JP2004308559A - 圧縮自己着火内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮自己着火内燃機関において混合気を確実に着火させ、燃焼性能を向上させることができる制御装置を提供する。
【解決手段】吸気ポート３には、内部ＥＧＲ制御弁１０が設けられており、この内部ＥＧＲ制御弁１０を閉弁した状態で、排気行程において吸気弁７が開弁される。これにより既燃ガスが燃焼室１から既燃ガス滞留室１１内に導入される。次いで吸気弁７が閉弁され、既燃ガス滞留室１１内に燃料噴射弁１４により、燃料が噴射される。高温の既燃ガス中に燃料が噴射されるので、燃料の活性化が促進され、る。その後吸気行程において吸気弁７が開弁され、活性化した燃料と既燃ガスの混合気が燃焼室１に導入される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気ポートに内部排気還流制御弁を備える圧縮自己着火内燃機関の制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つの吸気ポートと、該２つの吸気ポートを連通する接続通路とを備える内燃機関において、一方の吸気ポートに内部排気還流制御弁を設けて吸気ポート内に既燃ガスを導入するとともに、その既燃ガスを前記接続通路及び他方の吸気ポートを介して燃焼室内に還流させるようにした制御装置が、特許文献１に示されている。
【０００３】
また特許文献２には、圧縮自己着火内燃機関において、燃焼室に連通する排気還流チャンバを設け、該排気還流チャンバに備えられた制御弁を開閉制御することにより、高温の既燃ガスを燃焼室に還流させる技術が示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２２４６２６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３４３８７４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の制御装置によれば、内部排気還流により既燃ガスの還流が行われるが、火花点火式内燃機関の制御装置であるため、圧縮自己着火内燃機関における着火を確実にするための技術は示されていない。また、特許文献２に示された圧縮自己着火内燃機関は、排気還流のために専用のチャンバを設ける必要があるため構造が複雑化するという課題がある。また燃焼室内に導入される混合気の着火をより確実にするために改良の余地が残されていた。
【０００６】
本発明は上述した点に着目してなされたものであり、圧縮自己着火内燃機関において混合気を確実に着火させ、燃焼性能を向上させることができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、燃焼室と、該燃焼室に混合気を導入する吸気ポートと、該吸気ポートが前記燃焼室に開口する部分を開閉する吸気弁とを備える圧縮自己着火内燃機関の制御装置において、前記吸気ポート内に設けられた内部排気還流制御弁と、前記吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記機関の排気行程において、前記内部排気還流制御弁を閉弁し、前記吸気弁を開弁させることにより、前記吸気ポート内に既燃ガスを導入する内部排気還流制御手段と、前記吸気ポート内に導入された既燃ガスに対して、前記燃料噴射弁による燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、排気行程において吸気ポートに高温の既燃ガスが導入され、その既燃ガス中に燃料が噴射される。したがって、噴射された燃料の活性化が促進され、吸気行程において十分に活性化した燃料を燃焼室に供給することができる。その結果、圧縮着火性能を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧縮自己着火内燃機関の制御装置において、前記吸気ポートは、断熱手段により断熱されていることを特徴とする。
この構成によれば、吸気ポートに導入された既燃ガスの温度の低下が抑制されるので、より確実に混合気を着火させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１及び図２は本発明の一実施形態にかかる圧縮自己着火内燃機関の１つの気筒の構造を模式的に示す図である。図１は上方から見た図であり、図２は断面図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）２０は、例えば４気筒を備えており、各気筒は燃焼室１と、２つの吸気弁６，７と、２つの排気弁８，９と、燃焼室１に混合気を導入する２つの吸気ポート２，３と、燃焼室１から既燃ガスを排出する２つの排気ポート４，５と、ピストン１５とを備えている。吸気弁６，７は、吸気ポート２，３が燃焼室１に開口する部分を開閉し、排気弁８，９は、排気ポート４，５が燃焼室１に開口する部分を開閉する。吸気ポート２，３には、それぞれ燃料噴射弁１３，１４が設けられている。燃料噴射弁１３，１４には、図示しない燃料供給通路を介して加圧された燃料が供給される。
【００１１】
吸気弁６，７及び排気弁８，９は、電磁駆動機構２２により駆動される電磁駆動弁であり、開弁時期及び閉弁時期を任意に設定することができる。電磁駆動型の吸排気弁は、例えば特開２０００−２８３３１６号公報などに示されている。
【００１２】
吸気ポート３には、内部排気還流制御弁（以下「内部ＥＧＲ制御弁」という）１０が設けられている。この内部ＥＧＲ制御弁１０を閉弁することにより、既燃ガス滞留室１１が吸気ポート３内に形成される。内部ＥＧＲ制御弁１０は、アクチュエータ２１により駆動され、開閉弁動作を行う。
【００１３】
また吸気ポート３の周囲には、断熱材１２が設けられている。断熱材１２としは、アルミニウムやセラミックが用いられる。
燃料噴射弁１３，１４は、図３に示すように電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３１に電気的に接続されており、燃料噴射時期及び燃料噴射時間がＥＣＵ３１により制御される。ＥＣＵ３１は、アクチュエータ２１及び電磁駆動機構２２に接続されており、内部ＥＧＲ制御弁１０、吸気弁６，７及び排気弁８，９の開閉弁制御を行う。
【００１４】
ＥＣＵ３１には、エンジン２０のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ３２が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ３１に供給される。クランク角度位置センサ３２は、エンジン１０の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ３１に供給される。これらのパルスは、吸排気弁の開弁期間、燃料噴射時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００１５】
またＥＣＵ３１には、エンジン２０により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３３が接続されており、その検出信号はＥＣＵ３１に供給される。
ＥＣＵ３１は、アクセルペダル操作量ＡＰに応じてエンジンの要求出力トルクＴＲＱを算出し、該要求出力トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、燃料噴射弁１３，１４の燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ１，ＣＡＩＮＪ２、及び燃料噴射時間ＴＯＵＴ１，ＴＯＵＴ２を算出する。そして、算出された燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ１，ＣＡＩＮＪ２、及び燃料噴射時間ＴＯＵＴ１，ＴＯＵＴ２に応じて、燃料噴射弁１３，１４の作動制御が行われる。
【００１６】
さらにＥＣＵ３１は、要求出力トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて吸気弁６，７及び排気弁８，９の開弁時期及び閉弁時期を決定し、吸気弁６，７及び排気弁８，９の駆動制御を行う。
【００１７】
図４は、吸気弁６，７及び排気弁８，９、並びに内部ＥＧＲ制御弁１０の動作例を説明するため図である。この図において、「ＢＤＣ」はピストン１５が下死点（Ｂｏｔｔｏｍ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）にあるクランク角度位置に対応し、「ＴＤＣ」は、ピストン１５が上死点（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）にあるクランク角度位置に対応する。また、この図の縦軸は、吸気弁及び排気弁のリフト量ＬＦＴを示し、曲線Ｌ１が排気弁８，９のリフト特性を示し、曲線Ｌ２及びＬ４が吸気弁７のリフト特性を示し、曲線Ｌ３が吸気弁６のリフト特性を示す。
【００１８】
すなわち、図４に示す例では排気行程の前半部分で排気弁８，９が開弁され、排気行程の後半部分において吸気弁７が開弁される。このとき内部ＥＧＲ制御弁１０は閉弁されている。吸気弁７の開弁により、既燃ガスが燃焼室１から既燃ガス滞留室１１に導入される。そして排気ＴＤＣに対応するクランク角度で、吸気弁７が閉弁され、吸気行程の前半部、すなわち排気ＴＤＣからクランク角度ＣＡ１までの期間（図において「ＦＩ」で示される期間）内において燃料噴射弁１４による既燃ガス滞留室１１への燃料噴射が実行される。その後クランク角度ＣＡ１において内部ＥＧＲ制御弁１０が開弁されるとともに、吸気弁７が開弁され、既燃ガス滞留室１１内の既燃ガスが燃焼室１に導入される。また吸気弁６は、吸気行程の前半部で開弁され、燃焼室１に新気が導入される。したがって、新気と活性化された混合気が燃焼室１内で層状となり、圧縮行程において確実に自己着火させることができる。
【００１９】
このように本実施形態では、排気行程において内部ＥＧＲ制御弁１０を閉弁し、吸気弁７を開弁することにより、高温の既燃ガスが既燃ガス滞留室１１に導入され、その既燃ガスに対して燃料噴射が行われる。したがって、噴射された燃料の活性化が促進され、吸気行程において十分に活性化した燃料を燃焼室に供給することができる。その結果、圧縮着火性能を向上させることができる。
【００２０】
また本実施形態では、吸気ポート内に活性化した燃料と既燃ガスの混合気が存在するため、吸気行程でその混合気が全量吸入され、自己着火燃焼が効果的に促進される。
本実施形態においては、断熱材１２が断熱手段に相当し、燃料噴射弁１４が燃料噴射手段に相当する。またＥＣＵ３１が内部排気還流制御手段及び燃料噴射制御手段を構成する。
【００２１】
（変形例１）
図５は、他の動作例を説明するための図である。この例では、排気行程の前半部分で吸気弁７が開弁され（曲線Ｌ１１）、既燃ガスが既燃ガス滞留室１１内に導入される。そして、吸気弁７がほぼ閉弁するクランク角度ＣＡ２から排気ＴＤＣに対応するクランク角度までの期間（ＦＩ）において燃料噴射が実行される。また排気弁８，９は、排気行程の後半部分で開弁される（曲線Ｌ１２）。排気ＴＤＣに対応するクランク角度からクランク角度ＣＡ３までの間、内部ＥＧＲ制御弁１０が開弁されるとともに、吸気弁７が開弁され（曲線Ｌ１３）、既燃ガス及び噴射された燃料の混合気が燃焼室１に導入される。吸気行程の後半部分で吸気弁６が開弁され（曲線Ｌ１４）、新気と燃料の混合気が燃焼室１に導入される。
【００２２】
この動作例においても、排気行程において既燃ガス滞留室１１内に既燃ガスが導入され、その既燃ガスに対して燃料噴射が実行されるので、圧縮行程において確実に自己着火させることができる。
【００２３】
（変形例２）
図６は、さらに他の動作例を説明するための図である。この例では、排気行程中の吸排気弁の動作は、図４の例と同一である（曲線Ｌ２１，Ｌ２２）。吸気行程においては、クランク角度ＣＡ４からＣＡ５の間、２つの吸気弁６，７が同時に開弁する（曲線Ｌ２３）。また燃料噴射は、排気ＴＤＣに対応するクランク角度からクランク角度ＣＡ４間での期間（ＦＩ）に実行される。
【００２４】
この動作例においても、排気行程において既燃ガス滞留室１１内に既燃ガスが導入され、その既燃ガスに対して燃料噴射が実行されるので、圧縮行程において確実に自己着火させることができる。またエンジンの要求出力トルク（エンジン負荷）によっては、この動作例のように２つの吸気弁６，７を同時に動作させることにより、活性化された燃料と新気を燃焼室１内でより均質な状態とすることが可能となる。
【００２５】
（変形例３）
図７は、さらに他の動作例を説明するための図である。この例では、吸気行程中の吸気弁の動作は、図６の動作例と同一であり（曲線Ｌ３３）、排気行程中の吸排気弁の動作は図５の動作例と同一である（曲線Ｌ３１，Ｌ３２）。そして、吸気弁７が閉弁するクランク角度ＣＡ６から、吸気弁７が再度開弁するクランク角度ＣＡ４までの期間（ＦＩ）中において燃料噴射が実行される。この動作例においても図６の動作例と同様の効果を得ることできる。
【００２６】
（その他の変形例）
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、吸気ポート３は、図８に示すように空隙１２ａにより断熱するようにしてもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、排気行程において吸気ポートに高温の既燃ガスが導入され、その既燃ガス中に燃料が噴射される。したがって、噴射された燃料の活性化が促進され、吸気行程において十分に活性化した燃料を燃焼室に供給することができる。その結果、圧縮着火性能を向上させることができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、吸気ポートに導入された既燃ガスの温度の低下が抑制されるので、より確実に混合気を着火させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構造を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関の断面構造を模式的に示す図である。
【図３】図１に示す内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】吸気弁、排気弁、内部排気還流制御弁及び燃料噴射弁の動作例を説明するための図である。
【図５】図４に示す動作例の変形例を示す図である。
【図６】図４に示す動作例の変形例を示す図である。
【図７】図４に示す動作例の変形例を示す図である。
【図８】吸気ポートを断熱するための構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室
２，３ 吸気ポート
４，５ 排気ポート
６，７ 吸気弁
８，９ 排気弁
１０ 内部排気還流制御弁
１１ 既燃ガス滞留室
１２ 断熱材（断熱手段）
１３ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
２０ 圧縮自己着火内燃機関
３１ 電子制御ユニット（内部排気還流制御手段、燃料噴射制御手段）

Claims (2)

1. 燃焼室と、該燃焼室に混合気を導入する吸気ポートと、該吸気ポートが前記燃焼室に開口する部分を開閉する吸気弁とを備える圧縮自己着火内燃機関の制御装置において、
   前記吸気ポート内に設けられた内部排気還流制御弁と、
   前記吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   前記機関の排気行程において、前記内部排気還流制御弁を閉弁し、前記吸気弁を開弁させることにより、前記吸気ポート内に既燃ガスを導入する内部排気還流制御手段と、
   前記吸気ポート内に導入された既燃ガスに対して、前記燃料噴射弁による燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段とを備えることを特徴とする圧縮自己着火内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気ポートは、断熱手段により断熱されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮自己着火内燃機関の制御装置。

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