JP2006046133A - 圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 低オクタン価燃料を吸気ポートに噴射する噴射弁と、高オクタン価燃料を直接筒内に噴射する噴射弁とを設ける。そして、所定の機関負荷,機関回転速度領域において、圧縮TDCの筒内温度,機関回転速度に応じて低オクタン価燃料の噴射量及び機関バルブのマイナスオーバーラップ期間を制御し、機関負荷,圧縮TDCの筒内温度に応じて筒内のガス流動を制御し、更に、機関負荷,機関回転速度に応じて高オクタン価燃料の噴射量を制御し、機関回転速度に応じて高オクタン価燃料の噴射タイミングを制御する。
【選択図】 図2
Description
図1は、第1実施形態における圧縮自己着火内燃機関のシステム構成図である。
内燃機関1(ガソリンエンジン)には、エアクリーナ2を通過した空気が、過給機3で過給された後、吸気バルブ4を介してシリンダ5内に吸引される。
前記吸気バルブ4上流側の吸気ポート6には、該吸気ポート6内に燃料を噴射する第1燃料噴射弁(第1燃料噴射手段)7が設けられ、また、前記シリンダ5内に直接燃料を噴射する第2燃料噴射弁(第2燃料噴射手段)8が設けられている。
尚、ガソリン成分の沸点の違いを利用してガソリンを低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とに分留する分留器を備え、該分留器で分留された低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とをそれぞれのタンクに貯蔵させる構成であっても良いし、外部から低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料がそれぞれに補給される構成であっても良い。
前記吸気バルブ4及び排気バルブ12には、バルブリフト量,バルブ作動角及び作動角の中心位相を可変とする可変動弁機構13が設けられている。
前記可変動弁機構13は、例えば、特開2001−012262号公報に開示される機関バルブのバルブリフト量を作動角と共に連続的に変化させる可変バルブイベント・リフト機構(VEL)と、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、バルブ作動角の中心位相を可変とする可変バルブタイミング機構(VTC)との組み合わせから構成される。
前記第1燃料噴射弁7上流の吸気ポート6には、吸気ポート6の開口を部分的に閉塞することで吸気の流れを偏流させ、シリンダ内にガス流動を生成する吸気制御弁14(ガス流動生成手段)が設けられている。
また、各シリンダに2つの吸気ポートを設け、一方の吸気バルブの作動を停止するか、一方の吸気ポートをバルブで閉塞させることで、他方の吸気ポート(ヘリカルポート等)のみから空気をシリンダ内に導入させ、シリンダ内にガス流動(スワール及び/又はタンブル)を生成する構成とすることもできる。
前記エンジンコントロールユニット20には、機関回転速度を検出する回転速度センサ21、機関の冷却水温度を検出する水温センサ22、燃料タンク9,10内の燃料残量をそれぞれに検出する残量センサ23,24、シリンダ内の温度を検出するシリンダ内温度センサ25等からの検出信号が入力される。
ステップS1では、圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とのいずれの燃焼形態で運転させるかを決定する。
具体的には、機関トルクTが、自己着火可能最大トルクTH1よりも小さく、かつ、自己着火可能最小トルクTL1よりも大きく(TL1<T<TH1)、かつ、機関回転数Ne(rpm)が、自己着火可能最大回転数NeH1よりも小さく、かつ、自己着火可能最小回転数NeL1よりも大きいときに(NeL1<Ne<NeH1)、圧縮自己着火燃焼の可能領域内であると判断し、上記条件を満たさないときには、火花点火燃焼を行なわせる領域内であると判断する。
ステップS2では、第2燃料噴射弁8から噴射される高オクタン価燃料を点火プラグ11による火花点火で燃焼させる火花点火燃焼運転を行なわせる。
一方、ステップS3では、低オクタン価燃料タンク9に貯蔵されている低オクタン価燃料の残量が最小量MIN以上であるか否かを判別する。
ステップS5では、機関の冷却水温度を検出し、次のステップS6では、圧縮上死点(以下、圧縮TDCという)における筒内温度を検出する。
尚、圧縮TDCにおける筒内温度を、機関運転条件(機関バルブのマイナスオーバーラップ期間及び機関回転速度)に基づいて推定する構成としても良い。
ここで、前記吸気制御弁14を一定の開度に絞っても良いが、前記圧縮TDCにおける筒内温度や機関負荷に応じて前記吸気制御弁14の開度を決定することが好ましい。
前記圧縮TDCにおける筒内温度や機関負荷に応じて前記吸気制御弁14の開度を決定する場合には、図3及び図4に示すように、圧縮TDCにおける筒内温度が低いほど、また、機関負荷が大きいときほど吸気制御弁14の開度をより小さく絞って、シリンダ内のガス流動をより強化する。
尚、筒内温度が圧縮自己着火燃焼に最適な高温であるときには、機関負荷に応じて前記吸気制御弁14の開度を決定する。
尚、本願において、マイナスオーバーラップ期間とは、排気バルブ12が閉じてから吸気バルブ4が開くまでの両バルブが閉じている期間である。
前記マイナスオーバーラップ期間の制御においては、図5及び図6に示すように、圧縮TDCにおける筒内温度が低く筒内温度を上げる必要があるほど、また、機関回転速度が高く反応速度を上げる必要があるときほど、マイナスオーバーラップ期間をより大きくして、残留ガス量(内部EGR量)が増えるように制御する。
そして、マイナスオーバーラップ期間を短くできれば、シリンダ内への新気流入量を多くでき、図7に示すように、機関トルクを増大させることができ、圧縮自己着火燃焼による機関運転領域を高負荷側に拡大できる。
図8は、可変バルブイベント・リフト機構(図中にはVELと記す)と、可変バルブタイミング機構(図中にはVTCと記す)との組み合わせを用いる場合を示し、圧縮自己着火燃焼時において、吸気バルブのリフト量を小さくし、また、吸気バルブの作動角の中心位相を遅角する一方、排気バルブのリフト量を小さくし、また、排気バルブの作動角の中心位相を進角することで、マイナスオーバーラップ期間(−O/L期間)を大きくする。
ステップS9では、低オクタン価燃料の噴射量を決定する。
ステップS10では、高オクタン価燃料の噴射量を、機関回転速度と機関負荷とに基づいて決定する。
即ち、高オクタン価燃料の反応が主燃焼となり、高オクタン価燃料の噴射量の制御によって機関負荷(機関トルク)が制御される。
前記高オクタン価燃料の噴射タイミングは、機関回転速度Neに応じて図12に示すように設定される。
即ち、機関回転速度が基準回転NsSよりも高く速い反応速度が要求されるときには、マイナスオーバーラップ期間中の吸気TDC前を噴射タイミングとすることで、温度の高い残留ガス中に高オクタン価燃料が噴射されるようにする。
尚、吸気ポート内に噴射される低オクタン価燃料の噴射タイミングは、吸気バルブの開時期前の一定クランク角位置とする。
上記のように、本実施形態では、機関回転速度,機関負荷,筒内温度に応じて、低オクタン価燃料の噴射量,高オクタン価燃料の噴射量,高オクタン価燃料の噴射時期,ガス流動生成,バルブタイミング(マイナスオーバーラップ期間)を決定し、低オクタン価燃料,高オクタン価燃料の噴射を個別に制御すると共に、可変動弁機構13及び吸気制御弁14を制御する(図13参照)。
そこで、ステップS3で低オクタン価燃料の残量が最小量MINを下回っていると判断されると、ステップS13へ進み、高オクタン価燃料のみで圧縮自己着火燃焼が可能である運転領域内であるか否かを判別する。
TL2<T<TH2、かつ、NeL2<Ne<NeH2ではないと判断された場合には、高オクタン価燃料のみでの圧縮自己着火燃焼を行なえないので、ステップS2へ進んで、火花点火燃焼を行なわせる。
ステップS14では、高オクタン価燃料のみによる圧縮自己着火燃焼運転を開始させる。
そして、ステップS16では、ステップS7と同様にして、前記吸気制御弁14の開度(ガス流動)を制御する。
ステップS17では、ステップS8と同様にして、バルブタイミング(マイナスオーバーラップ期間)を制御する。
図15は、第2の実施形態における圧縮自己着火内燃機関のシステム構成図である。
図15に示すシステム構成は、噴射する第1燃料噴射弁7が、高オクタン価燃料を噴射する第2燃料噴射弁8と同様に、低オクタン価燃料をシリンダ5内に直接燃料を噴射するように構成される点のみが、前記図1に示したシステム構成と異なる。
図16のフローチャートは、前記図2のフローチャートに対して、低オクタン価燃料の噴射タイミングを決定するためのステップS11(2)が追加されている点のみが異なり、他の各ステップは、前記図2のフローチャートと同様に処理される。
即ち、高オクタン価燃料の噴射タイミングと同様に、機関回転速度が基準回転NsSよりも高い高回転域では、マイナスオーバーラップ期間中の吸気TDC前を、低オクタン価燃料の噴射タイミングとする。
吸気TDCに近づくほど筒内の圧力が高く、低オクタン価燃料の反応が速くなり、回転速度の増大による反応速度の増大要求に対応できることになる。
図18に示す構成では、第1燃料噴射弁7が、吸気コレクタ19内に低オクタン価燃料を噴射する構成としてある。
係る構成において、噴射量の制御は、第1燃料噴射弁7が吸気ポートに燃料を噴射する第1実施形態で説明した図2のフローチャートと同様にして行なう。
前記排気還流装置31は、排気還流管32と、前記排気還流管32に介装されるヒータ33と、前記排気還流管32による排気還流量を制御する排気還流制御弁34とから構成される。
具体的には、マイナスオーバーラップ期間の増大要求時、即ち、筒内温度の増大要求に対しては、排気還流量を増大させると共に、ヒータ33による加熱温度を上昇させ、還流される排気の熱で筒内温度が高くなるようにする。
Claims (12)
- 低オクタン価燃料を噴射する第1燃料噴射手段と、高オクタン価燃料を噴射する第2燃料噴射手段とを個別に備え、前記低オクタン価燃料,高オクタン価燃料の燃料噴射量及び噴射タイミングを相互に独立に制御することを特徴とする圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記第2燃料噴射手段が、高オクタン価燃料を直接筒内に噴射し、前記第1燃料噴射手段が、低オクタン価燃料を吸気バルブの上流側又は直接筒内に噴射することを特徴とする請求項1記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
- 機関負荷及び/又は機関回転速度に応じて、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料の噴射量及び噴射タイミングを設定することを特徴とする請求項1又は2記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記第2燃料噴射手段が前記高オクタン価燃料を直接筒内に噴射すると共に、前記高オクタン価燃料の噴射タイミングを、機関回転速度に応じて設定する構成とし、
機関回転速度が基準速度を超えるときには、機関バルブのマイナスオーバーラップ期間中に前記高オクタン価燃料の噴射タイミングを設定し、機関回転速度が前記基準速度を下回るときには、マイナスオーバーラップ期間後で機関回転速度が速くなるほど遅いタイミングを前記高オクタン価燃料の噴射タイミングとすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。 - 前記第1燃料噴射手段が前記低オクタン価燃料を直接筒内に噴射すると共に、前記低オクタン価燃料の噴射タイミングを、機関回転速度に応じて設定する構成とし、
機関回転速度が基準速度を超えるときには、機関バルブのマイナスオーバーラップ期間中に前記低オクタン価燃料の噴射タイミングを設定し、機関回転速度が前記基準速度を下回るときには、機関回転速度が速くなるほど吸気TDCに近づくように前記低オクタン価燃料の噴射タイミングを設定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。 - 筒内温度及び/又は機関回転速度に応じて、低オクタン価燃料の噴射量を設定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
- 機関負荷及び機関回転速度に応じて、高オクタン価燃料の噴射量を設定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
- 筒内温度及び/又は機関回転速度に応じて、機関バルブのマイナスオーバーラップ期間を設定することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
- 筒内温度及び/又は機関回転速度に応じて、排気還流量及び/又は還流排気の加熱温度を設定することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
- 筒内にガス流動を生成するガス流動生成手段を備えたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記ガス流動生成手段を、筒内温度及び/又は機関回転速度に応じて制御することを特徴とする請求項10記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
- 機関の運転領域を圧縮自己着火燃焼領域と火花点火燃焼領域とに分ける構成であって、低オクタン価燃料を蓄える燃料タンク内の残量が最小量を下回ったときに、高オクタン価燃料のみによる圧縮自己着火燃焼を、より狭い運転領域に限定して行なわせることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射装置。
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