JP4534403B2 - Compression ignition internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両などに搭載される内燃機関に関し、特に可変動弁機構を備えた圧縮着火式内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)では、高負荷時における空気過剰率の低下を防止、言い換えれば高負荷時における吸気の充填効率を向上させることを目的として、吸気弁の閉時期が吸気行程下死点以降に大きく遅角されるとともに、始動性の向上及び低負荷時における燃焼効率の向上を目的として圧縮比が高く設定されている。
【0003】
ところで、高圧縮比の内燃機関では、シリンダヘッドやシリンダブロックの強度及び剛性を高くする必要があるため、点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)に比して排気量当たりの質量が大きくなり易く、その結果、車両搭載時の重量増加を招き、燃料消費量を向上させる上で不利になる可能性があった。
【0004】
これに対し、内燃機関の圧縮比を低下させる方法が考えられるが、燃料噴射時期(圧縮行程上死点近傍)における筒内雰囲気温度、いわゆる圧縮端温度が低下するため、始動時や低負荷時に不完全燃焼となり易く、白煙や粒子状物質(Particulate Matter:PM)の排出量増加や燃料消費率の悪化などを招く虞がある。
【0005】
そこで、従来では、圧縮比を低下させると同時に可変動弁機構を組み込んだ圧縮着火式内燃機関の開発が進められている。
【0006】
このような低圧縮比の圧縮着火式内燃機関は、例えば、低負荷時において吸気弁開弁時期を吸気行程上死点以降まで遅角させるとともに吸気弁閉弁時期を吸気行程下死点近傍に設定し、中高負荷時において吸気弁開弁時期を吸気行程上死点の直前まで進角させるとともに吸気弁閉弁時期を吸気行程下死点以降まで遅角させている。
【0007】
ここで、低負荷時は、吸気の慣性効果が得られにくいため、吸気の充填効率が低下する虞があるが、吸気弁開弁時期を吸気行程上死点以降まで遅角させることにより、気筒内が負圧となった状態で吸気弁が開弁されることとなり、その結果、吸気が気筒内へ勢いよく流入し、吸気の充填効率が向上する。
【0008】
更に、低圧縮比の内燃機関では、低負荷時に圧縮端温度が低くなり易いが、吸気弁閉弁時期を吸気行程下死点の近傍に設定することにより、有効圧縮ストローク長を十分に確保することが可能となる。
【0009】
従って、低負荷時において吸気弁開弁時期が吸気行程上死点以降まで遅角されるとともに吸気弁閉弁時期が吸気行程下死点近傍に設定されると、吸気の充填効率が向上すると同時に有効圧縮ストローク長が増加するため、圧縮端温度を高めることが可能となり、以てPMの発生量や燃料消費率の悪化が抑制される。
【0010】
一方、中高負荷時は、吸気の慣性効果を得ることが容易であるため、吸気弁開弁時期を吸気行程上死点近傍に設定することにより、吸気のポンピングロスを抑制しつつ吸気の充填効率を向上させることができる。
【0011】
更に、中高負荷時は、吸気の充填効率向上により圧縮端温度が過剰に高くなり易いが、吸気弁閉弁時期を吸気行程下死点以降まで遅角することにより、有効圧縮ストローク長を短縮することが可能となる。
【0012】
従って、中高負荷時において吸気弁開弁時期が吸気行程上死点近傍に設定されるとともに吸気弁閉弁時期が吸気行程下死点以降まで遅角されると、吸気の充填効率を低下させることなく有効圧縮ストローク長が短縮されるため、圧縮端温度の過剰な上昇を抑制することが可能となり、以て燃料の過早着火が防止される。
【0013】
また、近年の圧縮着火式内燃機関では、燃焼騒音の低減や排気エミッションの向上などを目的として、通常の燃料噴射(主噴射)に先だって少量の燃料噴射(パイロット噴射)を複数回行う技術が提案されている。
【0014】
このように主噴射に先だってパイロット噴射が複数回行われると、噴射燃料がシリンダ壁面に到達して付着するボアフラッシング等を防止しつつ、気筒内に可燃雰囲気を生成することが可能となる。
【0015】
主噴射が行われる前の気筒内に可燃雰囲気が生成されると、主噴射が開始された後の早い時期に予混合燃焼が行われるようになるため、着火遅れ期間が短縮され、予混合燃焼に供される燃料量を減少させることが可能となる。
【0016】
この結果、燃焼騒音を低下させることが可能になるとともに、煤や窒素酸化物(NOx)の発生量を抑制することが可能になる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したような低圧縮比の内燃機関に対してパイロット噴射制御が適用された場合には、可変動弁機構の制御状態に応じて筒内圧が変化するため、可変動弁機構の制御状態に応じたパイロット噴射制御を行う必要がある。
【0018】
例えば、筒内圧を高めるべく可変動弁機構が制御されているときは、パイロット噴射された燃料が比較的短い期間で可燃混合気を形成するため、その可燃混合気がメイン噴射の実行開始前に着火したり、メイン噴射の実行開始後に即座に着火してしまう場合がある。このような場合には、メイン噴射された燃料が空気と混合する期間(着火遅れ期間)が短くなるため、煤などの発生量が増加する虞がある。
【0019】
一方、筒内圧を低めるべく可変動弁機構が制御されているときは、パイロット噴射された燃料が可燃混合気を形成するまでに時間がかかるため、メイン噴射の実行開始までに気筒内に可燃混合気を形成することができなくなる場合がある。このような場合には、着火遅れ期間が長くなるため、予混合燃焼に供される燃料量が多くなり、窒素酸化物(NOx)の発生量が増加する虞がある。
【0020】
従って、可変動弁機構の制御状態を考慮せずにパイロット噴射制御が実行されると、排気エミッションの悪化が誘発される虞がある。
【0021】
また、圧縮着火式内燃機関では、排気の一部を内燃機関に再循環させることにより窒素酸化物(NOx)の発生量を抑制するEGR機構を備える場合がある。その際、EGR機構は、内燃機関のトルク発生に寄与した燃料量と機関回転数とを主たるパラメータとして制御される。
【0022】
ところで、可変動弁機構により筒内圧が高められた状況下ではパイロット噴射及びメイン噴射による燃料の全てが内燃機関のトルクに反映され易いが、可変動弁機構により筒内圧が低められた状況下ではパイロット噴射された燃料が内燃機関のトルクに反映され難くなる。
【0023】
このため、内燃機関のトルクに反映された燃料量をパラメータとして用いるEGR制御では、可変動弁機構の制御状態を考慮して制御を行う必要がある。つまり、パイロット噴射された燃料が内燃機関のトルクに反映されていないときに、パイロット噴射及びメイン噴射の総燃料噴射量をパラメータとしてEGR制御が行われると、窒素酸化物(NOx)の発生量に対して排気の再循環量が過剰に多くなり、燃焼性の悪化や排気エミッションの悪化が誘発される虞がある。
【0024】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、可変動弁機構を備えた低圧縮比の圧縮着火式内燃機関にパイロット噴射制御が適用される場合において、可変動弁機構の制御状態に適した燃料噴射制御やEGR制御などを実現することができる技術を提供し、内燃機関の燃焼性の悪化や排気エミッションの悪化を防止することを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、上記した課題を解決するための第1の発明は、
圧縮着火式内燃機関の吸気弁の開閉時期およびまたはリフト量を変更する可変動弁機構と、
前記内燃機関の負荷が低いときは高いときに比して気筒内の圧力が高くなるように可変動弁機構を制御する動弁機構制御手段と、
前記気筒内へ燃料を噴射するメイン噴射手段と、
前記メイン噴射手段による燃料噴射に先立って複数回のパイロット噴射を行うパイロット噴射手段と、
前記可変動弁機構が筒内圧を高くすべく制御されているときは、最初のパイロット噴射の実行時期から所定期間内に設定されたパイロット噴射の実行を禁止するパイロット噴射制御手段と、
を備えた圧縮着火式内燃機関である。
【0026】
この発明は、低負荷時に筒内圧が高く且つ高負荷時に筒内圧が低くなるよう吸気弁の開閉時期およびまたはリフト量を変更する可変動弁機構と、通常の燃料噴射(メイン噴射)に先立って複数回のパイロット噴射を実行するパイロット噴射手段とを備えた圧縮着火式の内燃機関において、筒内圧が高くなるよう可変動弁機構が制御されているときは、最初のパイロット噴射の実行時期から所定期間内に設定されたパイロット噴射の実行を禁止することを最大の特徴としている。
【0027】
かかる圧縮着火式内燃機関では、動弁機構制御手段は、内燃機関の負荷が低いときは筒内圧が高くなるように可変動弁機構を制御し、内燃機関の負荷が高いときは筒内圧が低くなるよう可変動弁機構を制御する。
【0028】
ここで、内燃機関の負荷が低いときに筒内圧が高められると、圧縮行程上死点における筒内圧(所謂、圧縮端温度)が高くなるため、燃料の着火性及び燃焼安定性が向上し、その結果、粒子状物質(PM)の排出量増加や燃料消費率の悪化が防止されることになる。
【0029】
一方、内燃機関の負荷が高いときに筒内圧が低められると、圧縮端温度が低くなるため、燃焼温度が過剰に高くなることがなく、その結果、高負荷時における窒素酸化物(NOx)の発生量が抑制されることになる。
【0030】
ところで、可変動弁機構により筒内圧が高められた場合には、パイロット噴射された燃料が比較的早期に気化して可燃混合気を形成するため、その可燃混合気がメイン噴射の実行前に着火し、或いはメイン噴射の実行開始後に即座に着火してしまい、メイン噴射された燃料が空気と混合する期間(着火遅れ期間)が過剰に短くなる虞がある。
【0031】
これに対し、本発明にかかる圧縮着火式内燃機関では、可変動弁機構により筒内圧が高くされているときには、パイロット噴射制御手段が最初のパイロット噴射の実行時期から所定期間内に設定されたパイロット噴射の実行を禁止するようにした。
【0032】
この場合、最初のパイロット噴射の実行時期から所定期間が経過した後に初めてパイロット噴射が実行されることになるため、実際に最初のパイロット噴射が実行される時期からメイン噴射の実行が開始される時期までの期間が短くなる。
【0033】
この結果、パイロット噴射された燃料が高い筒内圧に曝される期間が短くなり、パイロット噴射された燃料がメイン噴射の実行開始前やメイン噴射の実行開始直後に過早着火することがなくなる。
【0034】
尚、最初のパイロット噴射実行開始時期から所定期間内に設定されたパイロット噴射の実行が禁止されると、その所定期間内に設定されていたパイロット噴射の分だけ燃料噴射量が減少するため、その分の燃料噴射量を所定期間後のパイロット噴射に上乗せするようにしてもよい。
【0035】
また、本発明に係る圧縮着火式内燃機関において、可変動弁機構は、筒内圧が高くなる第1の開閉時期およびまたはリフト量と、筒内圧が低くなる第2の開閉時期およびまたはリフト量との何れか一方を選択可能に構成されるものであってもよく、あるいは前記第1の開閉時期およびまたはリフト量から第2の開閉時期およびまたはリフト量まで連続的に変更可能に構成されるものであってもよい。
【0036】
この場合、動弁機構制御手段は、内燃機関の負荷が低いときは第1の開閉時期およびまたはリフト量を選択し、内燃機関の負荷が高いときは前記第2の開閉時期およびまたはリフト量を選択するよう可変動弁機構を制御する。
【0037】
尚、パイロット噴射制御手段は、可変動弁機構が前記第1の開閉時期およびまたはリフト量から前記第2の開閉時期およびまたはリフト量へ切り換えられる際には、パイロット噴射の総量およびまたは回数を増加させるようにしてもよい。
【0038】
これは、可変動弁機構が第1の開閉時期およびまたはリフト量から第2の開閉時期およびまたはリフト量へ切り換えられると、筒内圧が低下し、パイロット噴射された燃料が可燃混合気を形成し難くなるとともに内燃機関のトルクに反映され難くなるからである。
【0039】
次に、上記した課題を解決するための第2の発明は、
圧縮着火式内燃機関の吸気弁の開閉時期およびまたはリフト量を変更る可変動弁機構と、
前記内燃機関の負荷が低いときは高いときに比して気筒内の圧力が高くなるように可変動弁機構を制御する動弁機構制御手段と、
前記気筒内へ燃料を噴射するメイン噴射手段と、
前記メイン噴射手段による燃料噴射に先立って複数回のパイロット噴射を行うパイロット噴射手段と、
前記内燃機関の排気系から吸気系へ排気の一部を還流させる排気再循環手段と、
前記メイン噴射手段及び前記パイロット噴射手段による総燃料噴射量をパラメータとして前記排気再循環手段による排気還流量を制御する排気再循環制御手段と、
前記可変動弁機構が筒内圧を低くすべく制御されているときは、筒内圧を高くすべく制御されているときに比して前記排気再循環制御に用いられる総燃料噴射量を減量補正するパラメータ補正手段と、
を備える圧縮着火式内燃機関である。
【0040】
この発明は、低負荷時に筒内圧が高く且つ高負荷時に筒内圧が低くなるよう吸気弁の開閉時期およびまたはリフト量を変更する可変動弁機構と、メイン噴射に先立って複数回のパイロット噴射を実行するパイロット噴射手段と、メイン噴射及びパイロット噴射の総燃料噴射量をパラメータとして制御される排気再循環機構とを備えた圧縮着火式の内燃機関において、筒内圧が低くなるよう可変動弁機構が制御されているときは、筒内圧が高くなるよう可変動弁機構が制御されているときに比して、排気再循環制御に用いられる総燃料噴射量を減量補正することを最大の特徴としている。
【0041】
かかる圧縮着火式内燃機関では、動弁機構制御手段は、内燃機関の負荷が低いときは筒内圧が高くなるように可変動弁機構を制御し、内燃機関の負荷が高いときは筒内圧が低くなるよう可変動弁機構を制御する。
【0042】
ところで、可変動弁機構により筒内圧が高められた場合には、パイロット噴射された燃料とメイン噴射された燃料との全てが内燃機関のトルクに反映され易いため、パイロット噴射及びメイン噴射による総燃料噴射量をパラメータとして排気再循環機構が制御されても問題ないが、可変動弁機構により筒内が低められた場合には、パイロット噴射された燃料の一部が内燃機関のトルクに反映され難くなるため、パイロット噴射及びメイン噴射による総燃料噴射量をパラメータとして排気再循環機構が制御されると、窒素酸化物(NOx)の発生量に対して排気の再循環量が多くなる虞がある。
【0043】
これに対し、本発明にかかる圧縮着火式内燃機関では、可変動弁機構により筒内圧が低くされているときには、可変動弁機構により筒内圧が高くされているときに比して排気再循環制御に用いられる総燃料噴射量を減量補正するようにした。
【0044】
可変動弁機構により筒内圧が低くされているときに、排気再循環機構の制御に用いられる総燃料噴射量が減量補正されると、窒素酸化物(NOx)の発生量に対して排気の再循環量が過剰に多くなることがなく、内燃機関の燃焼性や排気エミッションが悪化しなくなる。
【0045】
尚、本発明に係る圧縮着火式内燃機関において、パラメータ補正手段は、各パイロット噴射の実行時期に応じて前記総燃料噴射量の減量補正量を変更するようにしてもよい。これは、パイロット噴射の時期が早くなるほど、パイロット噴射された燃料が内燃機関のトルクに反映され難くなるからである。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【0047】
<実施の形態1>
先ず、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の第1の実施の形態について図1〜図9に基づいて説明する。
【0048】
図1は、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す図である。
図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4ストローク・サイクル・ディーゼル機関であり、圧縮比が比較的低く設定されている。
【0049】
内燃機関1の各気筒2には、吸気弁20と排気弁21とがそれぞれ二つ配設されるとともに、図示しない燃焼室へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁3が配置されている。更に、各気筒2には、筒内の圧力に対応した電気信号を出力する筒内圧センサ4が設けられている。
【0050】
前記した各燃料噴射弁3は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室(コモンレール)5と連通している。このコモンレール5には、該コモンレール5内の燃料の圧力(コモンレール圧)に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ5aが取り付けられている。
【0051】
前記コモンレール5は、燃料供給管6を介して燃料ポンプ7と連通している。この燃料ポンプ7は、内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ7の入力軸に取り付けられたポンププーリ7aが内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)に取り付けられたクランクプーリ1aとベルト8を介して連結されている。
【0052】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ7の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ7は、クランクシャフトから該燃料ポンプ7の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【0053】
前記燃料ポンプ7から吐出された燃料は、燃料供給管6を介してコモンレール5へ供給され、コモンレール5にて所定圧まで蓄圧されて各気筒2の燃料噴射弁3へ分配される。そして、燃料噴射弁3に所定の駆動電流が印加されると、燃料噴射弁3が開弁し、その結果、燃料噴射弁3から気筒2内へ燃料が噴射される。
【0054】
次に、内燃機関1には、吸気枝管9が接続されており、吸気枝管9の各枝管は、各気筒2の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。前記吸気枝管9は、吸気管10に接続され、この吸気管10は、上流にて図示しないエアクリーナボックスやエアダクトと接続されている。
【0055】
前記吸気管10の途中には、該吸気管10内を流れる吸気の流量を絞る吸気絞り弁60が取り付けられ、この吸気絞り弁60には、ステップモータなどからなり印加電力の大きさに応じて前記吸気絞り弁60を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ61が取り付けられている。
【0056】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックスに流入した吸気が該エアクリーナボックス内のエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後に吸気管10へ導かれる。吸気管10に導かれた吸気は、吸気絞り弁60により必要に応じて流量を絞られた後に吸気枝管9へ流入し、次いで吸気枝管9の各枝管を介して各気筒2の吸気ポートへ分配される。吸気ポートへ分配された吸気は、吸気弁20が開弁した際に、各気筒2の燃焼室内へ吸入されることになる。
【0057】
一方、内燃機関1には、排気枝管11が接続され、排気枝管11の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒2の燃焼室と連通している。前記排気枝管11は、排気管12と接続され、その排気管12は下流にて排気浄化触媒に接続されている。
【0058】
このように構成された排気系では、内燃機関1の各気筒2で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気ポートを介して排気枝管11へ排出され、次いで排気枝管11から排気管12へ排出される。排気管12へ流入した排気は、該排気管12下流の排気浄化触媒にて浄化された後に大気中へ放出されることになる。
【0059】
また、吸気枝管9と排気枝管11とは、排気枝管11内を流れる排気の一部を吸気枝管9へ導く排気再循環通路(EGR通路)13を介して連通されている。このEGR通路13の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記EGR通路13内を流れる排気(以下、EGRガスと称する)の流量を変更する流量調整弁(EGR弁)14が設けられている。
【0060】
前記EGR通路13においてEGR弁14より上流の部位には、該EGR通路13内を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ15が設けられている。
【0061】
このように構成された排気再循環機構では、EGR弁14が開弁されると、EGR通路13が導通状態となり、排気枝管11内を流れる排気の一部が前記EGR通路13へ流入し、EGRクーラ15を経て吸気枝管9へ導かれる。
【0062】
その際、EGRクーラ15では、EGR通路13内を流れるEGRガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、EGRガスが冷却されることになる。
【0063】
EGR通路13を介して排気枝管11から吸気枝管9へ還流されたEGRガスは、吸気枝管9の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒2の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁3から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【0064】
ここで、EGRガスには、水(H2O)や二酸化炭素(CO2)などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、EGRガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物(NOx)の発生量が抑制される。
【0065】
更に、EGRクーラ15においてEGRガスが冷却されると、EGRガス自体の温度が低下するとともにEGRガスの体積が縮小されるため、EGRガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量(新気の体積)が不要に減少することもなくなる。
【0066】
また、本実施の形態に係る内燃機関1には、吸気弁20のリフト量及び作用角を変更する可変動弁機構100が設けられている。
【0067】
この可変動弁機構100は、機関始動時及び低負荷時における内燃機関1の運転性及び排気エミッションの向上と、中高負荷時における内燃機関1の運転性及び排気エミッションの向上とを両立するために設けられた機構である。
【0068】
これは、低圧縮比の圧縮着火式ディーゼル機関は、吸気の慣性効果が得られやすく吸気の充填効率を高めやすい中高負荷運転領域では圧縮端温度の過剰な上昇を抑制して窒素酸化物(NOx)や煤の発生量を抑制しつつ燃焼安定性を確保することが可能となるが、吸気の慣性効果が得られ難く吸気の充填効率が低下し易い低負荷運転領域では圧縮端温度を高めることが困難となるため、着火性や燃焼安定の低下による運転性の低下及び排気エミッションの悪化を招く場合があるからである。
【0069】
可変動弁機構100は、図2に示すように、内燃機関1のシリンダヘッドに回転自在に支持されたインテークカムシャフト30と、前記インテークカムシャフト30と平行にシリンダヘッドに固定されたロッカシャフト33と、前記ロッカシャフト33に回転自在に支持されたロッカアーム34と、前記ロッカアーム34の回動により開閉駆動される吸気弁20と、前記吸気弁20を閉弁方向へ付勢するバルブスプリング200とを備えている。
【0070】
前記インテークカムシャフト30には、カムプロフィールの異なる2種類のカム31,32がそれぞれ気筒数と同数(本実施の形態では4つ)設けられている。これら2種類のカム31,32は、一方のカム31のプロフィールが他方のカム32のプロフィールに比してリフト量及び作用角が大きくなるよう形成されている。以下では、カム31を高リフトカム31と称し、カム32を低リフトカム32と称する。
【0071】
前記インテークカムシャフト30の斜め下方には、前記したロッカシャフト33が配設され、そのロッカシャフト33には、前記ロッカアーム34の基端部が回転自在に支持されている。その際、ロッカシャフト33には、気筒数と同数個のロッカアーム34が取り付けられているものとする。
【0072】
前記した各ロッカアーム34の先端部にはアーム35が突設されている。前記アーム35の先端部は二股に分岐しており、分岐した二つの先端部が各気筒2の二つの吸気弁20の基端部とそれぞれ当接している。
【0073】
また、各ロッカアーム34の表面には、図3に示すように、高リフトカム31と当接可能な可動カムフォロワ36と、低リフトカム32と当接可能なローラカムフォロワ37とが配設されている。
【0074】
前記ローラカムフォロワ37は、ロッカアーム34に回転可能に支持されており、低リフトカム32と転がり接触しつつ低リフトカム32の押圧力をロッカアーム34へ伝達するように構成されている。
【0075】
前記可動カムフォロワ36は、ロッカアーム34に対して上下方向に摺動自在に配設されている。この可動カムフォロワ36とロッカアーム34との間には、可動カムフォロワ36を高リフトカム31へ向けて付勢するコイルスプリング38が介設されている。
【0076】
ここで、前記したロッカアーム34には、該ロッカアーム34に対する前記可動カムフォロワ36の相対摺動を選択的に許容または規制(ロック)するロック機構39が備えられている。
【0077】
前記ロック機構39は、図4に示すように、ロッカアーム34を上下方向に貫通し前記可動カムフォロワ36を摺動自在に支持する摺動孔40と、前記摺動孔40と交差するようロッカアーム34内に形成されたシリンダ孔41と、前記シリンダ孔41内に摺動自在に遊嵌されたロックピン42と、前記シリンダ孔41内に配置され、前記ロックピン42を前記摺動孔40から離間する方向へ付勢するコイルスプリング43と、を備えている。
【0078】
前記ロックピン42の摺動孔40側の端部には、ストッパ44が突設されている。このストッパ44は、ロックピン42がシリンダ孔41の基端に位置するときは図4に示すように該ストッパ44の大部分がシリンダ孔41内に収容され、ロックピン42がシリンダ孔41の先端に位置するときは図5に示すように該ストッパ44の大部分が前記摺動孔40内に突出するよう構成されている。
【0079】
また、前記シリンダ孔41において前記ロックピン42により区画された基端側の空間45は、ロックピン42を摺動させるための作動油が導入される油圧室となっている。この油圧室45には、ロッカアーム34内に形成されたロッカアーム油通路46が連通している。このロッカアーム油通路46は、前記ロッカシャフト33内に形成されたロッカシャフト油通路47(図1及び図2参照)と連通している。
【0080】
前記ロッカシャフト油通路47は、図3に示すように、オイルコントロールバルブ(OCV)50と油通路48を介して連通している。前記OCV50には、オイル供給通路51とオイルリターン通路52とが接続されている。
【0081】
前記オイル供給通路51は、内燃機関1の潤滑油を強制循環させるためのオイルポンプ53に接続され、前記オイルリターン通路52は、内燃機関1の潤滑油を貯蔵するためのオイルパン54に接続されている。
【0082】
前記したOCV50は、オイル供給通路51とオイルリターン通路52との何れか一方を選択的に前記油通路48と導通させるものである。このOCV50は、例えば、ソレノイドバルブで構成され、駆動電流が印加されていないときにはオイルリターン通路52と前記油通路48と導通させ、駆動電流が印加されたときにはオイル供給通路51と前記油通路48と導通させる。
【0083】
このように構成されたロック機構39では、OCV50に駆動電流が印加されていないときは、油通路48とオイルリターン通路52とが導通するため、油圧室45内の作動油がロッカアーム油通路46→ロッカシャフト油通路47→油通路48→オイルリターン通路52を経てオイルパン54へ排出される。
【0084】
前記油圧室45の作動油がオイルパン54へ排出されると、前記油圧室45の油圧が低下するため、ロックピン42がコイルスプリング43の付勢力を受けてシリンダ孔41の基端へ移動し(図4参照)、それに伴ってストッパ44がシリンダ孔41内に収容される。
【0085】
この場合、可動カムフォロワ36が摺動孔40内を摺動自在となる。すなわち、ロッカアーム34に対する可動カムフォロワ36の相対摺動が許容されることになる。
【0086】
ロッカアーム34に対する可動カムフォロワ36の相対摺動が許容された場合には、高リフトカム31から可動カムフォロワ36へ伝達される押圧力はコイルスプリング38を介してロッカアーム34へ伝達されることになる。
【0087】
その際、コイルスプリング38の付勢力がバルブスプリング200の付勢力に比して十分に小さく設定されているため、高リフトカム31から可動カムフォロワ36へ伝達された押圧力はコイルスプリング38の伸縮動作(言い換えれば、可動カムフォロワ36の摺動動作)によって吸収されることになる。言い換えれば、高リフトカム31からロッカアーム34に対し、バルブスプリング200の付勢力より大きな力が伝達されることはない。
【0088】
この結果、ロッカアーム34は、低リフトカム32からローラカムフォロワ37へ伝達される押圧力により揺動されることになり、このロッカアーム34の揺動に伴って吸気弁20が開閉駆動されることになる。すなわち、吸気弁20は、低リフトカム32のカムプロフィール形状に従って開閉駆動されることになる。
【0089】
一方、OCV50に駆動電流が印加されているときは、油通路48とオイル供給通路51とが導通するため、オイルポンプ53から吐出された作動油がオイル供給通路51→油通路48→ロッカシャフト油通路47→ロッカアーム油通路46を経て油圧室45へ供給される。
【0090】
前記オイルポンプ53から前記油圧室45へ作動油が供給されると、前記油圧室45の油圧が上昇するため、ロックピン42がコイルスプリング43の付勢力に抗してシリンダ孔41の先端へ移動し(図5参照)、それに伴ってストッパ44が摺動孔40内に突出するようになる。
【0091】
この場合、可動カムフォロワ36が最上位に変位した状態で該可動カムフォロワ36の底面がストッパ44と当接するため、ロッカアーム34に対する可動カムフォロワ36の相対摺動が規制(ロック)されることになる。
【0092】
ロッカアーム34に対する可動カムフォロワ36の相対摺動が規制(ロック)された場合には、高リフトカム31から可動カムフォロワ36へ伝達される押圧力がストッパ44及びロックピン42を介してロッカアーム34に伝達されるようになる。
【0093】
この結果、ロッカアーム34は、高リフトカム31から可動カムフォロワ36及びロックピン42へ伝達される押圧力によって揺動されることになり、このロッカアーム34の揺動に伴って吸気弁20が開閉駆動される。すなわち、吸気弁20は、高リフトカム31のカムプロフィール形状に従って開閉駆動されることになる。
【0094】
ここで、前記した高リフトカム31のカムプロフィールは、例えば、図6中の実線で示されるように、吸気弁20の開弁時期が吸気行程上死点(TDC:TOP DEAD CENTER)より2°早い時期(BTDC 2°, BTDC:BEFORE TOP DEAD CENTER)となり、且つ、吸気弁20の閉弁時期が吸気行程下死点(BDC:BOTTOM DEAD CENTER)より30°遅い時期(ABDC 30°, ABDC:AFTER BOTTOM DEAD CENTER)となるよう形成されるものとする。
【0095】
このように形成された高リフトカム31が選択された場合には、吸気弁20が吸気行程上死点の直前で開弁するため、吸気のポンピングロスが少なくなるとともに、吸気弁が吸気行程下死点より大幅に遅れて閉弁するため、有効圧縮ストローク長が短くなり、気筒2内の圧力が比較的低くなる。
【0096】
この場合、各気筒2の圧縮端温度が過剰に高くなることがなく、それに応じて混合気の燃焼温度も比較的低くなる。従って、吸気の慣性効果が得られ易く吸気の充填効率が高くなり易い中高負荷運転領域において高リフトカム31が選択されれば、ポンピングロスの低下によって機関出力の低下を防止することが可能になるとともに、有効圧縮ストローク長の短縮によって圧縮端温度及び燃焼温度の過剰な上昇を防止することが可能となる。
【0097】
一方、低リフトカム32のカムプロフィールは、例えば、図6中の破線で示されるように、吸気弁20の開弁時期が吸気行程上死点より60°遅い時期(ATDC 60°)となり、且つ、吸気弁20の閉弁時期が吸気行程下死点より20°遅い時期(ABDC 20°)となるように形成されるものとする。
【0098】
このように形成された低リフトカム32が選択された場合には、吸気弁20が吸気行程の半ばで開弁することになるため、吸気弁20の開弁時に気筒2内が負圧となり、吸気が勢いよく気筒2内へ流入するようになる。また、吸気弁20が吸気行程下死点後の比較的早い時期に閉弁されるため、有効圧縮ストローク長が長くなり、気筒2内の圧力を高めることができる。
【0099】
この場合、各気筒2の圧縮端温度が上昇し、それに応じて混合気の燃焼温度も比較的高くなる。従って、吸気の慣性効果が得られ難く吸気の充填効率が低くなり易い低負荷運転領域において低リフトカム32が選択されれば、気筒2内へ流入する吸気の勢いを増大させることによって吸気の充填効率を高めることが可能になるとともに、有効圧縮ストローク長の増加によって圧縮端温度を高めることが可能となる。
【0100】
ここで図1に戻り、内燃機関1には、該内燃機関1の運転状態を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)18が併設されている。このECU18は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットであり、CPU、ROM、RAM、及びバックアップRAM等を備えた算術論理演算回路として構成されている。
【0101】
ECU18には、前述した筒内圧センサ4やコモンレール圧センサ5aに加え、内燃機関1のクランクシャフトが所定角度(例えば、10°)回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ16、内燃機関1のウォータジャケットを循環する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ17、アクセルペダルの操作量に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ19などが電気的に接続され、各種センサの出力信号がECU18に入力されるようになっている。
【0102】
また、ECU18には、燃料噴射弁3、EGR弁14、及び可変動弁機構100のOCV50が電気的に接続され、ECU18の出力信号が上記した燃料噴射弁3、EGR弁14、及び可変動弁機構100に入力されるようになっている。
【0103】
このように構成されたECU18は、予めROMに記憶されている各種のアプリケーションプログラムに従って、EGR制御や可変動弁制御に加え、本発明の要旨となる燃料噴射制御を実行する。
【0104】
EGR制御では、ECU18は、先ず、クランクポジションセンサ16、水温センサ17の出力信号(冷却水温度)、及びアクセル開度センサ19の出力信号(アクセル開度)を入力する。ECU18は、クランクポジションセンサ16の出力信号に基づいて機関回転数を算出し、その機関回転数とアクセル開度とから内燃機関1の負荷(機関負荷)を判定する。
【0105】
次いで、ECU18は、前記した機関負荷、冷却水温度、アクセル開度からEGR制御実行条件が成立しているか否かを判別する。EGR制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上である、内燃機関1の運転状態が高負荷運転領域にない、内燃機関1の運転状態が減速運転領域にない、等の条件を例示することができる。これらの条件は、冷間時における運転性を確保するとともに、高負荷運転時の黒煙排出量を低減するための条件である。
【0106】
上記したようなEGR制御実行条件が成立していると判定された場合には、ECU18は、機関回転数と1サイクル当たりの総燃料噴射量とをパラメータとしてEGR弁14の目標開度を算出し、EGR弁14の開度が前記目標開度と一致するようにEGR弁14を制御する。
【0107】
また、ECU18は、内燃機関1の吸入空気量が所定の目標吸入空気量となるようにEGR弁14の開度をフィードバック制御するようにしてもよい。例えば、内燃機関1の実際の吸入空気量が目標吸入空気量より少ない場合は、ECU18は、EGR弁14を所定量閉弁させる。この場合、EGR通路13から吸気枝管9へ流入するEGRガス量が減少し、それに応じて内燃機関1の各気筒2内へ吸入されるEGRガス量が減少することになる。その結果、内燃機関1の気筒2内に吸入される空気の量は、EGRガスが減少した分だけ増加する。
【0108】
一方、内燃機関1の実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合は、ECU18は、EGR弁14を所定量開弁させる。この場合、EGR通路13から吸気枝管9へ流入するEGRガス量が増加し、それに応じて内燃機関1の各気筒2内に吸入されるEGRガス量が増加する。この結果、内燃機関1の気筒2内に吸入される空気の量は、EGRガスが増加した分だけ減少することになる。
【0109】
次に、可変動弁制御では、ECU18は、アクセル開度と機関回転数とから機関負荷を判定する。機関負荷が低負荷領域にあるときは、ECU18は、低リフトカム32により吸気弁20を開閉駆動すべくOCV50に対する駆動電流の印加を停止する。また、機関負荷が中高負荷領域にあるときは、ECU18は、高リフトカム31により吸気弁20を開閉駆動すべくOCV50に対して駆動電流を印加する。
【0110】
先に述べたように、内燃機関1の中高負荷運転領域において高リフトカム31が選択されると、ポンピングロスによる機関出力の低下が防止されるとともに圧縮端温度の過剰な上昇が防止されるため、内燃機関1の出力を低下させることなく燃焼温度の低下を図ることが可能となる。その結果、内燃機関1の運転性を確保しつつ、窒素酸化物(NOx)や煤の発生量を抑制することができる。
【0111】
また、内燃機関1の始動時や低負荷運転領域において低リフトカム32が選択されると、圧縮端温度の好適に上昇させることが可能となるため、燃料の着火性及び燃焼安定性を高めることが可能となる。その結果、内燃機関1の運転性を確保しつつ未燃燃料成分の排出量を低下させることができる。
【0112】
次に、燃料噴射制御では、ECU18は、先ず機関回転数とアクセル開度とをパラメータとして基本噴射量:Qbaseを算出する。その際、機関回転数とアクセル開度と基本噴射量:Qbaseとの関係を予めマップ化してROMに記憶しておくようにしてもよい。
【0113】
更に、ECU18は、現時点の機関回転数において各気筒2で理論上燃焼可能な燃料量の最大値(以下、基本最大噴射量と称する)を算出する。次いで、ECU18は、前記した基本最大噴射量を各種のパラメータ(例えば、吸気圧力、吸気温度、燃料温度、冷却水温度など)に応じて補正することにより、最大噴射量:Qfullを算出する。
【0114】
ECU18は、上記したように基本噴射量:Qbaseと最大噴射量:Qfullを算出すると、これら二つの噴射量を比較して少ない方の噴射量を最終の目標燃料噴射量として決定する。
【0115】
このようにして目標燃料噴射量が決定されると、ECU18は、最終の目標燃料噴射量を総パイロット噴射量とメイン噴射量とに分割する。その際、ECU18は、機関回転数やアクセル開度などの機関運転状態を示すパラメータと前記目標燃料噴射量とに従って総パイロット噴射量を決定し、その総パイロット噴射量を前記目標燃料噴射量から減算してメイン噴射量を決定する。
【0116】
続いて、ECU18は、前記総パイロット噴射量と機関運転状態を示すパラメータとに従って、パイロット噴射の実行回数を決定するとともに各パイロット噴射の噴射量を決定する。
【0117】
このようにしてメイン噴射量と個々のパイロット噴射量とが決定されると、ECU18は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとして基本となるメイン噴射の実行時期(基本メイン噴射時期)及び各パイロット噴射の実行時期(基本パイロット噴射時期)を算出し、それら基本メイン噴射時期と基本パイロット噴射時期を各種パラメータ(例えば、吸気圧力、冷却水温度、コモンレール圧など)に応じて補正して最終の目標メイン噴射時期及び目標パイロット噴射時期を算出する。
【0118】
目標メイン噴射時期及び目標パイロット噴射時期が決定されると、ECU18は、クランクポジションセンサ16の出力信号から各気筒2のクランク位置を求め、目標パイロット噴射時期と各気筒2のクランク位置とが一致した時点、及び目標メイン噴射時期と各気筒2のクランク位置とが一致した時点で各気筒2の燃料噴射弁3へ駆動電流を印加する。
【0119】
ここで、圧縮着火式内燃機関の燃焼は、燃料噴射開始から燃料の蒸発拡散により可燃混合気が形成されるまでの着火遅れ期間と、可燃混合気が自己着火して燃焼する予混合燃焼期間と、燃料噴射弁から継続して噴射される燃料に火炎が拡散する拡散燃焼期間と、燃料噴射終了後の気筒内に存在する燃料が燃焼する後燃え期間とから成り立っている。そして、通常の燃料噴射制御においては、目標メイン噴射時期は、上記した予混合燃焼期間が圧縮行程上死点付近となるように設定され、目標パイロット噴射時期は、吸気行程の後半から圧縮行程の後半までの期間内で適当に設定される。
【0120】
ところで、可変動弁機構100において高リフトカム31が選択されている場合は、気筒2内の圧力(筒内圧)が比較的低くなるため、パイロット噴射された燃料が気筒2内に可燃雰囲気を形成するまでにある程度の時間を要するが、可変動弁機構100において低リフトカム32が選択されている場合は、筒内圧が高くなるため、パイロット噴射された燃料が比較的短期間に可燃雰囲気を形成することになる。
【0121】
このため、可変動弁機構100において低リフトカム32が選択されている場合に、可変動弁機構100において高リフトカム31が選択されている場合と同様の時期に目標パイロット噴射時期が設定されると、パイロット噴射された燃料がメイン噴射の実行前に過早着火し、又はメイン噴射の実行開始後に直ちに着火してしまい、着火遅れ期間が過剰に短くなることが想定される。
【0122】
着火遅れ期間が過剰に短くなると、メイン噴射された燃料が空気不足の状態で燃焼に供されることとなり、煤などの粒子状物質(PM)が多量に発生する虞がある。
【0123】
そこで、本実施の形態では、ECU18は、可変動弁機構100において低リフトカム32が選択されているときは、複数回のパイロット噴射のうち、最初のパイロット噴射の目標パイロット噴射時期から所定期間内に目標パイロット噴射時期が設定されているパイロット噴射の実行を禁止するとともに、禁止されたパイロット噴射の燃料噴射量を前記所定期間後に目標パイロット噴射時期が設定されているパイロット噴射に上乗せするようにした。
【0124】
具体的には、図7に示すように、メイン噴射:Qmainの前に5回のパイロット噴射:Qsub1〜Qsub5が設定されている場合には、ECU18は、最初のパイロット噴射:Qsub1の実行開始時期から所定期間(以下、パイロット噴射禁止期間と称する):△tの間に設定されたパイロット噴射:Qsub1〜Qsub2の実行を禁止するとともに、それらのパイロット噴射量:Qsub1+Qsub2を前記パイロット噴射禁止期間:△t後に設定されているパイロット噴射:Qsub3〜Qsub5のうちの最初のパイロット噴射:Qsub3に上乗せする(Qsub3=Qsub1+Qsub2+Qsub3)。
【0125】
この場合、実質的に最初のパイロット噴射となるQsub3の実行開始時期からメイン噴射:Qmainの実行開始までの期間が短縮されることになるため、パイロット噴射された燃料が高い筒内圧に曝される時間が短くなり、以てパイロット噴射された燃料がメイン噴射の実行開始前や実行開始直後に過早着火することがなくなる。
【0126】
この結果、メイン噴射:Qmainによる燃料が空気と混合するための着火遅れ期間が過剰に短縮されることがなく、煤などのPMが多量に発生することを防止することができる。
【0127】
尚、前記したパイロット噴射禁止期間:△tは、予め実験的に求められた固定値であってもよいが、低リフトカム32が選択されている場合においても内燃機関1の運転状態に応じて実際の筒内圧が変化するため、各気筒2に設けられた筒内圧センサ4の出力信号値に基づいて前記した所定期間を決定することが好ましい。
【0128】
そこで、本実施の形態では、低リフトカム32選択時において基本となるパイロット噴射禁止期間(以下、基本パイロットパイロット噴射禁止期間と称する):△tbaseを予め実験的に求めておき、その基本パイロット噴射禁止期間:△tbaseを筒内圧センサ4の出力信号値に基づいて補正することにより、パイロット噴射禁止期間:△tを算出するようにした。
【0129】
以下、本実施の形態に係る燃料噴射制御について図8のフローチャートに沿って説明する。
【0130】
図8に示すフローチャートは、燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。この燃料噴射制御ルーチンは、予めROMに記憶されているルーチンであり、ECU18によって所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ16がパルス信号を出力する度)に繰り返し実行されるようになっている。
【0131】
燃料噴射制御ルーチンでは、ECU18は、先ずS801において、機関回転数、アクセル開度、吸気圧力、吸気温度、燃料温度、冷却水温度などをパラメータとして、目標メイン噴射量と目標総パイロット噴射量とを算出する。
【0132】
S802では、ECU18は、目標総パイロット噴射量と機関回転数とアクセル開度をパラメータとして、パイロット噴射の実行回数と各パイロット噴射の目標パイロット噴射量を算出する。
【0133】
S803では、ECU18は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとして、目標メイン噴射時期と個々のパイロット噴射の目標パイロット噴射時期とを算出する。
【0134】
S804では、ECU18は、可変動弁機構100において低リフトカム32が選択されているか否か、具体的にはOCV50に駆動電流が印加された状態であるか否かを判別する。
【0135】
前記S804において低リフトカム32が選択されていないと判定された場合、言い換えれば、高リフトカム31が選択されている場合は、ECU18は、S812へ進み、前記S802で算出された目標パイロット噴射量と、前記S803で算出された目標パイロット噴射時期に従ってパイロット噴射を実行する。
【0136】
続いて、ECU18は、S811へ進み、前記S801で算出された目標メイン噴射量と前記S803で算出された目標メイン噴射時期とに従ってメイン噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0137】
一方、前記S804において低リフトカム32が選択されていると判定された場合は、ECU18は、S805へ進み、基本パイロット噴射禁止期間:△tbaseをROMから読み出す。
【0138】
S806では、ECU18は、筒内圧センサ4の出力信号値(筒内圧)を入力する。
【0139】
S807では、ECU18は、前記S806で入力した筒内圧をパラメータとして図9に示すようなマップへアクセスし、前記筒内圧に対応した筒内圧補正係数:kvvtを算出する。
【0140】
ここで、筒内圧補正係数:kvvtは、図9に示すように、筒内圧が第1の所定
圧以上且つ第2の所定圧(>第1の所定圧)以下の範囲にあるときは、1未満の正数の範囲(0<kvvt<1)内で筒内圧が高くなるほど大きな値となるよう設定される。更に、筒内圧補正係数:kvvtは、筒内圧が第1の所定圧未満であるときは“0”に設定されるとともに、筒内圧が第1の所定圧より高いときは“1”に設定される。
【0141】
上記したような方法により筒内圧補正係数:kvvtが算出されると、ECU18は、S808へ進み、前記S805で読み出された基本パイロット噴射禁止期間:△tbaseと前記S807で算出された筒内圧補正係数:kvvtとを積算して、パイロット噴射禁止期間:△tを算出する。
【0142】
S809では、ECU18は、前記S808で算出されたパイロット噴射禁止期間:△tに従って、前記S802で算出された目標パイロット噴射量と前記S803で算出された目標パイロット噴射時期とを補正する。
【0143】
具体的には、ECU18は、前記S803で設定された複数回のパイロット噴射のうち最初の目標パイロット噴射時期から前記パイロット噴射禁止期間:△t内に目標パイロット噴射時期が設定されているパイロット噴射の実行を禁止するとともに、それら禁止されたパイロット噴射の燃料噴射量を、前記パイロット噴射禁止期間:△t後の最初のパイロット噴射の目標パイロット噴射量に加算する。
【0144】
S810では、ECU18は、前記S809において補正された目標パイロット噴射時期及び目標パイロット噴射量に従ってパイロット噴射を実行する。
【0145】
S811では、ECU18は、前記S801で算出された目標メイン噴射量と前記S803で算出された目標メイン噴射時期とに従ってメイン噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0146】
このようにECU18が燃料噴射制御ルーチンを実行することにより、可変動弁機構100において低リフトカム32が選択されているときには、複数回のパイロット噴射のうち最初のパイロット噴射の実行時期から所定期間:△t内に設定されているパイロット噴射の実行が禁止されるため、実質的にパイロット噴射の開始時期が遅角されることとなり、最初のパイロット噴射の開始時期からメイン噴射の実行開始時期までの期間が短縮されることになる。
【0147】
この結果、パイロット噴射された燃料がメイン噴射の実行前又は実行開始直後に過早着火することがなくなるため、着火遅れ期間の過剰な短縮が防止され、煤の発生を抑制することが可能となる。
【0148】
従って、本実施の形態によれば、パイロット噴射制御が行われる圧縮着火式内燃機関に可変動弁機構100が適用された場合に、可変動弁機構100の制御状態に適したパイロット噴射制御を実行することが可能となり、以てPMの発生量を抑制することが可能となる。
【0149】
また、本実施の形態に係る圧縮着火式内燃機関において、可変動弁機構100が低リフトカム32選択状態から高リフトカム31選択状態へ移行する場合には、ECU18は、パイロット噴射の実行回数及び目標総パイロット噴射量を増加させるようにすることが好ましい。
【0150】
具体的には、ECU18は、可変動弁機構100において低リフトカム32から高リフトカム31への切り換え制御が開始された時点(すなわち、ECU18からOCV50へ切り換え信号が送信された時点)から実際にカムの切り換えが完了する時点までの期間において、パイロット噴射回数を増加及び目標総パイロット噴射量を増加させる。
【0151】
これは、可変動弁機構100において低リフトカム32から高リフトカム31へ切り換えられるときは、筒内圧が低くなり、内燃機関1のトルクに反映される燃料量が減少するため、内燃機関1のトルクが急激に変動する虞があるからである。
【0152】
但し、内燃機関1の筒内圧が過剰に高い状況下でパイロット噴射回数及目標総パイロット噴射量が増加されると、燃焼圧(燃焼温度)の過剰な上昇や燃料の過早着火を誘発する虞があるため、筒内圧センサ4の出力信号値が所定圧以上のときは、上記の制御を行わないようにすることが好ましい。
【0153】
尚、本実施の形態では、低リフトカム32選択時における気筒2内の圧力を考慮してパイロット噴射禁止期間:△tを決定しているが、気筒2内における燃料の着火性は気筒2内で圧縮された空気と燃料噴射弁3から噴射される燃料との温度差が大きくなるほど高くなるため、冷却水温度、吸気温度、潤滑油の温度、吸気圧力、燃料温度などをパラメータとして圧縮空気と燃料との温度差を推定し、その推定値と気筒2内の圧力とを考慮してパイロット噴射禁止期間:△tを決定するようにしてもよい。
【0154】
また、本実施の形態では、油圧により高リフトカムと低リフトカムとの切り換えを行う可変動弁機構を例に挙げたが、電磁力や負圧を利用してカムの切換を行うものであってもよい。
【0155】
また、本実施の形態では、本発明に係る可変動弁機構として、高リフトカム31と低リフトカム32との二つのカムを内燃機関の運転状態に応じて切り換える二段切り換え式の可変動弁機構100を例に挙げて説明したが、上記した高リフトカム31と同様のカムプロフィール(高リフトカムプロフィール)から低リフトカム32と同様のカムプロフィール(低リフトカムプロフィール)まで連続的にカムプロフィールを変更可能な三次元カムを備えた可変動弁機構であってもよい。
【0156】
その場合のパイロット噴射禁止期間:△tは、高リフトカムプロフィールが選択されているときは“0”に設定され、選択されたカムプロフィールが低リフトカムプロフィール寄りになるほど長くなるようにすればよい。
【0157】
<実施の形態2>
次に、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の第2の実施の形態について図10〜図11に基づいて説明する。ここでは、前述した第1の実施の形態と異なる構成について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【0158】
前述した第1の実施の形態では、可変動弁機構100の制御状態に応じてパイロット噴射の制御方法を変更する例について述べたが、本実施の形態では、可変動弁機構100の制御状態に応じてEGR弁14の制御方法を変更する例について述べる。
【0159】
通常のEGR制御では、機関回転数と燃料噴射量とをパラメータとしてEGR弁14の開度を制御しており、その際の燃料噴射量としては内燃機関1のトルクに反映される燃料噴射量が用いられる。
【0160】
ところで、可変動弁機構100において低リフトカム32が選択されているときは、筒内圧が高くなるため、パイロット噴射及びメイン噴射による燃料噴射量の全て(総燃料噴射量)が内燃機関1のトルクに反映され易いが、可変動弁機構100において高リフトカム31が選択されているときは、筒内圧が低くなるため、総燃料噴射量の一部、特に吸気行程の途中や圧縮行程の途中でパイロット噴射された燃料が内燃機関1のトルクに反映され難くなる。
【0161】
従って、可変動弁機構100において低リフトカム32が選択されているときは、パイロット噴射及びメイン噴射の総燃料噴射量と機関回転数とをパラメータとしてEGR弁14が制御されても問題ないが、可変動弁機構100において高リフトカム31が選択されているときは、パイロット噴射及びメイン噴射の総燃料噴射量と機関回転数とをパラメータとしてEGR弁14が制御されると、窒素酸化物(NOx)の発生量に対してEGRガス量が過剰となり、内燃機関1の燃焼安定性が低下するとともに、煤などの粒子状物質(PM:Particulate Matter)の排出量が過剰に増加してしまう虞がある。
【0162】
そこで、本実施の形態では、可変動弁機構100の制御状態をパラメータとして、内燃機関1のトルクに反映される燃料量(以下、トルク反映燃料量):Qtrqを推定し、そのトルク反映燃料量:Qtrqに従ってEGR弁14を制御するようにした。
【0163】
以下、本実施の形態に係るEGR制御について図10のフローチャートに沿って説明する。
【0164】
図10に示すフローチャートは、EGR制御ルーチンを示すフローチャートである。このEGR制御ルーチンは、予めROMに記憶されているルーチンであり、ECU18によって所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ16がパルス信号を出力する度)に繰り返し実行される。
【0165】
EGR制御ルーチンでは、ECU18は、先ずS1001において、アクセル開度、機関回転数:Ne、冷却水温度、目標メイン噴射量、目標パイロット噴射量、目標メイン噴射時期、目標パイロット噴射時期などの各種データをRAMから読み出す。
【0166】
S1002では、ECU18は、前記S1001において読み出されたデータに基づいてEGR制御実行条件が成立しているか否かを判別する。
【0167】
前記S1002においてEGR制御実行条件が成立していないと判定された場合は、ECU18は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0168】
一方、前記S1002においてEGR制御実行条件が成立していると判定された場合は、ECU18は、S1003へ進み、可変動弁機構100において低リフトカム32が選択されているか否かを判別する。
【0169】
前記S1003において低リフトカム32が選択されてると判定された場合は、ECU18は、S1004へ進み、目標メイン噴射量と全ての目標パイロット噴射量とを加算して総燃料噴射量:Qfinを算出し、その総燃料噴射量:Qfinをトルク反映燃料量:QtrqとしてRAMに記憶する。
【0170】
S1005では、EGRは、前記S1004で算出されたトルク反映燃料量:Qtrqと前記S1001で読み込まれた機関回転数:Neとをパラメータとして目標EGR開度:θを算出する。その際、トルク反映燃料量:Qtrqと機関回転数:Neと目標EGR開度:θとの関係を予めマップ化してROMに記憶しておくようにしてもよい。
【0171】
S1006では、ECU18は、前記S1005で算出された目標EGR開度に従ってEGR弁14を制御し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0172】
一方、前述したS1003において低リフトカム32が選択されていないと判定された場合、言い換えれば、可変動弁機構100において高リフトカム31が選択されていると判定された場合は、ECU18は、目標メイン噴射量と全ての目標パイロット噴射量との総和である総燃料噴射量:Qfinを減量補正して、トルク反映燃料量:Qtrqを算出する。
【0173】
具体的には、ECU18は、先ず、ROMから基本となる減量補正係数:kf1を読み出す。この減量補正係数:kf1は、予め設定された1未満の正数である。
【0174】
続いて、ECU18は、図11に示すようなマップに基づき、各パイロット噴射の目標パイロット噴射時期に応じた減量補正係数:kf2を算出するとともに、メイン噴射の噴射時期に応じた減量補正係数:;kf2を算出する。
【0175】
ECU18は、メイン噴射の目標メイン噴射量に前記した減量補正係数:kf1とkf2を乗算して、メイン噴射される燃料のうち内燃機関1のトルクに反映される燃料量を算出する。さらに、各パイロット噴射の目標パイロット噴射量に前記した減量補正係数:kf1とkf2とを乗算して、各パイロット噴射で噴射される燃料のうち内燃機関1のトルクに反映される燃料量を算出する。
【0176】
ECU18は、減量補正後のメイン噴射量と全てのパイロット噴射量とを加算して、トルク反映燃料量:Qtrqを算出する。
【0177】
このようにしてトルク反映燃料量:Qtrqが算出されると、ECU18は、S1005へ進み、前記S1007で算出されたトルク反映燃料量:Qtrqと前記S1001で算出された機関回転数:Neとをパラメータとして目標EGR開度:θを算出する。
【0178】
続いて、ECU18は、S1006へ進み、前記S1005で算出された目標EGR弁開度:θに従ってEGR弁14を制御する。
【0179】
以上述べたようにECU18がEGR制御ルーチンを実行することにより、EGR制御のパラメータとして用いられる燃料噴射量を可変動弁機構100の制御状態に応じて最適化することが可能となるため、窒素酸化物(NOx)の発生量に対してEGRガス量が過剰に多くなることがなく、以て窒素酸化物(NOx)の発生量を抑制しつつPMの排出量を抑制することが可能となる。
【0180】
【発明の効果】
本発明によれば、パイロット噴射制御が行われる圧縮着火式内燃機関に可変動弁機構を適用した場合において、可変動弁機構の制御状態に適した燃料噴射制御やEGR制御などを行うことが可能となり、内燃機関の燃焼性の悪化や排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す図
【図2】 可変動弁機構の構成を示す(1)
【図3】 可変動弁機構の構成を示す図(2)
【図4】 ロック機構の構成を示す図
【図5】 ロック機構の動作を説明する図
【図6】 高リフトカム及び低リフトカムのカムプロフィールを示す図
【図7】 パイロット噴射時期とパイロット噴射量の補正方法を示す図
【図8】 燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート図
【図9】 筒内圧と筒内圧補正係数との関係を示す図
【図10】 EGR制御ルーチンを示すフローチャート図
【図11】 燃料噴射時期と減量補正係数との関係を示す図
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
2・・・・気筒
3・・・・燃料噴射弁
4・・・・筒内圧センサ
13・・・EGR通路
14・・・EGR通路
18・・・ECU
20・・・吸気弁
100・・可変動弁機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like, and more particularly to a compression ignition internal combustion engine having a variable valve mechanism.
[0002]
[Prior art]
In general, in a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine), in order to prevent a reduction in the excess air ratio at high load, in other words, to improve intake charging efficiency at high load, the closing timing of the intake valve is set to intake air. The compression ratio is set to be high for the purpose of improving the startability and improving the combustion efficiency at the time of low load, while being largely retarded after the stroke bottom dead center.
[0003]
By the way, in an internal combustion engine having a high compression ratio, it is necessary to increase the strength and rigidity of the cylinder head and the cylinder block. Therefore, the mass per displacement tends to be larger than that of an ignition type internal combustion engine (gasoline engine). As a result, an increase in weight when mounted on a vehicle may be disadvantageous in improving fuel consumption.
[0004]
On the other hand, a method of reducing the compression ratio of the internal combustion engine is conceivable. However, the in-cylinder atmosphere temperature at the fuel injection timing (in the vicinity of the top dead center of the compression stroke), so-called compression end temperature, decreases, so at the time of starting or at low load Incomplete combustion tends to occur, and there is a risk that white smoke and particulate matter (Particulate Matter: PM) emissions will increase and the fuel consumption rate will deteriorate.
[0005]
Therefore, conventionally, a compression ignition type internal combustion engine in which a variable valve mechanism is incorporated at the same time as the compression ratio is lowered has been developed.
[0006]
Such a compression ignition type internal combustion engine with a low compression ratio, for example, retards the intake valve opening timing until the intake stroke top dead center after a low load and closes the intake valve closing timing to the vicinity of the intake stroke bottom dead center. The intake valve opening timing is advanced to just before the intake stroke top dead center and the intake valve closing timing is retarded to the intake stroke bottom dead center or later at medium and high loads.
[0007]
Here, when the load is low, it is difficult to obtain the inertia effect of the intake air, which may reduce the charging efficiency of the intake air. However, by delaying the intake valve opening timing after the top dead center of the intake stroke, As a result, the intake valve is opened while the inside is in a negative pressure. As a result, the intake air flows into the cylinder vigorously, and the charging efficiency of the intake air is improved.
[0008]
Furthermore, in an internal combustion engine with a low compression ratio, the compression end temperature tends to be low at low loads, but the effective compression stroke length is sufficiently secured by setting the intake valve closing timing in the vicinity of the bottom dead center of the intake stroke. It becomes possible.
[0009]
Therefore, if the intake valve opening timing is retarded until after the intake stroke top dead center at the time of low load and the intake valve closing timing is set in the vicinity of the intake stroke bottom dead center, intake charging efficiency is improved at the same time. Since the effective compression stroke length increases, the compression end temperature can be increased, and hence the generation amount of PM and the deterioration of the fuel consumption rate are suppressed.
[0010]
On the other hand, since it is easy to obtain the inertial effect of intake during medium and high loads, setting the intake valve opening timing near the top dead center of the intake stroke makes it possible to reduce the intake pumping loss and reduce the intake charge efficiency. Can be improved.
[0011]
In addition, at medium and high loads, the compression end temperature tends to become excessively high due to the improvement in intake charging efficiency, but the effective compression stroke length is shortened by retarding the intake valve closing timing after the bottom dead center of the intake stroke. It becomes possible.
[0012]
Therefore, if the intake valve opening timing is set in the vicinity of the intake stroke top dead center at medium and high loads, and the intake valve closing timing is delayed until after the intake stroke bottom dead center, the intake charging efficiency is reduced. Therefore, since the effective compression stroke length is shortened, it is possible to suppress an excessive increase in the compression end temperature, thereby preventing pre-ignition of the fuel.
[0013]
In recent compression ignition internal combustion engines, a technology has been proposed in which a small amount of fuel injection (pilot injection) is performed multiple times prior to normal fuel injection (main injection) for the purpose of reducing combustion noise and improving exhaust emissions. Has been.
[0014]
Thus, when pilot injection is performed a plurality of times prior to the main injection, it is possible to generate a combustible atmosphere in the cylinder while preventing bore flushing or the like in which the injected fuel reaches the cylinder wall surface and adheres.
[0015]
If a combustible atmosphere is generated in the cylinder before the main injection is performed, the premixed combustion is performed at an early stage after the main injection is started, so the ignition delay period is shortened and the premixed combustion is performed. It is possible to reduce the amount of fuel supplied to the fuel cell.
[0016]
As a result, combustion noise can be reduced and the amount of soot and nitrogen oxides (NOx) generated can be suppressed.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when pilot injection control is applied to an internal combustion engine with a low compression ratio as described above, the in-cylinder pressure changes in accordance with the control state of the variable valve mechanism, so the control state of the variable valve mechanism It is necessary to perform pilot injection control according to the above.
[0018]
For example, when the variable valve mechanism is controlled to increase the in-cylinder pressure, the pilot-injected fuel forms a combustible mixture in a relatively short period of time. There are cases where ignition occurs or ignition occurs immediately after the start of main injection. In such a case, since the period during which the main injected fuel is mixed with air (ignition delay period) is shortened, there is a risk that the amount of soot generated will increase.
[0019]
On the other hand, when the variable valve mechanism is controlled to reduce the in-cylinder pressure, it takes time for the pilot-injected fuel to form a combustible mixture. You may not be able to form your mind. In such a case, since the ignition delay period becomes longer, the amount of fuel supplied to the premixed combustion increases, and the generation amount of nitrogen oxide (NOx) may increase.
[0020]
Therefore, if the pilot injection control is executed without considering the control state of the variable valve mechanism, exhaust emission may be deteriorated.
[0021]
Further, the compression ignition type internal combustion engine may include an EGR mechanism that suppresses the generation amount of nitrogen oxides (NOx) by recirculating a part of the exhaust gas to the internal combustion engine. At that time, the EGR mechanism is controlled by using the fuel amount contributing to torque generation of the internal combustion engine and the engine speed as main parameters.
[0022]
By the way, in a situation where the in-cylinder pressure is increased by the variable valve mechanism, all of the fuel from the pilot injection and the main injection is easily reflected in the torque of the internal combustion engine, but in a situation where the in-cylinder pressure is lowered by the variable valve mechanism. Pilot injected fuel is less likely to be reflected in the torque of the internal combustion engine.
[0023]
For this reason, in EGR control using the fuel amount reflected in the torque of the internal combustion engine as a parameter, it is necessary to perform control in consideration of the control state of the variable valve mechanism. In other words, when EGR control is performed using the total fuel injection amount of the pilot injection and the main injection as a parameter when the fuel injected by the pilot is not reflected in the torque of the internal combustion engine, the amount of nitrogen oxide (NOx) generated is reduced. On the other hand, the exhaust gas recirculation amount is excessively increased, and there is a risk that deterioration of combustibility and exhaust emission may be induced.
[0024]
The present invention has been made in view of the various circumstances as described above, and in the case where pilot injection control is applied to a low compression ratio compression ignition internal combustion engine having a variable valve mechanism, the variable valve An object of the present invention is to provide a technique capable of realizing fuel injection control, EGR control, and the like suitable for the control state of a mechanism, and to prevent deterioration of combustibility and exhaust emission of an internal combustion engine.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems.
That is, the first invention for solving the above-described problem is
A variable valve mechanism that changes the opening / closing timing and / or lift amount of the intake valve of the compression ignition internal combustion engine;
A valve mechanism control means for controlling the variable valve mechanism so that the pressure in the cylinder is higher when the load of the internal combustion engine is low than when it is high;
Main injection means for injecting fuel into the cylinder;
Pilot injection means for performing pilot injection a plurality of times prior to fuel injection by the main injection means;
When the variable valve mechanism is controlled to increase the in-cylinder pressure, pilot injection control means for prohibiting the execution of pilot injection set within a predetermined period from the execution timing of the first pilot injection;
Is a compression ignition type internal combustion engine.
[0026]
Prior to normal fuel injection (main injection), a variable valve mechanism that changes the opening / closing timing and / or lift amount of the intake valve so that the in-cylinder pressure is high at low loads and the in-cylinder pressure is low at high loads. In a compression ignition type internal combustion engine provided with pilot injection means for performing a plurality of pilot injections, when the variable valve mechanism is controlled so as to increase the in-cylinder pressure, it is predetermined from the execution timing of the first pilot injection. The greatest feature is that the execution of pilot injection set within the period is prohibited.
[0027]
In such a compression ignition type internal combustion engine, the valve mechanism control means controls the variable valve mechanism so that the in-cylinder pressure becomes high when the load of the internal combustion engine is low, and the in-cylinder pressure becomes low when the load of the internal combustion engine is high. The variable valve mechanism is controlled so that
[0028]
Here, if the in-cylinder pressure is increased when the load of the internal combustion engine is low, the in-cylinder pressure at the top dead center of the compression stroke (so-called compression end temperature) is increased, so that the ignitability and combustion stability of the fuel are improved, As a result, an increase in particulate matter (PM) emissions and a deterioration in fuel consumption rate are prevented.
[0029]
On the other hand, if the in-cylinder pressure is lowered when the load of the internal combustion engine is high, the compression end temperature is lowered, so that the combustion temperature does not become excessively high. As a result, the nitrogen oxide (NOx) at the time of high load is reduced. The generation amount is suppressed.
[0030]
By the way, when the in-cylinder pressure is increased by the variable valve mechanism, the pilot-injected fuel is vaporized relatively early to form a combustible mixture, so that the combustible mixture is ignited before the main injection is performed. Alternatively, ignition may occur immediately after the start of the main injection, and the period during which the main injected fuel is mixed with air (ignition delay period) may become excessively short.
[0031]
On the other hand, in the compression ignition type internal combustion engine according to the present invention, when the in-cylinder pressure is increased by the variable valve mechanism, the pilot injection control means is a pilot set within a predetermined period from the execution timing of the first pilot injection. The execution of injection was prohibited.
[0032]
In this case, since the pilot injection is executed for the first time after a predetermined period has elapsed from the execution time of the first pilot injection, the time when the execution of the main injection is started from the time when the first pilot injection is actually executed The period until is shortened.
[0033]
As a result, the period during which the pilot-injected fuel is exposed to a high in-cylinder pressure is shortened, and the pilot-injected fuel is not pre-ignited before the start of the main injection or immediately after the start of the main injection.
[0034]
If the execution of pilot injection set within a predetermined period from the start timing of the first pilot injection execution is prohibited, the fuel injection amount decreases by the amount of pilot injection set within the predetermined period. You may make it add the fuel-injection amount of the minute to the pilot injection after a predetermined period.
[0035]
In the compression ignition internal combustion engine according to the present invention, the variable valve mechanism includes a first opening / closing timing and / or lift amount at which the in-cylinder pressure increases, and a second opening / closing timing and / or lift amount at which the cylinder pressure decreases. Any one of these may be configured to be selectable, or configured to be continuously changeable from the first opening / closing timing and / or lift amount to the second opening / closing timing and / or lift amount. It may be.
[0036]
In this case, the valve mechanism control means selects the first opening / closing timing and / or lift amount when the load on the internal combustion engine is low, and selects the second opening / closing timing and / or lift amount when the load on the internal combustion engine is high. Control the variable valve mechanism to select.
[0037]
The pilot injection control means increases the total amount and / or number of pilot injections when the variable valve mechanism is switched from the first opening / closing timing and / or lift amount to the second opening / closing timing and / or lift amount. You may make it make it.
[0038]
This is because when the variable valve mechanism is switched from the first opening / closing timing and / or the lift amount to the second opening / closing timing and / or the lift amount, the in-cylinder pressure decreases, and the pilot-injected fuel forms a combustible mixture. This is because it becomes difficult to be reflected in the torque of the internal combustion engine.
[0039]
Next, the second invention for solving the above-described problems is as follows.
A variable valve mechanism for changing the opening / closing timing and / or lift amount of the intake valve of the compression ignition internal combustion engine;
A valve mechanism control means for controlling the variable valve mechanism so that the pressure in the cylinder is higher when the load of the internal combustion engine is low than when it is high;
Main injection means for injecting fuel into the cylinder;
Pilot injection means for performing pilot injection a plurality of times prior to fuel injection by the main injection means;
Exhaust gas recirculation means for recirculating part of the exhaust gas from the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system;
Exhaust gas recirculation control means for controlling the exhaust gas recirculation amount by the exhaust gas recirculation means with the total fuel injection quantity by the main injection means and the pilot injection means as parameters.
When the variable valve mechanism is controlled to reduce the in-cylinder pressure, the total fuel injection amount used for the exhaust gas recirculation control is reduced and corrected as compared to when the variable valve mechanism is controlled to increase the in-cylinder pressure. Parameter correction means;
A compression ignition type internal combustion engine.
[0040]
The present invention provides a variable valve mechanism that changes the opening / closing timing and / or lift amount of an intake valve so that the in-cylinder pressure is high at low loads and low at high loads, and multiple pilot injections are performed prior to main injection. In a compression ignition type internal combustion engine having a pilot injection means to be executed and an exhaust gas recirculation mechanism controlled by using the total fuel injection amount of the main injection and the pilot injection as a parameter, a variable valve mechanism is provided so as to reduce the in-cylinder pressure. When controlled, the greatest feature is that the total fuel injection amount used for exhaust gas recirculation control is reduced and corrected compared to when the variable valve mechanism is controlled so that the in-cylinder pressure is increased. .
[0041]
In such a compression ignition type internal combustion engine, the valve mechanism control means controls the variable valve mechanism so that the in-cylinder pressure becomes high when the load of the internal combustion engine is low, and the in-cylinder pressure becomes low when the load of the internal combustion engine is high. The variable valve mechanism is controlled so that
[0042]
By the way, when the in-cylinder pressure is increased by the variable valve mechanism, all of the fuel injected by the pilot injection and the main injected fuel are easily reflected in the torque of the internal combustion engine. There is no problem if the exhaust gas recirculation mechanism is controlled using the injection amount as a parameter. However, when the cylinder is lowered by the variable valve mechanism, a part of the fuel injected by the pilot is not easily reflected in the torque of the internal combustion engine. Therefore, when the exhaust gas recirculation mechanism is controlled using the total fuel injection amount by the pilot injection and the main injection as a parameter, the exhaust gas recirculation amount may increase with respect to the generation amount of nitrogen oxides (NOx).
[0043]
On the other hand, in the compression ignition type internal combustion engine according to the present invention, when the in-cylinder pressure is lowered by the variable valve mechanism, the exhaust gas recirculation control is performed compared to when the in-cylinder pressure is raised by the variable valve mechanism. The total fuel injection amount used for the is corrected to decrease.
[0044]
When the total fuel injection amount used for control of the exhaust gas recirculation mechanism is corrected to decrease when the cylinder pressure is reduced by the variable valve mechanism, the exhaust gas is regenerated relative to the generated amount of nitrogen oxides (NOx). The circulation amount does not increase excessively, and the combustibility and exhaust emission of the internal combustion engine do not deteriorate.
[0045]
In the compression ignition type internal combustion engine according to the present invention, the parameter correction means may change the reduction correction amount of the total fuel injection amount in accordance with the execution timing of each pilot injection. This is because the pilot-injected fuel is less likely to be reflected in the torque of the internal combustion engine as the pilot injection timing becomes earlier.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of a compression ignition type internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0047]
<Embodiment 1>
First, a first embodiment of a compression ignition type internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0048]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a compression ignition type internal combustion engine according to the present invention.
The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-stroke cycle diesel engine having four
[0049]
Each
[0050]
Each
[0051]
The common rail 5 communicates with a fuel pump 7 through a
[0052]
In the fuel injection system configured as described above, when the rotational torque of the crankshaft is transmitted to the input shaft of the fuel pump 7, the fuel pump 7 transmits the rotational torque transmitted from the crankshaft to the input shaft of the fuel pump 7. The fuel is discharged at a pressure according to the pressure.
[0053]
The fuel discharged from the fuel pump 7 is supplied to the common rail 5 through the
[0054]
Next, an
[0055]
An intake throttle valve 60 for restricting the flow rate of the intake air flowing through the
[0056]
In the intake system configured as described above, the intake air that has flowed into the air cleaner box is guided to the
[0057]
On the other hand, an
[0058]
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) combusted in each
[0059]
The
[0060]
An
[0061]
In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the EGR valve 14 is opened, the
[0062]
At that time, in the
[0063]
The EGR gas recirculated from the
[0064]
Here, the EGR gas contains water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) And the like, and an inert gas component having endothermic properties is contained in the mixture, so if EGR gas is contained in the mixture, the combustion temperature of the mixture is lowered. Therefore, the amount of nitrogen oxide (NOx) generated is suppressed.
[0065]
Further, when the EGR gas is cooled in the
[0066]
In addition, the internal combustion engine 1 according to the present embodiment is provided with a
[0067]
The
[0068]
This is because the compression ignition type diesel engine with a low compression ratio suppresses an excessive increase in the compression end temperature and suppresses the nitrogen oxide (NOx) in the middle and high load operation region where the inertia effect of the intake is easily obtained and the charging efficiency of the intake is easily increased. ) And the amount of soot can be suppressed while ensuring combustion stability, but it is difficult to obtain the inertia effect of the intake air, and the compression end temperature is increased in a low load operation region where the intake charging efficiency is likely to be reduced. This is because it may be difficult to reduce operability and exhaust emission due to poor ignitability and combustion stability.
[0069]
As shown in FIG. 2, the
[0070]
The
[0071]
The
[0072]
An
[0073]
As shown in FIG. 3, a
[0074]
The
[0075]
The
[0076]
Here, the
[0077]
As shown in FIG. 4, the
[0078]
A
[0079]
Further, a base
[0080]
As shown in FIG. 3, the rocker
[0081]
The
[0082]
The
[0083]
In the
[0084]
When the hydraulic oil in the
[0085]
In this case, the
[0086]
When relative sliding of the
[0087]
At that time, since the urging force of the
[0088]
As a result, the
[0089]
On the other hand, when the drive current is applied to the
[0090]
When hydraulic oil is supplied from the
[0091]
In this case, since the bottom surface of the
[0092]
When the relative sliding of the
[0093]
As a result, the
[0094]
Here, the cam profile of the
[0095]
When the
[0096]
In this case, the compression end temperature of each
[0097]
On the other hand, the cam profile of the
[0098]
When the
[0099]
In this case, the compression end temperature of each
[0100]
Returning to FIG. 1, the internal combustion engine 1 is provided with an electronic control unit (ECU) 18 for controlling the operating state of the internal combustion engine 1. The
[0101]
In addition to the in-cylinder pressure sensor 4 and the common
[0102]
The
[0103]
The
[0104]
In the EGR control, the
[0105]
Next, the
[0106]
When it is determined that the EGR control execution condition as described above is satisfied, the
[0107]
Further, the
[0108]
On the other hand, when the actual intake air amount of the internal combustion engine 1 is larger than the target intake air amount, the
[0109]
Next, in the variable valve control, the
[0110]
As described above, when the
[0111]
Further, when the
[0112]
Next, in the fuel injection control, the
[0113]
Further, the
[0114]
After calculating the basic injection amount: Qbase and the maximum injection amount: Qfull as described above, the
[0115]
When the target fuel injection amount is determined in this way, the
[0116]
Subsequently, the
[0117]
When the main injection amount and the individual pilot injection amounts are determined in this manner, the
[0118]
When the target main injection timing and the target pilot injection timing are determined, the
[0119]
Here, the combustion of the compression ignition type internal combustion engine includes an ignition delay period from the start of fuel injection until a combustible mixture is formed by evaporation and diffusion of fuel, a premixed combustion period in which the combustible mixture self-ignites and burns. The diffusion combustion period in which the flame diffuses into the fuel continuously injected from the fuel injection valve and the post-combustion period in which the fuel existing in the cylinder after the fuel injection ends burns. In normal fuel injection control, the target main injection timing is set so that the above-described premixed combustion period is near the top dead center of the compression stroke, and the target pilot injection timing is changed from the latter half of the intake stroke to the compression stroke. It is set appropriately within the period up to the second half.
[0120]
By the way, when the
[0121]
Therefore, when the
[0122]
If the ignition delay period becomes excessively short, the main injected fuel is used for combustion in a state of air shortage, and there is a possibility that a large amount of particulate matter (PM) such as soot is generated.
[0123]
Therefore, in the present embodiment, when the
[0124]
Specifically, as shown in FIG. 7, when five pilot injections: Qsub1 to Qsub5 are set before the main injection: Qmain, the
[0125]
In this case, since the period from the execution start timing of Qsub3, which is substantially the first pilot injection, to the start of execution of main injection: Qmain is shortened, the pilot injected fuel is exposed to a high in-cylinder pressure. The time is shortened, so that the fuel that has been pilot-injected does not ignite prematurely before or after the start of the main injection.
[0126]
As a result, the ignition delay period for the fuel of main injection: Qmain to mix with air is not excessively shortened, and it is possible to prevent a large amount of PM such as soot from being generated.
[0127]
The pilot injection prohibition period: Δt may be a fixed value obtained experimentally in advance. However, even when the
[0128]
Therefore, in the present embodiment, a basic pilot injection prohibition period (hereinafter referred to as a basic pilot pilot injection prohibition period): Δtbase is experimentally obtained in advance when the
[0129]
Hereinafter, the fuel injection control according to the present embodiment will be described along the flowchart of FIG.
[0130]
The flowchart shown in FIG. 8 is a flowchart showing a fuel injection control routine. This fuel injection control routine is a routine stored in the ROM in advance, and is repeatedly executed by the
[0131]
In the fuel injection control routine, first, in step S801, the
[0132]
In step S802, the
[0133]
In S803, the
[0134]
In step S <b> 804, the
[0135]
If it is determined in S804 that the
[0136]
Subsequently, the
[0137]
On the other hand, if it is determined in S804 that the
[0138]
In S806, the
[0139]
In S807, the
[0140]
Here, the in-cylinder pressure correction coefficient: kvvt is the first predetermined in-cylinder pressure as shown in FIG.
When the pressure in the range is equal to or higher than the pressure and equal to or lower than the second predetermined pressure (> first predetermined pressure), the larger the in-cylinder pressure is within a positive number range (0 <kvvt <1), the larger the value is. Is set. Further, the in-cylinder pressure correction coefficient: kvvt is set to “0” when the in-cylinder pressure is less than the first predetermined pressure, and is set to “1” when the in-cylinder pressure is higher than the first predetermined pressure. The
[0141]
When the in-cylinder pressure correction coefficient kvvt is calculated by the method as described above, the
[0142]
In S809, the
[0143]
Specifically, the
[0144]
In S810, the
[0145]
In S811, the
[0146]
Thus, when the
[0147]
As a result, pilot-injected fuel does not ignite prematurely before or immediately after execution of main injection, so that excessive reduction in the ignition delay period can be prevented and soot generation can be suppressed. .
[0148]
Therefore, according to the present embodiment, when the
[0149]
In the compression ignition internal combustion engine according to the present embodiment, when the
[0150]
Specifically, the
[0151]
This is because when the
[0152]
However, if the number of pilot injections and the target total pilot injection amount are increased in a situation where the in-cylinder pressure of the internal combustion engine 1 is excessively high, there is a risk of causing an excessive increase in the combustion pressure (combustion temperature) or premature ignition of fuel. Therefore, it is preferable not to perform the above control when the output signal value of the in-cylinder pressure sensor 4 is equal to or higher than a predetermined pressure.
[0153]
In the present embodiment, the pilot injection prohibition period: Δt is determined in consideration of the pressure in the
[0154]
In this embodiment, a variable valve mechanism that switches between a high lift cam and a low lift cam by hydraulic pressure is described as an example. However, even if a cam is switched using electromagnetic force or negative pressure. Good.
[0155]
In the present embodiment, as the variable valve mechanism according to the present invention, a two-stage switching type
[0156]
In this case, the pilot injection prohibition period: Δt is set to “0” when the high lift cam profile is selected, and may be set longer as the selected cam profile is closer to the low lift cam profile. .
[0157]
<
Next, a second embodiment of the compression ignition type internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a configuration different from the first embodiment described above will be described, and the description of the same configuration will be omitted.
[0158]
In the first embodiment described above, the example in which the control method of pilot injection is changed according to the control state of the
[0159]
In normal EGR control, the opening degree of the EGR valve 14 is controlled using the engine speed and the fuel injection amount as parameters, and the fuel injection amount reflected in the torque of the internal combustion engine 1 is the fuel injection amount at that time. Used.
[0160]
By the way, when the
[0161]
Therefore, when the
[0162]
Therefore, in the present embodiment, the amount of fuel reflected in the torque of the internal combustion engine 1 (hereinafter referred to as torque reflected fuel amount): Qtrq is estimated using the control state of the
[0163]
Hereinafter, the EGR control according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0164]
The flowchart shown in FIG. 10 is a flowchart showing an EGR control routine. This EGR control routine is a routine stored in the ROM in advance, and is repeatedly executed by the
[0165]
In the EGR control routine, first in step S1001, the
[0166]
In S1002, the
[0167]
If it is determined in S1002 that the EGR control execution condition is not satisfied, the
[0168]
On the other hand, when it is determined in S1002 that the EGR control execution condition is satisfied, the
[0169]
If it is determined in S1003 that the
[0170]
In S1005, the EGR calculates a target EGR opening degree: θ using the torque reflected fuel amount: Qtrq calculated in S1004 and the engine speed: Ne read in S1001 as parameters. At that time, the relationship between the torque reflected fuel amount: Qtrq, the engine speed: Ne, and the target EGR opening degree: θ may be previously mapped and stored in the ROM.
[0171]
In S1006, the
[0172]
On the other hand, if it is determined in S1003 that the
[0173]
Specifically, the
[0174]
Subsequently, the
[0175]
The
[0176]
The
[0177]
When the torque reflected fuel amount: Qtrq is calculated in this way, the
[0178]
Subsequently, the
[0179]
As described above, since the
[0180]
【The invention's effect】
According to the present invention, when a variable valve mechanism is applied to a compression ignition internal combustion engine in which pilot injection control is performed, it is possible to perform fuel injection control, EGR control, etc. suitable for the control state of the variable valve mechanism Thus, it becomes possible to suppress the deterioration of the combustibility of the internal combustion engine and the deterioration of the exhaust emission.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a compression ignition type internal combustion engine according to the present embodiment.
FIG. 2 shows the configuration of a variable valve mechanism (1)
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a variable valve mechanism (2)
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a lock mechanism
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the locking mechanism.
FIG. 6 is a view showing cam profiles of a high lift cam and a low lift cam.
FIG. 7 is a diagram showing a method for correcting pilot injection timing and pilot injection amount
FIG. 8 is a flowchart showing a fuel injection control routine.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between in-cylinder pressure and in-cylinder pressure correction coefficient.
FIG. 10 is a flowchart showing an EGR control routine.
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between fuel injection timing and a reduction correction coefficient.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
2. Cylinder
3. Fuel injection valve
4 .... In-cylinder pressure sensor
13 ... EGR passage
14 ... EGR passage
18 ... ECU
20 ... Intake valve
100 ... Variable valve mechanism
Claims (2)
前記内燃機関の負荷が低いときは高いときに比して気筒内の圧力が高くなるように可変動弁機構を制御する動弁機構制御手段と、
前記気筒内へ燃料を噴射するメイン噴射手段と、
前記メイン噴射手段による燃料噴射に先立って複数回のパイロット噴射を行うパイロット噴射手段と、
前記内燃機関の排気系から吸気系へ排気の一部を還流させる排気再循環手段と、
前記メイン噴射手段及び前記パイロット噴射手段による総燃料噴射量をパラメータとして前記排気再循環手段による排気還流量を制御する排気再循環制御手段と、
前記可変動弁機構が筒内圧を低くすべく制御されているときは、筒内圧を高くすべく制御されているときに比して前記排気再循環制御に用いられる総燃料噴射量を減量補正するパラメータ補正手段と、
を備えることを特徴とする圧縮着火式内燃機関。A variable valve mechanism that changes the opening / closing timing and / or lift amount of the intake valve of the compression ignition internal combustion engine;
A valve mechanism control means for controlling the variable valve mechanism so that the pressure in the cylinder is higher when the load of the internal combustion engine is low than when it is high;
Main injection means for injecting fuel into the cylinder;
Pilot injection means for performing pilot injection a plurality of times prior to fuel injection by the main injection means;
Exhaust gas recirculation means for recirculating part of the exhaust gas from the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system;
Exhaust gas recirculation control means for controlling the exhaust gas recirculation amount by the exhaust gas recirculation means with the total fuel injection quantity by the main injection means and the pilot injection means as parameters.
When the variable valve mechanism is controlled to reduce the in-cylinder pressure, the total fuel injection amount used for the exhaust gas recirculation control is reduced and corrected as compared to when the variable valve mechanism is controlled to increase the in-cylinder pressure. Parameter correction means;
A compression ignition type internal combustion engine comprising:
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