JP2010071291A - Engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒内の燃焼室で空気と燃料との混合気を燃焼させるエンジンに関する。 The present invention relates to an engine that burns a mixture of air and fuel in a combustion chamber in a cylinder.
この種のエンジンとして、例えば、特許文献1には、空気と燃料とを予め混合した混合気をシリンダ内の燃焼室に供給し、該混合気を圧縮することによって自着火させる予混合圧縮式自着火式エンジンが開示されている。
As an engine of this type, for example,
この予混合圧縮式自着火式エンジンは、火花点火式のエンジンと比較して、高い圧縮比で運転可能なため熱効率が高いという利点がある。また、燃焼温度を低くすることができるので、NOxの生成を抑制することも可能である。しかし、混合気を自然に着火するものであるため、着火時期の制御が困難であり、適切に着火するための条件を整えてやることが重要である。 This premixed compression self-ignition engine has an advantage of high thermal efficiency because it can be operated at a higher compression ratio than a spark ignition engine. In addition, since the combustion temperature can be lowered, it is possible to suppress the generation of NOx. However, since the air-fuel mixture is ignited naturally, it is difficult to control the ignition timing, and it is important to prepare conditions for appropriate ignition.
混合気の自着火は、エンジンのトルクと混合気の吸気温度に大きく左右される。図3のハッチングが施された領域Zは、エンジントルクと混合気の吸気温度との関係で、圧縮自着火運転が可能な範囲であり、トルクや吸気温度がこの限られた範囲から外れると、ノッキングや失火が生じ易くなる。したがって、トルクと吸気温度とが圧縮自着火運転可能な領域内に収まるようにするために、如何に条件を整えるかが重要な問題となっている。また、適切な燃焼状態(着火時期等)を得るために、吸気温度を適切に制御することが必要である。 The self-ignition of the air-fuel mixture greatly depends on the engine torque and the intake air temperature of the air-fuel mixture. The hatched region Z in FIG. 3 is a range in which compression auto-ignition operation is possible due to the relationship between the engine torque and the intake air temperature of the air-fuel mixture, and when the torque and intake air temperature deviate from this limited range, Knocking and misfire are likely to occur. Therefore, it is an important problem how to prepare the conditions so that the torque and the intake air temperature are within the range where the compression ignition operation can be performed. In order to obtain an appropriate combustion state (ignition timing, etc.), it is necessary to appropriately control the intake air temperature.
本発明は、上記の実情に鑑み、吸気温度を所定の目標値にするため、及び/又は、着火時期等の燃焼パラメータを所定の目標値にするために、吸気温度を適切に調整し、安定した運転を可能にすることを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention appropriately adjusts the intake air temperature in order to set the intake air temperature to a predetermined target value and / or to set the combustion parameters such as the ignition timing to the predetermined target value. The purpose is to make the operation possible.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、
少なくとも定常運転で、燃料と空気とを予め混合した混合気を気筒内の燃焼室で圧縮自着火させて燃焼する、予混合圧縮自着火式のエンジンであって、
前記燃焼室への吸気を加熱する加熱装置を備えており、
前記加熱装置が、第1熱交換媒体を用いる第1熱交換器と、前記第1熱交換媒体とは異なった第2熱交換媒体を用いる第2熱交換器と、から構成されており、
前記各熱交換器への各熱交換媒体の供給流量を調整する流量調整弁がそれぞれ設けられており、
吸気温度を所定の目標値に設定するように、及び/又は、前記燃焼室内の燃焼状態を示す燃焼パラメータを所定の目標値に設定するように、吸気温度を前記加熱装置によって調整するようにしてあることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention of
A premixed compression auto-ignition engine that burns by compressing and igniting an air-fuel mixture premixed with fuel and air in a combustion chamber in a cylinder at least in steady operation,
A heating device for heating the intake air to the combustion chamber;
The heating device includes a first heat exchanger using a first heat exchange medium and a second heat exchanger using a second heat exchange medium different from the first heat exchange medium;
A flow rate adjusting valve for adjusting a supply flow rate of each heat exchange medium to each heat exchanger is provided,
The intake air temperature is adjusted by the heating device so as to set the intake air temperature to a predetermined target value and / or to set a combustion parameter indicating the combustion state in the combustion chamber to a predetermined target value. It is characterized by being.
請求項2の発明は、加熱装置が、排気ガスを熱交換媒体として用いる熱交換器により構成されていることを特徴とする。 The invention of claim 2 is characterized in that the heating device is constituted by a heat exchanger using exhaust gas as a heat exchange medium.
請求項3の発明は、加熱装置が、エンジン冷却水を熱交換媒体として用いる熱交換器により構成されていることを特徴とする。 The invention of claim 3 is characterized in that the heating device is constituted by a heat exchanger using engine cooling water as a heat exchange medium.
請求項4の発明は、加熱装置が、エンジン潤滑油を熱交換媒体として用いる熱交換器により構成されていることを特徴とする。 The invention of claim 4 is characterized in that the heating device is constituted by a heat exchanger using engine lubricating oil as a heat exchange medium.
請求項5の発明は、エンジンの冷態運転の際に、前記各熱交換媒体の温度が吸気温度の前記目標値よりも高くなってから、その熱交換媒体の供給を始めるように、前記各流量調整弁が制御されており、
さらに、第1,第2熱交換媒体の双方が前記目標値よりも高くなった場合には、第1,第2熱交換媒体のうち、温度が低い方の熱交換媒体の流量を調整する流量調整弁が全開に制御され、温度が高い方の熱交換媒体の流量を調整する流量調整弁が、前記目標値に応じて流量調整を行うように制御されることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the cold operation of the engine, each of the heat exchange media starts after the temperature of the heat exchange medium becomes higher than the target value of the intake air temperature. The flow control valve is controlled,
Further, when both of the first and second heat exchange media are higher than the target value, the flow rate for adjusting the flow rate of the heat exchange medium having the lower temperature among the first and second heat exchange media. The adjustment valve is controlled to be fully open, and the flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the heat exchange medium having a higher temperature is controlled to adjust the flow rate according to the target value.
請求項1の発明によれば、第1熱交換器及び第2熱交換器から構成される加熱装置で吸気を加熱する予混合圧縮自着火式のエンジンにおいて、第1熱交換媒体及び第2熱交換媒体の温度が、吸気温度の目標値よりも高くなってから、該当する熱交換媒体の供給を始めることで、効率よく吸気温度を上昇させることができる。 According to the first aspect of the present invention, in the premixed compression self-ignition engine in which the intake air is heated by the heating device including the first heat exchanger and the second heat exchanger, the first heat exchange medium and the second heat The intake air temperature can be increased efficiently by starting the supply of the corresponding heat exchange medium after the temperature of the exchange medium becomes higher than the target value of the intake air temperature.
請求項2の発明によれば、加熱装置が、排気ガスを熱交換媒体として用いる熱交換器により構成されているので、電熱ヒータやグロープラグ、火炎バーナーを用いる場合に比べて、電力や燃料の消費がなく、エネルギー効率の悪化を防ぐことができる。 According to the invention of claim 2, since the heating device is constituted by a heat exchanger that uses exhaust gas as a heat exchange medium, compared with the case of using an electric heater, a glow plug, and a flame burner, There is no consumption, and deterioration of energy efficiency can be prevented.
請求項3の発明によれば、加熱装置が、エンジン冷却水を熱交換媒体として用いる熱交換器により構成されているので、電熱ヒータや火炎バーナー等を用いる場合に比べて、電力や燃料の消費がなく、また、排気ガスを用いる場合に比べて温度が安定し、正確な温度調整が可能となる。 According to the invention of claim 3, since the heating device is constituted by a heat exchanger that uses engine cooling water as a heat exchange medium, the consumption of electric power and fuel compared to the case of using an electric heater, a flame burner, or the like. In addition, the temperature is more stable than when exhaust gas is used, and accurate temperature adjustment becomes possible.
請求項4の発明によれば、加熱装置が、エンジン潤滑油を熱交換媒体として用いる熱交換器により構成されているので、電熱ヒータや火炎バーナー等を用いる場合に比べて、電力や燃料の消費がなく、排気ガスを用いる場合に比べて、温度が安定し、正確な温度調整が可能となる。また、エンジン冷却水に比べて、エンジン潤滑油はより高温になるので、熱交換器の容量を小さくすることができる。 According to the invention of claim 4, since the heating device is constituted by a heat exchanger that uses engine lubricating oil as a heat exchange medium, consumption of electric power and fuel compared to the case of using an electric heater, a flame burner, or the like. As compared with the case where exhaust gas is used, the temperature is stabilized and accurate temperature adjustment is possible. Moreover, since engine lubricating oil becomes high temperature compared with engine cooling water, the capacity | capacitance of a heat exchanger can be made small.
請求項5の発明によれば、熱交換媒体の温度が吸気温度の目標値よりも高くなってから、その熱交換媒体の供給を始めることで、効率よく吸気温度を上昇することができる。さらに、第1,第2熱交換媒体の双方の温度が吸気温度の目標値よりも高くなった場合には、それぞれの温度差を有効に利用して、より効率よく吸気温度を上昇することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the intake air temperature can be efficiently increased by starting the supply of the heat exchange medium after the temperature of the heat exchange medium becomes higher than the target value of the intake air temperature. Furthermore, when the temperature of both the first and second heat exchange media becomes higher than the target value of the intake air temperature, the intake air temperature can be increased more efficiently by effectively using the difference between the temperatures. it can.
〔第1の実施形態〕
〔予混合圧縮自着火式エンジンの概要〕
図1は、本発明の実施形態に係る予混合圧縮自着火式エンジン11の概略断面図、図2は、同概略平面図である。本実施形態の予混合圧縮自着火式エンジン11は、4気筒の4サイクルエンジンであり、シリンダブロック12、シリンダヘッド15、及びクランクケース18によって構成されたエンジン本体11Aを備えている。シリンダブロック12内には、複数(4つ)のシリンダ(気筒)13が設けられ、各シリンダ13内には、ピストン14が摺動自在に嵌合されている。シリンダヘッド15には、吸気ポート16及び排気ポート17が設けられ、吸気ポート16及び排気ポート17は、それぞれ吸気弁19及び排気弁20によって開閉されるようになっている。吸気弁19及び排気弁20は、動弁装置21,22によって駆動される。
[First Embodiment]
[Outline of premixed compression self-ignition engine]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a premixed compression self-
吸気ポート16には吸気管24が接続され、排気ポート17には排気マニホールド25を有する排気管26が接続されている。吸気管24は、図2に示すように、主吸気管27と、該主吸気管27に接続された吸気サージタンク28と、該吸気サージタンク28から各シリンダ13に接続された複数の分岐吸気管29とを有している。
An
図1に示すように、主吸気管27には、スロットルバルブ31と、ミキサ33と、加熱装置(調温装置)35とが設けられている。主吸気管27に導入された空気は、スロットルバルブ31によって流量が調節され、燃料制御弁32から噴射された燃料とミキサ33で混合される。空気と燃料との混合気は、加熱装置35によって加熱されて吸気サージタンク28に流入し、各分岐吸気管29から吸気ポート16を経て各シリンダ13内の燃焼室に吸気される(吸気行程)。吸気行程で燃焼室内に供給された混合気は、圧縮行程で圧縮され、ピストン14が上死点付近にきたときに自着火し、これによりピストンが押し下げられる(膨張行程)。燃焼ガスは、排気行程で排気ポート17から排気管26を介して排出される。
As shown in FIG. 1, the
このように予混合圧縮自着火式エンジン11は混合気を圧縮自着火するものであるが、本実施形態では、混合気を火花点火する点火プラグ(点火装置)37がシリンダヘッド15に設けられている。この点火プラグ37は、火花点火による運転の際に用いられる。
As described above, the premixed compression self-
すなわち、本実施形態の予混合圧縮時着火式エンジン11は、定常運転の際には圧縮自着火運転を行うが、火花点火による運転も可能になっている。そして、圧縮自着火のみの運転を行うときは、火花点火をオフにするようになっている。
That is, the premixed compression
加熱装置35は、後述のごとく、エンジン11を安定して運転させるために混合気を適切な温度に加熱するものである。本実施形態の加熱装置35は、図2に示すように、2経路に分岐した主吸気管27の一方の経路38に設けられた熱交換器40により構成されている。熱交換器40は、エンジン冷却水を熱交換媒体とするものであり、シリンダブロック12及びシリンダヘッド15を循環した冷却水が流路41を介して熱交換器40に供給されると共に、流路42を介して冷却器(図示略)に戻されるようになっている。主吸気管27の双方の経路38,39には、それぞれ調量弁43,44が設けられている。
As will be described later, the
主吸気管27の他方の経路39には熱交換器49は設けられておらず、この経路39を通る混合気は加熱されることなくそのまま吸気サージタンク28に導入される。調量弁43,44は、主吸気管27の各経路38,39への混合気の流入量を調整(停止を含む)するものであり、例えば、一方の調量弁43のみを開いて経路38のみに混合気を通すことで、急速に混合気を加熱することができ、他方の調量弁44のみを開いて経路39のみに混合気を通すことで、混合気を加熱しないようにする(相対的に冷却する)ことができる。また、双方の調量弁43,44を開くことによって、加熱された混合気と加熱されていない混合気とを混合して、細かな温度制御を行うことができるようになっている。
The
図1に示すように、エンジン11は、コントローラ45を備えており、該コントローラ45によって、点火プラグ37やスロットルバルブ31、燃料制御弁32、加熱装置35等が制御されるようになっている。また、エンジン11には、冷却水温度センサ47や吸気温度センサ48、気筒内圧力センサ49、機関回転数センサ50、トルクセンサ51等が設けられており、各種センサの検出信号は、前記コントローラ45に入力されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
〔予混合圧縮自着火式エンジンの制御〕
図3には、予混合圧縮自着火式エンジン11のトルクと吸気温度との関係で、予混合圧縮自着火運転が可能な領域Zをハッチングで示している。すなわち、トルクと吸気温度との双方が領域Z内に収まる場合に、安定した運転が行えるようになっている。
[Control of premixed compression self-ignition engine]
In FIG. 3, the region Z in which the premixed compression self-ignition operation is possible is indicated by hatching based on the relationship between the torque of the premixed compression self-
本発明は、オペレータ等が所望のトルク(目標トルク)をコントローラ45(図1)に入力することによって、当該目標トルクとの関係で前記領域Z内に吸気温度が収まるように、該吸気温度を制御するようになっている。以下、その制御の詳細について述べる。 In the present invention, when an operator or the like inputs a desired torque (target torque) to the controller 45 (FIG. 1), the intake air temperature is set so that the intake air temperature is within the region Z in relation to the target torque. It comes to control. Details of the control will be described below.
(基本制御)
コントローラ45内のメモリには、目標吸気温度マップMAが記憶されている。目標吸気温度マップMAは、図3に示す領域Z内で互いに適切に対応する目標トルクと目標吸気温度とを記録したものであり、かかる目標吸気温度マップMAは図3上で略直線状に示されている。そして、本実施形態のエンジン11は、この目標吸気温度マップMAを用いて制御されるようになっている。
(Basic control)
A memory in the
図4を参照して、本実施形態の基本制御について説明する。例えば、トルクT1及び吸気温度Tm1の状態でエンジン11を運転していたとする。この場合、トルクT1及び吸気温度Tm1は、目標吸気温度マップMA上に配置されているため、安定した運転を行っていると考えられる。この状態から、目標トルクとして、T2をコントローラ45に入力する。すると、コントローラ45は、メモリ内の目標吸気温度マップMAを参酌して、T2に対応する目標吸気温度Tm2を選定する。目標吸気温度Tm2は、それまでの吸気温度Tm1よりも高温であるので、コントローラ45は、図2に示す加熱装置35によって、混合気が目標吸気温度Tm2に達するように加熱する。このような制御を行うことによって、目標トルクT2に対応した適切な温度Tm2に混合気が調整されるようになっている。
With reference to FIG. 4, the basic control of this embodiment is demonstrated. For example, it is assumed that the
上記と逆の場合、例えば、トルクT2、吸気温度Tm2で運転している状態から、目標トルクT1を与えた場合も、上記と同様の方法で、目標吸気温度マップから目標吸気温度Tm1を選定し、吸気温度の調整を行う。この場合、加熱装置の温度を低下することによって、吸気温度をTm2からTm1に下げるようになっている。 In the opposite case, for example, when the target torque T1 is applied from the state where the engine is operating at the torque T2 and the intake air temperature Tm2, the target intake air temperature Tm1 is selected from the target intake air temperature map in the same manner as described above. Adjust the intake air temperature. In this case, the intake air temperature is lowered from Tm2 to Tm1 by lowering the temperature of the heating device.
図5は、本実施形態の制御ロジック図である。この制御ロジック図を用いて上述の基本制御を説明すると、まず、エンジンコントローラ45には、目標トルクが与えられ、該目標トルクは、リミッタ82(詳細については後述する)を経て実トルクと比較され、PID制御83により燃料制御弁32の開度指令値が求められる。そして、燃料制御弁32は、この開度指令値に基づいてコントローラ45により制御され、これによって目標トルクが達成されるようになっている。なお、実トルクは、トルクセンサ51(図1)によって検出される。
FIG. 5 is a control logic diagram of this embodiment. The basic control described above will be explained using this control logic diagram. First, a target torque is given to the
また、目標トルクが与えられると、目標吸気温度マップMAを参酌して目標吸気温度が選定され、該目標吸気温度に基づいて加熱装置35が制御されるようになっている。
When the target torque is given, the target intake air temperature is selected in consideration of the target intake air temperature map MA, and the
(応用制御1)
本実施形態では、上記基本制御を基礎として、より実際の運転に即した制御(応用制御)を行うようになっている。以下、この応用制御について説明する。
(Application control 1)
In the present embodiment, control (applied control) that is more suitable for actual driving is performed based on the basic control. Hereinafter, this applied control will be described.
図3に示したエンジン11の圧縮自着火運転が可能な領域Zは、例えば、外気の状態や燃料の状態、組成等の外部要因に起因して若干変動することがある。そのため、与えられた目標トルクから目標吸気温度マップMAを用いて一義的に得られた目標吸気温度では、適切な燃焼状態が得られない場合もある。そこで、本実施形態では、応用制御1として、以下のような制御を行っている。
The region Z in which the compression ignition operation of the
図5の制御ロジック図において、エンジンコントローラ45には、目標トルクや実トルクだけでなく、燃焼パラメータ及び燃焼パラメータ目標値が入力されるようになっている。燃焼パラメータは、シリンダ13内の燃焼状態をセンサによって検出し、その検出値を用いて算出される。具体的に、本実施形態では、燃焼状態として気筒内圧力センサ49(図1)で気筒内圧力を検出し、気筒内圧力の検出値から、他の燃焼状態である着火時期を燃焼パラメータとして算出するようになっている。
In the control logic diagram of FIG. 5, not only the target torque and the actual torque but also the combustion parameter and the combustion parameter target value are input to the
そして、この燃焼パラメータは、PID制御84によって燃焼パラメータ目標値と比較演算され、PID演算結果を目標吸気温度に与えることによって、燃焼パラメータを燃焼パラメータ目標値に一致させるように、目標吸気温度が補正されるようになっている。例えば、燃焼パラメータとしての着火時期が目標値よりも遅い場合には、目標吸気温度がより高く補正され、着火時期が目標値よりも早い場合には目標吸気温度がより低く補正される。
This combustion parameter is compared with the combustion parameter target value by the
すなわち、この応用制御1では、単に目標トルクから選定された目標吸気温度をそのまま適用するのではなく、実際の燃焼状態を加味することによって、目標吸気温度をフィードバック制御し、より適切な目標吸気温度で安定した運転を実現する。
That is, in this applied
(応用制御1の例外)
上記応用制御1は、気筒内圧力センサ49により気筒内圧力を検出して燃焼パラメータを求めるものであるが、この検出値は、例えば、エンジン11の始動直後やアイドリング時等のトルクが小さいときには、ノイズの割合が高くなり、正確に検出することが困難である。不正確な検出値を用いて燃焼パラメータを算出し、該燃焼パラメータによって目標吸気温度をフィードバック制御すると、かえって運転の安定性が阻害される可能性もある。
(Exceptions to Application Control 1)
In the
そこで、本実施形態では、目標トルクが所定以下の場合には、正確な燃焼パラメータが得られないものとして、目標吸気温度のフィードバック制御を行わずに上記基本制御のみを行うこととし、目標トルクが所定以上の場合に、目標吸気温度のフィードバック制御(応用制御1)を行うこととしている。 Therefore, in this embodiment, when the target torque is less than or equal to a predetermined value, it is assumed that an accurate combustion parameter cannot be obtained, and only the basic control is performed without performing feedback control of the target intake air temperature. When it is equal to or greater than the predetermined value, feedback control of the target intake air temperature (applied control 1) is performed.
具体的には、図5に示すように、燃焼パラメータと燃焼パラメータ目標値とのPID演算結果は、ON/OFFスイッチ85がオンのときのみ目標吸気温度に与えられるようになっている。したがって、ON/OFFスイッチ85は、目標トルクが所定以上のときはオンされ、所定以下のときはオフされるように制御されている。
Specifically, as shown in FIG. 5, the PID calculation result of the combustion parameter and the combustion parameter target value is given to the target intake air temperature only when the ON /
これにより、燃焼状態を正確に検出可能な領域でのみフィードバック制御を行うことになり、燃焼状態の検出結果を適切に制御出力に反映し、安定した運転を実現することができる。 As a result, feedback control is performed only in a region where the combustion state can be accurately detected, and the detection result of the combustion state is appropriately reflected in the control output, thereby realizing stable operation.
(応用制御2)
次に、上記基本制御を基礎とした第2の応用制御について説明する。
上述の基本制御では、エンジンコントローラ45に目標トルクが与えられると、即座にその目標トルクに応じた燃料供給を行うように燃料制御弁32が制御されるようになっている。その一方で、目標トルクから目標吸気温度マップMAを参酌して目標吸気温度が選定されても、その目標吸気温度が現実の吸気温度から大きく離れている場合には、混合気が目標吸気温度に達するまでにタイムラグが生じる。このタイムラグの間、吸気温度は、目標トルクに対応できず、図3に示す運転可能領域Zから外れる可能性がある。
(Application control 2)
Next, the second applied control based on the basic control will be described.
In the basic control described above, when a target torque is applied to the
例えば、図6に示すように、エンジン11が、トルクT3及び吸気温度Tm3で運転している状態で目標トルクT4が与えられた場合、上記基本制御に基づけば目標吸気温度マップMAを参酌して目標吸気温度Tm4が選定される。そして、エンジンコントローラ45は、目標トルクT4に応じた燃料を供給するように燃料制御弁32を制御し、混合気が目標吸気温度Tm4になるように加熱装置35を制御する。しかし、加熱装置35が混合気を加熱するには時間がかかるため、(瞬間的ではあるが)トルクT4と吸気温度Tm3とが対応する状態になる。この場合、トルクT4と吸気温度Tm3とが対応する点Xは、目標吸気温度マップMAから上方(ノッキング側)に大きく離れてしまう。
For example, as shown in FIG. 6, when the target torque T4 is given while the
応用制御2は、このような不都合を解消するため、与えられた目標トルクが実際の吸気温度との関係で運転可能領域Zから外れる場合には、目標トルクを実際の吸気温度に対応するように補正して運転領域Z内に入るようにすることによって、目標トルクの大きな変動を抑制し、安定した運転を行えるようにしている。 In order to eliminate such inconvenience, the application control 2 is configured so that the target torque corresponds to the actual intake air temperature when the given target torque deviates from the operable range Z in relation to the actual intake air temperature. By correcting and entering the operation region Z, large fluctuations in the target torque are suppressed and stable operation can be performed.
この応用制御2について具体的に説明する。
エンジンコントローラ45のメモリには、図6に示すように、上記目標吸気温度マップMAと同様に、許容最大目標トルクマップMBと、許容最小目標トルクマップMCとが記憶されている。許容最大目標トルクマップMBは、エンジンコントローラ45に与えられた目標トルクを、現実の吸気温度を考慮して、許容可能な最大の目標トルクに制限するものである。同様に、許容最小目標トルクマップMCは、現実の吸気温度を考慮して、許容可能な最小の目標トルクに制限するものである。
The application control 2 will be specifically described.
As shown in FIG. 6, the memory of the
図6に示すように、トルクT3及び吸気温度Tm3の運転状態で目標トルクT4が与えられた場合について、応用制御2を適用すると以下のようになる。まず、目標トルクT4を与えると、目標吸気温度マップMAを参酌して目標吸気温度Tm4が選定される。そして、加熱装置35(図1)は、混合気を目標吸気温度Tm4にするように制御される。一方、吸気温度センサ48(図1)によって検出される実際の吸気温度は、即座にTm4にはならず、特に、目標トルクT4が与えられた直後は略Tm3である。そのため、目標トルクT4は、吸気温度がTm3のときに許容可能な最大の目標トルク、すなわち、許容最大目標トルクマップMB上で吸気温度Tm3とB点で交わる目標トルクT5に補正される。そして、コントローラ45は、目標トルクT5に応じた制御を燃料制御弁32に与える。
As shown in FIG. 6, when the application control 2 is applied in the case where the target torque T4 is applied in the operation state of the torque T3 and the intake air temperature Tm3, the following is obtained. First, when the target torque T4 is given, the target intake air temperature Tm4 is selected in consideration of the target intake air temperature map MA. Then, the heating device 35 (FIG. 1) is controlled so that the air-fuel mixture reaches the target intake air temperature Tm4. On the other hand, the actual intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 48 (FIG. 1) does not immediately become Tm4, but is approximately Tm3 immediately after the target torque T4 is given. Therefore, the target torque T4 is corrected to the maximum target torque allowable when the intake air temperature is Tm3, that is, the target torque T5 that intersects with the intake air temperature Tm3 at the point B on the allowable maximum target torque map MB. Then, the
目標吸気温度はTm4であるので、実際の吸気温度は、Tm3からTm6、Tm7へと次第に下がっていく。一方、吸気温度の低下に伴って、目標トルクは許容最大目標トルクマップMBに沿って徐々にT6、T4と上昇する(点C、点D)。目標トルクがT4になると、所期の目標トルクが達成されることになるので、これ以上補正されることなく一定となり、後は、吸気温度がTm4まで低下することによって、トルクT4と吸気温度Tm4とが目標吸気温度マップMA上の点Eで対応する。したがって、安定した運転を維持したまま目標トルクが達成される。 Since the target intake air temperature is Tm4, the actual intake air temperature gradually decreases from Tm3 to Tm6 and Tm7. On the other hand, as the intake air temperature decreases, the target torque gradually increases to T6 and T4 along the allowable maximum target torque map MB (points C and D). When the target torque reaches T4, the desired target torque is achieved, so that it is constant without further correction, and thereafter, the intake air temperature decreases to Tm4, whereby the torque T4 and the intake air temperature Tm4. Corresponds to the point E on the target intake air temperature map MA. Therefore, the target torque is achieved while maintaining stable operation.
次に、許容最小目標トルクマップMCを用いた目標トルクの補正を、図7を参照して説明する。
例えば、トルクT3’及び吸気温度Tm3’の状態でエンジン11を運転している場合に、目標トルクとしてT4’を与えた場合、目標吸気温度マップMAを参酌して、目標吸気温度Tm4’が選定される。一方、目標トルクT4’を与えた直後、吸気温度は略T3’であり、トルクT4’と吸気温度T3’で運転を行うと、点X’での運転となって、目標吸気温度マップMAよりも下方(失火側)に大きく離れる。したがって、目標トルクは、即座にT4’になるのではなく、許容最小目標トルクマップMCを参酌して、実際の吸気温度Tm3’に対応するT5’に設定される。
Next, correction of the target torque using the allowable minimum target torque map MC will be described with reference to FIG.
For example, when the
吸気温度は、Tm3’からTm6’,Tm’7へと次第に上昇し、それに応じて、目標トルクは、許容最小目標トルクマップMCに沿って徐々にT6’,T4’と下降する。したがって、目標トルクと吸気温度とが対応する点は、点A’から点B’、点C’、点D’と推移する。目標トルクはT4’になると一定となり、吸気温度がTm4’にまで低下することによって、トルクT4’と吸気温度Tm4’とが目標吸気温度マップMA上の点E’で対応する。 The intake air temperature gradually increases from Tm3 'to Tm6', Tm'7, and accordingly, the target torque gradually decreases to T6 ', T4' along the allowable minimum target torque map MC. Therefore, the point where the target torque corresponds to the intake air temperature changes from point A ′ to point B ′, point C ′, and point D ′. The target torque becomes constant when T4 'is reached, and the intake air temperature decreases to Tm4', so that the torque T4 'and the intake air temperature Tm4' correspond to a point E 'on the target intake air temperature map MA.
以上のような目標トルクの補正(制御)は、図5の制御ロジック図において、リミッタ82として表されている。すなわち、リミッタ82には、目標トルクと吸気温度(実際には、燃焼パラメータ及び燃焼パラメータ目標値のPID演算結果を加味した吸気温度)が入力され、目標トルクが補正される。
The correction (control) of the target torque as described above is represented as a
リミッタ82をより詳細に示す図8から明らかなように、与えられた目標トルクは、吸気温度から許容最大目標トルクマップMBを参酌して得られる目標トルク(許容最大目標トルク)と比較され、与えられた目標トルクが許容最大目標トルクよりも大きい場合は、この許容最大目標トルクが補正目標トルクとして出力される。
As is apparent from FIG. 8 showing the
目標トルクが、許容最大目標トルクよりも小さい場合には、吸気温度から許容最小目標トルクマップMCを参酌して得られる目標トルク(許容最小目標トルク)と比較される。与えられた目標トルクが許容最小目標トルクよりも小さい場合、この許容最小目標トルクが補正目標トルクとして出力される。 When the target torque is smaller than the allowable maximum target torque, the target torque is compared with the target torque (allowable minimum target torque) obtained by referring to the allowable minimum target torque map MC from the intake air temperature. When the given target torque is smaller than the allowable minimum target torque, the allowable minimum target torque is output as a corrected target torque.
目標トルクが、許容最大目標トルクと許容最小目標トルクの間にあるとき、すなわち、例えば図6において、実際の吸気温度との関係で目標トルクが許容最大目標トルクマップMBと許容最小目標トルクマップMCとの間に配置されているときは、何ら補正されることなくそのまま出力される。 When the target torque is between the allowable maximum target torque and the allowable minimum target torque, that is, for example, in FIG. 6, the target torque is the allowable maximum target torque map MB and the allowable minimum target torque map MC in relation to the actual intake air temperature. Are output as they are without any correction.
(応用制御2の例外)
エンジン11が安定して定常運転を行っている場合には、与えられた目標トルクに対して上記応用制御2を行うことによって、安定した運転を継続することができる。しかし、エンジン11を始動したあと吸気温度が上昇していない状態で目標トルクを与えた場合、応用制御2を行うと次のような不都合が生じることがある。
(Exceptions to Application Control 2)
When the
例えば、図9に示すように、エンジン11を始動した後、吸気温度がまだ低温のTmAの状態にあり、この運転状態で、初めて目標トルクTiniを与えると、目標吸気温度マップMAに従って目標吸気温度TmBが選定される。
For example, as shown in FIG. 9, after the
そして、上記応用制御2を適用すると、目標トルクTiniは、実際の吸気温度TmAから許容最小目標トルクマップMCを参酌して選定された許容最小目標トルクTAに補正される。この許容最小目標トルクTAは、目標トルクTiniよりも大きく、始動後、最初に目標トルクが与えられるまでの実トルクと比べると急激に上昇することになる。このような急激なトルクの上昇は、エンジンに対して大きな負荷を与えると共に、運転を著しく不安定にする原因となる。 When the application control 2 is applied, the target torque Tini is corrected to the allowable minimum target torque TA selected in consideration of the allowable minimum target torque map MC from the actual intake air temperature TmA. This allowable minimum target torque TA is larger than the target torque Tini, and increases rapidly compared to the actual torque until the target torque is first applied after the start. Such a sudden increase in torque gives a large load to the engine and causes the operation to become extremely unstable.
そこで、本実施形態では、エンジン始動後に最初に目標トルクTiniを与える場合において、この目標トルクTiniに対応する目標吸気温度TmBが、実際の吸気温度TmAよりも大きい場合は、許容最小目標トルクマップMCを無視することとしている。 Therefore, in the present embodiment, when the target torque Tini is first given after the engine is started, if the target intake air temperature TmB corresponding to the target torque Tini is larger than the actual intake air temperature TmA, the allowable minimum target torque map MC Is going to be ignored.
この場合、目標トルクTiniと、実際の吸気温度TmAとが対応する点X”は、目標吸気温度マップMAから大きく離れるが、目標吸気温度がTmBに設定されることによって、混合気が加熱され昇温するので、次第に安定した運転に移行するようになっている。 In this case, the point X ″ at which the target torque Tini and the actual intake air temperature TmA correspond is far from the target intake air temperature map MA, but the air-fuel mixture is heated and raised by setting the target intake air temperature to TmB. Since it warms, it gradually shifts to stable operation.
〔加熱装置35に関する他の実施形態〕
次に、本発明に適用可能な加熱装置についての他の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、便宜上、加熱装置の設置箇所や設置構造等に応じて次の4つのグループに分け、各グループ毎に複数の実施形態を示している。
(グループ1)主吸気管27に1つの加熱装置を設ける構造
(グループ2)各気筒13に対応して加熱装置を設ける構造
(グループ3)主吸気管27及び/又は分岐吸気管29に複数の加熱装置を設ける構造
(グループ4)主吸気管27を2経路に分岐して一方の経路に加熱装置を設ける構造(第1実施形態の変形例)
[Other Embodiments Regarding the Heating Device 35]
Next, another embodiment of a heating device applicable to the present invention will be described. In addition, in the following description, for convenience, it divides into the following four groups according to the installation location, installation structure, etc. of a heating apparatus, and several embodiment is shown for every group.
(Group 1) Structure in which one heating device is provided in the main intake pipe 27 (Group 2) Structure in which a heating device is provided corresponding to each cylinder 13 (Group 3) A plurality of
(グループ1)主吸気管27に1つの加熱装置を設ける構造。
(1−1) 図10は、電熱ヒータ53により構成した加熱装置35を主吸気管27に設けた実施形態を示している。この実施形態の場合、実際の吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合には、電熱ヒータ53への通電を増やし、高い場合には電熱ヒータ53への通電を減らすことによって、吸気温度を調整することができる。
(Group 1) A structure in which one heating device is provided in the
(1-1) FIG. 10 shows an embodiment in which a
(1−2) 図11は、火炎バーナー54により構成した加熱装置35を主吸気管27に設けた実施形態を示している。燃料が直接火炎に触れて燃焼しないようにするため、加熱装置35には空気のみが流通され、燃料制御弁32は加熱装置35よりも下流側の分岐吸気管29に設けられている。
(1-2) FIG. 11 shows an embodiment in which a
この実施形態の場合、実際の吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合には、火炎バーナー54への燃料供給量を増やし、高い場合には火炎バーナー54への燃料供給量を減らすことによって、吸気温度を調整することができる。また、上記電熱ヒータ53と比べて、急速に吸気温度を上昇することができる。
In this embodiment, when the actual intake air temperature is lower than the target intake air temperature, the amount of fuel supplied to the
(1−3) 図12は、熱交換器40により構成した加熱装置35を主吸気管27に設けた実施形態を示している。熱交換器40には、熱交換媒体としてエンジン冷却水が供給されている。エンジン冷却水は、エンジン本体11Aから流路56Aを通って熱交換器40へ供給され、熱交換器40から流路56Bを通って図示しない冷却器に戻されるようになっている。また、流路56Aと流路56Bとの間には、バイパス流路56Cが設けられている。流路56A及びバイパス流路56Cには、それぞれエンジン冷却水の流量を調整する流量調整弁57A,57Cが設けられている。
(1-3) FIG. 12 shows an embodiment in which a
この実施形態の場合、実際の吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合には、流量調整弁57A,57Cを調整して熱交換器40へのエンジン冷却水の供給量を増やし、高い場合には、流量調整弁57A,57Cを調整して熱交換器40へのエンジン冷却水の供給量を減らす(又は0にする)ことによって、吸気温度を調整することができる。また、エンジン冷却水を熱交換媒体として用いているので、上記の電熱ヒータ53(図10)や火炎バーナー54(図11)と比較して、電力や燃料の消費がなく、後述するように排気ガスを熱交換媒体として用いる場合に比べて温度が安定しているという利点がある。
In this embodiment, when the actual intake air temperature is lower than the target intake air temperature, the flow
図29には、エンジン始動時(冷態運転時)における時間の経過に伴う冷却水温度の変化を示している。始動直後、冷却水温度は目標吸気温度よりも低く、ある時間T1を過ぎると冷却水温度は目標吸気温度よりも高くなる。本実施形態においては、冷却水温度が目標吸気温度よりも低いうちは、流量調整弁57C(図12)を開くとともに流量調整弁57Aを閉鎖して熱交換器40へのエンジン冷却水の供給を停止し、時間T1以降に流量調整弁57Cを閉じるとともに流量調整弁57Aを開いて熱交換器40へエンジン冷却水を供給することで、効率よく吸気温度を調整(上昇)できるようにしてある。
FIG. 29 shows the change in the coolant temperature with the passage of time at the time of engine start (during cold operation). Immediately after startup, the coolant temperature is lower than the target intake air temperature, and after a certain time T1, the coolant temperature becomes higher than the target intake air temperature. In the present embodiment, while the cooling water temperature is lower than the target intake air temperature, the flow
(1−4) 図13は、上記(1−3)と同様に、熱交換器58により構成した加熱装置35を主吸気管27に設けた実施形態を示している。熱交換媒体としては、エンジンの潤滑油が用いられている。エンジン潤滑油は、エンジン本体11Aから流路59Aを通って熱交換器35へ供給され、熱交換器35から流路59Bを通ってエンジン本体11Aに戻されるようになっている。流路59Aと流路59Bとの間には、バイパス流路59Cが設けられている。流路59Aとバイパス流路59Cには、それぞれエンジン潤滑油の流量を調整する流量調整弁60A,60Cが設けられている。
(1-4) FIG. 13 shows an embodiment in which the
この例の場合、実際の吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合には、流量調整弁60A,60Cを調整して熱交換器58へのエンジン潤滑油の供給量を増やし、高い場合には、流量調整弁60A,60Cを調整して熱交換器58へのエンジン潤滑油の供給量を減らすことによって、吸気温度を調整することができる。また、本実施形態の場合、熱交換媒体としてエンジン潤滑油を用いているので、上記の電熱ヒータ53(図10)や火炎バーナー54(図11)と比較して、電力や燃料の消費がなく、後述するように排気ガスを熱交換媒体として用いる場合に比べて温度が安定しているという利点がある。さらに、エンジン潤滑油はエンジン冷却水よりも高温であるので、熱交換器の容量を小さくすることができる。
In the case of this example, when the actual intake air temperature is lower than the target intake air temperature, the flow
図29には、エンジンの始動時(冷態運転時)における時間の経過に伴う潤滑油温度の変化を示している。始動直後、潤滑油温度は目標吸気温度よりも低く、ある時間T2を過ぎると潤滑油温度は目標吸気温度よりも高くなる。本実施形態においては、潤滑油温度が目標吸気温度よりも低いうちは、流量調整弁60C(図13)を開くとともに流量調整弁60Aを閉鎖して熱交換器40へのエンジン潤滑油の供給を停止し、時間T2以降に流量調整弁60Cを閉じるとともに流量調整弁60Aを開いて熱交換器40へ潤滑油を供給することで、効率よく吸気温度を調整(上昇)できるようにしてある。
FIG. 29 shows a change in the lubricating oil temperature with the passage of time at the time of engine start (during cold operation). Immediately after startup, the lubricating oil temperature is lower than the target intake air temperature, and after a certain time T2, the lubricating oil temperature becomes higher than the target intake air temperature. In the present embodiment, while the lubricating oil temperature is lower than the target intake air temperature, the
(1−5) 図14は、上記(1−3)と同様に、熱交換器62により構成した加熱装置35を主吸気管27に設けた実施形態を示している。熱交換媒体としては、エンジン11の排気ガスが用いられている。排気ガスは、エキゾーストマニホルド25から延びる排気管26から分岐する流路63Aを通って熱交換器62に供給され、流路63Bから外部に排出される。また、流路63Aと、流路63Aよりも下流側の排気管26とには、それぞれ流量調整弁64,65が設けられている。
(1-5) FIG. 14 shows an embodiment in which the
本実施形態の場合、実際の吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合には、流量調整弁64,65を調整して熱交換器62への排気ガスの供給量を増やし、高い場合には、流量調整弁64,65を調整して熱交換器62への排気ガスの供給量を減らすことによって、吸気温度を調整することができる。また、排気ガスを熱交換媒体として用いているので、上記電熱ヒータ53(図10)や火炎バーナー54(図11)のように電力や燃料の消費がなく、さらに、エンジン潤滑油やエンジン冷却水よりも高温であるので、吸気温度を速く上昇させることができる。
In the case of the present embodiment, when the actual intake air temperature is lower than the target intake air temperature, the flow
(グループ2)各気筒13に応じて加熱装置35を設ける構造
(2−1) 図15は、電熱ヒータ53によって構成した加熱装置35を各分岐吸気管29に設けた実施形態を示している。また、各電熱ヒータ53は、温度調節計67に接続され、温度調節計67は、吸気温度センサ48によって検出された吸気温度に基づいて電熱ヒータ53への通電を調整するようになっている。
(Group 2) Structure in which
本実施形態の場合、上記(1−1)の実施形態(図10)と同じ要領で吸気温度を目標吸気温度に調整することができ、また、上記(1−1)の実施形態と同様の効果を奏する。さらに、加熱装置35は、各分岐吸気管29に設けられるとともに、それぞれ吸気温度センサ48及び温度調節計67を介して制御されるようになっているので、各気筒毎に最適な吸気温度の調整を行うことができる。
In the case of the present embodiment, the intake air temperature can be adjusted to the target intake air temperature in the same manner as the above-described embodiment (1-1) (FIG. 10), and the same as the above-described embodiment (1-1). There is an effect. Further, the
なお、本実施形態において、各気筒13毎の温度調節計67を省略した形態とすることも可能である。
In the present embodiment, the
(2−2) 図16は、火炎バーナー54によって構成した加熱装置35を各分岐吸気管29に設けた実施形態を示している。また、燃料が直接火炎に触れて燃焼しないように、加熱装置35には空気のみが流通され、燃料制御弁32は加熱装置35よりも下流側の分岐吸気管29に設けられている。各火炎バーナー54は、それぞれ温度調節計67に接続され、温度調節計67は、吸気温度センサ48によって検出された吸気温度に基づいて火炎バーナー54への燃料供給量を調整するようになっている。
(2-2) FIG. 16 shows an embodiment in which a
本実施形態では、上記(1−2)の実施形態(図11)と同じ要領で吸気温度を目標吸気温度に調節することができ、また、上記(1−2)の実施形態と同様の効果を奏する。さらに、加熱装置35は、各分岐吸気管29に設けられるとともに、それぞれ吸気温度センサ48及び温度調節計67を介して制御されるようになっているので、各気筒毎に最適な吸気温度の調節を行うことができる。
In the present embodiment, the intake air temperature can be adjusted to the target intake air temperature in the same manner as the above-described embodiment (1-2) (FIG. 11), and the same effect as the above-described embodiment (1-2). Play. Further, the
なお、本実施形態において、各気筒13毎の温度調節計67を省略した形態とすることも可能である。
In the present embodiment, the
(2−3) 図17は、熱交換器40によって構成した加熱装置35を各分岐吸気管29に設けた実施形態を示している。熱交換器40には、熱交換媒体としてエンジン冷却水が供給されている。エンジン冷却水は、エンジン本体11Aから流路69Aを通って各熱交換器40へ供給され、熱交換器40から流路69Bを通って図示しない冷却器に戻されるようになっている。流路69Aは、途中で分岐吸気管29の数に対応して分岐されており、各分岐吸気管29から延びる流路69Bは、互いに1つに合流している。分岐した流路69Aには、それぞれエンジン冷却水の流量を調整する流量調整弁70が設けられている。流路69Aと流路69Bとの間には、バイパス流路69Cが設けられており、該バイパス流路69Cには、エンジン冷却水の流量を調整する流量調整弁57Cが設けられている。
(2-3) FIG. 17 shows an embodiment in which a
本実施形態では、上記(1−3)の実施形態(図12)と同じ要領で吸気温度を目標吸気温度に調節することができ、また、上記(1−3)の実施形態と同様の効果を奏する。さらに、加熱装置35が各分岐吸気管29に設けられるとともに、分岐した流路69Aにそれぞれ流量調整弁70が設けられているので、各気筒13毎に最適な吸気温度の調整を行うことができる。
In the present embodiment, the intake air temperature can be adjusted to the target intake air temperature in the same manner as the above-described embodiment (1-3) (FIG. 12), and the same effect as the above-described embodiment (1-3). Play. Furthermore, since the
なお、本実施形態において、分岐した各流路69Aの流量調整弁70を省略した形態とすることも可能である。
In the present embodiment, the flow
(2−4) 図18は、熱交換器58によって構成した加熱装置35を各分岐吸気管29に設けた実施形態を示している。熱交換器58には、熱交換媒体としてエンジン潤滑油が供給されている。エンジン潤滑油は、エンジン本体11Aから流路72Aを通って各熱交換器58へ供給され、熱交換器58から流路72Bを通ってエンジン本体11Aに戻されるようになっている。流路72Aは、途中で分岐吸気管29の数に対応して分岐されており、各分岐吸気管29から延びる各流路72Bは、互いに1つに合流している。分岐した各流路72Aには、それぞれエンジン潤滑油の流量を調整する流量調整弁73が設けられている。流路72Aと流路72Bとの間には、バイパス流路72Cが設けられており、該バイパス流路72Cには、エンジン潤滑油の流量を調整する流量調整弁60Cが設けられている。
(2-4) FIG. 18 shows an embodiment in which the
本実施形態の場合、上記(1−4)の実施形態(図13)と同じ要領で、吸気温度を目標吸気温度に調節することができ、また、上記(1−4)の実施形態と同様の効果を奏する。さらに、加熱装置35が各分岐吸気管29に設けられるとともに、分岐した各流路72Aにそれぞれ流量調整弁73が設けられているので、各気筒13毎に最適な吸気温度の調整を行うことができる。
In the case of the present embodiment, the intake air temperature can be adjusted to the target intake air temperature in the same manner as the above-described embodiment (1-4) (FIG. 13), and is the same as the above-described embodiment (1-4). The effect of. Further, since the
なお、本実施形態において、分岐した各流路72Aの流量調整弁73を省略した形態とすることも可能である。
In the present embodiment, the flow
(2−5) 図19に示す例は、熱交換器62によって構成した加熱装置35を各分岐吸気管29に設けた実施形態を示している。熱交換器62には、熱交換媒体としてエンジンの排気ガスが供給されている。排気ガスは、エキゾーストマニホルド25に接続された排気管26から分岐吸気管29の数に応じて分岐する複数の流路75Aを通って熱交換器62へ供給され、各熱交換器62から流路75Bを通って排出される。各流路75Bは、流路75Aよりも排気流れ方向の下流側で排気管26に接続されている。分岐した流路75Aには、それぞれ流量調整弁76が設けられ、流路75Aと流路75Bとの間の排気管26には、流量調整弁77が設けられている。
(2-5) The example shown in FIG. 19 shows an embodiment in which the
本実施形態の場合、上記(1−5)の実施形態と同じ要領で、吸気温度を目標吸気温度に調節することができ、また、上記(1−5)の実施形態と同様の効果を奏する。さらに、加熱装置35が各分岐吸気管29に設けられるとともに、分岐した各流路75Aにそれぞれ流量調整弁76が設けられているので、各気筒13毎に最適な吸気温度の調整を行うことができる。
In the case of the present embodiment, the intake air temperature can be adjusted to the target intake air temperature in the same manner as the above embodiment (1-5), and the same effect as the above embodiment (1-5) can be obtained. . Further, since the
なお、本実施形態において、分岐した各流路75Aの流量調整弁76を省略した形態とすることも可能である。
In the present embodiment, the flow
(2−6) 図20は、グロープラグ78によって構成した加熱装置35を各気筒13に応じてエンジン本体11A(シリンダヘッド15)に設けた実施形態を示している。この実施形態では、実際の吸気温度が目標吸気温度よりも低い場合には、グロープラグ78への通電量を増やし、高い場合にはグロープラグ78への通電量を減らすことによって、ピストン上死点付近の混合気温度を調整することができる。また、グロープラグ78は、各気筒13への熱伝達が速いので電熱ヒータ53を用いる場合に比べて小容量のものを用いることができる。
(2-6) FIG. 20 shows an embodiment in which the
(グループ3)主吸気管27及び/又は分岐吸気管29に複数の加熱装置を設ける構造
(3−1) 図21は、熱交換器40,58で構成した2つの加熱装置35を主吸気管27に設けた実施形態を示している。一方の熱交換器(第1熱交換器)40には、熱交換媒体としてエンジン冷却水(第1熱交換媒体)が供給され、他方の熱交換器(第2熱交換器)58にはエンジン潤滑油(第2熱交換媒体)が供給されている。すなわち、本実施形態は、上記(1−3)の実施形態(図12)と上記(1−4)の実施形態(図13)とを組み合わせたものとなっている。したがって、これら実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
(Group 3) Structure in which a plurality of heating devices are provided in the
本実施形態では、エンジンの始動時等の冷態運転時に、各流量調整弁57A,57C,60A,60Cが次のように制御されるようになっている。図29に示すように、エンジン冷却水とエンジン潤滑油との双方の温度が目標吸気温度よりも低い場合(範囲A)には、流量調整弁57A,60Aを閉鎖するとともに流量調整弁57C,60Cを開いて、熱交換器40,58への双方の供給を停止する。そして、冷却水温度のみが目標吸気温度を超える範囲Bでは、冷却水の流量調整弁57Aを開くとともに流量調整弁57Cを閉じて熱交換器40へ冷却水を供給し、潤滑油の流量調整弁60Aは閉じたままとし、流量調整弁60Cは開いたままとする。
In the present embodiment, the flow
冷却水、潤滑油双方が目標吸気温度よりも高く、且つ、冷却水が潤滑油よりも高温の範囲Cでは、低温である潤滑油の流量調整弁60Aを全開にし、流量調整弁60Cを全閉にし、高温である冷却水の流量調整弁57A,57Cを目標吸気温度に応じて調整する。すなわち、低温である潤滑油を最大に供給して吸気温度をあるレベルまでに上昇させ、更に必要な温度上昇を高温の冷却水によって補うようになっている。
In the range C where both the cooling water and the lubricating oil are higher than the target intake air temperature and the cooling water is higher than the lubricating oil, the low-temperature lubricating oil flow
潤滑油は、ある時点T3で冷却水よりも高温となり、この時点T3以降の範囲Dでは、上記とは逆に、低温である冷却水の流量調整弁57Aを全開にし、流量調整弁57Cを全閉にし、高温である潤滑油の流量調整弁60A,60Cを目標吸気温度に応じて調整するようになっている。
The lubricating oil becomes hotter than the cooling water at a certain time T3, and in the range D after this time T3, contrary to the above, the
このような流量調整弁57A,57C,60A,60Cの制御を行うことによって、各熱交換媒体の温度差を有効に利用して、より効率よく吸気温度を調整(上昇)することができる。
By controlling the flow
(3−2) 図22は、熱交換器で構成した加熱装置35を、主吸気管27と各分岐吸気管29とに設けた実施形態を示している。主吸気管27に設けた熱交換器(第1熱交換器)40には、熱交換媒体としてエンジン冷却水(第1熱交換媒体)が供給され、各分岐吸気管29に設けた各熱交換器(第2熱交換器)58にはエンジン潤滑油(第2熱交換媒体)が供給されている。すなわち、本実施形態は、上記(1−3)の実施形態(図13)と上記(2−4)の実施形態(図18)とを組み合わせたものとなっている。したがって、これら実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
(3-2) FIG. 22 shows an embodiment in which the
また、本実施形態の場合も、各流量制御弁57A,57C,60C,73は、エンジンの始動時等に上記(3−1)の実施形態と同様に制御されるようになっている。
Also in the present embodiment, the respective
(3−3) 図23は、熱交換器58,40で構成した加熱装置35を主吸気管27と各分岐吸気管29とに設けた実施形態を示している。主吸気管27に設けた熱交換器58には、熱交換媒体としてエンジン潤滑油が供給され、各分岐吸気管29に設けた熱交換器40にはエンジン冷却水が供給されている。すなわち、本実施形態は、上記(1−4)の実施形態(図13)と上記(2−3)の実施形態(図17)とを組み合わせたものとなっている。したがって、これら実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
(3-3) FIG. 23 shows an embodiment in which the
また、本実施形態の場合も、流量制御弁57C,70,60A,60Cは、エンジンの始動時等に上記(3−1)の実施形態と同様に制御されるようになっている。
Also in the present embodiment, the
(3−4) 図24は、熱交換器40,58で構成した2種類の加熱装置35を、それぞれ各分岐吸気管29に設けた実施形態を示している。一方の熱交換器40には、熱交換媒体としてエンジン冷却水が供給され、他方の熱交換器58にはエンジン潤滑油が供給されている。すなわち、本実施形態は、上記(2−3)の実施形態(図17)と上記(2−4)の実施形態(図18)とを組み合わせたものとなっている。したがって、これら実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
(3-4) FIG. 24 shows an embodiment in which two types of
また、本実施形態の場合も、流量制御弁57C,70,60C,73は、エンジンの始動時に上記(3−1)の実施形態と同様に制御されるようになっている。
Also in the case of this embodiment, the
上記(グループ3)で説明した各実施形態は、エンジン冷却水を熱交換媒体とする熱交換器と、エンジン潤滑油を熱交換媒体とする熱交換器と組み合わせているが、排気ガスを熱交換媒体とする熱交換器と、エンジン冷却水又はエンジン潤滑油を熱交換媒体とする熱交換器とを組み合わせることもできる。また、複数の加熱装置35として、電熱ヒータ、火炎バーナー、グロープラグ、熱交換器のうち、同じ種類のもの、又は、2種類以上のものを組み合わせて構成することもできる。
Each of the embodiments described in the above (Group 3) combines a heat exchanger that uses engine coolant as a heat exchange medium and a heat exchanger that uses engine lubricant as a heat exchange medium. It is also possible to combine a heat exchanger that is a medium and a heat exchanger that uses engine cooling water or engine lubricating oil as a heat exchange medium. In addition, the plurality of
(グループ4)主吸気管27を2経路に分岐して一方の経路に加熱装置を設ける構造(第1実施形態の変形例)。
(Group 4) A structure in which the
(4−1) 図25は、第1実施形態と同様に、主吸気管27を2経路38,39に分岐し、一方の経路38に加熱装置35を設け、双方の経路38,39に調量弁43,44を設けた実施形態を示している。本実施形態では、加熱装置35として電熱ヒータ53が用いられている。したがって、電熱ヒータ53が用いられていることを除いて第1実施形態と同様の作用効果を奏し、さらに、上記(1−1)の実施形態(図10)で説明したような、電熱ヒータ53を用いることによって得られる作用効果を奏する。
(4-1) In FIG. 25, as in the first embodiment, the
(4−2) 図26は、第1実施形態と同様に、主吸気管27を2経路38,39に分岐し、一方の経路38に加熱装置35を設け、双方の経路38,39に調量弁43,44を設けた実施形態を示している。本実施形態では、加熱装置35として火炎バーナー54が用いられている。したがって、火炎バーナー54が用いられていることを除いて第1実施形態と同様の作用効果を奏し、さらに、上記(1−2)の実施形態(図11)で説明したような、火炎バーナー54を用いることによって得られる作用効果を奏する。
(4-2) In FIG. 26, as in the first embodiment, the
(4−3) 図27は、第1実施形態と同様に、主吸気管27を2経路38,39に分岐し、一方の経路38に加熱装置35としての熱交換器58を設け、双方の経路38,39に調量弁43,44を設けた実施形態を示している。本実施形態では、熱交換媒体としてエンジン潤滑油が用いられている。したがって、エンジン潤滑油が用いられていることを除いて第1実施形態と同様の作用効果を奏し、さらに、上記(1−4)の実施形態(図13)で説明したような、エンジン潤滑油を用いることによって得られる作用効果を奏する。
(4-3) In FIG. 27, as in the first embodiment, the
(4−4) 図28は、第1実施形態と同様に、主吸気管27を2経路38,39に分岐し、一方の経路38に加熱装置35としての熱交換器62を設け、双方の経路38,39に調量弁43,44を設けたものである。熱交換器62には、直接排気管26が接続されている。本実施形態では、熱交換媒体として排気ガスが用いられている。したがって、排気ガスが用いられていることを除いて第1実施形態と同様の作用効果を奏し、更に、上記(1−5)の実施形態(図14)で説明したような、排気ガスを用いることによって得られる作用効果を奏する。
(4-4) FIG. 28 is similar to the first embodiment. The
〔その他の実施形態〕
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように適宜設計変更可能である。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified as follows, for example.
(1)本発明の予混合圧縮自着火式エンジンは、少なくとも定常運転の際に予混合圧縮自着火運転を行うものであればよく、点火装置37の有無や、点火装置37を用いるかどうかによって何ら制限されるものではない。
(1) The premixed compression self-ignition engine of the present invention may be any engine that performs at least a premixed compression self-ignition operation during steady operation, and depends on whether or not the
(2)本発明は、予混合圧縮自着火式エンジンだけでなく、通常の火花点火式エンジンにも適用することができる。 (2) The present invention can be applied not only to a premixed compression self-ignition engine but also to a normal spark ignition engine.
(3)上記実施形態では、燃焼パラメータとして、検出した気筒内圧力から着火時期を算出しているが、他の燃焼状態、例えば、ノッキング強度、失火率、燃焼質量割合等を採用することができる。 (3) In the above embodiment, the ignition timing is calculated from the detected in-cylinder pressure as the combustion parameter, but other combustion states, for example, knocking strength, misfire rate, combustion mass ratio, etc. can be adopted. .
(4)上記実施形態では、4気筒の予混合圧縮自着火式エンジンを例示しているが、気筒数は適宜変更可能である。 (4) In the above embodiment, a four-cylinder premixed compression self-ignition engine is illustrated, but the number of cylinders can be changed as appropriate.
(5)本発明の予混合圧縮自着火式エンジンは、上記基本制御を中心にして、応用制御1及び応用制御2の双方を行うものであってもよいし、一方のみを行うものであってもよい。
(5) The premixed compression self-ignition engine of the present invention may perform both the
35 加熱装置
13 シリンダ(気筒)
24 吸気管
27 主吸気管
29 分岐吸気管
40 熱交換器(エンジン冷却水用)
53 電熱ヒータ
54 火炎バーナー
57 流量調整弁
58 熱交換器(エンジン潤滑油用)
60 流量調整弁
62 熱交換器(排気ガス用)
35
24
53
60
Claims (5)
前記燃焼室への吸気を加熱する加熱装置を備えており、
前記加熱装置が、第1熱交換媒体を用いる第1熱交換器と、前記第1熱交換媒体とは異なった第2熱交換媒体を用いる第2熱交換器と、から構成されており、
前記各熱交換器への各熱交換媒体の供給流量を調整する流量調整弁がそれぞれ設けられており、
吸気温度を所定の目標値に設定するように、及び/又は、前記燃焼室内の燃焼状態を示す燃焼パラメータを所定の目標値に設定するように、吸気温度を前記加熱装置によって調整するようにしてあることを特徴とするエンジン。 A premixed compression self-ignition engine that burns by compressing and igniting an air-fuel mixture premixed with fuel and air in a combustion chamber in a cylinder at least in steady operation;
A heating device for heating the intake air to the combustion chamber;
The heating device includes a first heat exchanger that uses a first heat exchange medium, and a second heat exchanger that uses a second heat exchange medium different from the first heat exchange medium,
A flow rate adjusting valve for adjusting a supply flow rate of each heat exchange medium to each heat exchanger is provided,
The intake air temperature is adjusted by the heating device so as to set the intake air temperature to a predetermined target value and / or to set a combustion parameter indicating the combustion state in the combustion chamber to a predetermined target value. An engine characterized by being.
さらに、第1,第2熱交換媒体の双方が前記目標値よりも高くなった場合には、第1,第2熱交換媒体のうち、温度が低い方の熱交換媒体の流量を調整する流量調整弁が全開に制御され、温度が高い方の熱交換媒体の流量を調整する流量調整弁が、前記目標値に応じて流量調整を行うように制御されることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに記載のエンジン。 During the cold operation of the engine, the flow rate adjusting valves are controlled so that the supply of the heat exchange medium is started after the temperature of the heat exchange medium becomes higher than the target value of the intake air temperature. And
Further, when both of the first and second heat exchange media are higher than the target value, the flow rate for adjusting the flow rate of the heat exchange medium having the lower temperature among the first and second heat exchange media. The control valve is controlled to be fully opened, and the flow control valve that adjusts the flow rate of the heat exchange medium having a higher temperature is controlled to adjust the flow rate according to the target value. The engine as described in any one of thru | or 4.
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