JP2007239577A - 筒内噴射型内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸気行程中と圧縮行程中に分割して燃料噴射を行う分割リーンモード時には、圧縮行程噴射の燃料噴射量を所定量に設定し(ステップS10)、吸気行程噴射の燃料噴射量を負荷に応じて設定するとともに(ステップS11)、点火時期を負荷によらずエンジン回転速度に応じて設定し(ステップS12)、当該点火時期に基づいて圧縮行程噴射の燃料噴射時期を設定する(ステップS13)。
【選択図】図4
Description
しかし、当該分割噴射モードでは、エンジンの運転状態に応じて、吸気行程噴射と圧縮行程噴射の燃料噴射量の比率を調節し、当該燃料噴射に応じて点火時期を設定する必要があり、これらの最適化を図るために制御が複雑化するという問題がある。
また、上記特許文献1に開示された技術では、成層燃焼モードでの燃料噴射は圧縮行程中に燃料を噴射し、当該噴射燃料がピストンの頂面に形成されている凹部に衝突し点火プラグ近傍へと移送される所謂ウォールガイド方式の燃料噴射であり、当該ウォールガイド方式での圧縮行程での燃料噴射は燃焼室内の流動の影響を受けやすく不安定になりやすい。
請求項2の筒内噴射型内燃機関の制御装置では、請求項1において、前記燃料噴射制御手段は、吸気行程中のみに燃料噴射を行う吸気行程噴射モードに切り換え可能であり、前記点火時期制御手段は該吸気行程噴射モード時には前記内燃機関の負荷及び前記回転速度に応じて点火時期を設定することを特徴としている。
請求項3の筒内噴射型内燃機関の制御装置では、請求項1または2において、前記燃料噴射制御手段は、吸気行程中のみに燃料噴射を行う吸気行程噴射モードに切り換え可能であり、前記点火時期制御手段は該吸気行程噴射モード時には前記内燃機関の負荷及び前記回転速度に応じて点火時期を設定することを特徴としている。
以上より、従来内燃機関の負荷及び回転速度に応じた複雑な制御であった分割噴射モード時の燃料噴射時期、点火時期の設定を簡略化することができ、キャリブレーション工数を大幅に低減することができる。
図1を参照すると、本発明に係る筒内噴射型内燃機関の制御装置の概略構成図が示されている。
図1に示すように、エンジン1(内燃機関)は、4サイクル直列4気筒型エンジンであり、図1にはそのうちの1つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
シリンダブロック2に形成されているシリンダ6内には上下摺動可能にピストン8が設けられている。
当該ピストン8の頂面には凹形状のキャビティ8aが形成されている。
燃焼室12の上壁の中央部分、即ち両斜面10a、10bの稜線中央部分において、一方の斜面10aには燃料噴射弁14が、他方の斜面10bには点火プラグ16がそれぞれ燃焼室12内に臨んで設けられている。
また、点火プラグ16は真下方向よりも若干燃料噴射弁14側に指向しており、電極部16aが燃料噴射弁14から噴射される燃料の噴射領域すなわち燃料噴霧18中若しくはその近傍に位置するように配設されている。
これら吸気バルブ20a、20b及び排気バルブ22a、22bは、上下摺動することでそれぞれシリンダヘッド4内に形成された吸気ポート24及び排気ポート26と燃焼室12との連通と遮断を行うよう構成されている。
当該ECU30は、エンジン1のエンジン回転速度を検出する回転速度センサ32、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ34等のセンサ類とも電気的に接続されており、当該センサ類からの情報に基づき、上記燃料噴射弁14による燃料噴射量や燃料噴射時期及び上記点火プラグ16による点火時期等を制御し、上記エンジン1の運転状態に応じて圧縮リーンモード、分割リーンモード、均一燃焼モードの各燃料モードに切り換える機能を有している。
また、均一燃焼モードは、吸気行程中に燃料噴射を行うことで、燃料噴霧を筒内空気と予め混合させ燃焼室12内を理論空燃比近傍に均一化させた状態で点火を行い均一混合燃焼させる燃焼モードである。
以下このように構成された本発明に係る筒内噴射型内燃機関の制御装置の作用について説明する。
まず、ステップS1において、回転速度センサ32とアクセル開度センサ34とからエンジン1の負荷を求め、当該負荷情報と回転速度センサ32により検出されるエンジン回転速度情報とを取得し、ステップS2に進む。
ステップS3では、上記ステップS1で取得した負荷情報が予め設定された第1所定負荷未満であるか否かを判別する。判別結果が真(Yes)である場合はステップS4に進む。
ステップS5では、分割リーンモード制御を行い、当該ルーチンを抜ける。
ステップS6では、圧縮リーンモード制御を行い、当該ルーチンを抜ける。
また、上記ステップS2、ステップ3の少なくともどちらかの判別結果が偽(No)である場合、即ち所定回転数以上または第1所定負荷以上の図2に示す均一燃焼モード領域である場合はステップS7に進む。
このように燃焼モード切替制御は、図2に示す燃焼モードマップのように、負荷とエンジン回転速度とに基づき設定され、第2所定値以下の低負荷領域では圧縮リーンモード、第1所定値以下の中負荷領域では分割リーンモード、高負荷領域では均一燃焼モードとなる。
図4乃至図6を参照すると、図4には本発明に係る筒内噴射型内燃機関の制御装置のECU30により実行される分割リーンモードの制御ルーチンを示すフローチャートが、図5には分割リーンモード時における吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の燃料噴射量の割合を示すマップが、図6には分割リーンモード時における点火時期と燃料噴射時期との関係図がそれぞれ示されており、以下図5及び図6を参照しながら図4のフローチャートに沿って説明する。
ステップS11では、図5のマップに示すように、上記ステップS1で取得した負荷情報に応じて増加させるよう吸気行程噴射の燃料噴射量を設定し、ステップS12に進む。
ステップS12では、上記ステップS1で取得したエンジン回転速度情報に応じて点火時期を設定する。
なお、通常MBTは、エンジン回転速度だけでなく負荷によっても変化し、負荷が増加するほど遅角側に移動するものであるが、本発明に係る筒内噴射型内燃機関の制御装置では、負荷に応じて吸気行程噴射の燃料噴射量割合を増加させるため燃焼が緩慢となりMBTを進角側に移動させる作用があり、これら相反する2つの要素によりMBTは負荷によらずほぼ一定となる。したがって、点火時期はエンジン回転速度のみに基づく制御が可能となる。
詳しくは、当該分割リーンモードでは圧縮行程噴射の燃料噴霧に直接点火を行う場合、安定燃焼領域が図6に示すように定性的に点火時期と噴射時期が同時期となる対角線Aに沿うような島状となるため、例えば安定燃焼領域内において対角線Aと平行であって点火時期を僅かに進角させた平行線Bを設定し、当該平行線Bに沿って点火時期から燃料噴射時期を決定する。つまり点火時期を決定することで、当該点火時期を基準に所定関係となるよう燃料噴射時期を設定することが可能となる。
ステップS15では上記ステップS10〜S14で設定した燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づき燃料噴射及び点火を行う。
また、点火時期を負荷によらずエンジン回転速度に応じて設定し、当該点火時期より圧縮行程の燃料噴射時期を設定する。
以上のように、本発明に係る筒内噴射型内燃機関の制御装置では、分割リーンモード時には、圧縮行程噴射の燃料噴射量を所定噴射量に固定し、吸気行程の燃料噴射量のみを負荷に応じて増加させることで安定した燃焼を確保しつつ、燃料噴射量の制御を簡略化させることができる。
このように、本発明に係る筒内噴射型内燃機関の制御装置では、分割リーンモードの制御を簡略化することができ、キャリブレーションの工数を大幅に低減させることができる。
例えば、上記実施形態では、燃焼モードの切り換えを所定回転速度、第1所定負荷、2所定負荷の判別によって行っているが、このような構成に限るものではなく、燃焼モードマップより設定されるものであれば構わない。
また、上記実施形態では、図6の平行線Bに沿って点火時期から燃料噴射時期を決定しているが、点火時期から燃料噴射時期を設定する手法はこれに限られるものではなく、その他の所定の関係より設定しても構わない。
8 ピストン
8a キャビティ
12 燃焼室
14 燃料噴射弁
16 点火プラグ
16a 電極部
30 ECU(燃料噴射制御手段、点火時期制御手段)
32 回転速度センサ
34 アクセル開度センサ
Claims (4)
- 燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
該燃料噴射弁からの燃料噴射経路内または燃料噴射経路近傍に電極部が配置された点火プラグと、
前記燃料噴射弁を制御し、吸気行程中に燃料を噴射する吸気行程噴射及び圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮行程噴射を行う分割噴射モードに切り換え可能な燃料噴射制御手段と、
前記点火プラグを制御し、前記分割噴射モード時に前記圧縮行程噴射の燃料噴霧が前記電極部または前記電極部近傍を通過中に点火させる点火時期制御手段とを備え、
前記分割噴射モード時には、
前記燃料噴射手段は、前記圧縮行程噴射の燃料噴射量を所定の噴射量に固定し、前記吸気行程噴射の燃料噴射量を負荷に応じ増加するよう制御し、
前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の負荷によらず前記内燃機関の回転速度に応じて前記点火時期を設定することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。 - 前記分割噴射モード時には、
前記燃料噴射制御手段は、前記点火時期制御手段により設定された点火時期を基準として前記圧縮行程噴射の燃料噴射時期を設定することを特徴とする請求項1記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。 - 前記燃料噴射制御手段は、吸気行程中のみに燃料噴射を行う吸気行程噴射モードに切り換え可能であり、
前記点火時期制御手段は該吸気行程噴射モード時には前記内燃機関の負荷及び前記回転速度に応じて点火時期を設定することを特徴とする請求項1または2記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。 - 前記燃料噴射制御手段は、圧縮行程中のみに燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードに切り換え可能であり、
前記点火時期制御手段は該圧縮行程噴射モード時には前記内燃機関の負荷及び前記回転速度に応じて前記点火時期を設定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。
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