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JP2015200294A - engine - Google Patents

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JP2015200294A
JP2015200294A JP2014081007A JP2014081007A JP2015200294A JP 2015200294 A JP2015200294 A JP 2015200294A JP 2014081007 A JP2014081007 A JP 2014081007A JP 2014081007 A JP2014081007 A JP 2014081007A JP 2015200294 A JP2015200294 A JP 2015200294A
Authority
JP
Japan
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valve
exhaust
fuel
air
intake
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014081007A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
渉 荒井
Wataru Arai
渉 荒井
雅之 谷
Masayuki Tani
雅之 谷
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
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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    • 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

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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine which can cool exhaust without deteriorating fuel economy.SOLUTION: An engine comprises a supercharger (31), an intake valve (15), an intake variable valve device (27), a fuel injection valve (21), and a catalyst (9). In an operation region in which an exhaust system part including the catalyst (9) is brought into an overheat state, when the pressure of fresh air supercharged by the supercharger (31) is higher than exhaust pressure, an exhaust valve (16) and the intake valve (15) are brought into valve-overlapped states that both the valves are opened by making an opening/closing time of the intake valve (15) advance by using the intake variable valve device (27), fuel injection is performed after the exhaust valve (16) is closed, and a fuel injection amount from the fuel injection valve (21) is controlled so that an air-fuel mixture of a theoretical air-fuel ratio, or an air-fuel mixture which is leaner than the theoretical air-fuel ratio can be obtained.

Description

この発明は内燃機関(以下「エンジン」という。)、特に過熱状態となる運転領域において排気を冷却するものに関する。   The present invention relates to an internal combustion engine (hereinafter referred to as an “engine”), and more particularly to an engine that cools exhaust gas in an overheated operating region.

触媒を含む排気系部品が過熱状態となる運転領域で過熱状態になるのを防止するため、吸気ポートに臨んで設けた燃料噴射弁からの燃料噴射量を増加させ、その増加させた燃料の気化熱により排気の冷却を行うものがある(特許文献1参照)。   In order to prevent the exhaust system parts including the catalyst from becoming overheated in the overheated operating region, the fuel injection amount from the fuel injection valve provided facing the intake port is increased and the increased fuel vaporization is performed. Some exhaust air is cooled by heat (see Patent Document 1).

特開2013−7289号公報JP 2013-7289 A

ところで、上記特許文献1の技術のように、燃料噴射弁から噴射した燃料の気化熱で排気を冷却するのでは、燃費が悪化してしまう。   By the way, if the exhaust gas is cooled by the vaporization heat of the fuel injected from the fuel injection valve as in the technique of Patent Document 1, the fuel efficiency is deteriorated.

そこで本発明は、燃費を悪化させることなく排気を冷却し得るエンジンを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an engine that can cool exhaust gas without deteriorating fuel consumption.

本発明のエンジンは、吸気通路に流入してくる新気を過給する過給機と、燃焼室に開口する吸気ポートを開閉する吸気バルブと、エンジンの運転状態に応じて前記吸気バルブの開閉時期を変更し得る吸気可変動弁装置と、燃料噴射弁と、触媒とを備える。上記の燃料噴射弁は前記燃焼室に燃料を直接噴射するものである。上記の触媒は排気通路に介装されるものである。そして、前記触媒を含む排気系部品、前記燃焼室内の吸排気バルブまたは前記燃焼室から排気通路までの部位が過熱状態となる運転領域において、前記過給機により過給された新気の圧力が排気圧より高い場合を対象として、以下の制御を行う。すなわち、排気行程末期に前記吸気可変動弁装置を用いて前記吸気バルブの開閉時期を進角させることで排気バルブと前記吸気バルブとが共に開いているバルブオーバーラップ状態とする。さらに、前記排気バルブが閉じた後に燃料噴射を行い、かつ理論空燃比または理論空燃比よりリーンな混合気が得られるように前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する。   The engine of the present invention includes a supercharger that supercharges fresh air flowing into an intake passage, an intake valve that opens and closes an intake port that opens to a combustion chamber, and an intake valve that opens and closes according to the operating state of the engine. An intake variable valve operating apparatus capable of changing the timing, a fuel injection valve, and a catalyst are provided. The fuel injection valve directly injects fuel into the combustion chamber. The catalyst is interposed in the exhaust passage. And, in the operation region where the exhaust system parts including the catalyst, the intake / exhaust valve in the combustion chamber or the portion from the combustion chamber to the exhaust passage is overheated, the pressure of the fresh air supercharged by the supercharger is The following control is performed for a case where the pressure is higher than the exhaust pressure. That is, at the end of the exhaust stroke, the valve opening and closing timing of the intake valve is advanced by using the intake variable valve operating device, whereby a valve overlap state in which both the exhaust valve and the intake valve are open is achieved. Further, fuel injection is performed after the exhaust valve is closed, and the fuel injection amount from the fuel injection valve is controlled so that a lean air-fuel mixture is obtained.

本発明によれば、バルブオーバーラップを生じさせたとき、過給機により過給された新気の圧力が排気圧力より高いので、吸気通路より燃焼室5に流入してくる新気が排気通路に吹き抜ける。この排気通路に吹き抜ける新気によって、平均の排気温度が低下する。これによって触媒を含む排気系部品、燃焼室内の吸排気バルブまたは燃焼室から排気通路までの部位を、新気を排気通路に吹き抜けさせない場合より冷却することができる。   According to the present invention, when the valve overlap is generated, the pressure of the fresh air supercharged by the supercharger is higher than the exhaust pressure, so the fresh air flowing into the combustion chamber 5 from the intake passage is exhausted. Blow through. The average exhaust temperature is lowered by the fresh air blown through the exhaust passage. As a result, the exhaust system parts including the catalyst, the intake / exhaust valve in the combustion chamber, or the portion from the combustion chamber to the exhaust passage can be cooled more than when fresh air is not blown through the exhaust passage.

この場合、排気バルブが開いている間に燃料噴射を行ったのでは、燃料までが燃焼室5から排気通路に吹き抜けることなり、燃費の悪化を招く。また、バルブオーバーラップ状態で理論空燃比よりリッチ側の混合気が得られるように燃料噴射弁からの燃料量を制御したのでは、燃焼室で燃え残った燃料が排気通路に出た後に後燃えするため、排気温度がさらに高くなってしまう。一方、本発明によれば、排気バルブが閉じたあとに燃料噴射を行い、かつ理論空燃比または理論空燃比よりリーンな混合気が得られるように燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する。これによって燃焼室内の燃料が燃焼室から排気通路へと吹き抜けないようにして燃費の悪化を防ぐと共に、排気通路での後燃えを防止できる。   In this case, if the fuel injection is performed while the exhaust valve is open, the fuel is blown out from the combustion chamber 5 to the exhaust passage, resulting in deterioration of fuel consumption. In addition, if the amount of fuel from the fuel injection valve is controlled so that an air-fuel mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio can be obtained in the valve overlap state, the fuel that remains in the combustion chamber is burned after it has flowed into the exhaust passage. As a result, the exhaust temperature becomes higher. On the other hand, according to the present invention, fuel injection is performed after the exhaust valve is closed, and the fuel injection amount from the fuel injection valve is controlled so that an air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio is obtained. This prevents fuel in the combustion chamber from blowing from the combustion chamber to the exhaust passage, thereby preventing deterioration of fuel consumption and preventing afterburning in the exhaust passage.

本発明の第1実施形態のエンジンの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the engine of 1st Embodiment of this invention. 排気温度低下処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating an exhaust temperature fall process. 運転領域図である。FIG. バルブオーバーラップを説明するためのバルブリフト特性図である。It is a valve lift characteristic view for explaining valve overlap. 排気温度低下処理の終了直後に必要となる空燃比のリッチ化程度の算出を説明するためのフローチャートである。6 is a flowchart for explaining calculation of the degree of air-fuel ratio enrichment that is required immediately after the end of the exhaust gas temperature reduction process. 燃料噴射パルス幅の算出を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating calculation of a fuel injection pulse width. 燃料噴射時期の補正を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating correction | amendment of fuel injection timing. 第2実施形態のエンジンの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the engine of 2nd Embodiment. 第2実施形態の排気温度低下処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the exhaust temperature fall process of 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態のエンジン1の概略構成図である。なお、図1には1気筒分しか記載していないが、実際には直列4気筒4サイクルエンジンである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 according to a first embodiment of the present invention. Although FIG. 1 shows only one cylinder, it is actually an in-line four-cylinder four-cycle engine.

図1において吸気通路2にはスロットル弁11を備える。スロットル弁11は、エンジンコントローラ41からの信号を受けるモータ12によって駆動される。空気は、スロットル弁11によって調量され、吸気通路2の吸気コレクタ3に蓄えられた後、吸気マニホールド4を介して各気筒の燃焼室5に導入される。本発明では、EGR装置を設けていないので、燃焼室5にはエアフロメータ42を通過した空気、つまりEGRガスを含まない空気がそのまま燃焼室に流入する。このEGRガスを含まない空気を以下「新気」という。   In FIG. 1, a throttle valve 11 is provided in the intake passage 2. The throttle valve 11 is driven by a motor 12 that receives a signal from the engine controller 41. The air is metered by the throttle valve 11, stored in the intake collector 3 of the intake passage 2, and then introduced into the combustion chamber 5 of each cylinder via the intake manifold 4. In the present invention, since the EGR device is not provided, air that has passed through the air flow meter 42, that is, air that does not contain EGR gas, flows into the combustion chamber as it is. The air that does not contain the EGR gas is hereinafter referred to as “fresh air”.

燃料は各気筒の燃焼室5に直接臨んで配置された燃料噴射弁21から噴射供給される。燃焼室5に噴射された燃料は気化しつつ空気と混合して作動ガス(混合気)を作る。この混合気は吸気バルブ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。   Fuel is injected and supplied from a fuel injection valve 21 disposed directly facing the combustion chamber 5 of each cylinder. The fuel injected into the combustion chamber 5 is vaporized and mixed with air to produce a working gas (air mixture). 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.

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22を備える。すなわち、点火装置22は、点火コイル、パワートランジスタ(図示しない)、点火プラグ24から構成されている。点火コイル23はバッテリからの電気エネルギーを蓄え、パワートランジスタは点火コイル23の一次側への通電、遮断を行う。燃焼室5の天井に設けられる点火プラグ24は点火コイル23の一次電流の遮断によって点火コイル23の二次側に発生する高電圧を受けて、火花放電を行う。   In order to ignite this compressed air-fuel mixture with a high-pressure spark, an ignition device 22 for an electronic power distribution system is provided in which an ignition coil with a built-in power transistor is arranged in each cylinder. That is, the ignition device 22 includes an ignition coil, a power transistor (not shown), and an ignition plug 24. The ignition coil 23 stores electrical energy from the battery, and the power transistor supplies and shuts off the primary side of the ignition coil 23. The spark plug 24 provided on the ceiling of the combustion chamber 5 receives a high voltage generated on the secondary side of the ignition coil 23 when the primary current of the ignition coil 23 is interrupted, and performs spark discharge.

エンジン1の暖機完了後に圧縮上死点より少し手前で点火プラグ24により火花が飛ばされ圧縮混合気に着火されると、火炎が燃焼室5内に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)は排気バルブ16が開いたときに排気マニホールドから排気通路8へと排出される。   When the spark is blown by the spark plug 24 and the compressed air-fuel mixture is ignited slightly before the compression top dead center after the warm-up of the engine 1 is completed, the flame spreads into the combustion chamber 5 and eventually explosively burns. The gas pressure performs the work of pushing down the piston 6. This work is taken out as the rotational force of the crankshaft 7. The combusted gas (exhaust gas) is discharged from the exhaust manifold to the exhaust passage 8 when the exhaust valve 16 is opened.

排気通路8には三元触媒9、10を備える。三元触媒9、10は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲にあるとき、排気中に含まれる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。   The exhaust passage 8 includes three-way catalysts 9 and 10. When the air-fuel ratio of the exhaust is within a narrow range centered on the stoichiometric air-fuel ratio, the three-way catalysts 9, 10 can efficiently remove harmful three components such as HC, CO, and NOx contained in the exhaust simultaneously.

空燃比は吸入空気量と燃料量の比である。エンジン1の1サイクル当たりに燃焼室5に導入される新気量と、燃料噴射弁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41では燃料噴射パルス幅Ti[ms]を算出する。そして、所定の燃料噴射時期になると、この燃料噴射パルス幅Tiの期間、燃料噴射弁21を開いて燃料を直接、燃焼室5内に噴射供給する。なお、エアフローメータ42からの吸入空気量の信号とクランク角センサ(43、44)からの信号に基づいて基本噴射パルス幅Tp[ms]を算出している。   The air-fuel ratio is the ratio between the intake air amount and the fuel amount. In the engine controller 41, the fuel injection pulse width Ti [] is set so that the ratio of the fresh air amount introduced into the combustion chamber 5 per cycle of the engine 1 and the fuel injection amount from the fuel injection valve 21 becomes the stoichiometric air-fuel ratio. ms]. At a predetermined fuel injection timing, the fuel injection valve 21 is opened and fuel is directly injected into the combustion chamber 5 during the fuel injection pulse width Ti. The basic injection pulse width Tp [ms] is calculated based on the intake air amount signal from the air flow meter 42 and the signals from the crank angle sensors (43, 44).

また、三元触媒9が活性化した後には空燃比フィードバック制御域になったと判断する。そして、三元触媒9の上流に設けた空燃比センサ47の出力及び三元触媒9の下流に設けた酸素センサ48の出力に基づいて排気の空燃比が理論空燃比と一致するように空燃比のフィードバック補正係数αを算出する。そして、この空燃比フィードバック補正係数αで上記の基本噴射パルス幅Tpを補正することにより上記の燃料噴射パルス幅Tiを算出する。   Further, after the three-way catalyst 9 is activated, it is determined that the air-fuel ratio feedback control region has been reached. Then, based on the output of the air-fuel ratio sensor 47 provided upstream of the three-way catalyst 9 and the output of the oxygen sensor 48 provided downstream of the three-way catalyst 9, the air-fuel ratio of the exhaust gas matches the stoichiometric air-fuel ratio. The feedback correction coefficient α is calculated. Then, the fuel injection pulse width Ti is calculated by correcting the basic injection pulse width Tp with the air-fuel ratio feedback correction coefficient α.

吸気バルブ15、排気バルブ16は、クランクシャフト7を動力源として、各々吸気側カムシャフト25及び排気側カムシャフト26に設けられたカムの動作により開閉駆動される。   The intake valve 15 and the exhaust valve 16 are opened / closed by operation of cams provided on the intake side camshaft 25 and the exhaust side camshaft 26, respectively, with the crankshaft 7 as a power source.

吸気バルブ15の側には、クランクシャフト7と吸気側カムシャフト25との回転位相差を連続的に可変制御して、吸気バルブ15の開閉タイミング(開時期と閉時期)を進遅角する可変バルブタイミング機構(以下「吸気側VTC機構」という。)27を備える。また、吸気側カムシャフト25の他端には吸気側カムシャフト25の回転位置を検出するためのカム角度センサ44が併設されている。   On the intake valve 15 side, the rotation phase difference between the crankshaft 7 and the intake camshaft 25 is continuously variably controlled, and the opening / closing timing (opening timing and closing timing) of the intake valve 15 is advanced or retarded. A valve timing mechanism (hereinafter referred to as “intake side VTC mechanism”) 27 is provided. A cam angle sensor 44 for detecting the rotational position of the intake side camshaft 25 is also provided at the other end of the intake side camshaft 25.

排気バルブ16側にも、クランクシャフト7と排気側カムシャフト26との回転位相差を連続的に可変制御して、排気バルブ16の開閉タイミング(開時期と閉時期)を進遅角する可変バルブタイミング機構(以下「排気側VTC機構」という。)29を備える。排気側カムシャフト26の他端には排気側カムシャフト26の回転位置を検出するためのカム角度センサ45が併設されている。   Also on the exhaust valve 16 side, a variable valve that continuously and variably controls the rotational phase difference between the crankshaft 7 and the exhaust camshaft 26 to advance or retard the opening / closing timing (opening timing and closing timing) of the exhaust valve 16. A timing mechanism (hereinafter referred to as “exhaust side VTC mechanism”) 29 is provided. A cam angle sensor 45 for detecting the rotational position of the exhaust side camshaft 26 is provided at the other end of the exhaust side camshaft 26.

エンジンコントローラ41では、吸排気バルブ15,16の開閉タイミングが運転条件に応じた適切な開閉タイミングとなるように、吸気側VTC機構27(吸気可変動弁装置)、排気側VTC機構29に与える指示量を調整する。   In the engine controller 41, instructions given to the intake-side VTC mechanism 27 (intake variable valve operating device) and the exhaust-side VTC mechanism 29 so that the opening / closing timings of the intake / exhaust valves 15 and 16 become appropriate opening / closing timings according to operating conditions. Adjust the amount.

スロットル弁11の上流にはエンジン1に吸入される新気を過給するエンジン駆動のスーパーチャージャ(機械式過給機)31を備える。すなわち、スーパーチャージャ31には図示しないベルト、プーリを介してクランクシャフト7の回転が常時伝えられている。スーパーチャージャ31には例えばルーツ式がある。スーパーチャージャ31は、電動モータなどによって駆動するようにしてもよい。   An engine-driven supercharger (mechanical supercharger) 31 that supercharges fresh air drawn into the engine 1 is provided upstream of the throttle valve 11. That is, the rotation of the crankshaft 7 is always transmitted to the supercharger 31 via a belt and a pulley (not shown). The supercharger 31 has a roots type, for example. The supercharger 31 may be driven by an electric motor or the like.

スーパーチャージャ31の下流の吸気通路2にはインタークーラ35を備える。インタークーラ35は、過給機31により圧縮されて高温となった新気を冷却するためのものである。   An intercooler 35 is provided in the intake passage 2 downstream of the supercharger 31. The intercooler 35 is for cooling the fresh air that has been compressed by the supercharger 31 and has reached a high temperature.

過給機31をバイパスしてスロットル弁11の上流に合流するバイパス通路32が設けられ、このバイパス通路32にステップモータ34により駆動されるバイパス弁33を備える。   A bypass passage 32 that bypasses the supercharger 31 and merges upstream of the throttle valve 11 is provided, and a bypass valve 33 that is driven by a step motor 34 is provided in the bypass passage 32.

バイパス弁33の開度を制御するのはエンジンコントローラ41である。すなわち、エンジンコントローラ41では、図示しないスロットルセンサで検出されるスロットル弁開度とエンジン回転速度Neの信号に基づいて過給域であるか否かを判定する。この判定結果より非過給域ではスロットル弁11の上流圧(過給圧)が大気圧相当となるように、また過給域ではスロットル弁11の上流圧(過給圧)が大気圧以上の目標過給圧となるようにバイパス弁33の開度を制御する。また、スロットル弁11のすぐ上流に設けられた過給圧センサ46からの実過給圧の信号に基づいて実過給圧が目標過給圧より低くなる加速時には定常時のバイパス弁開度に対して過給圧が上昇する側への補正を行う。この逆に実過給圧が目標過給圧より高くなる元素即時には定常時のバイパス弁開度に対して過給圧が低下する側への補正を行う。   The engine controller 41 controls the opening degree of the bypass valve 33. That is, the engine controller 41 determines whether or not the engine is in the supercharging region based on the throttle valve opening detected by a throttle sensor (not shown) and the engine rotational speed Ne. From this determination result, the upstream pressure (supercharging pressure) of the throttle valve 11 is equivalent to atmospheric pressure in the non-supercharging region, and the upstream pressure (supercharging pressure) of the throttle valve 11 is higher than atmospheric pressure in the supercharging region. The opening degree of the bypass valve 33 is controlled so as to reach the target boost pressure. Further, based on the signal of the actual boost pressure from the boost pressure sensor 46 provided immediately upstream of the throttle valve 11, when the actual boost pressure becomes lower than the target boost pressure, the steady-state bypass valve opening is set. On the other hand, correction to the side where the boost pressure increases is performed. On the contrary, the element in which the actual supercharging pressure becomes higher than the target supercharging pressure is immediately corrected so that the supercharging pressure decreases with respect to the steady-state bypass valve opening.

さて、過熱状態となる運転領域において、三元触媒9,10、空燃比センサ47を含む排気系部品が過熱状態になるのを防止する従来装置がある。この従来装置では、吸気ポートに臨んで設けた燃料噴射弁からの燃料噴射量を増加させ、その増加させた燃料の気化熱により排気の冷却を行う。しかしながら、従来装置のように燃料の気化熱利用して排気の冷却を行うのでは、燃費が悪化する。   There is a conventional device that prevents exhaust system parts including the three-way catalysts 9 and 10 and the air-fuel ratio sensor 47 from being overheated in an operation region that is overheated. In this conventional apparatus, the fuel injection amount from the fuel injection valve provided facing the intake port is increased, and the exhaust gas is cooled by the increased heat of vaporization of the fuel. However, if the exhaust gas is cooled by using the heat of vaporization of the fuel as in the conventional apparatus, the fuel efficiency is deteriorated.

そこで、本発明の第1実施形態では、三元触媒9,10、空燃比センサ47を含む排気系部品が過熱状態となる運転領域を排気温度低下領域として予め設定しておく。そして、過給機31により過給された吸気の圧力(つまり過給圧)が排気圧より高い場合に、吸気側VTC機構27を用いて吸気バルブ15の開閉時期を進角させることで排気バルブ16と吸気バルブ15とが共に開いているバルブオーバーラップ状態とする。これによって、吸気通路2から燃焼室5を経て排気通路8へと新気を吹き抜けさせ、この排気通路8に吹き抜ける新気によって、排気系部品を冷却する。排気通路8に吹き抜ける新気は直接、排気系部品に当たらなくても、平均排気温度を低減する効果がある。   Therefore, in the first embodiment of the present invention, an operation region in which the exhaust system parts including the three-way catalysts 9 and 10 and the air-fuel ratio sensor 47 are overheated is set in advance as the exhaust temperature lowering region. When the pressure of the intake air supercharged by the supercharger 31 (that is, the supercharging pressure) is higher than the exhaust pressure, the exhaust valve 15 is advanced by advancing the opening / closing timing of the intake valve 15 using the intake side VTC mechanism 27. 16 and a valve overlap state in which the intake valve 15 is open. As a result, fresh air is blown from the intake passage 2 through the combustion chamber 5 to the exhaust passage 8, and the exhaust system parts are cooled by the fresh air blown into the exhaust passage 8. Even if the fresh air blown into the exhaust passage 8 does not directly hit the exhaust system parts, it has the effect of reducing the average exhaust temperature.

ここで、タービンとコンプレッサを同軸にして構成したターボチャージャを備えるエンジンにおいて、バルブオーバーラップを生じさせる比較例がある(特開2012−163047号公報参照)。この比較例では、バルブオーバーラップを生じさせることにより、燃焼室5内からのガスの掃気をよくし、この掃気したガスで上記のタービンの回転速度を高め、燃焼室内への新気の充填効率を向上させるようにしている。この比較例のように、バルブオーバーラップはエンジンの出力や触媒の暖機促進などのために使用するのが一般的であり、本発明のようにバルブオーバーラップを排気の冷却のために使った従来装置はない。   Here, there is a comparative example in which a valve overlap occurs in an engine including a turbocharger configured by coaxially configuring a turbine and a compressor (see JP 2012-163447 A). In this comparative example, by generating valve overlap, scavenging of the gas from the combustion chamber 5 is improved, and the rotational speed of the turbine is increased by the scavenged gas, so that the efficiency of charging fresh air into the combustion chamber is increased. To improve. As in this comparative example, the valve overlap is generally used for engine output, catalyst warm-up promotion, etc., and the valve overlap is used for cooling the exhaust as in the present invention. There is no conventional device.

さらに、第1実施形態では排気バルブ16が閉じた後に燃焼室5に臨んで設けた燃料噴射弁21から燃料噴射を行い、かつ理論空燃比の混合気が得られるように燃料噴射弁21からの燃料噴射量を制御する。これによって、燃焼室5に供給された燃料までが燃焼室5から排気通路8へと吹き抜けないようにすると共に、排気通路8へと吹き抜けた燃料の後燃えを防止する。本実施形態では、理論空燃比の混合気が得られるように燃料噴射弁21からの燃料噴射量を制御するが、理論空燃比よりリーンな混合気が得られるように燃料噴射弁21からの燃料噴射量を制御することであってよい。   Further, in the first embodiment, after the exhaust valve 16 is closed, fuel is injected from the fuel injection valve 21 provided facing the combustion chamber 5 and the stoichiometric air-fuel mixture is obtained from the fuel injection valve 21 so that a stoichiometric air-fuel mixture can be obtained. Control the fuel injection amount. This prevents the fuel supplied to the combustion chamber 5 from being blown from the combustion chamber 5 to the exhaust passage 8 and prevents afterburning of the fuel blown to the exhaust passage 8. In this embodiment, the fuel injection amount from the fuel injection valve 21 is controlled so that a stoichiometric air-fuel mixture is obtained. However, the fuel from the fuel injection valve 21 is obtained so that a leaner air-fuel mixture is obtained than the stoichiometric air-fuel ratio. It may be to control the injection amount.

また、第1実施形態ではバルブオーバーラップ状態を終了した直後に燃料噴射弁21から供給する燃料を一時的に増量する。これは、バルブオーバーラップによって吹き抜けた新気中の酸素が排気通路8の上流側にある三元触媒9に余分にストレージされるので、これに対処する必要があるためである。   In the first embodiment, the fuel supplied from the fuel injection valve 21 is temporarily increased immediately after the valve overlap state is finished. This is because the oxygen in the fresh air blown out by the valve overlap is excessively stored in the three-way catalyst 9 on the upstream side of the exhaust passage 8, and this needs to be dealt with.

また、第1実施形態ではバルブオーバーラップ状態で燃焼室5に残留する新気量を推定し、この推定した新気量に基づいて理論空燃比の混合気が得られる基本噴射量Tpを算出する。これは、バルブオーバーラップによって燃焼室5から消失する新気分を考慮することなく基本噴射パルス幅Tpを算出したのでは、理論空燃比よりリッチ側の混合気となってしまうことに対処する必要があるためである。   In the first embodiment, the amount of fresh air remaining in the combustion chamber 5 in the valve overlap state is estimated, and the basic injection amount Tp for obtaining the stoichiometric air-fuel mixture is calculated based on the estimated fresh air amount. . This is because if the basic injection pulse width Tp is calculated without considering the fresh air disappearing from the combustion chamber 5 due to the valve overlap, it is necessary to cope with the fact that the air-fuel mixture becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Because there is.

エンジンコントローラ41で実行される上記排気温度低下処理、当該排気温度低下処理の終了直後に必要となる空燃比リッチ化度合の算出、排気温度低下処理中及びその直後における燃料噴射量の算出などの制御を以下のフローチャートに基づいて説明する。   Control such as the exhaust temperature lowering process executed by the engine controller 41, the calculation of the air-fuel ratio enrichment degree required immediately after the exhaust temperature lowering process ends, the calculation of the fuel injection amount during and immediately after the exhaust temperature lowering process Is described based on the following flowchart.

まず、図2のフローは排気温度低下処理を行うためのもので、一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。   First, the flow of FIG. 2 is for performing the exhaust gas temperature lowering process, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms).

エンジン回転速度Neとエンジントルクとから定まる運転点が図3に示す排気温度低下領域にあるか否かをみる。特に排気通路8の上流側にある三元触媒9、排気マニフォールドの集合部に設けられる空燃比センサ47などは最も高温の排気に晒されるため、過熱状態となる排気系部品である。排気の温度は燃焼室5に供給される燃料量にほぼ比例して上昇するので、高負荷側で最も排気の温度が高くなる。このため、図3に示したように高負荷側に排気温度低下領域を予め定めておき、運転点が排気温度低下領域に属するときには高温の排気に晒されるために過熱状態となる排気系部品の耐力が低下しないように、また耐ノックのため冷却を行うことが必要となる。従来装置では、燃料冷却領域で燃料を増量し、その燃料の気化によって排気温度を低下させたのであるが、第1実施形態では、燃料増量に代えて、新気をバルブオーバーラップ期間に排気通路8にまで吹き抜けさせることによって、排気を冷却する。なお、排気温度低下領域は、基本的に従来装置の燃料冷却領域と同じ領域であるが、最近のエンジンのダウンサイジングの傾向に合わせて、新たに領域を定めてもよい。   It is determined whether or not the operating point determined from the engine speed Ne and the engine torque is in the exhaust temperature lowering region shown in FIG. In particular, the three-way catalyst 9 on the upstream side of the exhaust passage 8, the air-fuel ratio sensor 47 provided in the exhaust manifold assembly, and the like are exhaust system parts that are overheated because they are exposed to the hottest exhaust gas. Since the temperature of the exhaust gas rises almost in proportion to the amount of fuel supplied to the combustion chamber 5, the exhaust gas temperature becomes the highest on the high load side. For this reason, as shown in FIG. 3, an exhaust temperature lowering region is set in advance on the high load side, and when the operating point belongs to the exhaust temperature lowering region, the exhaust system component that is overheated because it is exposed to high-temperature exhaust gas. It is necessary to perform cooling so as not to decrease the proof stress and to prevent knocking. In the conventional device, the amount of fuel is increased in the fuel cooling region, and the exhaust temperature is lowered by vaporizing the fuel. In the first embodiment, instead of increasing the amount of fuel, fresh air is exhausted during the valve overlap period. The exhaust is cooled by blowing through to 8. The exhaust temperature lowering region is basically the same region as the fuel cooling region of the conventional device, but a new region may be determined in accordance with the recent downsizing tendency of the engine.

エンジン回転速度Neとエンジン負荷をパラメータとするエンジントルクのマップを予め作成しておき、エンジン回転速度Neとエンジン負荷から当該マップを検索することによりエンジントルクを算出する。このようにして算出するエンジントルクとエンジン回転速度Neから定まる運転点が図3に示す排気温度低下領域にないときには、排気の冷却を行う必要がないと判断し、ステップ7に進んでバルブオーバラップフラグ=0とする。   A map of engine torque using the engine speed Ne and the engine load as parameters is created in advance, and the engine torque is calculated by searching the map from the engine speed Ne and the engine load. When the operating point determined from the engine torque and the engine speed Ne calculated in this way is not in the exhaust temperature lowering region shown in FIG. 3, it is determined that it is not necessary to cool the exhaust, and the routine proceeds to step 7 to proceed to valve overlap. Flag = 0.

エンジントルクとエンジン回転速度Neから定まる運転点が図3に示す排気温度低下領域にあるときには、高温の排気に晒されるために過熱状態となる排気系部品の耐力が低下しないようにするため、ステップ2以降に進む。   When the operating point determined from the engine torque and the engine rotational speed Ne is in the exhaust temperature lowering region shown in FIG. 3, in order to prevent the proof stress of exhaust system parts that are overheated due to exposure to high temperature exhaust, Go to 2 and after.

ステップ2では、目標当量比DMLと1.0を比較する。ここで、目標当量比DMLと目標空燃比との間には、DML=理論空燃比/目標空燃比なる関係があり、目標当量比DMLは理論空燃比での運転時に1.0となる。空燃比が40を超える成層燃焼時や均質燃焼かつ空燃比が20〜23といった値の希薄燃焼時になると、目標当量比DMLは1.0より小さな値となる。つまり、成層燃焼時や均質燃焼時には理論空燃比での運転時より吸入空気量が増量される。   In step 2, the target equivalent ratio DML is compared with 1.0. Here, there is a relationship of DML = theoretical air / fuel ratio / target air / fuel ratio between the target equivalent ratio DML and the target air / fuel ratio, and the target equivalent ratio DML is 1.0 when operating at the theoretical air / fuel ratio. At the time of stratified combustion when the air-fuel ratio exceeds 40, or when the combustion is lean and the air-fuel ratio is 20 to 23, the target equivalent ratio DML becomes a value smaller than 1.0. That is, during stratified combustion or homogeneous combustion, the intake air amount is increased as compared with the operation at the stoichiometric air-fuel ratio.

本実施形態では、図3にも示したように新たに排気温度低下領域を導入するので、排気温度低下領域においては目標当量比DML=1.0とする。つまり、排気温度低下領域では理論空燃比の混合気でエンジン1を運転する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3 as well, an exhaust gas temperature lowering region is newly introduced. Therefore, the target equivalent ratio DML = 1.0 is set in the exhaust gas temperature lowering region. That is, the engine 1 is operated with a stoichiometric air-fuel ratio mixture in the exhaust gas temperature reduction region.

排気温度低下領域で目標当量比DML=1.0としてあるので、ステップ2で目標当量比DMLが1.0以下であるか否か判定する必要はないのであるが、念のためステップ2を設けている。目標当量比DMLが1.0を超えているときには、燃焼室5で燃え残った燃料が排気通路8に吹き抜けた新気によって後燃えし、排気温度を上昇させてしまう(つまり排気温度を下げることができない)と判断する。このときにはステップ7に進んでバルブオーバラップフラグ=0とする。   Since the target equivalent ratio DML = 1.0 is set in the exhaust gas temperature lowering region, it is not necessary to determine whether or not the target equivalent ratio DML is 1.0 or less in step 2, but step 2 is provided just in case. ing. When the target equivalent ratio DML exceeds 1.0, the fuel remaining in the combustion chamber 5 is burnt after by the fresh air blown into the exhaust passage 8 and raises the exhaust temperature (that is, lowers the exhaust temperature). Is not possible). At this time, the routine proceeds to step 7 where the valve overlap flag = 0.

目標当量比DMLが1.0以下であるときには、燃焼室5内で理論空燃比の混合気が燃焼する。このため、燃焼室5で燃え残った燃料は排気通路8に吹き抜けた新気によって後燃えが生じることはないと判断し、ステップ3に進む。   When the target equivalent ratio DML is 1.0 or less, the stoichiometric air-fuel mixture burns in the combustion chamber 5. For this reason, it is determined that the fuel remaining in the combustion chamber 5 will not be burned by the fresh air blown into the exhaust passage 8, and the process proceeds to step 3.

ステップ3では、過給圧センサ46により検出される過給圧Pbと、排気圧センサ49により検出される排気圧Pexとを比較する。排気圧Pexhがセンサ検出値であることは必要ない。公知の手法によりエンジンの負荷と回転速度に基づいて排気圧Pexhを推定してもかまわない。ガスは圧力の高い方から低い方に向かって流れる。過給圧Pbが排気圧Pex以下であるときには、バルブオーバーラップを生じさせても燃焼室5に流入する新気が排気通路8に吹き抜けることができないと判断する。このときにはステップ7に進んでバルブオーバラップフラグ=0とする。   In step 3, the boost pressure Pb detected by the boost pressure sensor 46 is compared with the exhaust pressure Pex detected by the exhaust pressure sensor 49. The exhaust pressure Pexh need not be a sensor detection value. The exhaust pressure Pexh may be estimated based on the engine load and the rotational speed by a known method. Gas flows from higher pressure to lower pressure. When the supercharging pressure Pb is equal to or lower than the exhaust pressure Pex, it is determined that the fresh air flowing into the combustion chamber 5 cannot be blown through the exhaust passage 8 even if valve overlap occurs. At this time, the routine proceeds to step 7 where the valve overlap flag = 0.

過給圧Pbが排気圧Pexを超えているときには、バルブオーバーラップを生じさせたとき、燃焼室5に流入する新気が燃焼室5を経て排気通路8に吹き抜け得ると判断し、ステップ4に進む。ステップ4では、バルブオーバーラップを生じさせるため、吸気バルブ15の開閉タイミングを所定量だけ進角させる。例えば、排気温度低下領域になってステップ4まで進んできたとき、図4に示したように、排気バルブ16のリフト特性が実線の、また吸気バルブ15のリフト特性が破線の各状態にあり、バルブオーバーラップが生じていないとする。このとき、吸気側VTC機構27を介し吸気バルブ15の開閉タイミングを進角させて実線の特性とすることで、進角させる前にはなかったバルブオーバーラップが生じる。   When the supercharging pressure Pb exceeds the exhaust pressure Pex, it is determined that fresh air flowing into the combustion chamber 5 can be blown through the combustion chamber 5 into the exhaust passage 8 when the valve overlap occurs. move on. In step 4, the opening / closing timing of the intake valve 15 is advanced by a predetermined amount in order to cause valve overlap. For example, when the exhaust temperature lowering region is reached and the process proceeds to step 4, as shown in FIG. 4, the lift characteristic of the exhaust valve 16 is in a solid line, and the lift characteristic of the intake valve 15 is in a broken line state. Assume that there is no valve overlap. At this time, the opening / closing timing of the intake valve 15 is advanced through the intake-side VTC mechanism 27 to obtain a solid line characteristic, thereby causing a valve overlap that has not existed before the advancement.

ステップ5では、バルブオーバラップを生じさせていることを示すため、バルブオーバラップフラグ(エンジンの始動時にゼロに初期設定)=1とする。   In step 5, in order to indicate that a valve overlap has occurred, a valve overlap flag (initially set to zero when the engine is started) is set to 1.

ステップ6では目標過給圧の基本値を一定値だけ高くなる側に補正した値を目標過給圧とする。目標過給圧が高くなる側に補正する理由は次の通りである。すなわち、バルブオーバーラップによって燃焼室5に流入する新気が排気通路8に吹き抜けると、その分、燃焼室内にとどまる新気による充填効率が低下する。この新気の吹き抜けによる充填効率の低下に対して、目標過給圧が高くなる側に補正することで、バルブオーバーラップを生じさせていない状態と同等の充填効率を得るためである。   In step 6, a value obtained by correcting the basic value of the target boost pressure by a certain value is set as the target boost pressure. The reason for correcting the target boost pressure to the higher side is as follows. That is, when fresh air flowing into the combustion chamber 5 is blown into the exhaust passage 8 due to the valve overlap, the charging efficiency by the fresh air remaining in the combustion chamber is reduced accordingly. This is to obtain a charging efficiency equivalent to a state in which no valve overlap occurs by correcting the reduction of the charging efficiency due to the blow-through of fresh air to the side where the target supercharging pressure is increased.

上記目標過給圧の基本値は、簡単には一定であって良いが、可変値で与えてもかまわない。例えば、エンジン回転速度Neとエンジン負荷をパラメータとする目標過給圧の基本値のマップを予め作成しておき、エンジン回転速度Neとエンジン負荷から当該マップを検索することにより、上記目標過給圧の基本値を算出する。   The basic value of the target boost pressure may be simply constant, but may be a variable value. For example, a map of the basic value of the target boost pressure with the engine speed Ne and the engine load as parameters is created in advance, and the map is searched from the engine speed Ne and the engine load, thereby obtaining the target boost pressure. The basic value of is calculated.

一方、運転点が排気温度低下領域にあったものが、その後に運転点が排気温度低下領域でなくなったときには排気温度低下処理を終了するためステップ1からステップ7に進み、バルブオーバーラップフラグ=0とする。また、過給圧Pbが排気圧Pexhを超えていたものが、その後に過給圧Pbが排気圧Pexh以下になったときには排気温度低下処理を終了するためステップ3からステップ7に進み、バルブオーバーラップフラグ=0とする。   On the other hand, when the operating point is in the exhaust temperature lowering region but the operating point is no longer in the exhaust temperature lowering region, the process proceeds from step 1 to step 7 to end the exhaust temperature lowering process, and the valve overlap flag = 0. And Further, when the boost pressure Pb exceeds the exhaust pressure Pexh, when the boost pressure Pb becomes equal to or lower than the exhaust pressure Pexh after that, the process proceeds from step 3 to step 7 to end the exhaust temperature lowering process, and the valve over It is assumed that the lap flag = 0.

図5のフローは排気温度低下処理の終了直後に必要となる空燃比のリッチ化程度Rを算出するためのもので、図2のフローに続けて一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。   The flow in FIG. 5 is for calculating the air-fuel ratio enrichment degree R required immediately after the exhaust temperature lowering process is completed, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms) following the flow in FIG.

ステップ11,12では今回にバルブオーバーラップフラグ=1であるか否か、前回はバルブオーバーラップフラグ=1であったか否かをみる。今回にバルブオーバーラップフラグ=1でありかつ前回はバルブオーバーラップフラグ=0であった、つまり今回に初めてバルブオーバーラップフラグがゼロから1に切換わったときにはステップ13,14に進む。ステップ13ではタイマを起動する(タイマ値t=0)。このタイマはバルブオーバーラップを生じさせることを開始してからの経過時間を計測するためのものである。   In Steps 11 and 12, it is checked whether or not the valve overlap flag = 1 at this time, and whether or not the valve overlap flag = 1 at the previous time. When the valve overlap flag = 1 at this time and the valve overlap flag = 0 at the previous time, that is, when the valve overlap flag is switched from zero to 1 for the first time this time, the routine proceeds to steps 13 and 14. In step 13, a timer is started (timer value t = 0). This timer is for measuring the elapsed time since the start of the valve overlap.

ステップ14ではバルブオーバーラップフラグが1からゼロに切換わった後に、バルブオーバラップを生じさせた経験があることを示すため、バルブオーバーラップ経験フラグ(エンジンの始動時にゼロに初期設定)=1とする。   In step 14, the valve overlap experience flag (initially set to zero when the engine is started) = 1 in order to indicate that the valve overlap flag has been switched from 1 to zero and that there is experience of causing the valve overlap. To do.

ステップ11,12で今回にバルブオーバーラップフラグ=1でありかつ前回にバルブオーバーラップフラグ=1であった、つまりバルブオーバーラップを生じさせていることを継続しているときにはステップ15に進む。ステップ15ではタイマ値tをインクリメントする。   In steps 11 and 12, if the valve overlap flag = 1 at this time and the valve overlap flag = 1 at the previous time, that is, if the valve overlap is being generated, the process proceeds to step 15. In step 15, the timer value t is incremented.

一方、ステップ11でバルブオーバーラップフラグ=0であるときにはステップ16に進み、空燃比リッチ化程度算出済フラグをみる。空燃比リッチ化程度算出済フラグ=0であれば、まだ空燃比リッチ化程度を算出していないと判断し、ステップ17に進む。   On the other hand, when the valve overlap flag = 0 at step 11, the routine proceeds to step 16 where the air / fuel ratio enrichment degree calculated flag is checked. If the air-fuel ratio enrichment degree calculated flag = 0, it is determined that the air-fuel ratio enrichment degree has not been calculated yet, and the process proceeds to step 17.

ステップ17ではバルブオーバーラップ経験フラグをみる。バルブオーバーラップ経験フラグ=0であるときには、排気温度低下処理の終了直後にないと判断しそのまま今回の処理を終了する。   In step 17, the valve overlap experience flag is viewed. When the valve overlap experience flag = 0, it is determined that it is not immediately after the end of the exhaust gas temperature lowering process, and the current process ends.

ステップ17でバルブオーバーラップ経験フラグ=1であるときには排気温度低下処理の終了直後であると判断しステップ18,19に進む。ステップ18,19は排気温度低下処理の終了直後に燃料噴射量を増量して理論空燃比よりリッチ側の混合気が得られるようにする部分である。これは次の理由による。すなわち、排気温度低下処理中にバルブオーバーラップを生じさせ燃焼室5に流入する新気を排気通路8に吹き抜けさせることで排気系部品を冷却できる。その一方で、排気通路8に吹き抜けた新気中には酸素が大気と同じ程度含まれている。この大気と同じ程度の酸素は排気通路8の上流側にある三元触媒9に特にストレージされることになり、排気通路8の上流側にある三元触媒9の酸素ストレージ量が目標値を超えて過剰となる。この過剰によって三元触媒9の酸素ストレージ量が一杯になってしまうと、排気温度低下処理におけるバルブオーバーラップ状態を終了した直後にNOxを還元(浄化)できなくなる。そこで、排気温度低下処理の終了直後に、燃料噴射量を増量して理論空燃比よりリッチ側の混合気が得られるようにする。これによって、三元触媒9の酸素ストレージ量を減少させ当該酸素ストレージ量を目標値へと戻し、三元触媒9の浄化率(特にNOxの浄化率)を高く保たせるのである。   When the valve overlap experience flag = 1 in step 17, it is determined that the exhaust temperature lowering process has just ended, and the process proceeds to steps 18 and 19. Steps 18 and 19 are parts for increasing the fuel injection amount immediately after the end of the exhaust gas temperature lowering process so that an air-fuel mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio can be obtained. This is due to the following reason. That is, the exhaust system parts can be cooled by causing valve overlap during the exhaust gas temperature lowering process and blowing out fresh air flowing into the combustion chamber 5 into the exhaust passage 8. On the other hand, the fresh air blown into the exhaust passage 8 contains oxygen to the same extent as the atmosphere. This amount of oxygen in the atmosphere is stored in particular in the three-way catalyst 9 on the upstream side of the exhaust passage 8, and the oxygen storage amount of the three-way catalyst 9 on the upstream side of the exhaust passage 8 exceeds the target value. Become excessive. If the oxygen storage amount of the three-way catalyst 9 becomes full due to this excess, NOx cannot be reduced (purified) immediately after the valve overlap state in the exhaust temperature lowering process is finished. Therefore, immediately after the exhaust temperature lowering process is finished, the fuel injection amount is increased so that an air-fuel mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio can be obtained. As a result, the oxygen storage amount of the three-way catalyst 9 is decreased, the oxygen storage amount is returned to the target value, and the purification rate (particularly the NOx purification rate) of the three-way catalyst 9 is kept high.

具体的にはステップ18でそのときのタイマ値t、つまりバルブオーバーラップ時間に基づいて、排気通路8の上流側にある三元触媒9の酸素過剰率OVR[無名数]を算出する。ここで、三元触媒9の酸素過剰率OVRは1.0を中心とする値で、バルブオーバーラップ時間が長いほど1.0より大きくなる値である。バルブオーバーラップ時間に対する酸素過剰率OVRの特性は予め適合により求めておく。   Specifically, in step 18, the excess oxygen ratio OVR [unknown number] of the three-way catalyst 9 on the upstream side of the exhaust passage 8 is calculated based on the timer value t at that time, that is, the valve overlap time. Here, the oxygen excess rate OVR of the three-way catalyst 9 is a value centered at 1.0, and is a value that becomes larger than 1.0 as the valve overlap time is longer. The characteristic of the oxygen excess rate OVR with respect to the valve overlap time is obtained in advance by adaptation.

ステップ19では、算出した三元触媒9の酸素過剰率OVRに基づいて、空燃比のリッチ化度R[無名数]を算出する。ここで、空燃比のリッチ化度Rは1.0を中心とする値で、三元触媒9の酸素過剰率OVRが大きくなるほど1.0より大きくなる値である。酸素過剰率OVRに対する空燃比リッチ化程度Rの特性は予め適合により求めておく。これで空燃比リッチ化程度Rの算出を終了したので、ステップ20では空燃比リッチ化程度算出済フラグ=1とする。算出した空燃比リッチ化程度Rはメモリに記憶しておく。   In step 19, based on the calculated oxygen excess ratio OVR of the three-way catalyst 9, an air-fuel ratio enrichment degree R [anonymous number] is calculated. Here, the enrichment degree R of the air-fuel ratio is a value centering on 1.0, and is a value that becomes larger than 1.0 as the oxygen excess ratio OVR of the three-way catalyst 9 increases. The characteristic of the air-fuel ratio enrichment degree R with respect to the oxygen excess rate OVR is obtained in advance by adaptation. Since the calculation of the air / fuel ratio enrichment degree R is completed, the air / fuel ratio enrichment degree calculated flag is set to 1 in step 20. The calculated air-fuel ratio enrichment degree R is stored in the memory.

ステップ20で空燃比リッチ化程度算出済フラグ=1としたことより次回にはステップ16よりステップ17以降に進むことはできず、そのまま今回の処理を終了する。   Since the air-fuel ratio enrichment degree calculation completed flag is set to 1 in step 20, the process cannot proceed from step 16 to step 17 and subsequent steps, and the current process is terminated as it is.

図6のフローは燃料噴射パルス幅Tiを算出するためのもので、図2,図5のフローに続けて一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。   The flow in FIG. 6 is for calculating the fuel injection pulse width Ti, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms) following the flow in FIGS.

ステップ21ではエンジン回転速度Neとエンジントルクとから定まる運転点が図3に示す排気温度低下領域にあるか否かをみる。このステップ21の操作は、図2のステップ1の操作と同じである。運転点が図3に示す排気温度低下領域にないときにはステップ22に進み、エアフローメータ42により検出される新気量をそのまま、基本噴射パルス幅Tpを算出するための吸入空気量Qaに入れる。   In step 21, it is determined whether or not the operating point determined from the engine speed Ne and the engine torque is in the exhaust temperature lowering region shown in FIG. The operation in step 21 is the same as the operation in step 1 in FIG. When the operating point is not in the exhaust gas temperature lowering region shown in FIG. 3, the routine proceeds to step 22, where the fresh air amount detected by the air flow meter 42 is directly put into the intake air amount Qa for calculating the basic injection pulse width Tp.

ステップ21で運転点が図3に示す排気温度低下領域にあるときにはステップ23に進む。ステップ23は、バルブオーバーラップを生じさせる場合に、燃焼室内に閉じ込められる新気の量を推定する部分である。すなわち、ステップ23では、エアフローメータ42により検出される新気量と掃気率とに基づいて新気量のうち吸気バルブの閉じ時期に燃焼室5内に閉じ込められる新気量である燃焼室5内トラップ新気量を推定する。上記の掃気率は、新気量を燃焼室5内ガス量で除した値である。掃気率の算出方法については公知の手段を用いればよい(特開2012−163047号公報参照)。   When the operating point is in the exhaust temperature lowering region shown in FIG. Step 23 is a part for estimating the amount of fresh air trapped in the combustion chamber when a valve overlap occurs. That is, in step 23, the inside of the combustion chamber 5, which is the amount of fresh air confined in the combustion chamber 5 at the closing timing of the intake valve based on the fresh air amount detected by the air flow meter 42 and the scavenging rate. Estimate the amount of fresh trap air. The scavenging rate is a value obtained by dividing the amount of fresh air by the amount of gas in the combustion chamber 5. As a method for calculating the scavenging rate, a known means may be used (see JP 2012-163447 A).

ステップ24では燃焼室内トラップ新気量を基本噴射パルス幅Tpを算出するための吸入空気量Qaに入れる。   In step 24, the amount of fresh air trapped in the combustion chamber is entered into the intake air amount Qa for calculating the basic injection pulse width Tp.

ステップ25では、吸入空気量Qaとエンジン回転速度Neに基づいて次式により基本噴射パルス幅Tp[ms]を算出する。   In step 25, the basic injection pulse width Tp [ms] is calculated by the following equation based on the intake air amount Qa and the engine rotational speed Ne.

Tp=K×Qa/Ne …(1)
(1)式の定数Kは理論空燃比の混合気を得るための値である。
Tp = K × Qa / Ne (1)
The constant K in the equation (1) is a value for obtaining a stoichiometric air-fuel mixture.

ここで、バルブオーバーラップにより燃焼室5に流入する新気を排気通路8に吹き抜けさせる場合には、推定した燃焼室5内トラップ新気量に基づいて基本噴射パルス幅Tpが算出される。バルブオーバーラップにより燃焼室8に流入する新気を排気通路8に吹き抜けさせる場合にも、エアフローメータ42で検出される新気量をそのまま用いて基本噴射パルス幅Tpを算出したのでは、バルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって燃焼室5から消失する新気量の分だけ、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に傾く。一方、本実施形態では、ステップ21,23,24を追加しバルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって燃焼室5から消失する新気量を考慮してあるので、バルブオーバーラップ中であっても、理論空燃比の混合気が得られることとなる。   Here, when the fresh air flowing into the combustion chamber 5 is blown through the exhaust passage 8 due to the valve overlap, the basic injection pulse width Tp is calculated based on the estimated amount of trap fresh air in the combustion chamber 5. Even when fresh air flowing into the combustion chamber 8 is blown through the exhaust passage 8 due to valve overlap, the basic injection pulse width Tp is calculated using the fresh air amount detected by the air flow meter 42 as it is. The air-fuel ratio is inclined to the richer side than the stoichiometric air-fuel ratio by the amount of fresh air that disappears from the combustion chamber 5 due to the blow-through of fresh air by the lap. On the other hand, in this embodiment, since steps 21, 23, and 24 are added and the amount of fresh air that disappears from the combustion chamber 5 due to the blow-through of fresh air due to valve overlap is taken into account, even during valve overlap, A stoichiometric air-fuel ratio mixture is obtained.

ステップ26〜31は排気温度低下処理の終了直後に燃料噴射量を増量して空燃比を理論空燃比よりリッチ側にする部分である。これは、前述のように、バルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって排気通路8の上流側にある三元触媒9に吹き抜けた新気に含まれる酸素が目標値を超えて過度にストレージされてしまう。そこで、この過度にストレージされた酸素を三元触媒9から消失させるためのものである。   Steps 26 to 31 are parts for increasing the fuel injection amount immediately after the exhaust temperature lowering process is finished so that the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. As described above, the oxygen contained in the fresh air blown into the three-way catalyst 9 on the upstream side of the exhaust passage 8 due to the blow-off of the fresh air due to the valve overlap is excessively stored beyond the target value. . Therefore, the excessively stored oxygen is lost from the three-way catalyst 9.

まず、ステップ26では、バルブオーバーラップ経験フラグをみる。バルブオーバーラップ経験フラグ=1であるときには、ステップ27に進み、排気温度低下処理を終了したタイミングから一定時間が経過しているか否かをみる。ここで、一定時間は、リッチ化時間(燃料噴射量を増量して空燃比を理論空燃比よりリッチ側にする時間)を定めるもので、予め設定しておく。   First, in step 26, the valve overlap experience flag is viewed. When the valve overlap experience flag = 1, the routine proceeds to step 27, where it is determined whether or not a fixed time has elapsed from the timing when the exhaust temperature lowering process is completed. Here, the predetermined time is defined in advance as the enrichment time (the time during which the fuel injection amount is increased to make the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio).

排気温度低下処理を終了したタイミングから一定時間が経過していない、つまり排気温度低下処理を終了した直後にあるときにはステップ28に進む。ステップ28では、基本噴射パルス幅Tpに空燃比リッチ化度合R(図5で算出済み)を乗算した値を改めて基本噴射パルス幅Tpとする。空燃比リッチ化度合Rが1.0を超える値であれば、これによって燃料噴射量が増量され、排気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側になる。排気温度低下処理を終了したタイミングから一定時間が経過していない限りステップ28の操作を実行する。これによって、排気温度低下処理を終了したタイミングから、理論空燃比よりリッチ側の空燃比のガスが三元触媒9を流れるので、三元触媒9の酸素ストレージ量が目標値へと減少してゆく。   When the fixed time has not elapsed since the timing at which the exhaust temperature lowering process is completed, that is, immediately after the exhaust temperature lowering process is completed, the routine proceeds to step 28. In step 28, a value obtained by multiplying the basic injection pulse width Tp by the air-fuel ratio enrichment degree R (calculated in FIG. 5) is again set as the basic injection pulse width Tp. If the air-fuel ratio enrichment degree R exceeds 1.0, the fuel injection amount is increased by this, and the exhaust air-fuel ratio becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio. The operation of step 28 is executed as long as a predetermined time has not elapsed from the timing when the exhaust temperature lowering process is completed. As a result, since the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio flows through the three-way catalyst 9 from the timing when the exhaust temperature lowering process is completed, the oxygen storage amount of the three-way catalyst 9 decreases to the target value. .

ステップ27で一定時間が経過したときにはバルブオーバーラップ中に過度にストレージされた酸素が三元触媒9から消失し、三元触媒9の酸素ストレージ量が再び目標値に戻ったと判断する。このときには、次回の排気温度低下処理に備えるため、ステップ29,30,31に進んでバルブオーバーラップ経験フラグ=0、空燃比リッチ化度合R=0、空燃比リッチ化度合算出済フラグ=0とする。   When a certain time has passed in step 27, it is determined that the oxygen stored excessively during the valve overlap has disappeared from the three-way catalyst 9, and the oxygen storage amount of the three-way catalyst 9 has returned to the target value again. At this time, in order to prepare for the next exhaust gas temperature lowering process, the routine proceeds to steps 29, 30, and 31 and the valve overlap experience flag = 0, the air / fuel ratio enrichment degree R = 0, and the air / fuel ratio enrichment degree calculated flag = 0. To do.

ステップ32では、次式によりシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ti[ms]を算出する。   In step 32, the fuel injection pulse width Ti [ms] at the time of sequential injection is calculated by the following equation.

Ti=Tp×DML×(α+αm−1)×2+Ts …(2)
ただし、DML:目標当量比、
α:空燃比フィードバック補正係数[無名数]、
αm:空燃比学習値[無名数]、
Ts:無効パルス幅[ms]、
ここで、(2)式の目標当量比DMLはエンジン回転速度Neとアクセル開度とに基づいて定まっている。アクセル開度は、アクセルセンサ50(図1参照)により検出されるものである。排気温度低下領域において(2)式の目標当量比DMLは1.0である。また、排気温度低下領域では空燃比フィードバック制御は中止するものとする(α=1.0)。このため、排気温度低下領域において上記(2)式は次のようになる。
Ti = Tp × DML × (α + αm−1) × 2 + Ts (2)
Where DML: target equivalent ratio,
α: Air-fuel ratio feedback correction coefficient [anonymous number]
αm: Air-fuel ratio learning value [anonymous number]
Ts: invalid pulse width [ms],
Here, the target equivalent ratio DML in the equation (2) is determined based on the engine speed Ne and the accelerator opening. The accelerator opening is detected by an accelerator sensor 50 (see FIG. 1). In the exhaust gas temperature lowering region, the target equivalent ratio DML in the equation (2) is 1.0. In the exhaust gas temperature lowering region, the air-fuel ratio feedback control is stopped (α = 1.0). For this reason, the above equation (2) becomes as follows in the exhaust gas temperature lowering region.

Ti=Tp×1.0×(1.0+αm−1)×2+Ts
=Tp×αm×2+Ts …(3)
ここで、燃料噴射弁21やエアフローメータ48に製作誤差がないと仮定すれば、αm=1.0であることからTi=Tp×2+Tsとなる。これより、排気温度低下領域においては、Tpのみによって燃料量が定まるので、理論空燃比の混合気で運転されることが分かる。
Ti = Tp × 1.0 × (1.0 + αm−1) × 2 + Ts
= Tp × αm × 2 + Ts (3)
Here, assuming that there is no manufacturing error in the fuel injection valve 21 and the air flow meter 48, since αm = 1.0, Ti = Tp × 2 + Ts. From this, it can be seen that in the exhaust gas temperature lowering region, the fuel amount is determined only by Tp, so that the engine is operated with the stoichiometric air-fuel mixture.

ステップ33では、このように算出した燃料噴射パルス幅Tiを出力レジスタに移す。所定の燃料噴射時期ITになると、燃料噴射パルス幅Tiの間だけ燃料噴射弁21が開かれ、Tiに応じた燃料噴射量が燃焼室5内に噴射供給される。   In step 33, the fuel injection pulse width Ti calculated in this way is transferred to the output register. When the predetermined fuel injection timing IT is reached, the fuel injection valve 21 is opened only during the fuel injection pulse width Ti, and a fuel injection amount corresponding to Ti is injected and supplied into the combustion chamber 5.

図7のフローは燃料噴射時期ITを補正するためのもので、図2,図5,図6のフローに続けて一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。   The flow in FIG. 7 is for correcting the fuel injection timing IT, and is executed at regular time intervals (for example, every 10 ms) following the flow in FIGS.

ステップ41ではバルブオーバーラップフラグをみる。バルブオーバーラップフラグ=0であるときにはそのまま今回の処理を終了する。   In step 41, the valve overlap flag is checked. If the valve overlap flag = 0, the current process is terminated.

バルブオーバーラップフラグ=1であるときにはステップ42に進み、燃料噴射時期ITと排気バルブ16の閉じ時期EVCを比較する。ここで、燃料噴射時期ITは、例えば圧縮行程中や排気行程中となるようにエンジン回転速度Neに基づいて予め設定されている。排気バルブ16の閉じ時期EVCは、エンジンコントローラ41が排気側VTC機構29に与えている指示量から知り得る。   When the valve overlap flag = 1, the routine proceeds to step 42, where the fuel injection timing IT and the exhaust valve 16 closing timing EVC are compared. Here, the fuel injection timing IT is set in advance based on the engine speed Ne so as to be, for example, during the compression stroke or the exhaust stroke. The closing timing EVC of the exhaust valve 16 can be known from the instruction amount given to the exhaust side VTC mechanism 29 by the engine controller 41.

予め設定されている燃料噴射時期ITが排気バルブ16の閉じ時期EVCと等しいか、排気バルブ16の閉じ時期EVCより遅角側にあるときには、排気バルブ16が閉じた後に燃料を燃焼室5内に噴射供給することになる。つまり、燃焼室5に供給した燃料が排気通路8に吹き抜けることはないと判断できる。ここのときには、そのまま今回の処理を終了する。   When the preset fuel injection timing IT is equal to the closing timing EVC of the exhaust valve 16 or on the retard side of the closing timing EVC of the exhaust valve 16, the fuel is put into the combustion chamber 5 after the exhaust valve 16 is closed. The injection will be supplied. That is, it can be determined that the fuel supplied to the combustion chamber 5 does not blow through the exhaust passage 8. At this time, the current process is terminated.

一方、ステップ42で燃料噴射時期ITが排気バルブ16の閉じ時期EVCより進角側にあるときには、ステップ43に進み、燃料噴射時期ITが排気バルブ16の閉じ時期EVCより遅角側にくるように燃料噴射時期ITを補正する。燃料噴射時期ITが排気バルブ16の閉じ時期EVCより進角側にあるときにITがEVCより遅角側にくるようにITを補正する理由は次の通りである。すなわち、排気温度低下領域でのバルブオーバーラップ中に排気バルブ16がまだ開いているときに燃焼室5内に向けて燃料噴射を実行したのでは、燃焼室5に供給した燃料までが燃焼室5から排気通路8へと吹き抜ける。これによって、理論空燃比よりもリーン側の混合気となり、理論空燃比の混合気が得られなくなってしまう。そこで、排気温度低下領域でのバルブオーバーラップ中は排気バルブ16が閉じた後に燃料噴射を実行させることでこの燃料の吹き抜けを防ぐのである。   On the other hand, when the fuel injection timing IT is on the advance side of the closing timing EVC of the exhaust valve 16 in step 42, the process proceeds to step 43 so that the fuel injection timing IT is on the retarding side of the closing timing EVC of the exhaust valve 16. The fuel injection timing IT is corrected. The reason why IT is corrected so that IT is on the more retarded side than EVC when the fuel injection timing IT is on the more advanced side than the closing timing EVC of the exhaust valve 16 is as follows. That is, when the fuel injection is performed toward the combustion chamber 5 when the exhaust valve 16 is still open during the valve overlap in the exhaust temperature lowering region, the fuel supplied to the combustion chamber 5 is up to the combustion chamber 5. To the exhaust passage 8. As a result, the air-fuel mixture becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and a stoichiometric air-fuel mixture cannot be obtained. Therefore, during the valve overlap in the exhaust temperature lowering region, the fuel injection is performed after the exhaust valve 16 is closed to prevent the fuel from being blown out.

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。   Here, the effect of this embodiment is demonstrated.

本実施形態では、スーパーチャージャ31(過給機)と、吸気バルブ15と、吸気側VTC機構27(吸気可変動弁装置)と、燃料噴射弁21と、三元触媒9とを備えている。そして本実施形態では、排気温度低下領域(触媒を含む排気系部品が過熱状態となる運転領域)において、過給圧Pb(過給機により過給された新気の圧力)が排気圧Pexhより高い場合を対象として以下の制御を行う。すなわち、この場合に、吸気側VTC機構27を用いて吸気バルブ15の開閉時期を進角させることで排気バルブ16と吸気バルブ15とが共に開いているバルブオーバーラップ状態とする(図2のステップ1,3,4参照)。本実施形態では、バルブオーバーラップを生じさせたとき、過給圧Pbが排気圧Pexhより高いので、吸気通路2より燃焼室5に流入してくる新気が排気通路8に吹き抜ける。この排気通路8に吹き抜ける新気によって、平均の排気温度が低下する。これによって三元触媒9を含む排気系部品を、燃焼室5に流入してくる新気を排気通路8に吹き抜けさせない場合より冷却することができる。   In the present embodiment, a supercharger 31 (supercharger), an intake valve 15, an intake side VTC mechanism 27 (intake variable valve operating device), a fuel injection valve 21, and a three-way catalyst 9 are provided. In the present embodiment, the supercharging pressure Pb (the pressure of fresh air supercharged by the supercharger) is higher than the exhaust pressure Pexh in the exhaust temperature lowering region (the operating region where the exhaust system parts including the catalyst are superheated). The following control is performed for high cases. In other words, in this case, the opening and closing timing of the intake valve 15 is advanced by using the intake side VTC mechanism 27 to achieve a valve overlap state in which both the exhaust valve 16 and the intake valve 15 are open (step of FIG. 2). 1, 3, 4). In the present embodiment, when the valve overlap is generated, the supercharging pressure Pb is higher than the exhaust pressure Pexh, so that fresh air flowing into the combustion chamber 5 from the intake passage 2 blows through the exhaust passage 8. Due to the fresh air blown through the exhaust passage 8, the average exhaust temperature is lowered. As a result, the exhaust system parts including the three-way catalyst 9 can be cooled more than when the fresh air flowing into the combustion chamber 5 is not blown through the exhaust passage 8.

この場合、排気バルブ16が開いている間に燃料噴射を行ったのでは、燃料までが燃焼室5から排気通路8に吹き抜けることとなり、燃費の悪化を招く。また、バルブオーバーラップ状態で理論空燃比よりリッチ側の混合気が得られるように燃料噴射弁21からの燃料量を制御したのでは、燃焼室で燃え残った燃料が排気通路8に出た後に後燃えするため、排気温度がさらに高くなってしまう。一方、本実施形態では、排気バルブ16が閉じた後に燃料噴射を行う(図7のステップ41,42,43参照)。かつ理論空燃比の混合気が得られるように燃料噴射弁21からの燃料噴射量を制御する(図6のステップ21,23,24,25参照)。これによって、燃焼室5内の燃料が燃焼室5から排気通路8へと吹き抜けないようにして燃費の悪化を防ぐと共に、排気通路8での後燃えを防止できる。このようにして、排気温度低下領域で排気温度を低下できれば、耐熱性の低い排気系部品を採用できる可能性が広がる。   In this case, if fuel injection is performed while the exhaust valve 16 is open, fuel up to the exhaust passage 8 is blown out from the combustion chamber 5, resulting in deterioration of fuel consumption. In addition, if the amount of fuel from the fuel injection valve 21 is controlled so that an air-fuel mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio can be obtained in the valve overlap state, the fuel remaining in the combustion chamber is discharged to the exhaust passage 8. Since it burns after, exhaust temperature will become still higher. On the other hand, in this embodiment, fuel injection is performed after the exhaust valve 16 is closed (see steps 41, 42, and 43 in FIG. 7). In addition, the fuel injection amount from the fuel injection valve 21 is controlled so as to obtain a stoichiometric air-fuel mixture (see steps 21, 23, 24 and 25 in FIG. 6). As a result, fuel in the combustion chamber 5 is not blown from the combustion chamber 5 to the exhaust passage 8 to prevent deterioration of fuel consumption, and afterburning in the exhaust passage 8 can be prevented. In this way, if the exhaust temperature can be lowered in the exhaust temperature lowering region, the possibility of adopting an exhaust system component having low heat resistance increases.

バルブオーバーラップにより燃焼室5に流入する新気を排気通路8に吹き抜けさせる場合にも、エアフローメータ42で検出される新気量をそのまま用いて基本噴射パルス幅Tpを算出したのでは、バルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって燃焼室5から消失する新気量の分だけ、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に傾く。一方、本実施形態では、燃焼室内トラップ新気量(オーバーラップ状態で燃焼室5に残留する新気量)を推定し、この推定した燃焼室内トラップ新気量に基づいて基本噴射量Tpを算出する(図6のステップ21,23,24,25参照)。これによって、バルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって燃焼室5から一部の新気量が消失しても、理論空燃比の混合気を得ることができる。   Even when fresh air flowing into the combustion chamber 5 is blown through the exhaust passage 8 due to valve overlap, the basic injection pulse width Tp is calculated using the fresh air amount detected by the air flow meter 42 as it is. The air-fuel ratio is inclined to the richer side than the stoichiometric air-fuel ratio by the amount of fresh air that disappears from the combustion chamber 5 due to the blow-through of fresh air by the lap. On the other hand, in this embodiment, the amount of fresh air trapped in the combustion chamber (the amount of fresh air remaining in the combustion chamber 5 in the overlap state) is estimated, and the basic injection amount Tp is calculated based on the estimated amount of fresh air trapped in the combustion chamber. (Refer to steps 21, 23, 24, and 25 in FIG. 6). Thereby, even if a part of the amount of fresh air disappears from the combustion chamber 5 due to the blow-off of fresh air due to valve overlap, a mixture of stoichiometric air-fuel ratio can be obtained.

バルブオーバーラップ状態として燃焼室5に流入する新気を排気通路8に吹き抜けさせることで排気系部品を冷却できるものの、その一方で排気通路8に吹き抜けた新気中には酸素が大気と同じ程度含まれている。この大気と同じ程度の酸素は排気通路8の上流側にある三元触媒9に特にストレージされることになり、三元触媒9の酸素ストレージ量が目標値を超えて過剰となる。これによって三元触媒9の酸素ストレージ量が一杯になってしまうと、バルブオーバーラップ状態を終了した直後にNOxを還元(浄化)できなくなる。一方、本実施形態では、運転点が排気温度低下領域から外れた直後(バルブオーバーラップ状態を終了した直後)に燃料噴射弁21から供給する燃料を一時的に増量する(図6のステップ26,27,28参照)。これによって、運転点が排気温度低下領域から外れた直後に、速やかに三元触媒9の酸素ストレージ量が減少して当該酸素ストレージ量が目標値へと戻るので、三元触媒9の浄化率、特にNOxの浄化率を高く保たせることができる。   Although exhaust system parts can be cooled by blowing out fresh air flowing into the combustion chamber 5 into the exhaust passage 8 in a valve overlap state, oxygen in the fresh air blown into the exhaust passage 8 is about the same as the atmosphere. include. This amount of oxygen in the atmosphere is stored in particular in the three-way catalyst 9 on the upstream side of the exhaust passage 8, and the oxygen storage amount of the three-way catalyst 9 exceeds the target value and becomes excessive. If the oxygen storage amount of the three-way catalyst 9 becomes full, the NOx cannot be reduced (purified) immediately after the valve overlap state is finished. On the other hand, in the present embodiment, the amount of fuel supplied from the fuel injection valve 21 is temporarily increased immediately after the operating point deviates from the exhaust temperature lowering region (immediately after the valve overlap state is finished) (step 26, FIG. 6). 27, 28). As a result, immediately after the operating point deviates from the exhaust temperature lowering region, the oxygen storage amount of the three-way catalyst 9 quickly decreases and the oxygen storage amount returns to the target value. In particular, the NOx purification rate can be kept high.

バルブオーバーラップ状態では燃焼室5に流入する新気が排気通路8に吹き抜ける分だけ、燃焼室5にとどまる新気量が減り、新気の充填効率が低下する。一方、本実施形態では、バルブオーバーラップ状態とするときには、目標過給圧が高くなる側に補正する(図2のステップ1,3,4,6参照)。これによって、燃焼室5に流入する新気の排気通路8への吹き抜けによる充填効率の低下を防止し、バルブオーバーラップ状態としない場合と同等の充填効率を得ることができる。   In the valve overlap state, the amount of fresh air remaining in the combustion chamber 5 is reduced by the amount that fresh air flowing into the combustion chamber 5 blows into the exhaust passage 8, and the fresh air charging efficiency is lowered. On the other hand, in this embodiment, when the valve overlap state is set, correction is made to increase the target supercharging pressure (see steps 1, 3, 4, and 6 in FIG. 2). As a result, it is possible to prevent a decrease in the charging efficiency due to the blow-through of fresh air flowing into the combustion chamber 5 into the exhaust passage 8 and to obtain a charging efficiency equivalent to that in the case where the valve overlap state is not established.

(第2実施形態)
図8は第2実施形態のエンジン1の概略構成図である。第1実施形態の図1と同一部分には同一の符号を付している。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the engine 1 of the second embodiment. The same parts as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

第2実施形態は、スーパーチャージャ31に代えて電動機65でターボ回転速度をアシストし得る機能(この機能を、以下「電動アシスト機能」という。)を備えるターボチャージャ(容量式過給機)61を備える場合を対象とするものである。ここで、当該ターボチャージャ61は、タービン62、コンプレッサ63、軸64、電動機65で構成されている。上記のタービン62は排気通路8の上流側に配置され、流入する排気により駆動されるものである。上記のコンプレッサ63はスロットル弁11上流の吸気通路2に配置されエアフロメータ42下流の新気を圧縮するものである。タービン62及びコンプレッサ63を繋ぐ上記の軸64はタービン62の回転トルクをコンプレッサ63に伝達するものである。   In the second embodiment, a turbocharger (capacitive supercharger) 61 having a function of assisting the turbo rotation speed with the electric motor 65 (this function is hereinafter referred to as “electric assist function”) instead of the supercharger 31 is provided. It is intended for the case of provision. Here, the turbocharger 61 includes a turbine 62, a compressor 63, a shaft 64, and an electric motor 65. The turbine 62 is disposed on the upstream side of the exhaust passage 8 and is driven by the inflowing exhaust. The compressor 63 is disposed in the intake passage 2 upstream of the throttle valve 11 and compresses fresh air downstream of the air flow meter 42. The shaft 64 that connects the turbine 62 and the compressor 63 transmits the rotational torque of the turbine 62 to the compressor 63.

上記の電動機65は、タービン62とコンプレッサ63の間、より具体的には軸64と一体に設けられている。電動機65は例えばDCサーボモータで構成される。なお、電動機65は軸64と一体に設けられているため、電動機65の回転速度はターボチャージャ61の回転速度(ターボ回転速度)に等しくなる。   The electric motor 65 is provided between the turbine 62 and the compressor 63, more specifically, integrally with the shaft 64. The electric motor 65 is composed of a DC servo motor, for example. Since the electric motor 65 is provided integrally with the shaft 64, the rotational speed of the electric motor 65 is equal to the rotational speed of the turbocharger 61 (turbo rotational speed).

電動機65の回転速度はエンジンコントローラ41によって制御する。エンジンコントローラ41によって、電動機65を非駆動状態から駆動状態に切換えると、電動機65の駆動トルクでタービン62の回転がアシストされるため、電動機65の回転速度(つまりターボ回転速度)が電動機65の非駆動状態より上昇する。   The rotation speed of the electric motor 65 is controlled by the engine controller 41. When the electric motor 65 is switched from the non-driving state to the driving state by the engine controller 41, the rotation of the turbine 62 is assisted by the driving torque of the electric motor 65. Therefore, the rotational speed of the electric motor 65 (that is, the turbo rotational speed) is It rises from the driving state.

図9のフローは第2実施形態の排気温度低下処理を行うためのもので、一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。図9のフローは第1実施形態の図2のフローと置き換わるものである。第1実施形態の図2のフローと同一部分には同一の符号を付している。   The flow of FIG. 9 is for performing the exhaust temperature lowering process of the second embodiment, and is executed at regular time intervals (for example, every 10 ms). The flow in FIG. 9 replaces the flow in FIG. 2 of the first embodiment. The same parts as those in the flow of FIG. 2 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

第1実施形態の図2のフローと相違する部分を主に説明すると、ステップ3で過給圧センサ46により検出される過給圧Pbと、排気圧センサ49により検出される排気圧Pexとを比較する。過給圧Pbが排気圧Pexh以下であるときには、ステップ11に進み電動機65を非駆動状態から駆動状態へ切換える。   The difference from the flow of FIG. 2 of the first embodiment will be mainly described. The supercharging pressure Pb detected by the supercharging pressure sensor 46 in step 3 and the exhaust pressure Pex detected by the exhaust pressure sensor 49 are calculated. Compare. When the supercharging pressure Pb is equal to or lower than the exhaust pressure Pexh, the routine proceeds to step 11 where the electric motor 65 is switched from the non-driving state to the driving state.

電動機を有さないターボチャージャの場合においても過給圧Pbが排気圧Pexhより高くなる機会があり得る。しかしながら、第2実施形態のように電動アシスト機能を備えるターボチャージャ61では、電動機を有さないターボチャージャより過給圧Pbが排気圧Pexhより高くなる機会を増やし得る。すなわち、過給圧Pbが排気圧Pexh以下にあるとき、第2実施形態では電動機65を非駆動状態から駆動状態へ切換えることで、電動機65の非駆動状態よりターボ回転速度を上昇させ、排気圧を積極的に低減して過給圧を高めるのである。これによって、電動機の非駆動状態では過給圧Pbが排気圧Pexh以下であったものが、過給圧Pbが排気圧Pexhを超えることがあり得る。このようにして、過給圧Pbが排気圧Pexhを超えたときにはステップ3よりステップ4に進み、バルブオーバーラップを生じさせて、燃焼室5に流入する新気を排気通路8へと吹き抜けさせる。   Even in the case of a turbocharger that does not have an electric motor, there may be an opportunity for the supercharging pressure Pb to be higher than the exhaust pressure Pexh. However, in the turbocharger 61 having the electric assist function as in the second embodiment, the opportunity for the supercharging pressure Pb to be higher than the exhaust pressure Pexh can be increased as compared with a turbocharger that does not have an electric motor. That is, when the supercharging pressure Pb is equal to or lower than the exhaust pressure Pexh, in the second embodiment, the turbo rotation speed is increased from the non-driving state of the motor 65 by switching the electric motor 65 from the non-driving state to the driving state. The boost pressure is increased by actively reducing the pressure. As a result, when the electric motor is not driven, the boost pressure Pb may be lower than the exhaust pressure Pexh, but the boost pressure Pb may exceed the exhaust pressure Pexh. In this way, when the supercharging pressure Pb exceeds the exhaust pressure Pexh, the routine proceeds from step 3 to step 4, where valve overlap occurs, and fresh air flowing into the combustion chamber 5 is blown out into the exhaust passage 8.

このように第2実施形態では、過給機が電動アシスト機能を備えるターボチャージャ61であり、排気温度低下領域において過給圧Pbが排気圧Pexh以下である場合に、電動機65を非駆動状態から駆動状態へ切換える(図2のステップ1,3,4,6参照)。これによって、電動機を有さないターボチャージャより、過給圧Pbが排気圧Pexhを超える機会を増やすことができる。これより三元触媒9を含む排気系部品を冷却する機会を増やすことができる。   As described above, in the second embodiment, when the supercharger is the turbocharger 61 having the electric assist function, and the supercharging pressure Pb is equal to or lower than the exhaust pressure Pexh in the exhaust temperature lowering region, the electric motor 65 is moved from the non-driven state. Switching to the driving state (see steps 1, 3, 4 and 6 in FIG. 2). Thereby, the opportunity for the supercharging pressure Pb to exceed the exhaust pressure Pexh can be increased from a turbocharger without an electric motor. Thus, the opportunity to cool the exhaust system parts including the three-way catalyst 9 can be increased.

実施形態では、過熱から保護する対象を三元触媒9,10を含む排気系部品としたが、これに限られるものでない。例えば、過熱から保護する対象を、燃焼室5、吸排気バルブ15,16、燃焼室5から排気通路8までの部位である排気ポートとしてよい。   In the embodiment, the object to be protected from overheating is the exhaust system part including the three-way catalyst 9, 10, but the present invention is not limited to this. For example, the object to be protected from overheating may be the combustion chamber 5, the intake / exhaust valves 15, 16, and the exhaust port that is a portion from the combustion chamber 5 to the exhaust passage 8.

1 エンジン
2 吸気通路
4 燃料噴射弁
8 排気通路
9 三元触媒(排気系部品)
15 吸気バルブ
16 排気バルブ
21 燃料噴射弁
27 吸気側VTC機構(吸気可変動弁装置)
31 スーパーチャージャ(過給機)
41 エンジンコントローラ
47 空燃比センサ(排気系部品)
61 ターボチャージャ(過給機)
65 電動機
1 Engine 2 Intake passage 4 Fuel injection valve 8 Exhaust passage 9 Three-way catalyst (exhaust system parts)
15 Intake valve 16 Exhaust valve 21 Fuel injection valve 27 Intake side VTC mechanism (intake variable valve operating device)
31 Supercharger (supercharger)
41 Engine controller 47 Air-fuel ratio sensor (exhaust system parts)
61 Turbocharger (supercharger)
65 electric motor

Claims (8)

吸気通路に流入してくる新気を過給する過給機と、
燃焼室に開口する吸気ポートを開閉する吸気バルブと、
エンジンの運転状態に応じて前記吸気バルブの開閉時期を変更し得る吸気可変動弁装置と、
前記燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
排気通路に介装される触媒と
を備え、
前記触媒を含む排気系部品、前記燃焼室内の吸排気バルブまたは前記燃焼室から排気通路までの部位が過熱状態となる運転領域において、前記過給機により過給された新気の圧力が排気圧より高い場合に、前記吸気可変動弁装置を用いて前記吸気バルブの開閉時期を進角させることで排気バルブと前記吸気バルブとが共に開いているバルブオーバーラップ状態とすると共に、前記排気バルブが閉じた後に燃料噴射を行い、かつ理論空燃比の混合気または理論空燃比よりリーンな混合気が得られるように前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御することを特徴とするエンジン。
A turbocharger that supercharges fresh air flowing into the intake passage;
An intake valve that opens and closes an intake port that opens to the combustion chamber;
An intake variable valve operating device capable of changing the opening and closing timing of the intake valve according to the operating state of the engine;
A fuel injection valve for directly injecting fuel into the combustion chamber;
A catalyst interposed in the exhaust passage,
In the operation region where the exhaust system component including the catalyst, the intake / exhaust valve in the combustion chamber or the portion from the combustion chamber to the exhaust passage is overheated, the pressure of the fresh air supercharged by the supercharger is the exhaust pressure. When the intake valve is higher, the intake valve is opened and closed by advancing the opening / closing timing of the intake valve, so that the exhaust valve and the intake valve are both open, and the exhaust valve An engine which performs fuel injection after being closed and controls the fuel injection amount from the fuel injection valve so as to obtain an air-fuel mixture having a stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
前記過給機はスーパーチャージャであることを特徴とする請求項1に記載のエンジン。   The engine according to claim 1, wherein the supercharger is a supercharger. 前記過給機は電動機でターボ回転速度をアシストし得る機能を備えるターボチャージャであることを特徴とする請求項1に記載のエンジン。   The engine according to claim 1, wherein the supercharger is a turbocharger having a function capable of assisting a turbo rotation speed with an electric motor. 前記運転領域において前記過給機により過給された新気の圧力が排気圧以下である場合に、前記電動機を非駆動状態から駆動状態へ切換えることを特徴とする請求項3に記載のエンジン。   4. The engine according to claim 3, wherein the electric motor is switched from a non-driving state to a driving state when a pressure of fresh air supercharged by the supercharger in the operation region is equal to or lower than an exhaust pressure. 前記バルブオーバーラップ状態で前記燃焼室に残留する新気量を推定し、この推定した新気量に基づいて前記理論空燃比の混合気または理論空燃比よりリーンな混合気が得られる基本噴射量を算出することを特徴とする請求項1から4までのいずれか一つに記載のエンジン。   A basic injection amount that estimates the amount of fresh air remaining in the combustion chamber in the valve overlap state and obtains the stoichiometric air-fuel mixture or a lean air-fuel mixture based on the estimated fresh air amount The engine according to claim 1, wherein the engine is calculated. 前記バルブオーバーラップ状態で前記燃焼室に残留する新気量を、エアフローメータにより検出される新気量と掃気率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。   The engine according to claim 5, wherein the amount of fresh air remaining in the combustion chamber in the valve overlap state is estimated based on a fresh air amount detected by an air flow meter and a scavenging rate. 前記バルブオーバーラップ状態を終了した直後に前記燃料噴射弁から供給する燃料を一時的に増量することを特徴とする請求項1から6までのいずれか一つに記載のエンジン。   The engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel supplied from the fuel injection valve is temporarily increased immediately after the valve overlap state is finished. 前記バルブオーバーラップ状態とするときには、目標過給圧が高くなる側に補正することを特徴とする請求項1から7までのいずれか一つに記載のエンジン。   The engine according to any one of claims 1 to 7, wherein when the valve overlap state is set, correction is made to increase the target boost pressure.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017115813A (en) * 2015-12-25 2017-06-29 本田技研工業株式会社 Internal combustion engine control device
KR20180067898A (en) * 2016-12-13 2018-06-21 현대자동차주식회사 Method for reducing exhaust gas of engine in case of controlling scavenging
JP2020041481A (en) * 2018-09-11 2020-03-19 川崎重工業株式会社 Power generation system and propulsion device including the same
WO2024079299A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 New H Powertrain Holding, S.L.U Internal combustion engine and method for controlling such an engine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11257109A (en) * 1998-03-12 1999-09-21 Toyota Motor Corp Air-fuel ratio control device for internal combustion engine
JP2012163047A (en) * 2011-02-07 2012-08-30 Nissan Motor Co Ltd Control system for internal combustion engine equipped with turbocharger
WO2013080362A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11257109A (en) * 1998-03-12 1999-09-21 Toyota Motor Corp Air-fuel ratio control device for internal combustion engine
JP2012163047A (en) * 2011-02-07 2012-08-30 Nissan Motor Co Ltd Control system for internal combustion engine equipped with turbocharger
WO2013080362A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017115813A (en) * 2015-12-25 2017-06-29 本田技研工業株式会社 Internal combustion engine control device
KR20180067898A (en) * 2016-12-13 2018-06-21 현대자동차주식회사 Method for reducing exhaust gas of engine in case of controlling scavenging
KR102452681B1 (en) * 2016-12-13 2022-10-11 현대자동차주식회사 Method for reducing exhaust gas of engine in case of controlling scavenging
JP2020041481A (en) * 2018-09-11 2020-03-19 川崎重工業株式会社 Power generation system and propulsion device including the same
US11358461B2 (en) 2018-09-11 2022-06-14 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Electricity generation system and propulsion apparatus including the same
WO2024079299A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 New H Powertrain Holding, S.L.U Internal combustion engine and method for controlling such an engine
FR3140909A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-19 Renault S.A.S Internal combustion engine and method of controlling such an engine

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