Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4013766B2 - Engine exhaust gas recirculation control device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4013766B2 - Engine exhaust gas recirculation control device - Google Patents

Engine exhaust gas recirculation control device Download PDF

Info

Publication number
JP4013766B2
JP4013766B2 JP2003005758A JP2003005758A JP4013766B2 JP 4013766 B2 JP4013766 B2 JP 4013766B2 JP 2003005758 A JP2003005758 A JP 2003005758A JP 2003005758 A JP2003005758 A JP 2003005758A JP 4013766 B2 JP4013766 B2 JP 4013766B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
external egr
egr gas
external
rate
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003005758A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004218500A (en
Inventor
聡 西井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2003005758A priority Critical patent/JP4013766B2/en
Publication of JP2004218500A publication Critical patent/JP2004218500A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4013766B2 publication Critical patent/JP4013766B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジン(内燃機関)の排気還流制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃焼室内の内部EGRガス量を制御する内部EGRガス量制御手段と、排気の一部を排気系から外部還流通路を通じて吸気系へ還流する外部EGRガス量を制御する外部EGRガス量制御手段と、外部EGRガスを冷却するための水冷式冷却器とを備え、
(1)エンジンの低負荷時には比較的高温の内部EGRガス量を増加させ、吸気行程でのシリンダ内の吸入負圧を低減してポンピングロスを低下し、また水冷式冷却器の働きを停止して吸入混合気温度を高温に保つことにより燃焼の安定性を確保し、
(2)高負荷時になると水冷式冷却器により冷却された外部EGRガス量を増加させることで燃焼温度を低下させ、NOxの低減、熱負荷の低減、ノッキング発生の抑制を行い、
これによって、低負荷時のポンピングロス低減と高負荷時の熱負荷低減とを両立させつつノッキング発生防止を図るものがある(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平4−175449号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気コレクタと吸気マニホールドとからなる吸気部品を、樹脂により形成したものが増えてきている。樹脂はアルミニウムに比べて熱伝導率が悪いため、アルミニウムより吸入空気の温度が上昇しにくくその分だけ充填効率がよくなることや重量が軽いというメリットがあるためである。
【0005】
その一方で、外部EGRガスを導入したり燃焼室に内部EGRガスを残留させたりしてポンピングロスを低減することで燃費を向上することが行われているが、燃費を一段と向上させるため、より多くの外部EGRガスを導入することが要請されるようになってきている。
【0006】
しかしながら、上記の樹脂製吸気部品を備えるエンジンを対象として外部EGRガス量を増やすときにはその樹脂製吸気部品が、特にエンジンの高負荷時において高温となる外部EGRガスに晒されて耐久性が低下する(熱害を受ける)。
【0007】
熱害を受けないために樹脂製吸気部品に要求される部品耐熱上限温度は予めわかっているので、EGRクーラーによりエンジン高負荷時における高温の外部EGRガスをこの部品耐熱上限温度以下にまで冷却することが考えられるが、部品耐熱上限温度は樹脂では例えば170℃程度であり、エンジン高負荷時にこのような低い温度にまで外部EGRガスを冷却したのでは、エンジン高負荷時における燃焼安定性が悪化する。この燃焼安定性の悪化からの回復を図ろうと燃料増量を行ったのではEGRによる燃費向上効果が低下する。
【0008】
そこで本発明は、樹脂製吸気部品を介して空気を燃焼室に導入するようにしたエンジンを対象として、外部EGR装置と内部EGR装置とを用い、エンジン負荷状態に応じて外部EGRガス量(または外部EGR率)と内部EGRガス量(または内部EGR率)との分担割合を変化させ、高負荷になるほど内部EGRガス量の分担割合を増加させることにより、高負荷時の大量EGR条件下においても樹脂製吸気部品に対する熱害を抑制しつつ燃費向上効果を維持することを目的とする。
【0009】
これに対して、上記従来装置は、樹脂製吸気部品を備えるエンジンを対象とするものでなく、また高負荷時に、本発明と相違して外部EGRガス量を増加させると共に内部EGRガス量を減少させている。このように上記従来装置は、対象とするエンジンが異なり、かつ外部、内部のEGRガス量の制御方向が逆になっているなど、本発明とは技術的思想が異なっている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、吸気コレクタと吸気マニホールドからなり樹脂から形成される吸気部品を介して空気を燃焼室に導入するようにしたエンジンにおいて、排気通路と前記吸気マニホールドを連通するEGR通路と、このEGR通路を介して吸気マニホールドへと流れる排気の量を調整し得るEGR弁と、このEGR弁を駆動するアクチュエータとからなり外部EGR率または外部EGRガス量を調整可能な外部EGR装置と、内部EGR率または内部EGRガス量を調整可能な内部EGR装置と、外部EGRガスを導入するEGR領域のうち樹脂製吸気部品に対する熱害を招く可能性のある領域及び樹脂製吸気部品に対する熱害を招く領域でエンジン負荷状態に応じて前記外部EGR率または外部EGRガス量と前記内部EGR率または内部EGRガス量との分担割合を変化させ、高負荷になるほど前記外部EGR率または外部EGRガス量の分担割合を減少させ、前記内部EGR率または内部EGRガス量の分担割合を増加させる分担割合制御手段とを備える。
【0011】
また、前記外部EGRガスと冷媒との間で熱交換を行わせて外部EGRガスを冷却する外部EGRガス冷却装置を備え、前記高負荷になるほど前記外部EGR率または外部EGRガス量の分担割合を減少させる際に、燃焼安定性が悪化しない流量まで前記外部EGRガス冷却装置に流す冷媒流量を低下させる。
【0012】
【発明の効果】
高負荷時に従来より多い外部EGRガスを導入することによって、ポンピングロスの低下による一層の燃費向上効果が得られる一方で、高負荷時の高温の外部EGRガスにより金属以外の材料例えば樹脂から形成される吸気部品に対する熱害も大きくなるのであるが、本発明では、高負荷になるほど外部EGR率(または外部EGRガス量)の分担割合を減らし、内部EGR率(または内部EGRガス量)の分担割合を増やすので、樹脂製吸気部品に対する熱害を抑制でき、かつ外部EGR率の低下によって燃費が悪くなる分は内部EGR率の増加によって補われるため燃費向上効果も維持できる。
【0013】
このようにして本発明によれば、高負荷時の大量EGR条件下においても、樹脂製吸気部品に対する熱害を抑制しつつ格段の燃費向上効果を維持することができる。
【0014】
また、高負荷になるほど外部EGR率(または外部EGRガス量)の分担割合を減少させる際に、外部EGRガス冷却装置に流す冷媒流量が外部EGR率の分担割合を減少させる前と同じであると、外部EGRガスの冷却が相対的に強くなり過ぎ、高負荷時における燃焼安定性を悪化させることになるが、本発明によれば高負荷になるほど外部EGR率の分担割合を減少させる際に燃焼安定性が悪化しない流量まで外部EGRガス冷却装置に流す冷媒流量を低下させるので、燃焼安定性が損なわれることもない。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0016】
図1は、本発明のシステムを説明するための概略図である。
【0017】
空気は吸気コレクタ2と吸気マニホールド3とからなる樹脂製の吸気部品を介して各気筒の燃焼室5に導入される。燃料は各気筒の吸気ポート4に配置された燃料インジェクタ21より噴射供給される。空気中に噴射された燃料は気化しつつ空気と混合してガス(混合気)を作り燃焼室5に流入する。この混合気は吸気弁15が閉じることで燃焼室5内に閉じこめられ、ピストン6の上昇によって圧縮される。
【0018】
この圧縮混合気に対して高圧火花により点火を行うため、パワートランジスタ内蔵の点火コイルを各気筒に配した電子配電システムの点火装置11を備える。点火装置11は、バッテリからの電気エネルギーを蓄える点火コイル13と、点火コイル13の一次側への通電、遮断を行うパワートランジスタと、燃焼室5の天井に設けられる点火プラグ14とからなっている。
【0019】
燃費が最良となる点火時期が基本点火時期として定められており、エンジンコントローラ31では運転条件(エンジンの負荷と回転速度)に応じて基本点火時期を演算し、実際のクランク角がこの点火時期に一致するとき、パワートランジスタ13を介して点火プラグ14の一次側電流を遮断することにより、点火時期を制御する。この点火時期は圧縮上死点より少し手前にあり、点火プラグ14により火花が飛ばされ燃焼室5内の圧縮混合気に着火されると、火炎が広がりやがて爆発的に燃焼し、この燃焼によるガス圧がピストン6を押し下げる仕事を行う。この仕事はクランクシャフト7の回転力として取り出される。燃焼後のガス(排気)は排気弁16が開いたとき排気通路8へと排出される。
【0020】
排気通路8には三元触媒9を備える。三元触媒9は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲(ウインドウ)にあるとき、排気に含まれるHC、CO、NOxといった有害三成分を同時に効率よく除去できる。空燃比は吸入空気量と燃料量の比であるので、エンジンの1サイクル(4サイクルエンジンではクランク角で720°区間)当たりに燃焼室5に導入される吸入空気量と、燃料インジェクタ21からの燃料噴射量との比が理論空燃比となるように、エンジンコントローラ31ではエアフローメータ32からの吸入空気流量の信号とクランク角センサ(33、34)からの信号に基づいて燃料インジェクタ21からの燃料噴射量を定めると共に、三元触媒9の上流に設けたO2センサ(図示しない)からの信号に基づいて空燃比をフィードバック制御している。
【0021】
吸気コレクタ2の上流には吸気絞り弁23がスロットルモータ24により駆動される、いわゆる電子制御スロットル22を備える。運転者が要求するトルクはアクセルペダル41の踏み込み量(アクセル開度)に現れるので、エンジンコントローラ31ではアクセルセンサ42からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにスロットルモータ24を介して吸気絞り弁23の開度を制御する。
【0022】
主に燃費向上のためEGR装置(外部EGR装置)を備える。EGR装置は、排気通路8と吸気マニホールド3を連通するEGR通路25と、このEGR通路25を介して吸気マニホールド3へと流れる排気、つまり不活性ガス(外部EGRガス)の量(あるいは率)を調整し得るEGR弁26と、このEGR弁26を駆動するアクチュエータ27(例えばステップモータ)とからなり、外部EGRガスが吸気マニホールド3に導入されると、ポンピングロスが減ってそのぶん燃費がよくなる。
【0023】
また、燃焼室5内に不活性ガス(内部EGRガス)を残留させるため、作動角一定のまま吸気弁用カムの位相を連続的に制御し得る吸気バルブタイミングコントロール機構(以下、「VTC機構」という。)29(内部EGR装置)を備える。すなわち、吸気弁用カムシャフト28及びクランクシャフト7の各前部にはそれぞれカムスプロケット、クランクスプロケットが取り付けられ、これらスプロケットにタイミングチェーン(図示しない)を掛け回すことで、吸気弁用カムシャフト28がエンジンのクランクシャフト7により駆動されるのであるが、このカムスプロケットと吸気弁用カムシャフト28との間にVTC機構29を備えている。このVTC機構29では、VTC機構アクチュエータに信号を与えないとき、吸気弁用カムシャフト28が最遅角位置にあり、VTC機構アクチュエータに与える制御量を増やすほどカムスプロケットに対して吸気弁用カムシャフト28が進角側に回転するようになっている。この吸気弁用カムシャフト28の回転角を以下「カム位相」という。
【0024】
このカム位相つまり吸気弁15の開閉時期を変えると燃焼室5に残留する内部EGRガスの量が変化する。燃焼室5内の内部EGRガス量が増えるほどポンピングロスが減って燃費がよくなる。
【0025】
上記のEGR弁27とこのVTC機構29とは燃焼室5内に不活性ガスを導入するという意味では等価な働きをしている。両者により実現されるEGR率を区別するため、EGR弁27により実現されるEGR率を「外部EGR率」、VTC機構29により実現されるEGR率を「内部EGR率」という。
【0026】
EGR通路25にはEGRクーラー55(外部EGRガス冷却装置)を備える。これは、外部EGRガスを冷却するためのものである。EGRクーラー55は、内管と外管からなる2重構造をしており、内管を外部EGRガスが、外管をエンジン冷却水(冷媒)が流れる。図1には冷却水流路の一部しか示していないが、全体の冷却水流路は図2に示したようになっており、エンジン1(ウォータジャケット)への主流路53をバイパスする流路54にEGRクーラー55が介装されている。51はエンジンで暖められた冷却水を冷却するラジエータ、52はラジエータ51により冷やされた冷却水をエンジンに向け圧送するウォータポンプである。
【0027】
また、バイパス通路54にはEGRクーラー55を流れる冷却水流量を調整するための流量制御弁56を備える。
【0028】
さて、燃費を格段に向上させるため、より多くの外部EGRガスを導入することが要請されるようになってきている。
【0029】
しかしながら、樹脂製吸気部品を備えるエンジンを対象として外部EGRガス量を増やすときには樹脂製吸気部品に対する熱害を考慮する必要がある。
【0030】
そこで、外部EGRガスを導入するEGR領域と樹脂製吸気部品に対する熱害との関係を調べてみると、図3に示したように運転領域を概ね4つに分割することができ、各領域における樹脂製吸気部品に対する熱害は次のようになることがわかった。なお、本発明では、外部EGRガスを導入するEGR領域が従来装置より拡大し、かつ各領域での外部EGR率も従来装置より大きくなっている。
【0031】
領域R1:樹脂製吸気部品に対する熱害が問題とならない領域。
【0032】
領域R2:樹脂製吸気部品に対する熱害を招く可能性のある領域(短時間での溶損発生はないが、熱疲労の蓄積により溶損が発生する領域)。
【0033】
領域R3:樹脂製吸気部品に対する熱害を招く領域(短時間での溶損が発生する領域)。
【0034】
領域R4:外部EGRガスを導入しないため樹脂製吸気部品に対する熱害が問題とならない領域。
【0035】
すなわち、領域R1は低中負荷域かつ低中回転速度域で、外部EGR率を最も大きくしている。これに対して残りの領域R2、R3、R4はいずれも高負荷域かつ高回転速度域で、この領域を低負荷側かつ低回転側よりR2、R3、R4の3つに分けている。領域R4では外部EGRガスを導入しない、つまり外部EGR率=0であるので、残り2つの領域R3、R2についてこの順に外部EGR率を大きくしている。
【0036】
一方、排気温度は領域R1において最も低く、高負荷側の領域R2、R3において高くなる(例えば領域R1ではほぼ130℃未満、領域R2では130℃以上170℃未満、領域R3では170℃以上である)。領域R2、R3では外部EGRガスが高温となるので、EGRクーラー55により外部EGRガスをある程度は冷却するものの、それでも領域R3では短時間で樹脂製吸気部品に溶損が発生し、領域R2では短時間での溶損発生はないが、熱疲労の蓄積により溶損が発生する。
【0037】
そこでエンジンコントローラ31では、一段の燃費向上を狙い広い領域にわたって大量の外部EGR率が達成できるようにエンジンの負荷と回転速度に応じて外部EGR率基本値Pegr0を定めておき、この外部EGR率基本値Pegr0に基づいてEGR弁開度を算出し、このEGR弁開度となるようにEGR弁アクチュエータ27を制御すると共に、運転条件が領域R2またはR3にあるか否かを判定し、運転条件が領域R2またはR3にあるときには、領域R2、R3毎に樹脂製吸気部品の外部EGRガスからの受熱量Smheatをエンジンの負荷と回転速度及び吸入空気流量に基づいて算出(推定)し、その受熱量Smheatが、予め定めている部品耐熱要求クライテリアX以上となったとき、外部EGR率の分担割合を減少させかつ内部EGR率の分担割合を増加させる。すなわち、外部EGR率を減らすと共に、この外部EGR率の減少分を内部EGR率の増加で補い、トータルで燃費向上効果が変わらないようにする。
【0038】
これら外部EGR率、内部EGR率の分担割合の可変制御をさらに図4、図5を参照しながら説明すると、図4は領域R2での、図5は領域R3での定常運転状態での変化をモデル的に示す波形図である。
【0039】
図4において、領域R2では外部EGR率基本値Pegr0に従う流量の高温(例えば130℃〜170℃)の外部EGRガスが樹脂製吸気部品に導入されるので、領域R2での運転が継続すると樹脂製吸気部品の受熱量Smheatが増えてゆき、やがてt1で部品耐熱要求クライテリアXに達する(図4第1段目参照)。このときには、外部EGR率を基本値Pegr0より目標減量後外部EGR率P´egr2へと下げるため(図4第2段目参照)、基本値Pegr0に対するEGR弁開度の値より、目標減量後外部EGR率P´egr2に対するEGR弁開度の値へとEGR弁開度を小さくする(図4第3段目参照)。これにより、実際の外部EGR率は所定の傾きをもって小さくなり、t2において目標減量後外部EGR率P´egr2に追いつく。t1よりt2の期間は移行期間である。これは、EGR弁アクチュエータ27には応答遅れがあり、EGR弁アクチュエータ27の最高速度以上でEGR弁26を閉じることができないためである。
【0040】
また、外部EGR率をt1より低下させたことに対応してEGRクーラー55の冷却水流量を減少させる(図4第4段目参照)。これは、冷却水流量を減少させないとEGRクーラー55による冷却量が大きくなり過ぎ、高負荷領域である領域R2での燃焼安定性を悪化させてしまうので、これを避けるためである。従って、冷却水流量の流量低下代Qegrc2は領域R2での燃焼安定性の悪化を招かない流量までに制限する。
【0041】
一方、t1の前後で同じ良好な燃費向上効果が維持されるようにt1より内部EGR率を目標内部EGR率Piegrに向かって所定の傾きで増加させ、t2で目標内部EGR率Piegrと一致させるため(図4第5段目参照)、最遅角位置より目標内部EGR率Piegr2に対するカム位相の値へとカム位相を所定の傾きで進角し、t2で目標内部EGR率Piegrに対するカム位相の値と一致させる(図4第6段目参照)。
【0042】
このようにして外部EGR率を減少させ、代わりに内部EGR率を増加させることで、図4最下段のように、130〜170℃あった外部EGRガス温度がt1より低下してt2では130℃未満の状態となり、これにより樹脂製吸気部品に熱疲労が発生することを回避できる。
【0043】
次に図5に移ると、全体的には図4と同様である。従って、ここでは図4との違いを主に述べると、領域R3では外部EGRガス温度が領域R2のときより高いため(例えば170℃以上)、受熱量Smheatの傾きが領域R2のときより急であり(図5最上段参照)、そのぶん部品耐熱要求クライテリアXに達するまでの時間が短い。また、領域R3での目標内部EGR率Piegr3のほうが、領域R2での目標内部EGR率Piegr2より大きい(図5第5段目参照)。
【0044】
領域R3でも領域R2と同様に、外部EGR率を減少させ、代わりに内部EGR率を増加させることで、図5最下段のように170℃を超えていた外部EGRガス温度が、t3より低下してt4ではほぼ130℃程度となり、これにより樹脂製吸気部品に溶損が発生することを回避できる。
【0045】
なお、領域R2、R3で高温の外部EGRガスを樹脂製吸気部品に導入することにより樹脂製吸気部品が熱害を受けるのであれば、最初から外部EGRガスの導入に頼らず内部EGRガスの導入のみを行うことが考えられる。しかしながら、このときには領域R1で内部EGR率を最も大きくするため吸排気のオーバーラップ量を大きくしなければならないが、もともと低温状態にある領域R1でこのようにオーバーラップ量を大きくしたのでは、安定した燃焼を得ることができない。従って、まずは外部EGRガスを導入し、熱疲労や溶損の事態を招く可能性が生じる領域R2、R3で外部EGR率を減らし、内部EGR率を増やすのが好ましいといえる。
【0046】
エンジンコントローラ31で実行されるこの外部EGR率、内部EGR率の分担割合の可変制御を以下に示すフローチャートにより詳述する。
【0047】
図6は外部EGRガス流量の減量を指示するフラグ(以下単に「減量フラグ」という。)を設定するためのもので、一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。
【0048】
ステップ1ではクランク角センサ33、34により検出されるエンジン回転速度Ne、基本噴射パルス幅Tp、エアフローメータ32により検出される吸入空気流量QAを読み込む。ここで、Tpは燃料噴射量の演算フローにおいて算出されている値で、エンジン負荷相当量である。
【0049】
ステップ2では運転条件(Ne、Tp)が図3に示す領域R2またはR3にあるか否かをみる。運転条件が領域R2またはR3になれけばそのまま今回の処理を終了する。
【0050】
運転条件が領域R2またはR3にあるときにはステップ3に進んで減量フラグをみる。この減量フラグはエンジン始動時にゼロに初期設定されているので、ステップ4に進み樹脂製吸気部品の外部EGRガスからの受熱量を算出する。この樹脂製吸気部品の外部EGRガスからの受熱量の算出については図7のフローにより説明する。
【0051】
図7において、ステップ11では外部EGR率基本値Pegr0を決定する。例えばエンジン回転速度Neと基本噴射パルス幅Tpとから図8の特性を内容とするマップを検索することにより外部EGR率基本値Pegr0を演算する。前述したように従来より外部EGRガスを導入する領域は拡大し、かつ外部EGR率基本値の値も従来より大きくなっている。
【0052】
ステップ12ではこの外部EGR率基本値Pegr0と吸入空気流量QAとから、
Qegr=QA×Pegr0…(1)
の式により外部EGRガス流量Qegrを算出する。
【0053】
ステップ13では排気温度Texhを決定する。例えばエンジン回転速度Neと基本噴射パルス幅Tpとから図9の特性を内容とするマップを検索することにより排気温度Texhを演算する。
【0054】
ステップ14では、EGRクーラー55に流す冷却水流量基本値Qcool0を決定する。例えばエンジン回転速度Neと基本噴射パルス幅Tpとから図10の特性を内容とするマップを検索することによりEGRクーラー55に流す冷却水流量基本値Qcool0を演算する。
【0055】
ステップ15では、EGRクーラー55による外部EGRガスの温度低下代Tegrcを、冷却水流量基本値Qcool0と外部EGR率基本値Pegr0とに基づいて決定する。例えば、Qcool0とPegr0とから図11の特性を内容とするマップを検索することによりEGRクーラー55による外部EGRガスの温度低下代Tegrcを演算する。図11のように冷却水流量が同じであれば、外部EGR率が大きいほど温度低下代は小さく、外部EGR率が同じであれば冷却水流量が多いほど大きい。
【0056】
ステップ16では、排気温度Texhとこの温度低下代Tegrcを用いて、
Tegr=Texh−Tegrc…(2)
の式により樹脂製吸気部品に導入される外部EGRガスの温度Tegrを算出する。
【0057】
ステップ17では、このEGRガス温度TegrをEGRガス流量Qegrに乗算した値を樹脂製吸気部品の所定時間当たりの受熱量Segrとして計算する。
【0058】
ステップ18では、この所定時間当たりの受熱量Segrを積算することによて、つまり
Smheat=Segr+Smheat(−1)…(3)
ただし、Smheat(−1):Smheatの前回値、
の式により領域R2あるいは領域R3になってからの樹脂製吸気部品の受熱量Sheatを算出する。なお、(3)式右辺のSmheat(−1)の初期値としては、エンジンの始動時または領域R2またはR3に入った直後にゼロを入れておく。
【0059】
ステップ19では次回の演算に備えて、今回値であるSmheatの値を前回値であるSmheat(−1)に移す。
【0060】
このようにして樹脂製吸気部品の受熱量Smheatを求めたら図6に戻り、ステップ5でこの樹脂製吸気部品の受熱量Smheatとしきい値Xを比較する。しきい値Xは図4、図5の最上段に示した部品耐熱要求クライテリアである。受熱量Smheatがしきい値X未満であればそのまま今回の処理を終了する。受熱量Smheatがしきい値X以上になると、ステップ6に進んで減量フラグ=1とする。
【0061】
図12、図13は外部EGR率を決定するためのもので、一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。
【0062】
ステップ21では図7のステップ11と同様にして外部EGR率基本値Pegr0を決定する。ステップ22では減量フラグをみる。減量フラグ=0であるときにはステップ23に進んで外部EGR率基本値Pegr0をそのまま外部EGR率Pegrに入れる。
【0063】
減量フラグ=1であるときにはステップ24に進み運転条件が領域R2とR3のいずれにあるのかを判定する。運転条件が領域R2にあるときにはステップ25〜34に、また領域R3にあるときには図13のステップ35〜44に進む。各領域における処理は同様であるので、領域R2での処理を主に説明する。
【0064】
ステップ25では移行済フラグ2(ゼロに初期設定)をみる。ここでは移行済フラグ2=0であるとして話を進めると、このときにはステップ26に進み減量フラグ=1となって初めてか否かをみる。減量フラグ=1となって初めてであるときにはステップ27、28に進んで移行処理のための初期設定を行う。すなわち、ステップ27では樹脂製吸気部品の熱的損傷に対して問題ない温度と燃焼安定性の確保が可能な温度との要求から定まる目標減量後外部EGR率P´egr2を決定する。例えば外部EGR率基本値Pegr0から図14の特性を内容とするテーブルを検索することにより目標減量後外部EGR率P´egr2を演算する。図14において一点鎖線はP´egr2=Pegr0の直線である。ここでは、外部EGR率の減量後にはPegr0より小さくしたいのであるから、P´egr2の特性を表す直線の傾きは、一点鎖線の傾きより小さくなる(図14実線参照)。
【0065】
ステップ28では外部EGR率基本値Pegr0をメモリである「PegrTR(−1)」に入れる。ここでは、外部EGR率を減量前の値である基本値Pegr0より減量後の値であるP´egr2へと所定の傾きをもって移行させるが、PegrTRはこの移行中の外部EGR率を表し、「PegrTR(−1)」はその前回値を表す。
【0066】
ステップ29では、次式により移行中の外部EGR率PegrTRを算出し、ステップ30でこれと目標減量後外部EGR率P´egr2とを比較する。
【0067】
PegrTR=PegrTR(−1)−Degr2…(4)
ただし、PegrTR(−1):PegrTRの前回値、
Degr2:移行速度を定める所定値(一定値)、
ここで、(4)式は、PegrTRを演算周期当たり所定値Degr2ずつ漸減する式である。所定値Degr2はEGR弁アクチュエータの駆動速度に応じて定める。
【0068】
移行中の外部EGR率を表すPegrTRが目標減量後外部EGR率P´egr2に到達していないときにはステップ31に進んでPegrTRを外部EGR率Pegrに入れる。移行中の外部EGR率を表すPegrTRが目標減量後外部EGR率P´egr2に到達していないときにステップ29を繰り返すと、やがてPegrTRが所定値Degr2ずつ小さくなって目標減量後外部EGR率P´egr2に到達する。このときにはステップ30よりステップ32に進んで移行済フラグ2=1とすると共に、ステップ33で目標減量後外部EGR率P´egr2を外部EGR率Pegrに入れる。
【0069】
移行済フラグ2=1としたことにより、次回からはステップ25よりステップ34に進み、目標減量後外部EGR率P´egr2を外部EGR率Pegrに入れる。ステップ34は移行後の処理である。
【0070】
領域R3での処理である図13のステップ35〜44は領域R2での処理である図12のステップ25〜34と同様である。すなわち、ステップ35〜44における「2」を「3」に置き換えてやれば、領域R3での処理であるステップ35〜44の操作が得られる。なお、ステップ37では外部EGR率基本値Pegr0から図14破線の特性を内容とするテーブルを検索することにより、樹脂製吸気部品の熱的損傷に対して問題ない温度と燃焼安定性の確保が可能な温度との要求から定まる領域R3での目標減量後外部EGR率P´egr3を演算する。領域R3での目標減量後外部EGR率P´egr3は領域R2での目標減量後外部EGR率P´egr2より傾きが小さい。
【0071】
このようにして決定された外部EGR率Pegrに基づいて外部EGRガス流量(Pegr×QA)が算出され、この外部EGRガス流量よりEGR弁開度が算出され、このEGR弁開度が達成されるようにEGR弁アクチュエータ27が制御される。
【0072】
図15は目標内部EGR率及び目標カム位相を決定するためのもので、一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。
【0073】
ステップ51では減量フラグをみる。減量フラグ=0であるときにはステップ52に進んで目標内部EGR率Piegr=0とし、ステップ53では目標カム位相θegr=0とする。このとき、VTC機構29は最遅角位置にある。
【0074】
減量フラグ=1であるときにはステップ51よりステップ54に進んで運転条件が領域R2またはR3のいずれにあるか否かをみる。運転条件が領域R2にあるときにはステップ55〜57、62に、運転条件が領域R3にあるときにはステップ59〜61、62に進む。
【0075】
各領域における処理は同様であるので、ここでも領域R2での処理を主に説明する。
【0076】
ステップ55では外部EGR率Pegr(図12、図13により決定されている)を読み込み、ステップ56でこの外部EGR率Pegrに基づいて領域R2での目標内部EGR率をPiegr2を決定する。例えば、外部EGR率Pegrから図16の特性を内容とするテーブルを検索することにより領域R2での目標内部EGR率Piegr2を演算する。
【0077】
図16に示したように、目標内部EGR率Piegr2は外部EGR率Pegrが小さくなるほど大きくなる値である。減量フラグ=1であるときの外部EGR率Pegrは図12、図13で前述したように移行中はPegrTRに等しく(図12ステップ30、31参照)、移行後にはP´egr2になる(図12ステップ30、33、ステップ25、34参照)。移行中の外部EGR率を表すPegrTRはPegr0よりP´egr2へと小さくなる(図12ステップ26〜29参照)。従って、移行中の外部EGR率を表すPegrTRがPegr0よりP´egr2へと小さくなるとき、図16によればこれに合わせて目標内部EGR率Piegr2が0より大きくなる。
【0078】
ステップ57では領域R2での目標内部EGR率Piegr2を目標内部EGR率Piegrに入れる。
【0079】
領域R3での処理であるステップ59〜61は領域R2での処理であるステップ55〜57と同様である。すなわち、ステップ55〜57における「2」を「3」に置き換えてやれば、ステップ59〜61の操作が得られる。なお、ステップ60では外部EGR率Pegrから図16破線の特性を内容とするテーブルを検索することにより領域R3での目標内部EGR率Piegr3を演算する。同じ外部EGR率Pegrに対して領域R3での目標内部EGR率Piegr3のほうが領域R2での目標内部EGR率Piegr2より値が大きい(図16参照)。
【0080】
ステップ62では、このようにして求めた目標内部EGR率Piegrに基づいてVTC機構29の目標カム位相θegrを決定する。例えば、目標内部EGR率Piegrから図17の特性を内容とするテーブルを検索することによりVTC機構29の目標カム位相θegrを演算する。
【0081】
このようにして決定される目標カム位相θegrが得られるようにVTC機構アクチュエータが制御される。
【0082】
図18はEGRクーラー55の冷却水流量を決定するためのもので、一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。
【0083】
ステップ71ではエンジン回転速度Neと基本噴射パルス幅Tpを読み込み、ステップ72でこれらに基づいてEGRクーラー55の冷却水流量基本値Qcool0を決定する。例えばエンジン回転速度と基本噴射パルス幅Tpとから図10の特性を内容とするテーブルを検索することによりEGRクーラー55の冷却水流量基本値Qcool0を演算する。
【0084】
ステップ73では減量フラグをみる。減量フラグ=0であるときにはステップ74に進んでこの基本値Qcool0をそのままEGRクーラー55の冷却水流量Qcoolに入れる。
【0085】
減量フラグ=1であるときにはステップ73よりステップ75に進んで運転条件が領域R2またはR3のいずれにあるか否かをみる。運転条件が領域R2にあるときにはステップ76〜78に、運転条件が領域R3にあるときにはステップ79〜81に進む。
【0086】
各領域における処理は同様であるので、領域R2での処理を主に説明する。
【0087】
ステップ76で外部EGR率Pegr(図12、図13により決定している)を読み込み、ステップ77でこの外部EGR率Pegrに基づいて、領域R2における冷却水流量基本値Qcool0からの流量低下代Qegrc2を決定し、ステップ78において次式によりEGRクーラー55に流す冷却水流量Qcoolを算出する。
【0088】
Qcool=Qcool0−Qegrc2…(5)
領域R2での流量低下代Qegrc2は、例えば外部EGR率Pegrから図19の特性を内容とするテーブルを検索することにより演算する。
【0089】
図19に示したように流量低下代Qegrc2は外部EGR率Pegrが小さくなるほど小さくなる値である。この流量低下代は、減量フラグ=1となったことより外部EGR率を減らすときにEGRクーラー55に流す冷却水流量も減らすこととして、外部EGRガスを冷やしすぎないようにするためのものである。
【0090】
減量フラグ=1であるときの外部EGR率Pegrは図12、図13で前述したように移行中はPegrTRに等しく、移行後にはP´egr2になる。移行中の外部EGR率を表すPegrTRはPegr0よりP´egr2へと小さくなる。従って、移行中の外部EGR率を表すPegrTRがPegr0よりP´egr2へと小さくなるとき、図19によればこれに合わせて流量低下代Qegrc2だけ冷却水流量が減る。
【0091】
領域R3での処理であるステップ79〜81は領域R2での処理であるステップ76〜78と同様である。すなわち、ステップ76〜78における「2」を「3」に置き換えてやれば、ステップ79〜81の操作が得られる。なお、ステップ80では外部EGR率Pegrから図19破線の特性を内容とするテーブルを検索することにより領域R3での流量低下代Qegrc3を演算する。同じ値の外部EGR率Pegrに対して領域R3での流量低下代Qegrc3のほうが領域R2での流量低下代Qegrc2より小さい(図19参照)。
【0092】
このようにして決定される冷却水流量Qcoolが流れるように流量制御弁56が制御される。
【0093】
なお、前述した上記のフローはかなり簡略化して示している。すなわち、領域R2に運転条件がある場合に減量フラグ=1となったことより外部EGR率を基本値Pegr0より目標減量後外部EGR率P´egr2へと変化させ、移行中の外部EGR率を表すPegrTRがこの目標減量後外部EGR率P´egr2と一致したタイミングで減量フラグ=0としているが、減量フラグ=1となった後かつ減量フラグ=0となる前に運転条件が領域R2より外れることも考えられる。しかしながら、この場合まで含んで上記のフローを作成してはいない。
【0094】
また、領域R2で図4に示す制御が一度行われたら同じ領域R2にとどまる限り、2度目、3度目と図4に示す制御が繰り返し行われることはない。領域R2で図4に示す制御が一度行われた後に、運転条件が変化して領域R2を外れ、再び領域R2に戻ってきたときには、再び図4に示す制御が一度だけ行われる。
【0095】
また、図4、図5には樹脂製吸気部品の受熱量が単純に増加する場合を示しているが、樹脂製吸気部品は外部EGRガスより熱を受領するだけでなく運転条件によっては外部EGRガスに対して熱を放出することがあるので、実際には樹脂製吸気部品の受熱量は増えたり減ったりする。この樹脂製吸気部品からの放熱量についても運転条件に応じて推定できるので、この場合を本発明から除くものではない。
【0096】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【0097】
領域R1では、EGRガス温度による樹脂製吸気部品への熱害が問題とならないため、EGR弁26を開いて外部EGRガスを樹脂製吸気部品へと導入している。その際、EGRクーラー55は作動させずに燃焼安定性の要求から定まる外部EGR率基本値Pegr0まで外部EGR率を増加させており、これにより燃費向上効果を最大限に引き出すことができる。
【0098】
領域R2では、外部EGRガス温度が130〜170℃といった比較的高温となるために、長時間にわたり樹脂製吸気部品がこの温度の外部EGRガスに晒されると、樹脂製吸気部品の熱的損傷を招く恐れがある。この領域R2では、外部EGRガスを導入するが、エンジンコントローラ31により求められた樹脂製吸気部品の受熱量Smheatが、樹脂製吸気部品の熱的な要求から定まるしきい値Xに達したときに、外部EGR率を、樹脂製吸気部品の熱的損傷に対して問題ない温度と燃焼安定性の確保が可能な温度との要求から定まるEGR率(P´egr2)となるまで減少させる。このとき、EGRクーラー55の作動は、ガス温度の低下を招き、燃焼安定性を悪化させるため、冷却水流量は必要最小限に制御する。また、並行してVTC機構29を制御し、吸排気弁のバルブオーバーラップ量を増加させ、内部EGR率の分担割合を増加させることで、外部EGR率が低下することによる燃費向上効果の低下を補うことができる。
【0099】
領域R3での作用は領域R2での作用と同様である。すなわち、領域R3においては樹脂製吸気部品が170℃を超える高温のEGRガスに晒されることで熱的損傷を招いてしまうため、領域R2と同様に、外部EGR率を、樹脂製吸気部品の熱的損傷に対して問題ない温度と燃焼安定性の確保が可能な温度との要求から定まるEGR率(P´egr3)となるまで減少させる。このときにも、EGRクーラー55の作動は、ガス温度の低下を招き、燃焼安定性を悪化させるため、冷却水流量は必要最小限に制御する。また、並行してVTC機構29を制御し、バルブオーバーラップ量を増加させ、内部EGR率の分担割合を領域R2に対してさらに増加させることで、外部EGR率が低下することによる燃費効果の低下を補うことができる。
【0100】
ここで、外部EGR装置としてのEGR弁26と、内部EGR装置としてのVTC機構29とを併用し、高負荷になるほど外部EGR率の分担割を減少させ、内部EGR率の分担割合を増加させる必要性について説明する。逆に言えば、EGR弁26とEGRクーラー55のみに頼ることは次の2つの懸案を生じさせる。
【0101】
一つ目の懸案は、高負荷時における高温の外部EGRガスを樹脂製吸気部品に導入するにしても、樹脂製吸気部品の耐熱性の要求から限界があることである。例えば150℃の外部EGRガスが直接に樹脂製の吸気コレクタ2に導入されると、外部EGRガスが直接あたる面が溶損を引き起こしてしまう。また、例えば130℃の外部EGRガスが導入されるときには、すぐに溶損が発生するには至らないが、長時間同じ領域で運転することで熱的な疲労が蓄積し、溶損が発生する恐れがある。
【0102】
もう一つの懸案は、外部EGR装置を用いたときに、EGRクーラー55の作動による外部EGRガスの冷却は、高負荷時においても燃焼速度を低下させ、燃焼安定性に対して悪影響が大きいことである。このとき、燃焼安定性の面から外部EGR率に制限が課せられるため、結果的に外部EGRガスの導入による燃費効果を低下させてしまうことになる。
【0103】
これに対して、外部EGR率の分担割合を減少し、内部EGR率の分担割合を増加させることで、上述の二つの懸案を同時に解決することが可能となる。
【0104】
このように、本実施形態(請求項3、4に記載の発明)では、外部EGRガスを導入する領域を拡大すると共に、その領域での外部EGR率(外部EGR率基本値Pegr0)をも大きくし、この外部EGR率基本値Pegr0が得られるようにEGR弁開度を制御することで、EGRによる格段の燃費向上効果を得る一方、外部EGR率基本値Pegr0と吸入空気流量QAとから外部EGRガス流量Qegrを算出し、この外部EGRガス流量QegrとEGRガス温度Tegrとから樹脂製吸気部品の受熱量Smheatを算出し、この樹脂製吸気部品の受熱量Smheatがしきい値X以上となったときには外部EGR率を減少させると共に内部EGR率を増加させ、かつEGRクーラーに流す冷却水流量を燃焼安定性が悪化しない流量まで低下させることで、樹脂製吸気部品に導入される外部EGRガスの温度が適正に保たれる。
【0105】
これにより樹脂製吸気部品の耐熱要求を満足しつつ燃焼安定性を確保し、かつEGRによる燃費向上効果を維持することが可能となった。
【0106】
実施形態では金属以外の材料として樹脂の場合で説明したが、これに限らず、高温の外部EGRガスにより熱害を受ける材料であれば本発明の適用がある。
【0107】
実施形態では、外部EGR率と内部EGR率の分担割合を可変制御する場合で説明したが、外部EGRガス量と内部EGRガス量の分担割合を可変制御するようにしてもかまわない。
【0108】
実施形態に限らず、エンジン負荷状態に応じて外部EGR率(または外部EGRガス量)と内部EGR率(または内部EGRガス量)との分担割合を変化させ、高負荷になるほど外部EGR率の分担割合を減少させ、内部EGR率の分担割合を増加させるようにしてもかまわない(請求項1に記載の発明)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態のシステム概略図。
【図2】冷却水流路図。
【図3】運転領域図。
【図4】領域R2での外部EGR率及び内部EGR率の変化を示す波形図。
【図5】領域R3での外部EGR率及び内部EGR率の変化を示す波形図。
【図6】減量フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図7】樹脂製吸気部品の受熱量の算出を説明するためのフローチャート。
【図8】外部EGR率基本値の特性図。
【図9】排気温度の特性図。
【図10】冷却水流量基本値の特性図。
【図11】温度低下代の特性図。
【図12】外部EGR率の決定を説明するためのフローチャート。
【図13】外部EGR率の決定を説明するためのフローチャート。
【図14】目標減量後外部EGR率の特性図。
【図15】目標内部EGR率及び目標カム位相の決定を説明するためのフローチャート。
【図16】目標内部EGR率の特性図。
【図17】目標カム位相の特性図。
【図18】EGRクーラー冷却水流量の決定を説明するためのフローチャート。
【図19】流量低下代の特性図。
【符号の説明】
22 燃料インジェクタ
25 EGR通路
26 EGR弁(外部EGR装置)
29 VTC機構(内部EGR装置)
31 エンジンコントローラ
55 EGRクーラー(外部EGRガス冷却装置)
56 流量制御弁
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas recirculation control device for an engine (internal combustion engine).
[0002]
[Prior art]
Internal EGR gas amount control means for controlling the amount of internal EGR gas in the combustion chamber; external EGR gas amount control means for controlling the amount of external EGR gas that recirculates part of the exhaust gas from the exhaust system to the intake system through the external recirculation passage; A water-cooled cooler for cooling the external EGR gas,
(1) When the engine is under low load, the amount of internal EGR gas at a relatively high temperature is increased, the suction negative pressure in the cylinder during the intake stroke is reduced to reduce the pumping loss, and the operation of the water-cooled cooler is stopped. To ensure the stability of combustion by keeping the intake mixture temperature high,
(2) When the load is high, the combustion temperature is lowered by increasing the amount of external EGR gas cooled by the water-cooled cooler, reducing NOx, reducing the thermal load, and suppressing the occurrence of knocking.
As a result, there is a technique for preventing the occurrence of knocking while simultaneously reducing the pumping loss at the time of low load and the heat load at the time of high load (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-4-175449
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, an increasing number of intake parts made of an intake collector and an intake manifold are made of resin. This is because the heat conductivity of the resin is lower than that of aluminum, so that the temperature of the intake air is less likely to increase than that of aluminum, and the charging efficiency is improved correspondingly and the weight is light.
[0005]
On the other hand, fuel efficiency has been improved by introducing external EGR gas or leaving the internal EGR gas in the combustion chamber to reduce the pumping loss. However, in order to further improve fuel efficiency, There is a growing demand for the introduction of many external EGR gases.
[0006]
However, when the amount of external EGR gas is increased for an engine equipped with the above-described resin intake parts, the resin intake parts are exposed to high temperature external EGR gas, particularly when the engine is under high load, and durability is reduced. (Heat damaged).
[0007]
Since the component heat-resistant upper limit temperature required for resin-made air intake components is known in advance so as not to be damaged by heat, the EGR cooler cools the high-temperature external EGR gas at the time of high engine load to below the component heat-resistant upper limit temperature. However, the heat-resistant upper limit temperature of parts is about 170 ° C for resin, for example, and if the external EGR gas is cooled to such a low temperature when the engine is heavily loaded, the combustion stability at the time of high engine load deteriorates. To do. If the amount of fuel is increased in order to recover from the deterioration of the combustion stability, the fuel efficiency improvement effect by EGR is reduced.
[0008]
Therefore, the present invention is directed to an engine in which air is introduced into a combustion chamber via a resin intake part, and uses an external EGR device and an internal EGR device. By changing the share ratio between the external EGR rate) and the internal EGR gas amount (or internal EGR rate) and increasing the share rate of the internal EGR gas amount as the load increases, even under a large load EGR condition at high load It aims at maintaining the fuel consumption improvement effect, suppressing the heat damage to the resin air intake parts.
[0009]
On the other hand, the above-mentioned conventional device is not intended for an engine having a resin intake part, and at the time of high load, unlike the present invention, increases the amount of external EGR gas and decreases the amount of internal EGR gas. I am letting. As described above, the above-described conventional apparatus is different in technical idea from the present invention in that the target engine is different and the control direction of the external and internal EGR gas amounts is reversed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention It consists of an intake collector and an intake manifold In an engine in which air is introduced into a combustion chamber via an intake part formed of resin, An EGR passage that communicates the exhaust passage and the intake manifold, an EGR valve that can adjust the amount of exhaust that flows to the intake manifold via the EGR passage, and an actuator that drives the EGR valve An external EGR device capable of adjusting an external EGR rate or an external EGR gas amount; an internal EGR device capable of adjusting an internal EGR rate or an internal EGR gas amount; Out of the EGR area where the external EGR gas is introduced, there is a possibility of causing heat damage to the resin intake parts and an area causing heat damage to the resin intake parts. The share ratio between the external EGR rate or external EGR gas amount and the internal EGR rate or internal EGR gas amount is changed according to the engine load state, and the share ratio of the external EGR rate or external EGR gas amount is increased as the load becomes higher. A sharing ratio control means for decreasing and increasing the sharing ratio of the internal EGR rate or the internal EGR gas amount.
[0011]
In addition, an external EGR gas cooling device that cools the external EGR gas by causing heat exchange between the external EGR gas and the refrigerant is provided, and the external EGR rate or the share ratio of the external EGR gas amount is increased as the load becomes higher. When decreasing, the flow rate of the refrigerant flowing through the external EGR gas cooling device is reduced to a flow rate at which the combustion stability does not deteriorate.
[0012]
【The invention's effect】
By introducing a larger amount of external EGR gas than in the past at the time of high load, a further improvement in fuel efficiency can be obtained due to a reduction in pumping loss. On the other hand, it is formed from a material other than metal, such as a resin, by high temperature external EGR gas at the time of high load. However, in the present invention, the higher the load, the lower the share ratio of the external EGR rate (or external EGR gas amount) and the share ratio of the internal EGR rate (or internal EGR gas amount). Therefore, the heat damage to the resin intake parts can be suppressed, and the fuel efficiency is reduced by the decrease in the external EGR rate, and the fuel efficiency improvement effect can be maintained because the increase in the internal EGR rate is compensated.
[0013]
As described above, according to the present invention, a remarkable fuel efficiency improvement effect can be maintained while suppressing heat damage to the resin intake parts even under a large amount of EGR conditions at high load.
[0014]
Further, when the sharing ratio of the external EGR rate (or external EGR gas amount) is decreased as the load becomes higher, the refrigerant flow rate flowing to the external EGR gas cooling device is the same as before the sharing ratio of the external EGR rate is decreased. The cooling of the external EGR gas becomes relatively strong and the combustion stability at the time of high load is deteriorated. However, according to the present invention, the combustion is reduced when the share of the external EGR rate is reduced as the load becomes higher. Since the flow rate of the refrigerant flowing through the external EGR gas cooling device is reduced to a flow rate at which the stability does not deteriorate, the combustion stability is not impaired.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the system of the present invention.
[0017]
The air is introduced into the combustion chamber 5 of each cylinder through a resin-made intake part composed of the intake collector 2 and the intake manifold 3. Fuel is injected and supplied from a fuel injector 21 disposed in the intake port 4 of each cylinder. The fuel injected into the air is vaporized and mixed with air to form a gas (air mixture) and flows into the combustion chamber 5. This air-fuel mixture is confined in the combustion chamber 5 when the intake valve 15 is closed, and is compressed by the rise of the piston 6.
[0018]
In order to ignite this compressed air-fuel mixture with a high-pressure spark, an ignition device 11 of an electronic power distribution system is provided in which an ignition coil with a built-in power transistor is arranged in each cylinder. The ignition device 11 includes an ignition coil 13 that stores electric energy from the battery, a power transistor that supplies and cuts off the primary side of the ignition coil 13, and an ignition plug 14 that is provided on the ceiling of the combustion chamber 5. .
[0019]
The ignition timing that provides the best fuel efficiency is determined as the basic ignition timing. The engine controller 31 calculates the basic ignition timing according to the operating conditions (engine load and rotational speed), and the actual crank angle is set to this ignition timing. When they coincide, the ignition timing is controlled by cutting off the primary current of the spark plug 14 via the power transistor 13. This ignition timing is slightly before the compression top dead center. When a spark is blown by the spark plug 14 and the compressed air-fuel mixture in the combustion chamber 5 is ignited, the flame spreads and eventually explosively burns, and the gas generated by this combustion. The pressure works to push down the piston 6. This work is taken out as the rotational force of the crankshaft 7. The combusted gas (exhaust gas) is discharged into the exhaust passage 8 when the exhaust valve 16 is opened.
[0020]
A three-way catalyst 9 is provided in the exhaust passage 8. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a narrow range (window) centered on the stoichiometric air-fuel ratio, the three-way catalyst 9 can efficiently remove harmful three components such as HC, CO, and NOx contained in the exhaust gas simultaneously. Since the air-fuel ratio is the ratio of the intake air amount and the fuel amount, the intake air amount introduced into the combustion chamber 5 per one cycle of the engine (crank angle 720 ° section in a four-cycle engine) and the fuel injector 21 The engine controller 31 uses the intake air flow rate signal from the air flow meter 32 and the fuel from the fuel injector 21 based on the signals from the crank angle sensors (33, 34) so that the ratio to the fuel injection amount becomes the stoichiometric air-fuel ratio. The injection amount is determined and the O provided upstream of the three-way catalyst 9 2 The air-fuel ratio is feedback controlled based on a signal from a sensor (not shown).
[0021]
An intake throttle valve 23 is driven by a throttle motor 24 upstream of the intake collector 2 and is equipped with a so-called electronically controlled throttle 22. Since the torque required by the driver appears in the amount of depression of the accelerator pedal 41 (accelerator opening), the engine controller 31 determines a target torque based on a signal from the accelerator sensor 42, and a target air for realizing this target torque. The amount is determined, and the opening degree of the intake throttle valve 23 is controlled via the throttle motor 24 so that this target air amount is obtained.
[0022]
EGR device (external EGR device) is provided mainly to improve fuel efficiency. The EGR device determines the amount (or rate) of the EGR passage 25 that communicates the exhaust passage 8 and the intake manifold 3, and the exhaust gas that flows to the intake manifold 3 through the EGR passage 25, that is, the inert gas (external EGR gas). When the EGR valve 26 that can be adjusted and an actuator 27 (for example, a step motor) that drives the EGR valve 26 are introduced and the external EGR gas is introduced into the intake manifold 3, the pumping loss is reduced and the fuel efficiency is improved.
[0023]
An intake valve timing control mechanism (hereinafter referred to as “VTC mechanism”) that can continuously control the phase of the intake valve cam with a constant operating angle in order to leave the inert gas (internal EGR gas) in the combustion chamber 5. 29) (internal EGR device). That is, a cam sprocket and a crank sprocket are attached to the front portions of the intake valve camshaft 28 and the crankshaft 7, respectively, and a timing chain (not shown) is hung around these sprockets so that the intake valve camshaft 28 is Although driven by the crankshaft 7 of the engine, a VTC mechanism 29 is provided between the cam sprocket and the intake valve camshaft 28. In this VTC mechanism 29, when no signal is given to the VTC mechanism actuator, the intake valve camshaft 28 is at the most retarded position, and the more the amount of control given to the VTC mechanism actuator is increased, the greater the amount of control given to the cam sprocket. 28 rotates to the advance side. The rotation angle of the intake valve camshaft 28 is hereinafter referred to as “cam phase”.
[0024]
When the cam phase, that is, the opening / closing timing of the intake valve 15 is changed, the amount of internal EGR gas remaining in the combustion chamber 5 changes. As the amount of internal EGR gas in the combustion chamber 5 increases, the pumping loss decreases and fuel efficiency improves.
[0025]
The EGR valve 27 and the VTC mechanism 29 are equivalent in the sense that an inert gas is introduced into the combustion chamber 5. In order to distinguish the EGR rate realized by both, the EGR rate realized by the EGR valve 27 is called “external EGR rate”, and the EGR rate realized by the VTC mechanism 29 is called “internal EGR rate”.
[0026]
The EGR passage 25 includes an EGR cooler 55 (external EGR gas cooling device). This is for cooling the external EGR gas. The EGR cooler 55 has a double structure consisting of an inner tube and an outer tube, and external EGR gas flows through the inner tube and engine coolant (refrigerant) flows through the outer tube. Although only a part of the cooling water flow path is shown in FIG. 1, the entire cooling water flow path is as shown in FIG. 2, and the flow path 54 bypasses the main flow path 53 to the engine 1 (water jacket). An EGR cooler 55 is interposed between the two. Reference numeral 51 denotes a radiator that cools the cooling water heated by the engine, and reference numeral 52 denotes a water pump that pumps the cooling water cooled by the radiator 51 toward the engine.
[0027]
Further, the bypass passage 54 is provided with a flow rate control valve 56 for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the EGR cooler 55.
[0028]
Now, in order to significantly improve fuel consumption, it has been requested to introduce more external EGR gas.
[0029]
However, when increasing the amount of external EGR gas for an engine equipped with a resin intake part, it is necessary to consider thermal damage to the resin intake part.
[0030]
Therefore, when examining the relationship between the EGR region into which the external EGR gas is introduced and the heat damage to the resin intake parts, as shown in FIG. 3, the operation region can be roughly divided into four parts. It was found that the heat damage to the plastic air intake parts is as follows. In the present invention, the EGR region into which the external EGR gas is introduced is larger than that of the conventional device, and the external EGR rate in each region is larger than that of the conventional device.
[0031]
Region R1: A region where heat damage to the resin intake parts is not a problem.
[0032]
Region R2: A region that may cause heat damage to the resin-made air intake parts (a region in which melting damage does not occur in a short time but melts due to accumulation of thermal fatigue).
[0033]
Region R3: a region that causes thermal damage to the resin intake parts (region where melting damage occurs in a short time).
[0034]
Region R4: The region where heat damage to the resin intake parts does not matter because no external EGR gas is introduced.
[0035]
That is, the region R1 has the largest external EGR rate in the low / medium load region and the low / medium rotational speed region. On the other hand, the remaining regions R2, R3, and R4 are all in a high load region and a high rotation speed region, and this region is divided into three regions R2, R3, and R4 from the low load side and the low rotation side. In the region R4, the external EGR gas is not introduced, that is, the external EGR rate = 0, so that the external EGR rate is increased in this order for the remaining two regions R3 and R2.
[0036]
On the other hand, the exhaust temperature is the lowest in the region R1, and is higher in the regions R2 and R3 on the high load side (for example, approximately less than 130 ° C. in the region R1, 130 ° C. or more and less than 170 ° C. in the region R2, and 170 ° C. or more in the region R3). ). Since the external EGR gas becomes high in the regions R2 and R3, the external EGR gas is cooled to some extent by the EGR cooler 55. However, in the region R3, the resin intake parts are melted in a short time, and in the region R2, the external EGR gas is short. Although there is no erosion over time, erosion occurs due to the accumulation of thermal fatigue.
[0037]
Therefore, the engine controller 31 sets an external EGR rate basic value Pegr0 in accordance with the engine load and the rotational speed so that a large amount of external EGR rate can be achieved over a wide range with the aim of further improving fuel efficiency. The EGR valve opening is calculated based on the value Pegr0, the EGR valve actuator 27 is controlled so as to be the EGR valve opening, and whether or not the operating condition is in the region R2 or R3 is determined. When in the region R2 or R3, the heat receiving amount Smheat from the external EGR gas of the resin intake part is calculated (estimated) based on the engine load, the rotational speed, and the intake air flow rate for each of the regions R2 and R3. When Smheat exceeds the predetermined heat resistance requirement criteria X, the share ratio of the external EGR rate is reduced. Allowed and increases the distribution ratio of the internal EGR rate. That is, the external EGR rate is reduced and the decrease in the external EGR rate is compensated by the increase in the internal EGR rate so that the fuel efficiency improvement effect does not change in total.
[0038]
The variable control of the external EGR rate and the share ratio of the internal EGR rate will be further described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 shows the change in the steady operation state in the region R2, and FIG. 5 shows the change in the steady operation state in the region R3. It is a waveform diagram shown as a model.
[0039]
In FIG. 4, in region R2, external EGR gas having a high flow rate (for example, 130 ° C. to 170 ° C.) according to the external EGR rate basic value Pegr0 is introduced into the resin intake component. The amount of heat Smheat received by the intake component increases, and eventually reaches the component heat resistance requirement criterion X at t1 (see the first stage in FIG. 4). At this time, in order to lower the external EGR rate from the basic value Pegr0 to the external EGR rate P'egr2 after the target reduction (see the second stage in FIG. 4), the external value after the target reduction from the value of the EGR valve opening relative to the basic value Pegr0. The EGR valve opening is reduced to the value of the EGR valve opening with respect to the EGR rate P′egr2 (see the third stage in FIG. 4). As a result, the actual external EGR rate decreases with a predetermined slope, and catches up with the external EGR rate P′egr2 after target reduction at t2. The period from t1 to t2 is a transition period. This is because the EGR valve actuator 27 has a response delay, and the EGR valve 26 cannot be closed at a speed higher than the maximum speed of the EGR valve actuator 27.
[0040]
Further, the cooling water flow rate of the EGR cooler 55 is reduced in response to the external EGR rate being reduced from t1 (see the fourth stage in FIG. 4). This is to avoid this because the amount of cooling by the EGR cooler 55 becomes too large unless the cooling water flow rate is decreased, and the combustion stability in the region R2 which is a high load region is deteriorated. Therefore, the flow rate reduction allowance Qegrc2 of the cooling water flow rate is limited to a flow rate that does not deteriorate the combustion stability in the region R2.
[0041]
On the other hand, the internal EGR rate is changed from t1 to the target internal EGR rate Piegr so that the same good fuel economy improvement effect is maintained before and after t1. 2 The target internal EGR rate Piegr at t2 2 (See the fifth stage in FIG. 4), the cam phase is advanced with a predetermined inclination from the most retarded position to the value of the cam phase with respect to the target internal EGR rate Piegr2, and at t2, the target internal EGR rate Piegr 2 (See the sixth stage in FIG. 4).
[0042]
By reducing the external EGR rate in this way and increasing the internal EGR rate instead, the external EGR gas temperature that was 130 to 170 ° C. is lower than t1 as shown in the bottom of FIG. Thus, it is possible to avoid the occurrence of thermal fatigue in the resin intake parts.
[0043]
Next, turning to FIG. 5, the whole is the same as FIG. Therefore, here, the difference from FIG. 4 is mainly described. In the region R3, the external EGR gas temperature is higher than that in the region R2 (for example, 170 ° C. or more), so the slope of the heat reception amount Smheat is steeper than in the region R2. Yes (see the top row in FIG. 5), the time required to reach the part heat resistance requirement criteria X is short. Further, the target internal EGR rate Piegr3 in the region R3 is larger than the target internal EGR rate Piegr2 in the region R2 (see the fifth row in FIG. 5).
[0044]
In the region R3, similarly to the region R2, by reducing the external EGR rate and increasing the internal EGR rate instead, the external EGR gas temperature that has exceeded 170 ° C. as shown in the bottom of FIG. Thus, at t4, the temperature becomes approximately 130 ° C., thereby preventing the resin intake parts from being melted.
[0045]
If the resin intake parts are thermally damaged by introducing high-temperature external EGR gas into the resin intake parts in the regions R2 and R3, the introduction of the internal EGR gas is not dependent on the introduction of the external EGR gas from the beginning. Can only be considered. However, at this time, in order to maximize the internal EGR rate in the region R1, it is necessary to increase the amount of overlap of intake and exhaust. However, if the amount of overlap is increased in the region R1 that is originally in a low temperature state, it is stable. Can't get burnt. Therefore, it can be said that it is preferable to first introduce the external EGR gas and reduce the external EGR rate and increase the internal EGR rate in the regions R2 and R3 where there is a possibility of causing thermal fatigue or melting damage.
[0046]
The variable control of the share ratio of the external EGR rate and the internal EGR rate executed by the engine controller 31 will be described in detail with reference to the flowchart shown below.
[0047]
FIG. 6 is for setting a flag (hereinafter simply referred to as a “decrease flag”) for instructing a decrease in the external EGR gas flow rate, and is executed at regular intervals (for example, every 10 msec).
[0048]
In step 1, the engine rotational speed Ne detected by the crank angle sensors 33 and 34, the basic injection pulse width Tp, and the intake air flow rate QA detected by the air flow meter 32 are read. Here, Tp is a value calculated in the calculation flow of the fuel injection amount and is an engine load equivalent amount.
[0049]
In step 2, it is checked whether or not the operating conditions (Ne, Tp) are in the region R2 or R3 shown in FIG. If the operating condition becomes the region R2 or R3, the current process is terminated.
[0050]
When the operating condition is in the region R2 or R3, the routine proceeds to step 3 where the reduction flag is checked. Since this reduction flag is initially set to zero when the engine is started, the routine proceeds to step 4 where the amount of heat received from the external EGR gas of the resin intake part is calculated. The calculation of the amount of heat received from the external EGR gas of the resin intake part will be described with reference to the flow of FIG.
[0051]
In FIG. 7, in step 11, the external EGR rate basic value Pegr0 is determined. For example, the external EGR rate basic value Pegr0 is calculated by searching a map having the characteristics shown in FIG. 8 from the engine speed Ne and the basic injection pulse width Tp. As described above, the area where the external EGR gas is introduced is larger than before, and the basic value of the external EGR rate is larger than before.
[0052]
In step 12, from this external EGR rate basic value Pegr0 and the intake air flow rate QA,
Qegr = QA × Pegr0 (1)
The external EGR gas flow rate Qegr is calculated by the following equation.
[0053]
In step 13, the exhaust temperature Texh is determined. For example, the exhaust temperature Texh is calculated by searching a map having the characteristics shown in FIG. 9 from the engine speed Ne and the basic injection pulse width Tp.
[0054]
In step 14, a cooling water flow rate basic value Qcool0 to be passed to the EGR cooler 55 is determined. For example, the basic value Qcool0 of the coolant flow to be passed through the EGR cooler 55 is calculated by searching a map having the characteristics shown in FIG. 10 from the engine speed Ne and the basic injection pulse width Tp.
[0055]
In step 15, the temperature decrease margin Tegrc of the external EGR gas by the EGR cooler 55 is determined based on the cooling water flow rate basic value Qcool0 and the external EGR rate basic value Pegr0. For example, the temperature decrease margin Tegrc of the external EGR gas by the EGR cooler 55 is calculated by searching a map having the characteristics of FIG. 11 from Qcool0 and Pegr0. As shown in FIG. 11, if the cooling water flow rate is the same, the larger the external EGR rate, the smaller the temperature reduction allowance. If the external EGR rate is the same, the larger the cooling water flow rate, the larger the cooling water flow rate.
[0056]
In step 16, using the exhaust temperature Texh and the temperature decrease Tegrc,
Tegr = Texh-Tegrc (2)
The temperature Tegr of the external EGR gas introduced into the resin intake part is calculated by the following equation.
[0057]
In step 17, a value obtained by multiplying the EGR gas temperature Tegr by the EGR gas flow rate Qegr is calculated as a heat receiving amount Segr per predetermined time of the resin-made intake part.
[0058]
In step 18, by integrating the amount of heat received Segr per predetermined time, that is,
Smheat = Segr + Smheat (−1) (3)
However, Smheat (−1): the previous value of Smheat,
The amount of heat received by the resin intake part after reaching the region R2 or region R3 is calculated by the following equation. The initial value of Smheat (−1) on the right side of the expression (3) is set to zero when the engine is started or immediately after entering the region R2 or R3.
[0059]
In step 19, in preparation for the next calculation, the value of Smheat which is the current value is moved to Smheat (−1) which is the previous value.
[0060]
When the heat receiving amount Smheat of the resin intake part is obtained in this way, the process returns to FIG. 6, and in step 5, the heat receiving amount Smheat of the resin intake part is compared with the threshold value X. The threshold value X is a component heat resistance requirement criterion shown in the uppermost stage of FIGS. If the received heat amount Smheat is less than the threshold value X, the current process is terminated. When the received heat amount Smheat becomes equal to or greater than the threshold value X, the process proceeds to step 6 to set the reduction flag = 1.
[0061]
12 and 13 are used to determine the external EGR rate, and are executed at regular time intervals (for example, every 10 msec).
[0062]
In step 21, the external EGR rate basic value Pegr0 is determined in the same manner as in step 11 of FIG. In step 22, the reduction flag is checked. When the reduction flag = 0, the routine proceeds to step 23, where the external EGR rate basic value Pegr0 is directly input to the external EGR rate Pegr.
[0063]
When the weight reduction flag = 1, the routine proceeds to step 24 where it is determined whether the operating condition is in the region R2 or R3. When the operating condition is in the region R2, the process proceeds to steps 25 to 34, and when it is in the region R3, the process proceeds to steps 35 to 44 in FIG. Since the processing in each region is the same, the processing in region R2 will be mainly described.
[0064]
In step 25, the transition completed flag 2 (initially set to zero) is checked. Here, if the transition is made assuming that the transitioned flag 2 = 0, at this time, the process proceeds to step 26 and it is checked whether or not the reduction flag = 1. When it is the first time since the reduction flag = 1, the routine proceeds to steps 27 and 28, and initial setting for the transition processing is performed. That is, in step 27, the external EGR rate P′egr2 after the target weight reduction determined from the requirements of the temperature at which there is no problem with thermal damage to the resin intake parts and the temperature at which combustion stability can be ensured is determined. For example, the external EGR rate P′egr2 after target reduction is calculated by searching a table having the characteristics of FIG. 14 from the external EGR rate basic value Pegr0. In FIG. 14, an alternate long and short dash line is a straight line of P′egr2 = Pegr0. Here, since it is desired to make it smaller than Pegr0 after the external EGR rate is reduced, the slope of the straight line representing the characteristic of P′egr2 is smaller than the slope of the alternate long and short dash line (see the solid line in FIG. 14).
[0065]
In step 28, the external EGR rate basic value Pegr0 is stored in the memory "PegrTR (-1)". Here, the external EGR rate is shifted from the basic value Pegr0, which is the value before the weight reduction, to P′egr2, which is the value after the weight reduction, with PegrTR representing the external EGR rate during the transition, and “PegrTR” “(−1)” represents the previous value.
[0066]
In step 29, the external EGR rate PegrTR during the transition is calculated by the following equation, and in step 30 this is compared with the external EGR rate P′egr2 after the target weight reduction.
[0067]
PegrTR = PegrTR (-1) -Degr2 (4)
However, PegrTR (−1): the previous value of PegrTR,
Degr2: a predetermined value (constant value) that determines the transition speed,
Here, the equation (4) is an equation for gradually decreasing PegrTR by a predetermined value Degr2 per calculation cycle. The predetermined value Degr2 is determined according to the driving speed of the EGR valve actuator.
[0068]
When PegrTR representing the external EGR rate during the transition does not reach the external EGR rate P′egr2 after the target reduction, the routine proceeds to step 31 where PegrTR is put into the external EGR rate Pegr. If Step 29 is repeated when the PegrTR representing the external EGR rate during the transition does not reach the external EGR rate P′egr2 after the target reduction, the PegrTR decreases by a predetermined value Degr2 and eventually the external EGR rate P ′ after the target reduction. Egr2 is reached. At this time, the process proceeds from step 30 to step 32 to set the transition completed flag 2 = 1, and at step 33, the external EGR rate P′egr2 after the target reduction is entered into the external EGR rate Pegr.
[0069]
Since the transition completed flag 2 = 1 is set, the process proceeds from step 25 to step 34 from the next time, and the external EGR rate P′egr2 after the target reduction is entered into the external EGR rate Pegr. Step 34 is a process after the migration.
[0070]
Steps 35 to 44 in FIG. 13 that are processing in the region R3 are the same as steps 25 to 34 in FIG. 12 that are processing in the region R2. That is, if “2” in steps 35 to 44 is replaced with “3”, the operations in steps 35 to 44, which are processes in the region R3, are obtained. In step 37, it is possible to secure a temperature and combustion stability that are free from thermal damage to the resin intake parts by searching a table containing the characteristics of the broken line in FIG. 14 from the external EGR rate basic value Pegr0. The external EGR rate P′egr3 after the target reduction in the region R3 determined from a request for a proper temperature is calculated. The target EGR rate P′egr3 after the target reduction in the region R3 has a smaller slope than the external EGR rate P′egr2 after the target reduction in the region R2.
[0071]
The external EGR gas flow rate (Pegr × QA) is calculated based on the external EGR rate Pegr determined in this way, and the EGR valve opening is calculated from the external EGR gas flow, and this EGR valve opening is achieved. Thus, the EGR valve actuator 27 is controlled.
[0072]
FIG. 15 is for determining the target internal EGR rate and the target cam phase, and is executed at regular time intervals (for example, every 10 msec).
[0073]
In step 51, the reduction flag is checked. When the reduction flag = 0, the routine proceeds to step 52, where the target internal EGR rate Piegr = 0 is set, and at step 53, the target cam phase θegr = 0. At this time, the VTC mechanism 29 is in the most retarded position.
[0074]
When the reduction flag = 1, the routine proceeds from step 51 to step 54 to check whether the operating condition is in the region R2 or R3. When the operating condition is in the region R2, the process proceeds to steps 55 to 57, 62, and when the operating condition is in the region R3, the process proceeds to steps 59 to 61, 62.
[0075]
Since the processing in each region is the same, the processing in region R2 will be mainly described here.
[0076]
In step 55, the external EGR rate Pegr (determined by FIGS. 12 and 13) is read, and in step 56, the target internal EGR rate in region R2 is determined as Piegr2, based on the external EGR rate Pegr. For example, the target internal EGR rate Piegr2 in the region R2 is calculated by searching a table containing the characteristics of FIG. 16 from the external EGR rate Pegr.
[0077]
As shown in FIG. 16, the target internal EGR rate Piegr2 is a value that increases as the external EGR rate Pegr decreases. The external EGR rate Pegr when the reduction flag = 1 is equal to PegrTR during the transition as described above with reference to FIGS. 12 and 13 (see steps 30 and 31 in FIG. 12), and becomes P′egr2 after the transition (FIG. 12). Steps 30, 33, steps 25, 34). PegrTR representing the external EGR rate during the transition is reduced from Pegr0 to P'egr2 (see steps 26 to 29 in FIG. 12). Accordingly, when PegrTR representing the external EGR rate during the transition becomes smaller from Pegr0 to P'egr2, the target internal EGR rate Piegr2 becomes larger than 0 according to this, according to FIG.
[0078]
In step 57, the target internal EGR rate Piegr2 in the region R2 is entered into the target internal EGR rate Piegr2.
[0079]
Steps 59 to 61 that are processing in the region R3 are the same as steps 55 to 57 that are processing in the region R2. That is, if “2” in steps 55 to 57 is replaced with “3”, the operations in steps 59 to 61 are obtained. In step 60, a target internal EGR rate Piegr3 in the region R3 is calculated by searching a table having the characteristics of the broken line in FIG. 16 from the external EGR rate Pegr. The target internal EGR rate Piegr3 in the region R3 is larger than the target internal EGR rate Piegr2 in the region R2 with respect to the same external EGR rate Pegr (see FIG. 16).
[0080]
In step 62, the target cam phase θegr of the VTC mechanism 29 is determined based on the target internal EGR rate Piegr thus determined. For example, the target cam phase θegr of the VTC mechanism 29 is calculated by searching a table having the characteristics shown in FIG. 17 from the target internal EGR rate Piegr.
[0081]
The VTC mechanism actuator is controlled so as to obtain the target cam phase θegr determined in this way.
[0082]
FIG. 18 is for determining the coolant flow rate of the EGR cooler 55, and is executed at regular time intervals (for example, every 10 msec).
[0083]
In step 71, the engine speed Ne and the basic injection pulse width Tp are read. In step 72, the coolant flow rate basic value Qcool0 of the EGR cooler 55 is determined based on these. For example, the basic value Qcool0 of the coolant flow rate of the EGR cooler 55 is calculated by searching a table having the characteristics shown in FIG. 10 from the engine speed and the basic injection pulse width Tp.
[0084]
In step 73, the reduction flag is checked. When the reduction flag = 0, the routine proceeds to step 74, where the basic value Qcool0 is entered as it is into the cooling water flow rate Qcool of the EGR cooler 55.
[0085]
When the reduction flag = 1, the routine proceeds from step 73 to step 75, where it is determined whether the operating condition is in the region R2 or R3. When the operating condition is in the region R2, the process proceeds to steps 76 to 78, and when the operating condition is in the region R3, the process proceeds to steps 79 to 81.
[0086]
Since the processing in each region is the same, the processing in region R2 will be mainly described.
[0087]
In step 76, the external EGR rate Pegr (determined by FIGS. 12 and 13) is read, and in step 77, based on the external EGR rate Pegr, the flow rate reduction allowance Qegrc2 from the cooling water flow rate basic value Qcool0 in the region R2 is calculated. In step 78, the cooling water flow rate Qcool to be passed through the EGR cooler 55 is calculated by the following equation.
[0088]
Qcool = Qcool0−Qegrc2 (5)
The flow rate reduction allowance Qegrc2 in the region R2 is calculated, for example, by searching a table having the characteristics shown in FIG. 19 from the external EGR rate Pegr.
[0089]
As shown in FIG. 19, the flow rate reduction allowance Qegrc2 is a value that decreases as the external EGR rate Pegr decreases. This flow rate reduction allowance is to prevent the external EGR gas from being overcooled by reducing the flow rate of the cooling water flowing to the EGR cooler 55 when the external EGR rate is reduced because the reduction flag = 1. .
[0090]
The external EGR rate Pegr when the reduction flag = 1 is equal to PegrTR during the transition as described above with reference to FIGS. 12 and 13, and becomes P′egr2 after the transition. PegrTR representing the external EGR rate during the transition becomes smaller from Pegr0 to P'egr2. Accordingly, when PegrTR representing the external EGR rate during the transition is reduced from Pegr0 to P'egr2, the cooling water flow rate is reduced by the flow rate reduction allowance Qegrc2 according to FIG.
[0091]
Steps 79 to 81 that are processing in the region R3 are the same as steps 76 to 78 that are processing in the region R2. In other words, if “2” in steps 76 to 78 is replaced with “3”, the operations in steps 79 to 81 are obtained. In step 80, a flow rate reduction margin Qegrc3 in the region R3 is calculated by searching a table having the characteristics of the broken line in FIG. 19 from the external EGR rate Pegr. The flow rate reduction allowance Qegrc3 in the region R3 is smaller than the flow rate reduction allowance Qegrc2 in the region R2 with respect to the external EGR rate Pegr having the same value (see FIG. 19).
[0092]
The flow rate control valve 56 is controlled so that the cooling water flow rate Qcool determined in this way flows.
[0093]
The above-described flow is shown in a simplified manner. That is, when there is an operation condition in the region R2, the external EGR rate is changed from the basic value Pegr0 to the external EGR rate P'egr2 after the target reduction because the reduction flag is set to 1, and represents the external EGR rate during the transition The reduction flag = 0 at the timing when PegrTR coincides with the target EGR rate P′egr2 after the target reduction. However, after the reduction flag = 1 and before the reduction flag = 0, the driving condition is out of the region R2. Is also possible. However, the above flow is not created including this case.
[0094]
Further, once the control shown in FIG. 4 is performed in the region R2, the control shown in FIG. 4 is not repeatedly performed for the second time and the third time as long as the control remains in the same region R2. After the control shown in FIG. 4 is once performed in the region R2, when the operating condition changes to leave the region R2 and return to the region R2, the control shown in FIG. 4 is performed once again.
[0095]
4 and 5 show a case where the amount of heat received by the resin intake part simply increases. However, the resin intake part not only receives heat from the external EGR gas, but also depends on the operating conditions. Since heat may be released to the gas, the amount of heat received by the resin intake parts actually increases or decreases. Since the amount of heat released from the resin intake component can also be estimated according to the operating conditions, this case is not excluded from the present invention.
[0096]
Here, the operation of the present embodiment will be described.
[0097]
In the region R1, since heat damage to the resin intake component due to the EGR gas temperature does not matter, the EGR valve 26 is opened to introduce the external EGR gas into the resin intake component. At this time, the EGR cooler 55 is not operated, and the external EGR rate is increased to the external EGR rate basic value Pegr0 determined from the demand for combustion stability, and thereby the fuel efficiency improvement effect can be maximized.
[0098]
In the region R2, since the external EGR gas temperature is relatively high such as 130 to 170 ° C., if the resin intake component is exposed to the external EGR gas at this temperature for a long time, the resin intake component is thermally damaged. There is a risk of inviting. In this region R2, external EGR gas is introduced, but when the amount of heat received Smheat of the resin intake part determined by the engine controller 31 reaches a threshold value X determined from the thermal demand of the resin intake part. Then, the external EGR rate is decreased until the EGR rate (P′egr2) determined from the requirements of a temperature at which there is no problem with thermal damage of the resin intake parts and a temperature at which combustion stability can be ensured. At this time, the operation of the EGR cooler 55 causes a decrease in gas temperature and deteriorates combustion stability. Therefore, the cooling water flow rate is controlled to the minimum necessary. In parallel, the VTC mechanism 29 is controlled to increase the valve overlap amount of the intake and exhaust valves and increase the share ratio of the internal EGR rate, thereby reducing the fuel efficiency improvement effect due to the decrease in the external EGR rate. Can be supplemented.
[0099]
The action in the region R3 is the same as the action in the region R2. That is, in the region R3, the resin intake parts are exposed to high-temperature EGR gas exceeding 170 ° C., which causes thermal damage. Therefore, similarly to the region R2, the external EGR rate is determined by the heat of the resin intake components. The temperature is reduced until the EGR rate (P'egr3) determined from the requirements of a temperature at which there is no problem with thermal damage and a temperature at which combustion stability can be ensured. Also at this time, the operation of the EGR cooler 55 causes a decrease in gas temperature and deteriorates the combustion stability. Therefore, the cooling water flow rate is controlled to the minimum necessary. In parallel, the VTC mechanism 29 is controlled, the valve overlap amount is increased, and the share ratio of the internal EGR rate is further increased with respect to the region R2, thereby reducing the fuel efficiency effect due to the decrease of the external EGR rate. Can be supplemented.
[0100]
Here, the EGR valve 26 as an external EGR device and the VTC mechanism 29 as an internal EGR device are used in combination, and the share of the external EGR rate is decreased and the share of the internal EGR rate is increased as the load becomes higher. The sex will be explained. Conversely, relying solely on the EGR valve 26 and the EGR cooler 55 raises the following two concerns.
[0101]
The first concern is that even if high temperature external EGR gas at high load is introduced into the resin intake component, there is a limit due to the heat resistance requirement of the resin intake component. For example, when an external EGR gas at 150 ° C. is directly introduced into the resin intake collector 2, the surface directly exposed to the external EGR gas causes melting. For example, when external EGR gas at 130 ° C. is introduced, melting damage does not occur immediately, but thermal fatigue accumulates by operating in the same region for a long time, and melting damage occurs. There is a fear.
[0102]
Another concern is that when an external EGR device is used, the cooling of the external EGR gas by the operation of the EGR cooler 55 decreases the combustion speed even at high loads, and has a large adverse effect on the combustion stability. is there. At this time, a restriction is imposed on the external EGR rate in terms of combustion stability, and as a result, the fuel efficiency effect due to the introduction of the external EGR gas is reduced.
[0103]
On the other hand, by reducing the share ratio of the external EGR rate and increasing the share ratio of the internal EGR rate, it becomes possible to solve the above-mentioned two issues at the same time.
[0104]
As described above, in the present embodiment (the invention described in claims 3 and 4), the area where the external EGR gas is introduced is expanded, and the external EGR rate (external EGR ratio basic value Pegr0) in that area is also increased. Then, by controlling the EGR valve opening so that the external EGR rate basic value Pegr0 is obtained, the fuel efficiency is greatly improved by EGR, while the external EGR rate basic value Pegr0 and the intake air flow rate QA are used to obtain the external EGR rate. The gas flow rate Qegr is calculated, and the heat receiving amount Smheat of the resin intake component is calculated from the external EGR gas flow rate Qegr and the EGR gas temperature Tegr, and the heat receiving amount Smheat of the resin intake component is equal to or greater than the threshold value X. Sometimes the external EGR rate is decreased, the internal EGR rate is increased, and the flow rate of cooling water flowing to the EGR cooler does not deteriorate the combustion stability By reducing to a level, the temperature of the external EGR gas to be introduced into the resin intake part is appropriately maintained.
[0105]
As a result, it is possible to ensure the combustion stability while satisfying the heat resistance requirements of the resin intake parts, and to maintain the fuel efficiency improvement effect by EGR.
[0106]
In the embodiment, the case of resin as a material other than metal has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to any material that is thermally damaged by high-temperature external EGR gas.
[0107]
In the embodiment, the sharing ratio between the external EGR rate and the internal EGR rate is variably controlled. However, the sharing ratio between the external EGR gas amount and the internal EGR gas amount may be variably controlled.
[0108]
Not limited to the embodiment, the sharing ratio between the external EGR rate (or external EGR gas amount) and the internal EGR rate (or internal EGR gas amount) is changed according to the engine load state, and the external EGR rate is shared as the load becomes higher. The ratio may be decreased and the share ratio of the internal EGR rate may be increased (the invention according to claim 1).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system schematic diagram of an embodiment.
FIG. 2 is a cooling water flow diagram.
FIG. 3 is an operation region diagram.
FIG. 4 is a waveform diagram showing changes in an external EGR rate and an internal EGR rate in a region R2.
FIG. 5 is a waveform diagram showing changes in an external EGR rate and an internal EGR rate in a region R3.
FIG. 6 is a flowchart for explaining setting of a reduction flag.
FIG. 7 is a flowchart for explaining calculation of a heat reception amount of a resin intake part.
FIG. 8 is a characteristic diagram of a basic value of an external EGR rate.
FIG. 9 is a characteristic diagram of exhaust temperature.
FIG. 10 is a characteristic diagram of a basic value of the cooling water flow rate.
FIG. 11 is a characteristic diagram of a temperature reduction allowance.
FIG. 12 is a flowchart for explaining determination of an external EGR rate.
FIG. 13 is a flowchart for explaining determination of an external EGR rate.
FIG. 14 is a characteristic diagram of an external EGR rate after target reduction.
FIG. 15 is a flowchart for explaining determination of a target internal EGR rate and a target cam phase.
FIG. 16 is a characteristic diagram of a target internal EGR rate.
FIG. 17 is a characteristic diagram of a target cam phase.
FIG. 18 is a flowchart for explaining determination of an EGR cooler cooling water flow rate.
FIG. 19 is a characteristic diagram of a flow rate reduction allowance.
[Explanation of symbols]
22 Fuel injector
25 EGR passage
26 EGR valve (external EGR device)
29 VTC mechanism (internal EGR device)
31 Engine controller
55 EGR cooler (external EGR gas cooling system)
56 Flow control valve

Claims (6)

吸気コレクタと吸気マニホールドからなり樹脂から形成される吸気部品を介して空気を燃焼室に導入するようにしたエンジンにおいて、
排気通路と前記吸気マニホールドを連通するEGR通路と、このEGR通路を介して吸気マニホールドへと流れる排気の量を調整し得るEGR弁と、このEGR弁を駆動するアクチュエータとからなり外部EGR率または外部EGRガス量を調整可能な外部EGR装置と、
内部EGR率または内部EGRガス量を調整可能な内部EGR装置と、
外部EGRガスを導入するEGR領域のうち樹脂製吸気部品に対する熱害を招く可能性のある領域及び樹脂製吸気部品に対する熱害を招く領域でエンジン負荷状態に応じて前記外部EGR率または外部EGRガス量と前記内部EGR率または内部EGRガス量との分担割合を変化させ、高負荷になるほど前記外部EGR率または外部EGRガス量の分担割合を減少させ、前記内部EGR率または内部EGRガス量の分担割合を増加させる分担割合制御手段と
を備えることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
In an engine in which air is introduced into a combustion chamber through an intake part formed of a resin consisting of an intake collector and an intake manifold ,
An EGR passage communicating with the exhaust manifold and the intake manifold, an EGR valve capable of adjusting the amount of exhaust gas flowing to the intake manifold via the EGR passage, and an actuator for driving the EGR valve, or an external EGR rate or an external An external EGR device capable of adjusting the amount of EGR gas;
An internal EGR device capable of adjusting an internal EGR rate or an internal EGR gas amount;
Of the EGR region into which the external EGR gas is introduced, the external EGR rate or the external EGR gas depending on the engine load state in the region that may cause thermal damage to the resin intake parts and the region that causes thermal damage to the resin intake parts The share ratio between the amount and the internal EGR rate or the internal EGR gas amount is changed, and the share ratio of the external EGR rate or the external EGR gas amount is decreased as the load becomes higher, and the internal EGR rate or the internal EGR gas amount is shared. An engine exhaust gas recirculation control device comprising: a share ratio control means for increasing the ratio.
前記外部EGRガスと冷媒との間で熱交換を行わせて外部EGRガスを冷却する外部EGRガス冷却装置を備え、
前記高負荷になるほど前記外部EGR率または外部EGRガス量の分担割合を減少させる際に、燃焼安定性が悪化しない流量まで前記外部EGRガス冷却装置に流す冷媒流量を低下させることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気還流制御装置。
An external EGR gas cooling device that cools the external EGR gas by performing heat exchange between the external EGR gas and the refrigerant;
The refrigerant flow rate that flows through the external EGR gas cooling device is reduced to a flow rate that does not deteriorate combustion stability when the external EGR rate or the share ratio of the external EGR gas amount is reduced as the load increases. Item 2. An exhaust gas recirculation control device for an engine according to Item 1.
樹脂から形成される吸気部品を介して空気を燃焼室に導入するようにしたエンジンにおいて、
外部EGR率または外部EGRガス量を調整可能な外部EGR装置と、
内部EGR率または内部EGRガス量を調整可能な内部EGR装置と、
エンジン負荷状態に応じて前記外部EGR率または外部EGRガス量と前記内部EGR率または内部EGRガス量との分担割合を変化させ、高負荷になるほど前記外部EGR率または外部EGRガス量の分担割合を減少させ、前記内部EGR率または内部EGRガス量の分担割合を増加させる分担割合制御手段と、
前記吸気部品に対する外部EGRガスによる熱履歴を推定する熱履歴推定手段
を備え、
前記外部EGR率または外部EGRガス量の分担割合を減少させ、前記内部EGR率または内部EGRガス量の分担割合を増加させるのは、この推定した吸気部品に対する外部EGRガスによる熱履歴が耐熱性の限界によって定まるしきい値以上となったときであることを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
In an engine in which air is introduced into a combustion chamber via an intake part formed of resin,
An external EGR device capable of adjusting an external EGR rate or an external EGR gas amount;
An internal EGR device capable of adjusting an internal EGR rate or an internal EGR gas amount;
The share ratio between the external EGR rate or external EGR gas amount and the internal EGR rate or internal EGR gas amount is changed according to the engine load state, and the share ratio of the external EGR rate or external EGR gas amount is increased as the load becomes higher. A share ratio control means for decreasing and increasing the share ratio of the internal EGR rate or the internal EGR gas amount;
A thermal history estimating means for estimating a thermal history of the intake air component by external EGR gas ;
With
The reason why the share ratio of the external EGR rate or the external EGR gas amount is decreased and the share ratio of the internal EGR rate or the internal EGR gas amount is increased is that the heat history by the external EGR gas with respect to the estimated intake component is heat resistant. exhaust gas recirculation control device features and to Rue engine that is when it becomes more than a threshold determined by the limit.
前記外部EGRガスと冷媒との間で熱交換を行わせて外部EGRガスを冷却する外部EGRガス冷却装置を備え、
前記推定した吸気部品に対する外部EGRガスによる熱履歴が耐熱性の限界によって定まるしきい値以上となる前に前記外部EGRガス冷却装置により外部EGRガスを冷却し、
前記外部EGR率または外部EGRガス量の分担割合を減少させるときには燃焼安定性が悪化しない流量まで前記外部EGRガス冷却装置に流す冷媒流量を低下させることを特徴とする請求項3に記載のエンジンの排気還流制御装置。
An external EGR gas cooling device that cools the external EGR gas by performing heat exchange between the external EGR gas and the refrigerant;
The external EGR gas is cooled by the external EGR gas cooling device before the thermal history of the estimated intake air component by the external EGR gas exceeds a threshold value determined by a heat resistance limit,
4. The engine flow rate according to claim 3, wherein when the external EGR rate or the share ratio of the external EGR gas amount is reduced, the flow rate of the refrigerant flowing through the external EGR gas cooling device is reduced to a flow rate at which combustion stability does not deteriorate. Exhaust gas recirculation control device.
前記熱履歴は外部EGRガスからの前記吸気部品に対する受熱量であることを特徴とする請求項3に記載のエンジンの排気還流制御装置。  The engine exhaust gas recirculation control apparatus according to claim 3, wherein the heat history is a heat receiving amount of the intake component from an external EGR gas. 前記受熱量をエンジンの負荷と回転速度及び吸入空気量に基づいて推定することを特徴とする請求項5に記載のエンジンの排気還流制御装置。  6. The engine exhaust gas recirculation control apparatus according to claim 5, wherein the heat reception amount is estimated based on an engine load, a rotation speed, and an intake air amount.
JP2003005758A 2003-01-14 2003-01-14 Engine exhaust gas recirculation control device Expired - Fee Related JP4013766B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003005758A JP4013766B2 (en) 2003-01-14 2003-01-14 Engine exhaust gas recirculation control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003005758A JP4013766B2 (en) 2003-01-14 2003-01-14 Engine exhaust gas recirculation control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004218500A JP2004218500A (en) 2004-08-05
JP4013766B2 true JP4013766B2 (en) 2007-11-28

Family

ID=32896334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003005758A Expired - Fee Related JP4013766B2 (en) 2003-01-14 2003-01-14 Engine exhaust gas recirculation control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4013766B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006012746B3 (en) 2006-03-17 2008-01-03 Robert Bosch Gmbh Method and device for operating an internal combustion engine
JP5270260B2 (en) * 2008-08-27 2013-08-21 ダイハツ工業株式会社 EGR control method for internal combustion engine
US9574524B2 (en) 2011-05-02 2017-02-21 Volvo Technology Corporation Method and internal combustion engine system for keeping an exhaust gas aftertreatment system within its working temperature range
CN118728571B (en) * 2023-03-31 2026-04-21 长城汽车股份有限公司 Methods, systems, electronic devices, and vehicles for determining EGR rate parameters

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004218500A (en) 2004-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3743283B2 (en) Compression self-ignition internal combustion engine with a supercharger
US5293741A (en) Warming-up system for warming up an engine for an automotive vehicle
JP4748255B2 (en) ENGINE CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE
US10036307B2 (en) Internal combustion engine
JPH08312398A (en) Idle speed control device for internal combustion engine
US20130305713A1 (en) Control device for internal combustion engine with turbo-supercharger
EP0831227B1 (en) Control apparatus for an in-cylinder injection spark-ignition internal combustion engine
JP5050897B2 (en) Control device for internal combustion engine
US20060144038A1 (en) Internal combustion engine having an exhaust particulate filter
JP2012117389A (en) Cooling control device of engine
JP5262857B2 (en) In-cylinder direct injection engine controller
JP2003097329A (en) Compression ignition type internal combustion engine
JP4013766B2 (en) Engine exhaust gas recirculation control device
JP3678042B2 (en) Diesel engine combustion control system
JP4098684B2 (en) Control device for compression ignition internal combustion engine
EP3741976B1 (en) Internal combustion engine control method and internal combustion engine control device
JP2015200294A (en) engine
JP2007224927A (en) An internal combustion engine that detects and controls a failure of the compression ratio changing mechanism
JP5920237B2 (en) Control device for spark ignition engine
JP2018025120A (en) Control device for internal combustion engine
JP4285221B2 (en) Internal combustion engine
JP6056519B2 (en) Control device for spark ignition engine
JP4341475B2 (en) Engine starter
JP5925099B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP6962225B2 (en) Supercharged diesel engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051124

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070511

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070515

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070717

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070821

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070903

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100921

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4013766

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100921

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110921

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120921

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120921

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130921

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees