ignition combustion.
そして、このように低負荷低回転数領域においてリーン圧縮自己着火燃焼が実施される場合であっても、より確実に触媒の温度が活性温度未満に低下するのを抑制することができる。 And even if it is a case where lean compression self-ignition combustion is implemented in such a low load low rotation speed region, it can control that the temperature of a catalyst falls below activation temperature more certainly.
この構成において、上記制御手段は、上記触媒の活性時において、エンジン負荷が上記基準負荷よりも低く且つエンジン回転数が上記基準回転数以上の低負荷高回転領域では、上記排気集合部の負圧が上記低負荷低回転数領域における負圧よりも小さくなるように上記負圧変更手段を制御するのが好ましい(請求項5)。 In this configuration, when the catalyst is active, the control means has a negative pressure of the exhaust collecting portion in a low load high rotation region where the engine load is lower than the reference load and the engine speed is equal to or higher than the reference speed. It is preferable to control the negative pressure changing means so that the pressure becomes smaller than the negative pressure in the low load low rotation speed region.
このようにすれば、圧縮自己着火燃焼が実施される低負荷高回転領域において排気ポートの下流側の負圧が小さく抑えられるため、上記のように低負荷低回転数領域において触媒の温度が活性温度以下に低下するのを抑制しつつ、低負荷高回転領域において安定した圧縮自己着火燃焼を実現することができる。すなわち、低負荷高回転領域において、排気ポートの下流側の負圧を小さく抑えれば、掃気性を悪化させて筒内に残留する高温の既燃ガスの量を多くして筒内の温度を高めることができるため、混合気の自着火を促進して適正な圧縮自己着火燃焼を実現することができる。 In this way, the negative pressure on the downstream side of the exhaust port is kept small in the low-load high-rotation region where compression self-ignition combustion is performed, so that the catalyst temperature is active in the low-load low-rotation region as described above. Stable compressed self-ignition combustion can be realized in a low-load high-rotation region while suppressing the temperature from dropping below the temperature. In other words, if the negative pressure on the downstream side of the exhaust port is kept small in the low-load high-rotation region, the scavenging performance is deteriorated and the amount of high-temperature burned gas remaining in the cylinder is increased, thereby increasing the temperature in the cylinder. Therefore, the self-ignition of the air-fuel mixture can be promoted to realize proper compression self-ignition combustion.
以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、より確実に触媒の温度を活性温度以上に維持して排気性能を良好にすることができる。 As described above, according to the engine control apparatus of the present invention, the exhaust gas performance can be improved by more reliably maintaining the temperature of the catalyst at the activation temperature or higher.
(1)エンジンの全体構成
図1および図2は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの制御装置の構成を示す図である。当実施形態のエンジンは、4ストロークのエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気(吸気)を導入するための吸気マニホールド20と、エンジン本体1から外部に排気を排出するための排気システム30とを備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIGS. 1 and 2 are diagrams showing the configuration of an engine control device according to an embodiment of the present invention. The engine of the present embodiment includes a four-stroke engine
ここでは、エンジン本体1が、特定方向に並ぶ4つの気筒2A〜2Dを有する4気筒エンジンであって、主としてガソリンを燃料とするガソリンエンジンの場合について説明する。
Here, the case where the
エンジン本体1は、気筒2A〜2Dが内部に形成されたシリンダブロック2と、シリンダブロック2の上面に設けられたシリンダヘッド3と、気筒2A〜2Dに往復摺動可能に挿入されたピストン4とを有している。
The
ピストン4の上方には燃焼室5が形成されており、この燃焼室5には、燃料が、インジェクタ10からの噴射によって供給される。噴射された燃料と空気との混合気は燃焼室5で燃焼し、ピストン4はその燃焼による膨張力で押し下げられて上下に往復運動する。
A
ピストン4はコネクティングロッド16を介してクランク軸15と連結されており、ピストン4の往復運動に応じて、クランク軸15は中心軸回りに回転する。
The
シリンダブロック2には、クランク軸15の回転速度をエンジンの回転速度として検出するエンジン回転速度センサSW1が設けられている。
The
シリンダヘッド3には、燃料を燃焼室5に向けて噴射するインジェクタ10と、インジェクタ10から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火を行う点火プラグ11とが、各気筒2A〜2Dにつきそれぞれ1組ずつ設けられている。
The
インジェクタ10は、燃料の噴射口となる複数の噴孔を先端部に有しており、各気筒2A〜2Dの燃焼室5をその吸気側の側方から臨むように設けられている。インジェクタ10から噴射される燃料の噴射圧力は、30MPa以上という、ガソリンエンジンとしてはかなり高い値に設定されている。
The
点火プラグ11は、火花を放電するための電極を先端部に有しており、各気筒2A〜2Dの燃焼室5を上方から臨むように設けられている。
The
当実施形態のエンジン本体1は、その幾何学的圧縮比(ピストン4が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン4が上死点にあるときの燃焼室容積との比)が、15以上20以下という、ガソリンエンジンとしてはかなり高い値に設定されている。このように高い幾何学的圧縮比を設定しているのは、理論熱効率の向上や、後述するCI燃焼(圧縮自己着火燃焼)での着火性確保のためである。
The
また、当実施形態のような4ストローク4気筒のエンジンでは、各気筒2A〜2Dに設けられたピストン4がクランク角で180°(180°CA)の位相差をもって上下運動するため、これに対応して、各気筒2A〜2Dでの点火のタイミングも、180°CAずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、気筒2A,2B,2C,2Dの気筒番号をそれぞれ1番、2番、3番、4番とすると、1番気筒2A→3番気筒2C→4番気筒2D→2番気筒2Bの順に点火が行われる。このため、例えば1番気筒2Aが膨張行程であれば、3番気筒2C、4番気筒2D、2番気筒2Bは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。
Further, in the four-stroke four-cylinder engine as in this embodiment, the
シリンダヘッド3には、吸気マニホールド20から供給される空気を各気筒2A〜2Dの燃焼室5に導入するための吸気ポート6と、吸気ポート6を開閉する吸気弁8と、各気筒2A〜2Dの燃焼室5で生成された排気を排気システム30に導出するための排気ポート7と、排気ポート7を開閉する排気弁9とが設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式(DOHC)エンジンであり、1つの気筒につき吸気弁8および排気弁9が2つずつ設けられている。
The
吸気弁8および排気弁9は、それぞれ、シリンダヘッド3に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構13,14により、クランク軸15の回転に連動して開閉駆動される。
The
吸気弁8用の動弁機構13には、吸気弁8の開閉時期を変更可能な可変機構13aが設けられている。
The
排気弁9用の動弁機構14には、排気行程中にのみ排気弁9を開弁させる第1のカムと、排気行程に加えて吸気行程にも排気弁9を開弁させる第2のカムと、排気弁9に駆動力を伝達するカムをこれら第1カムと第2カムとの間で切り替える切替機構14aが組み込まれている。すなわち、この切替機構14aは、排気弁9を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁9の開弁動作(内部EGRモード)を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。
The
切替機構14aによって排気弁9に駆動力を伝達するカムとして第2のカムが選択されると、図3に示すように、排気弁9が排気行程だけでなく吸気行程中にも開弁するので、高温の排気(既燃ガス)が内部EGRガス(EGR:External Exhaust Gas Recirculation)として排気ポート7から燃焼室5に逆流する。当実施形態では、図3に示すように、内部EGRモードでは、排気弁9のリフト量は、ピーク位置から減少した後所定期間一定量で維持される。このように、当実施形態では、排気弁9が内部EGRモードで開閉されることで、高温の排気を筒内に残留させる内部EGRが実現される。なお、図3は、吸気弁8および排気弁9のバルブリフトを示したものであり、‘EX’が排気弁9のリフトを示し、‘IN’が吸気弁8のリフトを示している。
When the second cam is selected as the cam for transmitting the driving force to the
一方、切替機構14aによって第1のカムが選択された場合には、排気弁9が排気行程のみで開弁するようになるので、内部EGRが停止される(排気の逆流が停止される)。
On the other hand, when the first cam is selected by the
また、排気弁9用の動弁機構14には、排気弁9の閉弁時期を変更することが可能な排気閉弁時期変更機構14bが組み込まれている。本実施形態では、排気弁9の開弁期間は一定に維持しつつ閉弁時期が変更される。このような構成の機構は既に公知であり、その詳細な構造の説明は省略する。
Further, the
吸気マニホールド20は、単一の吸気管23の上流端部に接続された所定容積のサージタンク22と、サージタンク22と各気筒2A〜2Dの吸気ポート6とを連結する複数の(4本の)独立吸気通路21とを有している。
The
吸気管23の途中部には、吸気管23の通路を開閉可能なスロットル弁25と、エンジン本体1に吸入される空気(新気)の流量を検出するためのエアフローセンサSW2とが設けられている。
A
サージタンク22には、外部EGR装置50が接続されている。外部EGR装置50は、後述する中間排気管40と吸気マニホールド20とを連結するEGR通路51と、EGR通路51の途中部に設けられてEGR通路51を開閉可能なEGR弁52とを含む外部EGR装置50を有している。外部EGR装置50は、さらに、EGR通路51の途中部に設けられてエンジンの冷却水等を利用した熱交換器からなるEGRクーラ53を有している。当実施形態では、EGR通路51は、中間排気管40とサージタンク22とを連結している。
An
外部EGR装置50は、外部EGRを行うため、すなわち、外部EGRを行うため、すなわち、エンジン本体1から排出されて中間排気管40を流下する排気の一部を外部EGRガスとして吸気マニホールド20を介して各気筒2A~2Dに還流させるために用いられる。
The
具体的には、EGR弁52が開弁すると、中間排気管40を流れる排気の一部は、EGR通路51に流入し、EGR通路51を通ってサージタンク22へと還流された後、再び各気筒2A〜2Dに導入される。外部EGRガスは、EGR通路51の通過中に冷却される。従って、各気筒2A~2Dに還流される外部EGRガスは、比較的低温である。特に、当実施形態では、各気筒2A〜2Dに導入される外部EGRガスは、EGRクーラ53により冷却されるため、中間排気管40を通過する排気の温度よりも大幅に低いものとなる。一方、EGR弁52が全閉になると、排気管40からEGR通路51に排気は流れず、外部EGRは停止される。
Specifically, when the
排気システム30は、各気筒2A〜2Dの排気ポート7にそれぞれ上流端部が接続されてこれら排気ポート7から延びる複数の独立排気通路31と、各独立排気通路31の下流端部(エンジン本体1から遠ざかる側の端部)が独立状態を維持したまま互いに近接するように束ねられた集約部34と、集約部34の下流側に設けられて独立排気通路31の全てと連通する共通の空間が内部に形成されたスライド部(排気集合部)35と、スライド部35の下流側にディフューザー部36を介して接続された単一の中間排気管40と、中間排気管40の下流側に設けられて触媒48aを内蔵する触媒コンバータ48と、触媒コンバータ48から下流側に延びる下流側排気管41と、この下流側排気管41内の排気をスライド部35に還流する排気還流装置90とを有している。触媒コンバータ48には、例えば三元触媒からなる触媒48aが内蔵されている。排気システム30のこれらの詳細構造については後述する。
The
(2)排気システムの詳細構造
排気還流装置90は、下流側排気管41のうち触媒コンバータ48のすぐ下流側の部分と、スライド部35の上流側とを連結する排気還流通路91と、排気還流通路91の途中部に設けられて排気還流通路91を開閉可能な切替弁92とを含んでいる。
(2) Detailed Structure of Exhaust System The exhaust
排気還流装置90は、触媒コンバータ48から排出された排気であって、触媒コンバータ48内において触媒48aの作用により化学反応して高温となった排気を再び触媒コンバータ48に導入するために用いられる。すなわち、切替弁92が開弁されるとともに、後述するように、スライド部35内に生じる負圧が増大されると、触媒コンバータ48から排出された排気の一部は、下流側排気管41から排気還流通路91に流入するとともに排気還流通路91を通ってスライド部35に還流され、スライド部35を通って再び触媒コンバータ48に導入される。一方、スライド部35内に生じる負圧が低減されるとともに、切替弁92が閉弁された場合には、下流側排気管41から排気還流通路91に排気は流れず、排気還流通路91を介した排気の還流は停止される。
The exhaust
各独立排気通路31は、その各下流端部31aの位置が一致するように、気筒列方向の中央側を指向して延びている。これら独立排気通路31の各下流端部31aは、エンジン本体1の排気側の壁面中央(上面視で2番気筒2Bと3番気筒2Cの間に対応する位置)から下流側に離れた位置において1箇所に束ねられており、束ねられた各独立排気通路31の各下流端部31aと、これらを束ねた状態に保持する保持部材等により、集約部34が形成されている。
Each
当実施形態では、集約部34の中央に排気還流通路91の下流端が配置されており、排気還流通路91は各独立排気通路31とともに束ねられて保持されている。
In the present embodiment, the downstream end of the exhaust
具体的には、図1のIV−IV線断面図である図4に示すように、各独立排気通路31の各下流端部31aと排気還流通路91の下流端91aとは、中央に排気還流通路91の下流端91aが位置し、その周囲に各独立排気通路31の各下流端部31a周方向に等間隔で位置して、全体として略円形の断面を有する状態で保持されている。
Specifically, as shown in FIG. 4 which is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1, each
図6に示すように、集約部34の下流端部は、集約部34の中心軸xを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有しており、各独立排気通路31の下流端部31aには、それぞれ、その下流側先端に、下流に向かうに従って中心軸x側に向かって傾斜する独立排気通路側傾斜部31bが設けられている。これに伴い、各独立排気通路31の下流端部31aの流路面積は、下流側の方が上流側よりも小さくなっている。
As shown in FIG. 6, the downstream end portion of the concentrating
このように各独立排気通路31の下流端部31aの流路面積が下流に向かうに従って小さくされていることで、各独立排気通路31を通過する排気の速度はこの下流端部31aの通過中に高められる。
As described above, the flow area of the
図4のV矢示図である図5に示すように、各独立排気通路側傾斜部31bには、それぞれ独立排気通路31の内側と外側とを連通する開口部31cが形成されている。当実施形態では、各傾斜部31bの一部が、下流端から上流に向かって略半円状に切り欠かれることで、開口部31cが形成されている。
As shown in FIG. 5, which is an arrow V diagram of FIG. 4, each independent exhaust passage side inclined
図6に示すように、スライド部35は、単管状を有し、集約部34(各独立排気通路31の下流端部31a)の下流側部分が内側に挿入された状態で、集約部34の中心軸xと同軸で集約部34から下流側に延びている。各独立排気通路31(集約部34)を通過した排気は、このスライド部35の内側で集合する。
As shown in FIG. 6, the
スライド部35は、軸xを中心軸とする円筒状を有し流路面積一定で上下流方向に延びる上流端部分35aと、この上流端部分35aから下流に延びるスライド部側傾斜部(ノズル部)35bと、軸xを中心軸とする円筒状を有し流路面積一定でスライド部側傾斜部35bから下流に延びるストレート部35cとからなる。スライド部35は、上下流方向にスライド変位可能に取り付けられており、集約部34に対して上下流方向に相対変位される。
The
スライド部側傾斜部35bは、独立排気通路側傾斜部31bに沿って延びる形状を有しており、軸xを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有している。これに伴い、スライド部側傾斜部35bの流路面積は下流側ほど小さくなっている。また、これに伴い、スライド部35は、スライド部側傾斜部35bと独立排気通路側傾斜部31bとが接触(当接)する位置よりも上流側へスライド変位できないようになっている。以下、これらが接触する状態にあるスライド部62の位置を、スライド部35の最上流位置と称する。
The slide portion side inclined
図6および図7に示されるように、スライド部35が最上流位置にある状態において、スライド部側傾斜部35bの内周面は各独立排気通路側傾斜部31bの外周面(集約部34の下流端部の外周面)全体と接触し、各開口部31cはスライド部側傾斜部35bの内周面により塞がれる。従って、スライド部35が最上流位置にある状態では、各独立排気通路31を通過した排気は、開口部31cから独立排気通路31の外周側に流出することなくスライド部35内に流入する。
As shown in FIGS. 6 and 7, in the state where the
ここで、スライド部35が最上流位置にある状態において、スライド部側傾斜部35bは、独立排気通路31の下流端よりも下流側に延びており、スライド部35の流路面積は独立排気通路31の下流端よりも下流側においても下流ほど小さくなっている。従って、各独立排気通路31を通過した排気は、スライド部側傾斜部35bにおいてもその速度を高められる。
Here, in a state where the
上記のように各独立排気通路31からスライド部35に向けて排気が高速で噴出されると、スライド部35内において、その噴出ガスの周囲には相対的に圧力の低い負圧部が生成される。したがって、ある気筒の独立排気通路31からスライド部35に排気が噴出されると、他の独立排気通路31に負圧が作用して、そこから排気が下流側へと吸い出されることになる。また、排気還流通路91の下流端に負圧が作用して、排気還流通路91には、その内側からスライド部35側に向かって排気を吸い出す力が作用する。これは、エゼクタ効果として知られている。
As described above, when exhaust is ejected from each
一方、図8および図9に示されるように、スライド部35が最上流位置から下流側にスライド変位すると、スライド部側傾斜部35bは独立排気通路側傾斜部31bから下流側に離間する。この状態において、これら傾斜部35b、31c間には通路が区画されるとともに、各開口部31cは開放される。そのため、この状態では、各独立排気通路31を通過した排気の一部は、開口部31cを通って傾斜部35b、31c間の通路(以下、外部通路という場合がある)を通って流下する。すなわち、図9の矢印で示すように、独立排気通路31を流下した排気は、独立排気通路31内の通路に加えてこの外部通路を通過してスライド部35に流入することになり、スライド部35に流入する前に排気が通過する部分の流路面積は大きくなる。
On the other hand, as shown in FIGS. 8 and 9, when the
このように流路面積が拡大されると、スライド部35に流入する際の排気の速度は小さく抑えられる。従って、スライド部35が最上流位置から下流側にスライド変位した状態では、スライド部35内に生成される負圧は、スライド部35が最上流位置にあるときよりも小さくなる。このようにスライド部35に生成される負圧が小さくなると、他の独立排気通路31および排気還流通路91に作用する排気を吸い出す力は小さくなる。
When the flow path area is enlarged in this way, the speed of exhaust when flowing into the
ここで、外部通路の流路面積はスライド部35の下流側への変位量が大きいほど大きくなる。従って、スライド部35の下流側への変位量が大きいほどスライド部35内に生成される負圧は小さくなる。このように、当実施形態では、スライド部35が変位することで、スライド部35内に生成される負圧が変更される。
Here, the flow path area of the external passage increases as the displacement amount of the
スライド部35の下流側には、単管状のディフューザー部36が設けられている。ディフューザー部36は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するよう構成されている。具体的には、ディフューザー部36の上流端部は略円筒状の外形を有し、この上流端部よりも下流側の部分は軸xを中心とする略円錐台形状の外形を有している。ディフューザー部36の内側には上流からスライド部35の下流端部が挿入されており、スライド部35は、ディフューザー部63によりスライド可能に支持されている。
A single
上記のように独立排気通路31の下流端部31aおよびスライド部側傾斜部35bにおいて高速とされた排気は、流路面積一定で上下流に延びるスライド部35のストレート部35cおよびディフューザー部36を通過するにつれて減速され、これに伴って排気の圧力は回復する。
As described above, the high-speed exhaust gas in the
上記集約部34、スライド部35およびディフューザー部36は、アウターシェル38の内側にそれぞれ収容されている。すなわち、排気システム30には、これらを収容するアウターシェル38が設けられており、このアウターシェル38から下流側に排気管40が延びている。
The
図8に示すように、アウターシェル38のうちスライド部側傾斜部35bの外側を囲む部分は、このスライド部側傾斜部35bと平行に延びており、下流に向かうに従って中心軸x側に傾斜するアウターシェル側傾斜部38aを構成している。図8に示すように、このアウターシェル側傾斜部38aは、スライド部側傾斜部35bが下流側にスライド変位した際にスライド部側傾斜部35bに下流側から当接するように設けられており、スライド部35は、この当接位置よりも下流側には変位することができないようになっている。すなわち、スライド部35は、この当接位置を最下流位置としてこの最下流位置と上記最上流位置との間でのみスライド変位可能となっている。
As shown in FIG. 8, a portion of the
スライド部35は、スライドアクチュエータ(負圧変更手段)39によってスライド変位される。
The
当実施形態では、スライドアクチュエータ39は、ダイアフラム式であり、図10および図11に示すように、ダイアフラム本体39aと、ダイアフラム本体39aから所定の方向に延びてダイアフラム本体39aによってこのダイアフラム本体39aと接離する方向にスライド変位される第1シャフト39bと、第1シャフト39bの先端(反ダイアフラム本体側)に接続されるレバー部39cと、レバー部39cに固定される第2シャフト39dと、第2シャフト39dの先端(反レバー部側)に接続されるとともにスライド部35に接続されるフォーク部39e(図6)とを有している。
In this embodiment, the
さらに、図6に示すように、フォーク部39eは、アウターシェル38の内側に収容されてスライド部35の外側面に取り付けられた半円状のフォーク部本体と、フォーク部本体の中央からアウターシェル38を貫通してアウターシェル38外に延びる接続部とを有し、この接続部において、第2シャフト39dの先端に固定されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
このように構成されたスライドアクチュエータ39は、ダイアフラム本体39aによって第1シャフト39bがスライド変位されると、レバー部39cが第2シャフト39dの中心軸が通る部分を支点として搖動し、これに伴い第2シャフト39dがその中心軸を中心として回転し、この第2シャフト39dの回転に伴ってフォーク部39eがその接続部を支点として回動することで、スライド部35をスライド変位させる。例えば、図6に示す状態から第1シャフト39bがスライド変位することで、フォーク部39eが接続部を支点として回動して図8に示す状態となる。
In the
(3)制御系
次に、図12を用いて、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、自動車等の車両に搭載されており、車両に備わるECU(エンジン制御ユニット)60によって制御される。ECU60は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。
(3) Control System Next, the engine control system will be described with reference to FIG. The engine of this embodiment is mounted on a vehicle such as an automobile, and is controlled by an ECU (engine control unit) 60 provided in the vehicle. As is well known, the
ECU60には、各種センサからの情報が入力される。例えば、ECU60は、エンジンに設けられたエンジン回転速度センサSW1およびエアフローセンサSW2と電気的に接続されており、これらのセンサからの入力信号(エンジン回転速度および吸気流量の情報)を受け付ける。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサSW3が設けられており、このアクセル開度センサSW3による検出信号も上記ECU60に入力される。
Information from various sensors is input to the
ECU60は、各センサ(SW1〜SW3等)からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ECU60は、インジェクタ10、点火プラグ11、可変機構13a、切替機構14a、排気閉弁時期変更機構14b、スライドアクチュエータ39、スロットル弁25、EGR弁52、切替弁92等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。なお、当実施形態では、ポンピングロスを小さく抑えるべくスロットル弁25はほぼ常時全開とされている。
The
(4)運転領域
図13は、エンジンの運転中にECU60によって参照される制御マップを概念的に示した図である。この制御マップでは、エンジンの運転領域が第1運転領域A1、第2運転領域A2、第3運転領域A3、第4運転領域A4の4つに分割されている。ECU60は、エンジンの運転中、負荷(アクセル開度に基づく要求トルク)およびエンジン回転数の各値から、エンジンが図13のマップ中のどの運転領域で運転されているかを逐次判定し、各運転領域に応じてインジェクタ10等を制御する。
(4) Operating Area FIG. 13 is a diagram conceptually showing a control map referred to by the
当実施形態では、エンジン負荷が第2基準負荷T2以上となる高負荷側およびエンジン回転数が第2基準回転数N2以上となる高回転数側の領域に設定された第4運転領域A4では、点火プラグ11からの火花放電による強制点火をきっかけに混合気を火炎伝播により燃焼させる火花点火燃焼(以下、SI燃焼という場合がある)が実施される。一方、他の領域に設定された第1〜第3運転領域A1〜A3では、ピストン4の圧縮作用により混合気を高温、高圧化して圧縮上死点付近で自着火させる圧縮自着火燃焼(以下、CI燃焼という場合がある)が実施される。第1運転領域(A1は、エンジン負荷が第1基準負荷T1以下且つエンジン回転数が第1基準回転数N1以下の低負荷低回転数領域に設定されており、第2運転領域A2は、エンジン負荷が第1基準負荷T1以下且つエンジン回転数が第1基準回転数N1から第2基準回転数N2までの低負荷高回転数領域に設定されており、第3運転領域A3は、エンジン負荷が第2基準負荷T1から第2基準負荷T2まで且つエンジン回転数が第2基準回転数N2までの中負荷領域に設定されている。
In the present embodiment, in the fourth operation region A4 set in the high load side where the engine load is equal to or higher than the second reference load T2 and the high speed side where the engine speed is equal to or higher than the second reference rotational frequency N2, Spark ignition combustion (hereinafter sometimes referred to as SI combustion) is performed in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation triggered by forced ignition by spark discharge from the
図14は、横軸をエンジン負荷として、エンジン負荷の変化に応じて筒内のガス成分がどのように変化するかを示した図である。破線は、空気過剰率λ=1の線である。 FIG. 14 is a diagram showing how the gas component in the cylinder changes according to a change in the engine load with the horizontal axis as the engine load. The broken line is a line with an excess air ratio λ = 1.
図14に示すように、第1、第2運転領域A1、A2では、リーンCI燃焼(混合気の空気過剰率λが1より大きくされた状態でのCI燃焼)が実施され、第3運転領域A3では、空気過剰率λ=1のCI燃焼が実施される。また、第4運転領域A4では空気過剰率λ=1のSIが実行される。 As shown in FIG. 14, in the first and second operation areas A1 and A2, lean CI combustion (CI combustion in a state where the excess air ratio λ of the air-fuel mixture is made larger than 1) is performed, and the third operation area In A3, CI combustion with an excess air ratio λ = 1 is performed. In the fourth operation region A4, SI with an excess air ratio λ = 1 is executed.
(4−1)第1運転領域
第1運転領域A1は、エンジン負荷およびエンジン回転数が低い領域である。そのため、燃焼によって得られるエネルギーは小さく排気の温度は低い。ここで、排気の温度が低いと、触媒48aの温度が活性温度以下に低下するおそれがある。特に、当実施形態では、空気過剰率λが1より大きいリーン燃焼を実施しているため、第1運転領域A1での燃焼温度は低くこれに伴いの排気の温度(各気筒から排出された排気の温度であって触媒48aに流入する前の温度であり、例えば、スライド部35付近よりも上流側における温度)は触媒48aの活性温度以下になる。換言すると、第1運転領域A1は、このスライド部35よりも上流側における排気の温度が触媒48aの活性温度以下となる領域に設定されており、他の運転領域A2〜A4はこの排気の温度が触媒48aの活性温度より高くなる領域に設定されている。従って、エンジン始動後の暖機運転等によって触媒48aが一旦活性化された後であっても、この第1運転領域A1での運転が比較的長い時間継続されたような場合には、活性化した触媒48aが再び未活性状態になり、排気性能が悪化するおそれがある。
(4-1) First operation region The first operation region A1 is a region where the engine load and the engine speed are low. Therefore, the energy obtained by combustion is small and the temperature of the exhaust is low. Here, if the temperature of the exhaust gas is low, the temperature of the
そこで、第1運転領域A1では、触媒コンバータ48に流入する排気の温度を高めて触媒48aの活性状態を維持するために、切替弁92を開弁させるとともに、スライド部35内に生じる負圧を増大させ、これにより、触媒コンバータ48から排出された排気の一部を、排気還流通路91を介してスライド部35に還流して再び触媒コンバータ48に導入する。すなわち、触媒コンバータ48から排出された排気は、触媒48aの作用を受けて化学反応し高温になっている。そのため、この高温の排気を再び触媒コンバータ48の上流側に位置するスライド部35に還流させることで、触媒コンバータ48に流入する排気の温度を高める。具体的には、触媒コンバータ48内において排気が酸化・還元することで排気の温度が上昇する。
Therefore, in the first operation region A1, in order to increase the temperature of the exhaust gas flowing into the
当実施形態では、図15に示すように、第1運転領域A1において、スライド部35を最上流位置として、負圧を最大値にまで高める。
In the present embodiment, as shown in FIG. 15, in the first operation region A1, the negative pressure is increased to the maximum value with the
また、第1運転領域A1では、上記のように燃焼温度が低いことに伴い筒内の温度が低くなりやすい。そこで、第1運転領域A1では、CI燃焼を促進するために、多量の内部EGRガスを導入して圧縮端温度を高める。具体的には、第1運転領域A1では、排気弁9を内部EGRモードで開弁させて高温の排気を筒内に逆流させるとともに、EGR弁52を閉弁して外部EGRを停止し、これにより筒内の温度を上昇させる。
Further, in the first operation region A1, the temperature in the cylinder tends to be low as the combustion temperature is low as described above. Therefore, in the first operation region A1, a large amount of internal EGR gas is introduced to increase the compression end temperature in order to promote CI combustion. Specifically, in the first operation region A1, the
なお、第1運転領域A1における上記の制御は、始動時等に触媒48aが一旦活性した後すなわち触媒48aが活性しているときに実施されるものであり、始動後等において触媒48aがまだ活性していない場合は、触媒48aをより積極的に活性させるための制御が実施される。
The above control in the first operation region A1 is performed after the
(4−2)第2運転領域
第2運転領域A2は、上記のように触媒コンバータ48よりも上流側の排気の温度が触媒48aの活性温度より高くなる領域である。すなわち、第2運転領域A2は、第1運転領域A1に比べてエンジン回転数が高く、第1運転領域A1よりも供給される燃料量が多いため、排気の温度が第1運転領域A1よりも高くなる。
(4-2) Second Operation Region The second operation region A2 is a region in which the exhaust gas temperature upstream of the
従って、第2運転領域A2では、触媒コンバータ48から排出された排気の一部を再び触媒コンバータ48に導入する必要はない。そこで、第2運転領域A2では、切替弁92を閉弁する。
Therefore, in the second operation region A2, it is not necessary to introduce a part of the exhaust discharged from the
また、第2運転領域A2では、上記のように排気の一部を触媒コンバータ48に再導入する必要がなく、スライド部35に発生させる負圧を最大とする必要はない。そして、この第2運転領域A2は、エンジン負荷が低く、第1運転領域A1よりも燃焼温度は高いが、筒内の温度が十分に高くはない領域である。
Further, in the second operation region A2, it is not necessary to reintroduce part of the exhaust gas into the
そこで、第2運転領域A2では、安定したCI燃焼を実現するために筒内に逆流する高温の排気の量すなわち内部EGRガス量を多くするべく、排気弁9を内部EGRモードで開弁させ、EGR弁52を閉弁して外部EGRを停止するとともに、スライド部35に生じる負圧を小さく抑える。すなわち、スライド部35に生じる負圧が大きいと、筒内および排気ポート7内のガスを下流側へ吸い出す力が大きくなり、排気が排気ポート7から筒内へ逆流しにくくなる。そこで、第2運転領域A2では、上記のように、スライド部35に生じる負圧を小さく抑えて、筒内への排気の逆流量すなわち内部EGRガス量を多く確保する。当実施形態では、図15に示すように、第2運転領域A2においてスライド部35を最下流位置として、スライド部35に生じる負圧を最小とする。
Therefore, in the second operation region A2, the
このように、当実施形態では、エンジン負荷が第1基準負荷T1以下の領域では、図15に示すように、エンジン回転数が第1基準回転数N1以下ではスライド部35は最上流位置とされ、第1基準回転数N1より大きくなるとスライド部35が最下流位置とされる。
Thus, in this embodiment, in the region where the engine load is equal to or less than the first reference load T1, as shown in FIG. 15, when the engine speed is equal to or less than the first reference speed N1, the
なお、第1運転領域A1および第2運転領域A2においても、エンジン負荷が高くなると筒内の温度は高くなる。そして、この温度が過剰に高くなると過早着火等の異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大のおそれがある。そこで、第1運転領域A1では、エンジン負荷が高いほど内部EGR率(筒内の全ガス量のうち内部EGRガスが占める割合)を小さくする。当実施形態では、エンジン負荷が高いほど排気弁9の閉弁時期を進角側にし、吸気行程中に排気弁9が開弁している期間を短くすることで内部EGR率を小さくする。
In the first operation region A1 and the second operation region A2, the in-cylinder temperature increases as the engine load increases. If this temperature becomes excessively high, abnormal combustion such as premature ignition may occur or combustion noise may increase. Therefore, in the first operation region A1, the internal EGR rate (the ratio occupied by the internal EGR gas out of the total gas amount in the cylinder) is reduced as the engine load increases. In this embodiment, the higher the engine load is, the more the
(4−3)第3運転領域
上記のように、第3運転領域A3でも、第2運転領域A2と同様に、排気の温度は触媒48aの活性温度より高くなる。従って、この第3運転領域A3においても、切替弁92は閉弁し、触媒コンバータ48への排気の再導入は停止する。
(4-3) Third Operating Area As described above, in the third operating area A3, as in the second operating area A2, the temperature of the exhaust becomes higher than the activation temperature of the
ここで、第3運転領域A3でもCI燃焼が実施されるが、この領域A3は、エンジン負荷が比較的高く燃焼によって筒内の温度が高くなりやすい領域である。そのため、第1、第2運転領域A1、A2と異なり、第3運転領域A3では、CI燃焼実施時に過早着火等の異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大が生じやすくなるという問題がある。 Here, CI combustion is also performed in the third operation region A3, but this region A3 is a region in which the engine load is relatively high and the in-cylinder temperature tends to increase due to combustion. Therefore, unlike the first and second operation areas A1 and A2, in the third operation area A3, there is a problem that abnormal combustion such as pre-ignition and an increase in combustion noise are likely to occur when performing CI combustion.
そこで、第3運転領域A3では、過早着火等を回避するために筒内の温度を低く抑えるべく、内部EGRガス量を少なくするとともに、外部EGRを実施する。すなわち、第3運転領域A3では、比較的高温の内部EGRガス量を減少させることで圧縮開始前の筒内の温度を低下させる。また、比較的低温の外部EGRガスを導入することで、EGRガスによる筒内のガス温度の上昇を抑制しつつトータルのEGRガス(内部EGRガスと外部EGRガスとからなる)量すなわち比熱比が高い不活性ガス量をある程度確保し、これにより燃焼開始前の筒内の温度を低く抑えるとともに燃焼温度を低く抑える。ここで、燃焼温度が低下すれば排気の温度が低下して、EGRガスの温度、特に、内部EGRガスの温度が低下するため、これによって、圧縮開始前の筒内の温度はさらに低下する。 Therefore, in the third operation region A3, in order to keep the temperature in the cylinder low in order to avoid premature ignition or the like, the internal EGR gas amount is reduced and the external EGR is performed. That is, in the third operation region A3, the temperature in the cylinder before the start of compression is lowered by reducing the amount of relatively high internal EGR gas. Further, by introducing a relatively low temperature external EGR gas, the total amount of EGR gas (consisting of the internal EGR gas and the external EGR gas), that is, the specific heat ratio is suppressed while suppressing an increase in the gas temperature in the cylinder due to the EGR gas. A high amount of inert gas is ensured to some extent, and thereby the temperature in the cylinder before the start of combustion is kept low and the combustion temperature is kept low. Here, if the combustion temperature is lowered, the temperature of the exhaust gas is lowered, and the temperature of the EGR gas, particularly the temperature of the internal EGR gas is lowered. Thus, the temperature in the cylinder before the start of compression is further lowered.
具体的には、第3運転領域A3においても、排気弁9の開閉モードを内部EGRモードとして内部EGRガスを筒内に導入するが、排気閉弁時期を第1、第2運転領域A1、A2よりも進角側にすることで、内部EGRガス量を少なく抑える。また、スライド部35を最上流位置としてスライド部35に生じる負圧を高め、これにより、排気の筒内への逆流量を抑えるとともに、外部EGR通路51に流入する排気の量を多くして外部EGRガスを多く確保する。すなわち、スライド部35に生じる負圧が高められると、筒内から排出される排気の量すなわち排気流量が多くなるため、外部EGR通路51に流入する排気の量を多くすることができる。
Specifically, also in the third operation region A3, the internal EGR gas is introduced into the cylinder by setting the open / close mode of the
なお、当実施形態では、上記のように、第3運転領域A3では空気過剰率λ=1の燃焼を実施しており、上記EGRガス量の調整によって新気量が空気過剰率λ=1となるように調整される。また、当実施形態では、図13に示すように、第1、第2運転領域A1、A2のうち第3運転領域A3と隣接する領域では、第3運転領域A3に向けて外部EGRガスを徐々に導入する。 In the present embodiment, as described above, in the third operation region A3, the combustion with the excess air ratio λ = 1 is performed, and the fresh air amount becomes the excess air ratio λ = 1 by adjusting the EGR gas amount. It is adjusted to become. In the present embodiment, as shown in FIG. 13, in the first and second operation areas A1 and A2, in the area adjacent to the third operation area A3, the external EGR gas is gradually supplied toward the third operation area A3. To introduce.
(4−4)第4運転領域
第4運転領域A4では、上記のように空気過剰率λ=1のSI燃焼が実施される。当実施形態では、圧縮行程の後期のような比較的遅いタイミングでインジェクタ10から燃料を噴射させるとともにこの燃料噴射の後に点火プラグ11に火花点火を行わせ、これにより、圧縮上死点を少し過ぎたタイミング(膨張行程の初期)から火炎伝播により混合気を燃焼させる。
(4-4) Fourth Operation Region In the fourth operation region A4, the SI combustion with the excess air ratio λ = 1 is performed as described above. In the present embodiment, fuel is injected from the
この第4運転領域A4においても、上記のように、排気の温度は触媒48aの活性温度より高くなるため、切替弁92は閉弁し、触媒コンバータ48への排気の再導入は停止する。
Also in the fourth operation region A4, as described above, the exhaust temperature becomes higher than the activation temperature of the
また、第4運転領域A4では、排気弁9は通常モード(排気行程でのみ開弁するモード)とされて内部EGRガスの導入が停止されるとともに、エンジン負荷の増大に伴って外部EGRガス量が低減され混合気の空気過剰率λが1となるように新気量が増大される。
Further, in the fourth operation region A4, the
さらに、当実施形態では、第4運転領域A4において、エンジン回転数が高い側では、新気量確保のためにエンジンの背圧を小さく抑えるべく、スライド部35を最下流位置としてスライド部35に生じる負圧を小さく抑える一方、エンジン回転数が低く負荷が高い側では、エンジン出力確保のために掃気性を高めるべく、スライド部35を最上流位置としてスライド部35に生じる負圧を大きくする。
Further, in the present embodiment, in the fourth operation region A4, on the side where the engine speed is high, the
なお、吸気弁8は、新気量等に応じて可変機構13aによってその開閉時期が変更される。例えば、CI燃焼が実施される第1〜第3運転領域A1〜A3では、吸気弁8の閉弁時期は比較的進角側とされ、SI燃焼が実施される第4運転領域A4では、吸気弁8の閉弁時期は遅角側とされ開弁期間が長くされる。
The opening / closing timing of the
(5)作用等
以上のように、当実施形態に係るエンジンの制御装置では、低負荷低回転数側に設定されて排気の温度が触媒の活性温度以下となる第1運転領域A1において、切替弁92を開弁させるとともにスライド部35に負圧を発生させて、触媒48aを通過した後の排気であって触媒48aでの反応により昇温された排気を、触媒48aに再流入させているため、触媒48aの温度が触媒活性温度以下に低下するのを抑制することができ、触媒の活性状態を維持して排気性能を良好にすることができる。
(5) Operation, etc. As described above, in the engine control apparatus according to the present embodiment, switching is performed in the first operation region A1 that is set on the low load low rotation speed side and the exhaust temperature is equal to or lower than the catalyst activation temperature. The
特に、当実施形態では、第1運転領域A1において、スライド部35を最上流位置としてスライド部35に発生する負圧を最大としているため、より多くの高温の排気をより確実に触媒48aに再流入させることができ、排気性能をより確実に高めることができる。
In particular, in the present embodiment, in the first operation region A1, the negative pressure generated in the
また、当実施形態では、CI燃焼が実施される負荷の低い第2運転領域A2において、上記スライド部35すなわち排気ポート7の下流側に発生する負圧を小さくしているため、この領域A2において、掃気性を悪化させて筒内に残留する高温の既燃ガスの量を多くすることができる。そして、これにより、筒内の温度を高めて、適正な圧縮自己着火燃焼を実現することができる。
In the present embodiment, in the second operating region A2 where the load of CI combustion is low, the negative pressure generated on the downstream side of the
(6)変形例
ここで、上記実施形態では、第1運転領域A1においてスライド部35を最上流位置としてスライド部35の負圧を最大とした場合について説明したが、この負圧は最小値よりも大きくされればよく、最大値でなくてもよい。また、同様に、第2運転領域A2においてスライド部35の位置は最下流位置に限らず、スライド部35の負圧が第1運転領域A1での負圧よりも小さくなる位置であればよい。
(6) Modified Example Here, in the above-described embodiment, the case has been described in which the negative pressure of the
また、上記実施形態では、排気還流装置90に、排気還流通路91を開閉可能な切替弁92を設けた場合について説明したが、この切替弁92は省略してもよい。すなわち、排気還流通路91の下流側(スライド部35側)の部分の負圧が大きくない場合には、この通路91を通ってスライド部35側に還流する量は少なく抑えられるため、切替弁92を省略して、この負圧すなわちスライド部35の負圧の変更によってのみ、排気還流通路91を介した排気の還流の実施、停止を切り替えてもよい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the switching
また、排気還流通路91は、触媒48aの下流側とスライド部35とを連通していればよく、具体的な接続箇所は上記に限らない。
Further, the exhaust
また、上記実施形態では、各独立排気通路31を上記のように構成するとともにこれらに対して上下流方向に変位するスライド部35を設け、各独立排気通路31から排出された排気が集合する排気集合部(スライド部35)に負圧が生成されるように、また、このスライド部35の変位によって排気集合部(スライド部35)に生じる負圧が変更されるようにした場合について説明したが、上記負圧を生成するための具体的構成およびこの負圧を変更するための具体的構成はこれに限らない。例えば、各独立排気通路31の下流側に固定式の通路およびこの通路の流路面積を変更可能なバルブ等を設け、このバルブ等によって流路面積を絞ることで負圧を発生させるとともに、この流路面積の絞り量を変更することで負圧を変更させてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、スライド部35を変位させるためのスライドアクチュエータ39の具体的構成は上記に限らない。
The specific configuration of the
また、触媒48aの活性時に、触媒48aを通過後の排気を触媒48aに再流入させる運転領域は、エンジン本体1から排出される排気の温度が触媒48aの活性温度以下になる領域であればよく、低負荷低回転数側に設定された上記第1運転領域A1に限らない。
In addition, when the
また、触媒48aの活性時に、エンジン本体1から排出される排気の温度が触媒48aの活性温度以下になる領域において実施される上記の制御を適用するエンジンは、この運転領域においてリーン燃焼やCI燃焼が実施されるものに限らず、SI燃焼等が実施されるものであってもよい。
Further, when the
また、上記実施形態では、4つの気筒2A,2B,2C,2Dの各排気ポート7からそれぞれ個別に独立排気通路31が延びる場合について説明したが、排気順序が連続しない気筒については、これら気筒の排気ポート7からそれぞれ延びる独立排気通路を下流側において一本の通路にまとめてもよい。例えば、4気筒エンジンにおいて、上流側が二股に分岐した独立排気通路を用意し、この独立排気通路の2つの上流端を排気順序が連続しない2番気筒2Bの排気ポートおよび3番気筒2Cに接続させるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
1 エンジン本体
2A〜2D 気筒
7 排気ポート
20 吸気マニホールド
30 排気システム
31 独立排気通路
35 スライド部(排気集合部)
39 スライドアクチュエータ(負圧変更手段)
48a 触媒
48 触媒コンバータ
60 ECU(制御手段)
90 排気還流装置
DESCRIPTION OF
39 Slide actuator (negative pressure changing means)
90 Exhaust gas recirculation device
Claims (5)
複数の気筒の各排気ポートから延びる複数の独立排気通路と、
上記各独立排気通路の下流側に設けられて、各独立排気通路と連通する共通の空間を形成する排気集合部と、
上記排気集合部で発生する負圧を変更可能な負圧変更手段と、
上記排気集合部の下流側に設けられた触媒と、
上記触媒を通過した後の排気を上記排気集合部に還流させる排気還流装置と、
上記負圧変更手段および排気還流装置を含むエンジンの各部を制御する制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記触媒の活性時において、エンジン本体から排出された排気の温度が上記触媒の活性温度以下となる特定領域では、上記排気還流装置によって上記触媒を通過した後の排気を上記排気集合部に還流させるとともに、上記排気集合部の負圧が大きくなる方向に上記負圧変更手段を制御することを特徴とするエンジンの制御装置。 An engine control device having a plurality of cylinders,
A plurality of independent exhaust passages extending from the exhaust ports of the plurality of cylinders;
An exhaust collecting portion that is provided downstream of each independent exhaust passage and forms a common space communicating with each independent exhaust passage;
Negative pressure changing means capable of changing the negative pressure generated in the exhaust collecting portion;
A catalyst provided on the downstream side of the exhaust collecting portion;
An exhaust gas recirculation device for recirculating the exhaust gas after passing through the catalyst to the exhaust gas collecting section;
Control means for controlling each part of the engine including the negative pressure changing means and the exhaust gas recirculation device,
In the specific region where the temperature of the exhaust discharged from the engine main body is equal to or lower than the activation temperature of the catalyst when the catalyst is active, the control means exhausts the exhaust after passing through the catalyst by the exhaust gas recirculation device. An engine control device characterized in that the negative pressure changing means is controlled in a direction in which the negative pressure in the exhaust gas collecting portion is increased while being recirculated to the collecting portion.
上記特定領域は、エンジン負荷が所定の基準負荷よりも低く且つエンジン回転数が所定の基準回転数よりも低い低負荷低回転数領域であることを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 1,
The engine control apparatus according to claim 1, wherein the specific region is a low-load low-revolution region where the engine load is lower than a predetermined reference load and the engine rotational speed is lower than a predetermined reference rotational number.
上記特定領域は、燃料と空気の混合気を空気過剰率が1以上のリーンな状態で燃焼させる運転領域であることを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 2,
The engine control apparatus according to claim 1, wherein the specific region is an operation region in which a fuel / air mixture is burned in a lean state with an excess air ratio of 1 or more.
上記特定領域は、燃料と空気の混合気を圧縮自己着火燃焼させる運転領域であることを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 3,
The engine control apparatus according to claim 1, wherein the specific region is an operation region in which a mixture of fuel and air is subjected to compression self-ignition combustion.
上記制御手段は、上記触媒の活性時において、エンジン負荷が上記基準負荷よりも低く且つエンジン回転数が上記基準回転数以上の低負荷高回転領域では、上記排気集合部の負圧が上記低負荷低回転数領域における負圧よりも小さくなるように上記負圧変更手段を制御することを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 4,
In the low load high rotation region where the engine load is lower than the reference load and the engine speed is equal to or higher than the reference rotation speed when the catalyst is active, the control means is configured such that the negative pressure of the exhaust collecting portion is the low load. An engine control apparatus that controls the negative pressure changing means so as to be smaller than a negative pressure in a low rotational speed region.
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