JP2004346854A - 内燃機関の圧縮着火運転の制御装置 - Google Patents

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彰 加藤
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富雄 木村
Toru Kitamura
徹 北村
Toshihiro Yamaki
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Abstract

【課題】気圧の変化に応じて圧縮着火時期を最適時期に調整して常に機関効率を最大に保つことができる内燃機関の圧縮着火運転の制御装置を供する。
【解決手段】圧縮着火運転が可能な内燃機関において、燃料を燃焼室に直接噴射する燃料噴射手段１０と、大気圧または排気圧を検出する気圧検出手段２８と、気圧検出手段２８が検出した気圧に応じて燃料噴射手段１０を駆動して燃料を噴射する燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段３０とを備え、燃料噴射制御手段３０は、気圧検出手段２８が検出する気圧が低くなるほど燃料噴射タイミングを早めて燃料噴射手段２８を駆動する内燃機関の圧縮着火運転の制御装置。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮着火運転が可能な内燃機関において圧縮着火運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に供給される混合気を圧縮着火（圧縮自着火）により燃焼させる圧縮着火運転によれば、圧縮比が高いため燃費が良く、空燃比がリーンな状態でも比較的安定した燃焼を実現し、しかも燃焼温度が比較的低いので、ＮＯｘの発生量を低減することができる。
【０００３】
圧縮着火を起こさせるためには、燃焼室内のガス温度を所定温度以上に高める必要があり、そのため排気熱を利用する内部ＥＧＲが一般的に採用されている。内部ＥＧＲは、排気弁を排気行程の途中で早く閉弁し、吸気弁を吸気行程の途中で遅く開弁する所謂マイナスオーバラップ制御により実現している
【０００４】
すなわち排気弁の早めの閉弁と吸気弁の遅めの開弁により吸気上死点付近で燃焼室内に燃焼ガスの一部を閉じ込め、残留ガス（内部ＥＧＲガス）として次のサイクルの吸気と混合させてガス温度を上昇させて圧縮自着火を起こさせる。
【０００５】
このマイナスオーバラップのバルブタイミイグ制御により残留ガス量を調整することで、燃料の圧縮前温度を調整して断熱圧縮により最適タイミングで自着火するように制御することが一般的に行われている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２６６８７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃焼室からのＥＧＲガスの流出は、燃焼室内の圧力と大気圧（または排気圧）との差圧によるものであるから、燃焼室内に残るＥＧＲガス量は、大気圧の影響を受け、よって自着火時期も大気圧の影響の下にある。
【０００８】
しかし、従来大気圧の影響については、考慮されていなかった。
すなわち内燃機関は平均的な気圧状態にある平地においてマイナスオーバラップのバルブタイミイグ制御が設定されているので、高地などの気圧の低い土地で運転される場合、燃焼室内の残留ガス（内部ＥＧＲガス）量が設定量より下回り、熱量が減少して自着火時期が遅れる傾向にあり、機関効率を低下させていた。
【０００９】
また気象条件による気圧変化が内部ＥＧＲガス量を変え、自着火時期を最適に保てないことがある。
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、気圧の変化に応じて圧縮着火時期を最適時期に調整して常に機関効率を最大に保つことができる内燃機関の圧縮着火運転の制御装置を供する点にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮着火運転が可能な内燃機関において、燃料を燃焼室に直接噴射する燃料噴射手段と、大気圧または排気圧を検出する気圧検出手段と、前記気圧検出手段が検出した気圧に応じて前記燃料噴射手段を駆動して燃料を噴射する燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段とを備え、前記燃料噴射制御手段は、前記気圧検出手段が検出する気圧が低くなるほど燃料噴射タイミングを早めて前記燃料噴射手段を駆動する内燃機関の圧縮着火運転の制御装置とした。
【００１１】
燃料噴射制御手段は、気圧が低くなるほど燃料噴射タイミングを早めて燃料噴射手段を駆動するので、気圧の低下で遅れる傾向にある自着火時期を、燃料噴射タイミングを早めることで最適時点に戻し、常に機関効率を最大に保つことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図４に基づき説明する。
本実施の形態に係る内燃機関１は、火花点火（ＳＩ：Ｓｐａｒｋ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼方式による運転（火花点火運転）と、圧縮着火（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼方式による運転（圧縮着火運転）の燃焼方式の異なる運転がともに可能である４ストロークサイクルの多気筒内燃機関（単気筒でもよい）である。
【００１３】
図１は、該内燃機関１の概略構成図であり、シリンダ２内をピストン３が往復動し、シリンダ２内を閉塞するシリンダヘッドとピストン３との間に燃焼室４が構成されている。
【００１４】
燃焼室４からポートを介して吸気通路５と排気通路６が延出しており、吸気ポートの燃焼室４に臨む開口には吸気弁７、排気ポートの燃焼室４に臨む開口には排気弁８が配設されており、燃焼室４への吸気を制御する吸気弁７と燃焼室４からの排気を制御する排気弁８はともに電磁バルブである。
【００１５】
その他に燃焼室４には点火プラグ９が取り付けられるとともに、直接燃焼室４内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が取り付けられている。
【００１６】
点火プラグ９は、火花点火運転時に駆動され放電により燃焼室４内の混合気に点火する。
燃料噴射弁１０は図示されない燃料供給ポンプに接続されて制御されたタイミングで制御された時間燃料を燃焼室４内に噴射する。
【００１７】
吸気通路５には吸気流量を調節するスロットル弁１１が介装されており、スロットル弁１１はアクチュエータ（図示せず）により駆動され、運転状態に応じてスロットル弁開度が制御される。
【００１８】
排気通路６には排気浄化装置１２が介装され、排気浄化装置１２にはＮＯｘ吸着触媒（ＬＮＣ）が用いられている。
【００１９】
概ね以上のような構造の内燃機関１の運転状態を検出する各種センサが各所に設けられている。
内燃機関１のクランク軸の回転数（機関回転数）Ｎｅを検出する回転数センサ２１、内燃機関１の冷却水の温度（機関水温）Ｔｗを検出する水温センサ２２が、内燃機関１本体に設けられている。
【００２０】
吸気通路５には、スロットル弁１１にスロットル弁開度Ｔｈを検出するスロットルセンサ２３が設けられるとともに、スロットル弁１１の下流側に吸気通路５内の吸気負圧Ｐｂを検出する吸気圧センサ２４および吸気通路５内の吸気温度Ｔａを検出する吸気温センサ２５が設けられている。
【００２１】
排気通路６には、排気浄化装置１２の上流側に排気温度Ｔｅを検出する排気温センサ２７が配設されている。
その他大気圧Ｐａを検出する大気圧センサ２８が設けられている。
【００２２】
以上の回転数センサ２１，水温センサ２２，スロットルセンサ２３，吸気圧センサ２４，吸気温センサ２５，大気圧センサ２８等の各種センサからの検出信号は、電子制御ユニットＥＣＵ３０に入力され、コンピュータにより処理されて、吸気弁７，排気弁８，点火プラグ９，燃料噴射弁１０，スロットル弁１１等の駆動制御に供される。
【００２３】
本内燃機関１は、始動後暖機がある程度完了するまでは点火プラグ９を放電させる火花点火運転がなされ、その後安定した広範囲の運転領域で圧縮着火運転がなされる。
【００２４】
広い運転領域で圧縮着火燃焼を実現することで、燃費の向上を図るとともに、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量の抑制を図ることができる。
【００２５】
内燃機関１の圧縮着火運転は、マイナスオーバラップ制御により内部ＥＧＲガス量を調整して最適時期に圧縮着火するように制御している。
すなわち吸気温度Ｔａ，排気温度Ｔｅ等に基づいてマイナスオーバラップ量を求め、このマイナスオーバラップ量に従って吸気弁７と排気弁８がバルブタイミング制御される。
【００２６】
しかし、大気圧が低下するとマイナスオーバラップ制御の下で燃焼ガスの排出量の割合が多くなり残留ガス（内部ＥＧＲガス）量が設定量より下回り熱量が減少して自着火時期が遅れる傾向にある。
【００２７】
一方で、燃料噴射弁１０による燃料噴射タイミングは、燃料の活性化時間を考慮して圧縮行程の後期の最適時期に着火可能に制御される。
燃料噴射は、排気−吸気行程で行われる場合と圧縮行程で行われる場合があるが、特に圧縮行程で燃料噴射する場合、前記したように大気圧低下で自着火時期が遅れる傾向にあるときに、燃料噴射タイミングを早めることで自着火時期を最適時期に戻すことが可能である。
【００２８】
ＥＣＵ３０によるこの燃料噴射タイミング制御の手順を図２のフローチャートに示し説明する。
なおＥＣＵ３０には、平地での平均気圧７６０ｍｍＨｇにおける燃料噴射タイミングｔｏと、予め求めておいた大気圧Ｐａの変化に対する燃料噴射タイミングｔｏを基準にした燃料噴射タイミングの進角Δｔの関係が記憶されている。
【００２９】
この対応関係を直角座標で示すと図３に示すようである。
横軸に大気圧Ｐａ、縦軸に燃料噴射タイミングｔｏを基準にした燃料噴射タイミングの進角Δｔを示しており、大気圧Ｐａが低くなるほど進角Δｔは大きくなる対応関係が示されている。
【００３０】
図２のフローチャートにおいて、まず大気圧センサ２８が検出した大気圧Ｐａを入力すると（ステップ１）、この大気圧Ｐａに対応する燃料噴射タイミングの進角Δｔを図３に示す対応関係に照合して抽出する（ステップ２）。
【００３１】
次いで基準となる燃料噴射タイミングｔｏから抽出した進角Δｔを減算して燃料噴射タイミングｔ（＝ｔｏ−Δｔ）を算出し（ステップ３）、この算出した燃料噴射タイミングｔに燃料噴射するように制御する（ステップ４）。
【００３２】
図４に４ストロークサイクルの各行程におけるバルブタイミングと燃料噴射タイミングの例を示す。
バルブタイミングは、マイナスオーバラップ制御により実行されており、排気行程における排気弁８の閉時期を進角し、吸気行程における吸気弁７の開タイミングを遅角して、燃焼したガスを一部燃焼室４内に閉じ込めることで、内部ＥＧＲ量を制御して４ストロークサイクルの圧縮着火を行う。
【００３３】
このマイナスオーバラップ制御によりＥＧＲガス量を適確に調整することで、着火温度を確保して失火を防止しドライバビリティを良好に保つことができるとともに、未燃ＨＣの排出を抑制することができる。
【００３４】
そして圧縮行程における燃料噴射タイミングは、平地における通常気圧（ ７６０ｍｍＨｇ）の燃料噴射タイミングｔｏを基準に大気圧が低下するほど進角する燃料噴射タイミングｔに移動している。
【００３５】
気圧の低下で遅れる傾向にある自着火時期を、燃料噴射タイミングを早めることで圧縮行程の後期の最適時点で圧縮着火することができ、常に機関効率を最大に保つことができる。
【００３６】
自動車のように低地から高地まで気圧が変化する土地を自在に移動する車両に搭載される内燃機関には特に有効である。
【００３７】
以上の実施の形態では、大気圧センサ２８により検出される大気圧Ｐａをもとに燃料噴射タイミングの進角Δｔを抽出していたが、大気圧Ｐａの代わり排気圧でも適用することができる。
【００３８】
その場合、予め排気圧と燃料噴射タイミングの進角Δｔとの対応関係を求めて、記憶させておく必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】燃料噴射タイミング制御手順を示すフローチャートである。
【図３】大気圧Ｐａと燃料噴射タイミングの進角Δｔの対応関係を示す図である。
【図４】４ストロークサイクルの各行程におけるバルブタイミングと燃料噴射タイミングの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…シリンダ、３…ピストン、４…燃焼室、５…吸気通路、６…排気通路、７…吸気弁、８…排気弁、９…点火プラグ、１０…燃料噴射弁、１１…スロットル弁、１２…排気浄化装置、
２１…回転数センサ、２２…水温センサ、２３…スロットルセンサ、２４…吸気圧センサ、２５…吸気温センサ、２７…排気温センサ、２８…大気圧センサ、
３０…ＥＣＵ。

Claims (1)

  1. 圧縮着火運転が可能な内燃機関において、
    燃料を燃焼室に直接噴射する燃料噴射手段と、
    大気圧または排気圧を検出する気圧検出手段と、
    前記気圧検出手段が検出した気圧に応じて前記燃料噴射手段を駆動して燃料を噴射する燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段とを備え、
    前記燃料噴射制御手段は、前記気圧検出手段が検出する気圧が低くなるほど燃料噴射タイミングを早めて前記燃料噴射手段を駆動することを特徴とする内燃機関の圧縮着火運転の制御装置。
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