JP6350304B2 - リーンバーンエンジン - Google Patents
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Description
1−1.システム全体の構成
図1は、本発明の実施の形態のエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態のエンジンシステムは、自動車に動力装置として搭載されるターボ過給機付き内燃機関
(以下、エンジンと称す)2を備える。このエンジン2は、ストイキ運転(すなわち、理論空燃比よる運転)と、リーン運転(すなわち、理論空燃比よりも薄い所定のリーン空燃比による運転)とを選択可能なリーンバーンエンジンである。リーン運転時の空燃比は、NOxが多く発生する空燃比域よりもさらにリーンな空燃比域、例えば、値が24前後の空燃比域に設定される。
排気可変動弁機構26は、カムプロファイルが異なる2つの排気カム(不図示)を切り替えることによって、排気バルブ16の作用角の切り替えを行うように構成されている。排気バルブ16を駆動する切り替え可能な2つの排気カムは、カムシャフトの基準位置に対するリフト開始位置(排気バルブのリフトが開始するときの排気カムの当接点の位置)の角度は異ならせて、リフト終了位置(排気バルブのリフトが終了するときの排気カムの当接点の位置)の角度は同じにされている。このような構成により、2つの排気カムを切り替えた時には、排気バルブ16の開き時期は変化するが閉じ時期に変化は生じない。
2−1.エンジンの運転域の設定
図9は、エンジン2の運転域の設定を示す図である。エンジン2の運転は、トルクとエンジン回転速度とを軸とする2次元平面上に設定された運転域にしたがって行われる。図9には、エンジンの運転域として、低負荷ストイキ領域、リーン領域、及び、高負荷ストイキ領域が設定されている。リーン領域と高負荷ストイキ領域は、それぞれ自然吸気領域(以下、NA領域という)と過給領域とに分けられる。
図10は、制御装置100により行われるエンジン制御のフローを示すフローチャートである。制御装置100は、このフローチャートに示す手順にしたがってエンジン制御を行う。ステップS2では、目標トルクと目標エンジン回転速度とで定まるエンジン2の目標動作点がリーン領域にあるかどうかの判定が行われる。目標動作点がリーン領域にない場合には、ステップS10の処理が選択される。ステップS10では、理論空燃比によるストイキ運転が行われる。
3−1.加速によりリーンNA領域からリーン過給領域へ移行する場合の動作
まず、図11に示すように、エンジン2の目標動作点がリーンNA領域にある状態において、加速要求(急加速要求ではない)によって目標トルクが増大し、目標動作点がリーンNA領域からリーン過給領域へ移動した場合の動作について説明する。この例は、図10に示す制御フローにおいて、ステップS16の処理が選択された場合に該当する。
図13に示すように、エンジン2の目標動作点が低負荷ストイキ領域にある状態において、加速要求によって目標トルクが増大し、目標動作点が低負荷ストイキ領域からリーン過給領域へ移動した場合の動作について説明する。最初に、加速要求が急加速要求でなかった場合の例から説明する。この例は、図10に示す制御フローにおいて、ステップS16の処理が選択された場合に該当する。
次に、エンジン2の目標動作点が低負荷ストイキ領域にある状態において、急加速要求によって目標トルクが増大し、目標動作点が低負荷ストイキ領域からリーン過給領域へ移動した場合の動について説明する。この例は、図10に示す制御フローにおいて、ステップS8の処理が選択された場合に該当する。
最後に、図16に示すように、エンジン2の目標動作点が高負荷ストイキ領域にある状態において、減速要求によって目標トルクが減少し、目標動作点が高負荷ストイキ領域からリーン過給領域へ移動した場合の動作について説明する。ただし、図10に示す制御フローは目標トルクが増大した場合に実行される制御フローであり、この例のように目標トルクが減少した場合には図10に示す制御フローとは別の制御フローに従ってエンジン制御が行われる。その制御フローによるエンジン制御の内容は以下に説明する動作に現れているので、フローチャートを用いた制御フローの説明は省略する。
5 燃焼室
20 ポート噴射弁
22 筒内噴射弁
24 吸気可変動弁機構
26 排気可変動弁機構
28 ターボ過給機
28a コンプレッサ
28b タービン
30 吸気通路
32 排気通路
40 スロットル
46 ウエストゲートバルブ
64 NOx触媒
100 制御装置
Claims (8)
- ターボ過給機を備えるリーンバーンエンジンにおいて、
排気バルブの閉じ時期を一定にしたまま開き時期を変更可能な可変動弁機構と、
理論空燃比よりも薄いリーン空燃比による運転が選択されるリーン領域に前記リーンバーンエンジンの目標動作点があり、且つ、目標過給圧よりも実過給圧が低い場合、吸気バルブの開き時期を一定に保持しつつ前記可変動弁機構を操作して前記排気バルブの閉じ時期を一定にしたまま前記排気バルブの開き時期を進角させる過給圧上昇制御を実行する制御装置と、
を備えることを特徴とするリーンバーンエンジン。 - 前記制御装置は、目標トルクの増大に応じて前記目標動作点が前記リーン領域内を移動し、それにより前記目標過給圧が増大することによって前記目標過給圧と前記実過給圧とが乖離した場合、前記過給圧上昇制御を実行する、ことを特徴とする請求項1に記載のリーンバーンエンジン。
- 前記制御装置は、目標トルクの増大に応じて前記目標動作点が前記理論空燃比による運転が選択される低負荷ストイキ領域から前記リーン領域に移動し、それにより前記目標過給圧が増大することによって前記目標過給圧と前記実過給圧とが乖離した場合、前記過給圧上昇制御を実行する、ことを特徴とする請求項1に記載のリーンバーンエンジン。
- 前記制御装置は、急加速が要求されている場合、前記実過給圧が前記目標過給圧に到達するまで、筒内空燃比を前記理論空燃比に維持する、ことを特徴とする請求項3に記載のリーンバーンエンジン。
- 前記制御装置は、目標トルクの減少に応じて前記目標動作点が前記理論空燃比による運転が選択される高負荷ストイキ領域から前記リーン領域に移動し、それにより前記目標過給圧が増大することによって前記目標過給圧と前記実過給圧とが乖離した場合、前記過給圧上昇制御を実行する、ことを特徴とする請求項1に記載のリーンバーンエンジン。
- 前記制御装置は、筒内空燃比を前記理論空燃比から前記リーン空燃比に切り替えるよりも前に前記過給圧上昇制御を実行する場合、前記筒内空燃比が前記リーン空燃比に切り替わるまで過給圧の上昇に応じて点火時期を遅角する点火時期遅角制御を実行し、
前記制御装置は、前記点火時期遅角制御では、前記排気バルブの開き時期の進角による排気ポンプ損失の増大分だけ遅角量を減量する、ことを特徴とする請求項4又は5に記載のリーンバーンエンジン。 - 前記リーンバーンエンジンは、排気通路に設けられたNOx触媒を備え、
前記制御装置は、前記NOx触媒の温度が所定温度より高い場合、筒内空燃比を前記理論空燃比に設定する、ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のリーンバーンエンジン。 - 前記可変動弁機構は、カムシャフトの基準位置に対するリフト開始位置の角度は異なるがリフト終了位置の角度は同じである少なくとも2つのカムを備え、前記少なくとも2つのカムを切り替えるように構成されている、ことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載のリーンバーンエンジン。
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