JP6350426B2 - 予混合圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
さらに、本発明者らは、鋭意研究の結果、混合気が冷炎反応を起こしているときに気筒内に超臨界水または亜臨界水が混合気に混入されると、より着火遅れ時間を長くすることができることを突き止めた。
従って、上記超臨界水または亜臨界水が上記気筒内に噴射される期間の少なくとも一部が上記気筒内で上記混合気が冷炎反応を起こしている期間と重複するように、上記水噴射装置に上記超臨界水または亜臨界水を噴射させることで、着火遅れ時間をより長くすることができ、より適正な予混合圧縮自着火燃焼を実現することができる。
また、本発明において、上記エンジン本体から排出される排気の熱エネルギーを利用して上記超臨界水または亜臨界水を生成する排熱回収装置を備え、上記排熱回収装置は、上記エンジン本体から排出された排ガスに含まれる水蒸気を凝縮するコンデンサーと、当該コンデンサーで凝縮された水を上記水噴射装置に圧送するための水噴射用ポンプと、当該水噴射用ポンプから圧送された凝縮水と上記排ガスの熱エネルギーとの間で熱交換を行わせる熱交換器とを有するのが好ましい(請求項5)。
図1は、本発明の一実施形態にかかる予混合圧縮着火式エンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの構成を示す図である。本実施形態のエンジンシステムは、4ストロークのエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気を導入するための吸気通路30と、エンジン本体1で生成された排ガスを排出するための排気通路40とを備える。エンジン本体1は、例えば、4つの気筒2を有する4気筒エンジンである。本実施形態では、エンジン本体1は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される。本実施形態のエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体1は車両の駆動源として利用される。
エンジン本体1の構成について次に説明する。
(3−1)システム構成
図6は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、当実施形態のエンジンシステムは、PCM(パワートレイン・コントロール・モジュール、制御手段)100によって統括的に制御される。PCM100は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
低負荷領域A1では、要求されるエンジントルクが小さいため有効圧縮比を小さくすることができる。そこで、低負荷領域A1では、ポンピングロスを小さく抑えてエネルギー効率を高めるべく有効圧縮比が小さい値とされる。例えば、有効圧縮比は15よりも小さい値に抑えられる。具体的には、吸気開閉時期変更機構18aによって、吸気弁18が吸気下死点よりも遅角側であって比較的遅い時期に閉弁され、これによって有効圧縮比が小さくされる。
高負荷領域A2では、エンジントルクを確保するために有効圧縮比が低負荷領域A1での有効圧縮比よりも大きくされる。本実施形態では、高負荷領域A2において、有効圧縮比が15以上とされる。具体的には、吸気開閉時期変更機構18aによって、吸気弁18の閉弁時期が低負荷領域A1における閉弁時期よりも進角側とされ、これによって有効圧縮比が低負荷領域A1よりも高くされる。
以上のように、本実施形態では、高負荷領域A2において、燃料の噴射が終了してから着火時期までの間で、かつ、圧縮行程後半から膨張行程前半までの間に、気筒2内への超臨界水の噴射が開始されることで、熱効率の悪化を抑制しながら着火遅れ時間を長くすることができる。そして、燃料と空気とが十分に混合した後に混合気の燃焼を開始させることができ、スモークの悪化や、筒内圧の急上昇ひいては燃焼騒音の増大を抑制してより適正な予混合圧縮自着火燃焼を実現することができる。また、高負荷領域A2において、より遅角側で燃焼を開始させることができ、これによっても燃焼騒音の悪化を抑制することができる。
上記実施形態では、気筒2内に水として超臨界水が噴射される場合について説明したが、上述したように、亜臨界水であって超臨界水に近い性状を有する水を超臨界水の代わりに気筒2内に噴射してもよい。この場合であっても、密度が通常の水よりも高く潜熱が非常に小さいことから着火遅れ時間を長くすることができる。
2 気筒
21 水噴射装置
22 燃料噴射装置
100 PCM(制御手段)
A2 高負荷領域(水噴射領域)
Claims (5)
- 気筒を有するエンジン本体を備え、上記気筒内で混合気を自着火させる予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
上記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、
上記気筒内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置と、
上記燃料噴射装置および上記水噴射装置を含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、
上記エンジン本体の運転領域の少なくとも一部に設定された水噴射領域において、圧縮行程後半から膨張行程前半の間に上記水噴射装置により上記超臨界水または亜臨界水を上記気筒内に噴射させ、
上記燃料噴射装置によって上記燃料が上記気筒内に噴射されて、当該燃料噴射が終了した後で、かつ、当該噴射された燃料と空気の混合気が着火する前に、上記水噴射装置により上記超臨界水または亜臨界水の噴射を開始させるとともに、
上記超臨界水または亜臨界水の噴射開始タイミングは、当該記超臨界水または亜臨界水が上記気筒内に噴射される期間の少なくとも一部が上記気筒内で上記混合気が冷炎反応を起こしている期間と重複するように設定されていることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
上記水噴射領域は、エンジン負荷が予め設定された基準負荷以上の領域であることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1または2に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
上記エンジン本体の幾何学的圧縮比は、18以上35以下に設定されており、
上記水噴射領域における上記エンジン本体の有効圧縮比は、15以上に設定されていることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
上記燃料噴射装置は、ガソリンを含有する燃料を上記気筒内に供給することを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
上記エンジン本体から排出される排気の熱エネルギーを利用して上記超臨界水または亜臨界水を生成する排熱回収装置を備え、
上記排熱回収装置は、上記エンジン本体から排出された排ガスに含まれる水蒸気を凝縮するコンデンサーと、当該コンデンサーで凝縮された水を上記水噴射装置に圧送するための水噴射用ポンプと、当該水噴射用ポンプから圧送された凝縮水と上記排ガスの熱エネルギーとの間で熱交換を行わせる熱交換器とを有することを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
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