JP2004285997A

JP2004285997A - 自己着火式内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2004285997A
Application number: JP2003082458A
Authority: JP
Inventors: Shunji Toyoda; 俊司豊田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【目的】この発明の目的は、予混合圧縮着火領域を拡大することができ、燃料消費量低減と排出ガス有害成分値低減とを両立可能にすることにある。
【構成】このため、この発明は、自己着火式内燃機関の燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御する自己着火式内燃機関の制御装置において、過給手段を設け、回転数変更手段を設け、領域判定手段を設け、この領域判定手段の判定結果に従い自己着火式内燃機関の燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御する燃焼制御手段を設け、領域判定手段により予混合圧縮着火可能領域であると判定された場合に、自己着火式内燃機関の燃焼室温度とエンジン回転数とトルクとから前記過給手段の目標過給圧を設定し、この目標過給圧となる回転数で前記過給手段を回転するように回転数変更手段を制御する回転数制御手段を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は自己着火式内燃機関の制御装置に係り、特に、予混合圧縮着火領域を拡大することができ、燃料消費量低減と排出ガス有害成分値低減とを両立可能な自己着火式内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、燃料を予め燃焼室内に供給しておき、燃焼開始が燃焼室内の混合気の自己着火による燃焼方式（予混合圧縮着火燃焼）を採用する自己着火式内燃機関がある。自己着火式内燃機関には、燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御する制御装置を設けているものがある。
【０００３】
従来の自己着火式内燃機関の制御装置には、ガソリン自己着火式内燃機関において、少なくとも開閉時期を可変可能な可変動弁機構を有し、吸気弁閉時期を可変とすることにより、有効圧縮比を可変とし機関運転条件に応じて圧縮比を高め、火花点火から自己着火燃焼すなわち均質予混合圧縮着火へ切換え、自己着火運転領域における高負荷時に水を噴射するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、従来の自己着火式内燃機関の制御装置には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、所定のエンジン運転状態において予混合の程度を高めるべく燃料噴射弁に早期噴射を実行させる噴射制御手段と、ターボ過給機とを備え、早期噴射の実行中はターボ過給機のタービンのノズル開口面積を小さくすることにより、コンプレッサ効率を高めるものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２０４９９０号公報（第４・５頁、図３）
【特許文献２】
特開２００２−１８８４７４号公報（第９頁、図１１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自己着火式内燃機関は、高効率で排出ガス有害成分値を低減することができるものであるが、運転可能な領域に制限がある。この自己着火式内燃機関を自動車に適用する際には、熱効率の劣る火花点火による燃焼あるいは噴射による着火の制御（ディーゼル燃焼）と組み合わせる必要がある。
【０００７】
自己着火式内燃機関による圧縮着火運転が可能な運転領域は、図５〜図７に示す如く、吸気弁閉時の燃焼室圧力に対して変化する。自己着火式内燃機関は、図５・図６に示す示す如く、燃焼室圧力を上げると（０．７ｂａｒ→１．４ｂａｒ）、運転領域が拡大する。さらに、自己着火式内燃機関は、図７に示す示す如く、燃焼室圧力を可変とすると（０．７ｂａｒ〜１．４ｂａｒ）、運転領域がさらに拡大する。
【０００８】
したがって、自己着火式内燃機関は、吸気弁閉時の燃焼室圧力を増大させることにより、運転可能領域を拡大することができる。この燃焼室圧力を増大させる手段としては、過給機等の過給手段がある。
【０００９】
ところが、過給機は、内燃機関の回転を伝達されて回転されることにより過給圧を発生することから、過給圧が内燃機関の運転状態により決定されてしまう問題がある。この結果、自己着火式内燃機関の吸気弁閉時の燃焼室圧力を増大させる手段として過給機を用いた場合には、燃焼室圧力を内燃機関の運転状態に応じて任意の圧力にすることができず、予混合圧縮着火燃焼を行うことができない運転領域がある。
【００１０】
このため、従来の過給機を用いた自己着火式内燃機関は、予混合圧縮着火領域を拡大することができず、燃料消費量低減と排出ガス有害成分値低減とを両立することができない不都合がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述の不都合を除去するために、自己着火式内燃機関の燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御する自己着火式内燃機関の制御装置において、前記自己着火式内燃機関の吸入空気を任意の過給圧に過給可能な過給手段を設け、前記自己着火式内燃機関のエンジン回転数を任意の回転数に変更して前記過給手段に伝達する回転数変更手段を設け、前記自己着火式内燃機関の運転領域が予混合圧縮着火可能領域であるか否かを判定する領域判定手段を設け、この領域判定手段の判定結果に従い前記自己着火式内燃機関の燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御する燃焼制御手段を設け、前記領域判定手段により予混合圧縮着火可能領域であると判定された場合に、前記自己着火式内燃機関の燃焼室温度とエンジン回転数とトルクとから前記過給手段の目標過給圧を設定し、この目標過給圧となる回転数で前記過給手段を回転するように前記回転数変更手段を制御する回転数制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の自己着火式内燃機関の制御装置は、自己着火式内燃機関の吸入空気を任意の過給圧に過給可能な過給手段を設け、自己着火式内燃機関のエンジン回転数を任意の回転数に変更して過給手段に伝達する回転数変更手段を設け、自己着火式内燃機関の運転領域が予混合圧縮着火可能領域であるか否かを判定する領域判定手段を設けており、燃焼制御手段によって、領域判定手段の判定結果に従い自己着火式内燃機関の燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御し、領域判定手段により予混合圧縮着火可能領域であると判定された場合に、回転数制御手段によって、燃焼室温度とエンジン回転数とトルクとから過給手段の目標過給圧を設定し、この目標過給圧となる回転数で過給手段を回転するように回転数変更手段を制御することにより、自己着火式内燃機関の運転状態にかかわらず、過給手段を任意の回転数で回転させて任意の過給圧にすることができ、予混合圧縮着火燃焼での運転領域を拡大することができる。
【００１３】
【実施例】
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図４において、２は車両（図示せず）に搭載される自己着火式内燃機関である。自己着火式内燃機関２は、シリンダ４に内蔵したピストン６をコンロッド８によりクランク軸１０に連絡し、燃焼室１２に連通する吸気ポート１４及び排気ポート１６に夫々吸気弁１８及び排気弁２０を設け、吸気ポート１４及び排気ポート１６に吸気通路２２及び排気通路２４を連通し、燃焼室１２に臨ませて点火プラグ２６を設け、吸気ポート１４に燃料噴射弁２８を設けている。
【００１４】
自己着火式内燃機関２は、吸気通路２２の途中に、吸入空気を任意の過給圧に過給可能な過給手段として機械式の過給機３０を設けている。過給機３０は、ハウジング３２内の一対のロータ３４・３４を回転させることにより、吸入空気の圧縮動作を行う。この過給機３０は、自己着火式内燃機関２により回転される。
【００１５】
過給機３０は、回転数変更手段により自己着火式内燃機関２に連絡して設けている。この実施例の回転数変更手段は、自己着火式内燃機関２のエンジン回転数と過給機３０の回転数との差を吸収可能な無段変速機３６により構成される。無段変速機３６は、クランク軸１０に連絡される溝幅を増減可能な駆動側プーリ３８と、過給機３０のロータ３４に連絡される溝幅を増減可能な被動側プーリ４０と、駆動側プーリ３８及び被動側プーリ４０に巻掛けられたベルト４２とからなる。
【００１６】
無段変速機３６は、駆動側プーリ３８及び被動側プーリ４０の各溝幅をアクチュエータ（図示せず）により相対的に増減させ、ベルト４２の回転半径（ベルト比）を相対的に増減変化させることにより、自己着火式内燃機関２のエンジン回転数を任意の回転数に変更して過給機３０に伝達し、過給機３０を回転させる。
【００１７】
前記点火プラグ２６と燃料噴射弁２８とは、自己着火式内燃機関２の制御装置４４を構成する制御部４６に接続して設けている。制御部４６には、過給機３０下流側の吸気温度を検出する温度センサ４８と、過給機３０下流側の吸気圧力を検出する圧力センサ５０と、エンジン回転数を検出する回転数センサ５２と、図示しないアクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセル開度センサ５４と、車両の速度を検出する車速センサ５６と、自己着火式内燃機関２に連結された変速機（図示せず）のギヤ係合状態からギヤ比を検出するギヤ比センサ５８と、を接続して設けている。
【００１８】
前記制御部４６には、領域判定手段６０を設け、燃焼制御手段６２を設けている。領域判定手段６０は、自己着火式内燃機関２の圧縮開始時の燃焼室温度とエンジン回転数とトルクとから算出された値により、自己着火式内燃機関２の運転領域が予混合圧縮着火可能領域であるか否かを判定する。燃焼制御手段６２は、領域判定手段６０の判定結果に従い、自己着火式内燃機関２の燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御する。
【００１９】
自己着火式内燃機関２の制御装置４４は、回転数変更手段である無段変速機３６を制御する回転数変制御段６４を設けている。回転数制御手段６４は、領域判定手段６０により予混合圧縮着火可能領域であると判定された場合に、自己着火式内燃機関２の燃焼室温度とエンジン回転数とトルクとから過給機３０の目標過給圧を設定し、この目標過給圧となる回転数で過給機３０を回転するように無段変速機３６を制御する。
【００２０】
次に、この実施例の作用を説明する。
【００２１】
自己着火式内燃機関２の制御装置４４は、図１に示す如く、制御がスタートすると（１００）、過給機３０下流側の吸気温度Ｔｉｎを検出し（１０２）、吸気温度Ｔｉｎから圧縮開始時の燃焼室温度Ｔｃｙ０を算出する（１０４）。
【００２２】
前記（１０４）においては、下記（１）、（２）のいずれかにより燃焼室温度Ｔｃｙ０を求める。
（１）吸気温度Ｔｉｎ＝燃焼室温度Ｔｃｙ０として求める。
（２）燃焼室温度Ｔｃｙ０を、吸気温度Ｔｉｎ、エンジン回転数、バルブ閉じタイミングの関数として求める。
なお、関数の係数は、予め実験的あるいは計算（吸排気シミュレーション）的に求めておく。
【００２３】
次に、現在のエンジン回転数とアクセル開度とアクセル開度変化率とから要求エンジン回転数Ｎｅｔを求めるとともに、エンジン回転数と車両速度と変速機ギヤ比とアクセル開度とアクセル開度変化率とから要求トルクＴｒを求め（１０６）、圧縮開始時の燃焼室温度Ｔｃｙ０に対する要求エンジン回転数Ｎｅｔ及び要求トルクＴｒ毎の運転領域マップ（図２参照）を参照する（１０８）。
【００２４】
前記（１０８）においては、様々な圧縮開始時の燃焼室温度Ｔｃｙ０に対して図２に示すような運転領域マップを作成し、下記（１）〜（３）のいずれかにより運転領域マップを選びあるいは作成して参照する。
（１）燃焼室温度Ｔｃｙ０に最も近い温度の運転領域マップを選ぶ。
（２）燃焼室温度Ｔｃｙ０を越えない最も近い温度の運転領域マップを選ぶ。
（３）燃焼室温度Ｔｃｙ０を越えない最も近い温度の運転領域マップと燃焼室温度Ｔｃｙ０を越えて最も近い温度の運転領域マップとから値を内挿して新たな運転領域マップを作成する。
【００２５】
前記（１０８）で求めた運転領域マップを元に、前記（１０６）で算出した要求エンジン回転数Ｎｅｔ及び要求トルクＴｒの値から、自己着火式内燃機関２の運転領域が予混合圧縮着火可能領域であるか否かを判定する（１１０）。
【００２６】
この判定（１１０）がＮＯの場合は、自己着火式内燃機関２の燃焼状態を火花点火に切換えるように制御して火花点火運転し（１１２）、リターンする（１３０）。
【００２７】
この判定（１１０）がＹＥＳの場合は、自己着火式内燃機関２の燃焼状態を予混合圧縮着火に切換えるように制御して、予混合圧縮着火運転する（１１４）〜（１２８）。
【００２８】
即ち、判定（１１０）がＹＥＳの場合は、過給機３０下流側の吸気圧力Ｐｉｎを検出し（１１４）、圧縮開始時の燃焼室温度Ｔｃｙ０に対する要求エンジン回転数Ｎｅｔ及び要求トルクＴｒ毎の吸気圧力マップ（図５参照）を参照し、目標筒内圧Ｐ１を算出する（１１６）。
【００２９】
前記（１１６）においては、様々な圧縮開始時の燃焼室温度Ｔｃｙ０に対して図３に示すような吸気圧力マップを作成し、下記（１）〜（３）のいずれかにより吸気圧力マップを選びあるいは作成し、その吸気圧力マップから目標筒内圧Ｐ１を参照する。
（１）燃焼室温度Ｔｃｙ０に最も近い温度の吸気圧力マップを選ぶ。
（２）燃焼室温度Ｔｃｙ０を越えない最も近い温度の吸気圧力マップを選ぶ。
（３）燃焼室温度Ｔｃｙ０を越えない最も近い温度の吸気圧力マップと燃焼室温度Ｔｃｙ０を越えて最も近い温度の吸気圧力マップとから値を内挿して新たな吸気圧力マップを作成する。
【００３０】
過給機３０の過給特性を元に過給圧が目標筒内圧Ｐ１となるような要求過給機回転数Ｎｃｐを算出し（１１８）、エンジン回転数Ｎｅを検出する（１２０）。
【００３１】
要求過給機回転数Ｎｃｐ及びエンジン回転数Ｎｅの値から無段変速機３６の減速比（ベルト比）を算出し（１２２）、算出された減速比になるように無段変速機３６を制御する（１２４）。
【００３２】
また、要求エンジン回転数Ｎｅｔ及び要求トルクＴｒの値から燃料噴射量マップ（図示せず）を参照して燃料噴射量を算出し（１２６）、算出された燃料噴射量になるように燃料噴射弁２８を制御し（１２８）、リターンする（１３０）。
【００３３】
前記（１２６）においては、様々な圧縮開始時の燃焼室温度Ｔｃｙ０に対して燃料噴射量マップを作成し、下記（１）〜（３）のいずれかにより燃料噴射量マップを選びあるいは作成し、その燃料噴射量マップから燃料噴射量を参照する。（１）燃焼室温度Ｔｃｙ０に最も近い温度の燃料噴射量マップを選ぶ。
（２）燃焼室温度Ｔｃｙ０を越えない最も近い温度の燃料噴射量マップを選ぶ。
（３）燃焼室温度Ｔｃｙ０を越えない最も近い温度の燃料噴射量マップと燃焼室温度Ｔｃｙ０を越えて最も近い温度の燃料噴射量マップとから値を内挿して新たな燃料噴射量マップを作成する。
【００３４】
このように、この自己着火式内燃機関２の制御装置４４は、領域判定手段６０により自己着火式内燃機関２の運転領域が予混合圧縮着火可能領域であるか否かを判定し、燃焼制御手段６２により領域判定手段６０の判定結果に従い自己着火式内燃機関２の燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御する。
【００３５】
この自己着火式内燃機関２の制御装置４４は、領域判定手段６０により予混合圧縮着火可能領域であると判定された場合に、回転数制御手段６４によって、自己着火式内燃機関２の燃焼室温度とエンジン回転数とトルクとから過給機３０の目標過給圧を設定し、この目標過給圧となる回転数で過給機３０を回転するように無段変速機３６を制御する。
【００３６】
これにより、この自己着火式内燃機関２の制御装置４４は、自己着火式内燃機関２の運転状態にかかわらず、過給機３０を任意の回転数で回転させて任意の過給圧にすることができ、予混合圧縮着火燃焼での運転領域を拡大することができる。
【００３７】
このため、この自己着火式内燃機関２の制御装置４４は、予混合圧縮着火領域を拡大することができ、燃料消費量低減と排出ガス有害成分値低減とを両立することが可能になる。
【００３８】
また、この自己着火式内燃機関２の制御装置４４は、自己着火式内燃機関２のエンジン回転数と過給機３０の回転数との差を吸収可能な無段変速機３６により構成される回転数変更手段を設けていることにより、エンジン回転数と過給機回転数との任意の回転数差を充分に吸収することができる。
【００３９】
さらに、この自己着火式内燃機関２の制御装置４４は、自己着火式内燃機関２の圧縮開始時の燃焼室温度とエンジン回転数とトルクとから算出された値により、自己着火式内燃機関２の運転領域が予混合圧縮着火可能領域であるか否かを判定する領域判定手段６０を設けていることにより、予混合圧縮着火可能領域であるか否かの判定値を燃焼室温度毎に設定しているため、精度の高いエンジン制御を実施することが可能になる。
【００４０】
なお、この発明は、上述実施例に限定されることなく、種々応用改変が可能である。
【００４１】
例えば、吸入空気を任意の過給圧に過給可能な過給手段として、無段変速機３６を介して自己着火式内燃機関２により回転される機械式の過給機３０を設けたが、目標過給圧となる回転数で過給機３０を回転数するように制御される電気モータ（図示せず）を設けることにより、自己着火式内燃機関２の運転状態にかかわらず、過給機３０を任意の回転数で回転させて任意の過給圧にすることができ、予混合圧縮着火燃焼での運転領域を拡大することができる。
【００４２】
【発明の効果】
このように、この発明の自己着火式内燃機関の制御装置は、自己着火式内燃機関の運転状態にかかわらず過給手段を任意の回転数で回転させて任意の過給圧にすることができ、予混合圧縮着火燃焼での運転領域を拡大することができる。
このため、この自己着火式内燃機関の制御装置は、予混合圧縮着火領域を拡大することができ、燃料消費量低減と排出ガス有害成分値低減とを両立することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自己着火式内燃機関の制御装置の制御フローチャートである。
【図２】運転領域マップを示す図である。
【図３】吸気圧力マップを示すである。
【図４】自己着火式内燃機関の制御装置のシステム構成図である。
【図５】燃焼室圧力が低い場合の圧縮着火運転可能な運転領域を示す図である。
【図６】燃焼室圧力が高い場合の圧縮着火運転可能な運転領域を示す図である。
【図７】燃焼室圧力を可変とした場合の圧縮着火運転可能な運転領域を示す図である。
【符号の説明】
２自己着火式内燃機関
１２燃焼室
２２吸気通路
２４排気通路
２６点火プラグ
２８燃料噴射弁
３０過給機
３６無段変速機
４４制御装置
４６制御部
４８温度センサ
５０圧力センサ
５２回転数センサ
５４アクセル開度センサ
５６車速センサ
５８ギヤ比センサ
６０領域判定手段
６２燃焼制御手段
６４回転数制御手段

Claims

自己着火式内燃機関の燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御する自己着火式内燃機関の制御装置において、前記自己着火式内燃機関の吸入空気を任意の過給圧に過給可能な過給手段を設け、前記自己着火式内燃機関のエンジン回転数を任意の回転数に変更して前記過給手段に伝達する回転数変更手段を設け、前記自己着火式内燃機関の運転領域が予混合圧縮着火可能領域であるか否かを判定する領域判定手段を設け、この領域判定手段の判定結果に従い前記自己着火式内燃機関の燃焼状態を火花点火と予混合圧縮着火とに切換えるように制御する燃焼制御手段を設け、前記領域判定手段により予混合圧縮着火可能領域であると判定された場合に、前記自己着火式内燃機関の燃焼室温度とエンジン回転数とトルクとから前記過給手段の目標過給圧を設定し、この目標過給圧となる回転数で前記過給手段を回転するように前記回転数変更手段を制御する回転数制御手段を設けたことを特徴とする自己着火式内燃機関の制御装置。
前記回転数変更手段は、前記自己着火式内燃機関のエンジン回転数と過給手段の回転数との差を吸収可能な無段変速機により構成されることを特徴とする請求項１に記載の自己着火式内燃機関の制御装置。
前記領域判定手段は、前記自己着火式内燃機関の圧縮開始時の燃焼室温度とエンジン回転数とトルクとから算出された値により予混合圧縮着火可能領域であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の自己着火式内燃機関の制御装置。