JP2010159683A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の重量や外形寸法に対する最大出力つまり比出力を高く得るようにした内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine capable of obtaining a high maximum output, that is, a specific output with respect to the weight and external dimensions of the internal combustion engine.
内燃機関の大型化や重量増加を抑制しつつ最大出力を向上するために、従来から、過給技術や可変圧縮比機構が知られており、例えば特許文献1には、過給機と可変圧縮比機構と可変バルブタイミング機構とを組み合わせた火花点火式内燃機関が開示されている。このものでは、高負荷域では、過給を行いつつ可変圧縮比機構による圧縮比を低くし、さらに可変バルブタイミング機構により有効圧縮比を低下させて、ノッキングの防止を図っている。
周知のように、内燃機関のトルクはシリンダ内に供給された燃料量に相関し、つまり、シリンダ内にどれだけの新気を入れることができるか、によって最大出力が左右される。従って、限られた大きさや重量の中で高い最大出力を得るには、過給圧をより高く与える必要があるが、上記の特許文献1のように、高負荷域で圧縮比を低下させてノッキングを抑制するようにしたとしても、過給圧を高く設定すると、燃焼圧が過大となり、いずれはノッキングが生じるため、出力向上には限界がある。またノッキング回避のために圧縮比を低下させることに伴い、効率が悪化し、燃費の悪化を招来する。
As is well known, the torque of the internal combustion engine correlates with the amount of fuel supplied into the cylinder, that is, the maximum output depends on how much fresh air can be introduced into the cylinder. Therefore, in order to obtain a high maximum output in a limited size and weight, it is necessary to apply a higher boost pressure. However, as in
そこで、この発明は、定圧燃焼サイクルを利用するとともに、高い過給圧と可変圧縮比機構とを組み合わせることによって、シリンダ内により多くの燃料ならびに新気を供給できるようにし、比出力の向上を図ったものである。すなわち、この発明に係る内燃機関は、過給機と、内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、負荷に応じた量の燃料をシリンダ内に噴射供給する燃料噴射装置と、点火装置と、を備え、予混合気の火花点火により定容燃焼サイクルに近似した燃焼を実現する火花点火燃焼モードと、熱発生率の制御により定圧燃焼サイクルに近似した燃焼を実現する定圧燃焼モードと、の切換が可能となっている。 Therefore, the present invention utilizes a constant pressure combustion cycle and combines a high supercharging pressure and a variable compression ratio mechanism to supply more fuel and fresh air into the cylinder, thereby improving the specific output. It is a thing. That is, an internal combustion engine according to the present invention includes a supercharger, a variable compression ratio mechanism that changes a mechanical compression ratio of the internal combustion engine, a fuel injection device that injects fuel in an amount corresponding to a load into a cylinder, A spark ignition combustion mode that realizes combustion approximated to a constant volume combustion cycle by spark ignition of a premixed gas, and a constant pressure combustion mode that realizes combustion approximated to a constant pressure combustion cycle by controlling the heat generation rate And can be switched.
そして、相対的に負荷が小さな第1の運転領域内では、上記火花点火燃焼モードとし、かつ負荷が高いほど上記可変圧縮比機構による圧縮比を低く設定し、また、相対的に負荷が大きな第2の運転領域内では、上記定圧燃焼モードとするとともに、上記可変圧縮比機構による圧縮比を高く設定することを特徴としている。 In the first operation region where the load is relatively small, the spark ignition combustion mode is set, and the compression ratio by the variable compression ratio mechanism is set to be lower as the load is higher. In the second operation region, the constant pressure combustion mode is set, and the compression ratio by the variable compression ratio mechanism is set high.
定圧燃焼モードでは、例えば上死点付近で熱発生を開始させ、かつ容積変化率に比例して発熱量が増大するように燃料供給を制御することで、定圧燃焼サイクルに近似した燃焼を実現でき、これにより、高過給でかつ多量の燃料を供給した状態でも、定容燃焼サイクルに比較して最大燃焼圧を低く抑制できる。そして、定圧燃焼サイクルでは、燃焼時間が長くなることから時間損失が増加するが、同時に圧縮比を高く設定することで、燃焼の長期化による効率低下が補われる。また相対的に負荷が小さな第1の運転領域内では、一般的な予混合火花点火内燃機関と同様の火花点火燃焼モードとなるため、いわゆるMBT点付近での点火により、高い効率が得られる。 In the constant pressure combustion mode, for example, by starting the generation of heat near top dead center and controlling the fuel supply so that the calorific value increases in proportion to the volume change rate, combustion approximating the constant pressure combustion cycle can be realized. As a result, even in a state where a large amount of fuel is supplied with high supercharging, the maximum combustion pressure can be suppressed lower than in the constant volume combustion cycle. In the constant pressure combustion cycle, the time loss increases because the combustion time becomes long, but at the same time, the efficiency reduction due to the prolonged combustion is compensated by setting the compression ratio high. Further, in the first operating region where the load is relatively small, the spark ignition combustion mode is the same as that of a general premixed spark ignition internal combustion engine, so that high efficiency can be obtained by ignition near the so-called MBT point.
第1の運転領域と第2の運転領域との境界は、例えば、火花点火燃焼モードにおいてMBT点での点火が可能な限界、つまりこれ以上負荷が高いとノッキング抑制のためにMBT点よりも点火時期を遅角する必要がある負荷の限界、に対応したものとなる。 The boundary between the first operation region and the second operation region is, for example, the limit at which ignition can be performed at the MBT point in the spark ignition combustion mode, that is, if the load is higher than this, the ignition is performed more than the MBT point to suppress knock This corresponds to the load limit that needs to be retarded.
なお、本発明においては、理論的に完全な定圧燃焼サイクルおよび定容燃焼サイクルを実現することを意味しているのではなく、2つの燃焼モードの対比として、一方が相対的に定圧燃焼サイクルに近く、他方が相対的に定容燃焼サイクルに近いものであれば足りる。 In the present invention, it does not mean that the theoretically complete constant pressure combustion cycle and constant volume combustion cycle are realized, but as a comparison between the two combustion modes, one of them is a relatively constant pressure combustion cycle. It is sufficient if the other is close and the other is relatively close to the constant volume combustion cycle.
この発明によれば、全負荷付近の負荷が高い領域でノッキングを回避しつつより多くの燃料をシリンダ内で燃焼させることが可能となり、内燃機関の比出力を向上させることができる。また点火時期の遅角や圧縮比の低下のよる効率低下がなく、高い効率を維持することができる。 According to the present invention, more fuel can be burned in the cylinder while avoiding knocking in a region where the load near the full load is high, and the specific output of the internal combustion engine can be improved. In addition, there is no reduction in efficiency due to the retard of the ignition timing or a reduction in the compression ratio, and high efficiency can be maintained.
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に概略を示すように、この発明が適用される内燃機関1は、排気通路4と吸気通路3との間に、過給機としてターボ過給機2を備えており、過給圧センサ5が検出した過給圧に基づいてエンジンコントロールユニット6が排気バイパス弁7の開度を調整することで、過給圧が所望の目標過給圧に制御されるようになっている。
As schematically shown in FIG. 1, an
図2は、内燃機関1のシステム構成を示しており、冠面に凹部22aを備えたピストン22がシリンダ21に摺動可能に嵌合しており、このピストン22によって画成される燃焼室23に吸気ポート24および排気ポート25が接続されているとともに、燃焼室23頂部に、燃料噴射弁26および点火栓27が配置されている。上記吸気ポート24および排気ポート25は、それぞれ排気弁28,吸気弁29によって開閉される。上記燃料噴射弁26には、燃圧制御装置30を介して高圧の燃料が供給され、かつコントロールユニット6からの制御信号に基づいて後述するように燃料噴射が行われる。燃料噴射弁26に供給される燃料の圧力つまり燃圧は、燃圧センサ31によって検出され、これに基づいてフィードバック制御されている。
FIG. 2 shows a system configuration of the
内燃機関1全体の制御を行うコントロールユニット6は、上記のセンサ類等が接続されているほか、吸入空気量を検出するエアフロメータ32、運転者によって操作されるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ33、クランク角センサ34、冷却水温センサ35、等の公知のセンサ類の信号が入力されている。
The
また、この内燃機関1は、公知の複リンク式の可変圧縮比機構36を備えており、クランクシャフトに対するピストン22の位置を上下に変位させることで、圧縮比を可変制御できるようになっている。この可変圧縮比機構36は、特開2005−147068号公報や特開2002−61501号公報等に記載されている形式のものであり、またピストン22としては、前者の公報に開示されているように、ピンボス部を短くして、その両側をカウンタウェイトが通過するようにし、機関のロングストローク化を図ることが望ましい。
The
なお、本発明において、可変圧縮比機構36としては、上記の形式のものに必ずしも限定されず、種々の形式のものを利用可能である。
In the present invention, the variable
定圧燃焼サイクルを実現するためには、図3(a)に示すような熱発生の特性とすればよい。また、図3(b)は、(a)に対応した筒内圧変化を示す。なお、これらはシミュレーションの数値計算によるものである。定圧燃焼サイクルでは、概ね上死点から熱発生を開始し、燃焼後期に向けて熱発生量を増大させる。そして、燃焼後期に最大の熱発生量を得て、燃焼は筒内全域で同時に完了する。熱発生量を燃焼過程の後期に向けて徐々に増大させるが、結果として得られる熱発生のパターンは、燃焼室23の容積変化と概ね比例関係となる。なお、いわゆるピストンオフセット等によるピストンモーションの違いに対応するためには、燃焼室の実際の容積変化率に対応して熱発生パターンを決定すればよい。
In order to realize the constant pressure combustion cycle, the heat generation characteristics as shown in FIG. FIG. 3B shows the in-cylinder pressure change corresponding to FIG. Note that these are based on numerical calculation of simulation. In the constant pressure combustion cycle, heat generation is started generally from the top dead center, and the heat generation amount is increased toward the later stage of combustion. Then, the maximum amount of heat generation is obtained in the later stage of combustion, and combustion is completed simultaneously throughout the cylinder. Although the amount of heat generation is gradually increased toward the latter stage of the combustion process, the resulting heat generation pattern is generally proportional to the volume change of the
定圧燃焼サイクルにおいては、燃焼室での圧縮端の圧力を略一定に保持するために、熱発生パターンと熱発生期間とを適切に制御する必要がある。また、定圧燃焼サイクルでは、上死点付近で着火燃焼が開始するが、自着火を抑制もしくは制御するために、いわゆる「噴霧燃焼」(特開2007−285244号公報、特開2008−121429号公報等参照)の形態での燃焼が行われる。そのため、燃料噴射弁26の噴射率は、図4に示すように、熱発生後期に向け徐々に大となるように制御される。
In the constant pressure combustion cycle, it is necessary to appropriately control the heat generation pattern and the heat generation period in order to keep the pressure at the compression end in the combustion chamber substantially constant. In the constant pressure combustion cycle, ignition combustion starts near the top dead center. In order to suppress or control self-ignition, so-called “spray combustion” (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-285244, Japanese Patent Laid-Open No. 2008-121429). Etc.) is performed. Therefore, the injection rate of the
図5(a)〜(c)は、このような定圧燃焼サイクルに適した燃料噴射弁26の一例を示しており、ニードル41によって先端の噴孔42が開閉されるとともに、ニードル41の先端にガイド部43が設けられており、低リフト時には、図(b)のようにガイド部43に案内されて広い円錐角でもって噴霧が噴射され、高リフト時には、図(c)のように、噴霧が直進して相対的に狭い円錐角でもって噴射される構成となっている。つまり、図6(a)から同図(b)に変化するような形態の噴射が可能である。このように噴射方向と噴射率を変化させることにより、筒内の空気利用率の向上が可能となり、理論空燃比での燃焼が可能となる。
FIGS. 5A to 5C show an example of the
図7は、燃焼モードと圧縮比との関係を示した特性図である。図示するように、相対的に負荷が小さな第1の運転領域内では、火花点火燃焼モード(図には「SI」と略記する)となり、全負荷付近の相対的に負荷が大きな第2の運転領域内では、定圧燃焼モードとなる。なお、運転領域のほぼ全域でターボ過給機2による過給が行われる。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the combustion mode and the compression ratio. As shown in the figure, in the first operation region where the load is relatively small, the spark ignition combustion mode (abbreviated as “SI” in the drawing) is performed, and the second operation where the load is relatively large near the full load. Within the region, the constant pressure combustion mode is set. Note that supercharging by the
火花点火燃焼モードは、一般的な予混合火花点火内燃機関と同じ定容燃焼サイクルに近似した燃焼を行うものであり、例えば吸気行程中に筒内に燃料を噴射して予混合気を形成し、かつMBT点においてこの予混合気に点火を行う。この定容燃焼サイクルでは、負荷が高いほどノッキングが生じやすいため、負荷が高いほど可変圧縮比機構36による目標圧縮比が低く設定される。なお、低速低負荷側の領域では高い目標圧縮比となり、図では高低2段階に目標圧縮比が示されているが、実際には、負荷に応じて連続的に目標圧縮比が変化する。
The spark ignition combustion mode performs combustion similar to a constant volume combustion cycle similar to that of a general premixed spark ignition internal combustion engine.For example, fuel is injected into a cylinder during an intake stroke to form a premixed gas. The premixed gas is ignited at the MBT point. In this constant volume combustion cycle, the higher the load, the more likely knocking occurs. Therefore, the higher the load, the lower the target compression ratio by the variable
また、同じくノッキングを回避するために、第1の運転領域の高負荷側では、点火時期がMBT点よりも遅角側に制御される。図示した火花点火燃焼モードと定圧燃焼モードとの境界Lは、火花点火燃焼モードにおいてMBT点での点火が可能な限界、つまりこれ以上負荷が高いとノッキング抑制のためにMBT点よりも点火時期を遅角する必要がある負荷の限界、に実質的に対応している。 Similarly, in order to avoid knocking, the ignition timing is controlled to be retarded from the MBT point on the high load side of the first operating region. The boundary L between the spark ignition combustion mode and the constant pressure combustion mode shown in the figure is the limit at which ignition at the MBT point is possible in the spark ignition combustion mode, that is, if the load is higher than this, the ignition timing is set higher than the MBT point to suppress knocking. It substantially corresponds to the load limit that needs to be retarded.
一方、定圧燃焼モードは、上述したように定圧燃焼サイクルに近似した燃焼を行うものであり、上述したように、いわゆる「噴霧燃焼」として、上死点付近で燃料噴射を開始するとともに点火して熱発生を開始させ、かつ容積変化率に比例して発熱量が増大するように燃料供給を制御する。この定圧燃焼サイクルでは、定容燃焼サイクルに比較して同じトルクであっても最大燃焼圧が低くなり、従って、ノッキングに制約されることなくより多くの燃料を供給してトルクの向上を図ることができる。つまり、火花点火燃焼モードのみの場合に比べて、全開トルクをより高トルク側に設定することが可能となる。そして、この定圧燃焼サイクルでは、可変圧縮比機構36の目標圧縮比が高く設定される。なお、この第2の運転領域での目標圧縮比は、一定の高い圧縮比に固定的に設定するようにしてもよく、あるいは、負荷上昇に伴って圧縮比を低下させるようにしてもよい。定圧燃焼サイクルでは、燃焼時間が長くなることから時間損失が増加するが、このように圧縮比を高く与えることで、燃焼の長期化による効率低下が補われる。従って、第1の運転領域と第2の運転領域との境界では、基本的に、目標圧縮比が不連続な特性となる。
On the other hand, the constant pressure combustion mode performs combustion similar to a constant pressure combustion cycle as described above, and as described above, as so-called “spray combustion”, fuel injection is started near top dead center and ignition is performed. The fuel supply is controlled so that heat generation is started and the calorific value increases in proportion to the volume change rate. In this constant pressure combustion cycle, even when the torque is the same as that in the constant volume combustion cycle, the maximum combustion pressure is lowered, and therefore, more fuel is supplied without being restricted by knocking so that the torque can be improved. Can do. That is, compared with the case of only the spark ignition combustion mode, the fully open torque can be set to a higher torque side. In this constant pressure combustion cycle, the target compression ratio of the variable
第1の運転領域と第2の運転領域の判定つまり燃焼モードの切換は、図7に示すような機関回転数Neと負荷(例えば燃料噴射量)Teとをパラメータとした所定のマップに基づいて単純に行ってもよいが、望ましくは、図8のフローチャートに従って、各々の燃焼モードでの効率を演算し、その対比により効率の高い燃焼モードを選択するようにすることが望ましい。 The determination of the first operation region and the second operation region, that is, the switching of the combustion mode, is based on a predetermined map using the engine speed Ne and the load (for example, fuel injection amount) Te as parameters as shown in FIG. Although it may be simply performed, it is desirable to calculate the efficiency in each combustion mode according to the flowchart of FIG. 8 and to select a combustion mode with higher efficiency by comparison.
具体的には、先ずステップ1で機関回転数と要求トルクとから要求空気量を求める。ステップ2では、火花点火燃焼モードとした場合の目標圧縮比をマップに基づいて決定し、ステップ3では、火花点火燃焼モードとした場合の点火時期を決定する。なお、この点火時期は、上述したように基本的にMBT点であるが、吸気温度に基づく補正等を加えてもよい。一方、これと並行して、ステップ4で、定圧燃焼モードとした場合の目標圧縮比をマップに基づいて決定し、ステップ5で、定圧燃焼モードとした場合の燃焼期間を演算する。処理の簡略化のためには、燃料噴射期間を燃焼期間とみなすことができる。なお、この実施例では、定圧燃焼モードにおける点火時期は、上死点付近の一定点火時期となる。
Specifically, first, in
次に、ステップ6において、火花点火燃焼モードとした場合の効率と定圧燃焼モードとした場合の効率とを大小比較し、前者が高効率であれば火花点火燃焼モードを選択し、後者が高効率であれば定圧燃焼モードを選択する(ステップ7,8)。火花点火燃焼モードでの効率は、例えば、ステップ2で定めた目標圧縮比の下で、吸気量と機関回転数と点火時期とEGRガス量(所謂内部排気還流と外部排気還流の総和)との関数として求めることができる。他方、定圧燃焼モードでの効率は、ステップ4で定めた目標圧縮比の下で、吸気量と機関回転数と有効圧縮比と膨張比(これは燃焼期間によって変化する)との関数として求めることができる。なお、内燃機関1は、いずれかの燃焼モードで実際に運転されているので、一方の燃焼モードの効率はそのときの運転条件に応じた実際のパラメータを一部用いて逐次求められ、他方の燃焼モードの効率はそのときの運転条件に応じて逐次推定されることになる。
Next, in
火花点火燃焼モードにおいて点火時期がMBT点よりも遅角すると、効率は急に悪化する。極端な場合には、点火時期の遅角に伴う排気温度の上昇に対して所謂「燃料冷却」が必要になり、空燃比がリッチに設定されるので、効率は一層悪化する。一方、定圧燃焼サイクルは時間損失が大きく、点火時期をMBT点とした定容燃焼サイクルと比較すると、一般に効率が低い。従って、各々の燃焼モードでの効率を大小比較して効率の高い方を選択すると、結果的に、図6に示したようなMBT点の限界に沿った境界Lとなる。 If the ignition timing is retarded from the MBT point in the spark ignition combustion mode, the efficiency deteriorates rapidly. In an extreme case, so-called “fuel cooling” is required for the rise in the exhaust gas temperature accompanying the retardation of the ignition timing, and the efficiency is further deteriorated because the air-fuel ratio is set to be rich. On the other hand, the constant pressure combustion cycle has a large time loss and is generally less efficient than the constant volume combustion cycle with the ignition timing as the MBT point. Therefore, when the efficiency in each combustion mode is compared and the higher efficiency is selected, the boundary L along the limit of the MBT point as shown in FIG. 6 is obtained as a result.
次に、図9に示す実施例は、ノッキングが発生したことを検出するノッキングセンサ51を備えたものであり、火花点火燃焼モードにおいてノッキングが生じたときに、公知の手法により、点火時期をMBT点から遅角補正するようにしている。
Next, the embodiment shown in FIG. 9 is provided with a knocking
また、本発明においては、同様のノッキングセンサ51を用いて、火花点火燃焼モードでの運転中にノッキングを検出したときに、定圧燃焼モードへの切換を行うように構成してもよい。なお、定圧燃焼モードから火花点火燃焼モードへの切換は、例えば一定時間ノッキングが検出されないときに火花点火燃焼モードへ復帰させるなどの手法が可能である。
In the present invention, the same knocking
次に、有効圧縮比を可変制御するために吸気弁側に可変動弁機構を設けた実施例について説明する。可変動弁機構としては、少なくとも吸気弁の閉時期を遅進させ得る構成であることが必要であり、例えば電磁駆動式の吸気弁や機械的な可変動弁機構(特開2002−89303号公報、特開2002−285898号公報等)など適宜な構成のものを用いることができる。この実施例では、定圧燃焼モードのとき(特に全負荷領域)に、可変動弁機構を用いて有効圧縮比を低下させることで、最大燃焼圧を抑制しつつ、より多くの燃料を燃焼させることが可能となる。なお、ここでは、可変動弁機構として、吸気弁の開時期をほぼ一定に保ちつつ吸気弁作動角を拡大・縮小できる形式の機械的な可変動弁機構が用いられている。従って、作動角を小さくすると、吸気弁閉時期が進角する関係となっている。 Next, an embodiment in which a variable valve mechanism is provided on the intake valve side in order to variably control the effective compression ratio will be described. The variable valve mechanism needs to be configured to at least delay the closing timing of the intake valve. For example, an electromagnetically driven intake valve or a mechanical variable valve mechanism (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-89303) , JP-A-2002-285898, etc.) can be used. In this embodiment, in the constant pressure combustion mode (especially in the full load region), by reducing the effective compression ratio using a variable valve mechanism, more fuel is burned while suppressing the maximum combustion pressure. Is possible. Here, as the variable valve mechanism, a mechanical variable valve mechanism of a type capable of expanding and reducing the intake valve operating angle while keeping the opening timing of the intake valve substantially constant is used. Accordingly, when the operating angle is reduced, the intake valve closing timing is advanced.
図10は、有効圧縮比を低下させた状態での吸排気弁のバルブタイミングの一例を示しており、図示するように、吸気弁閉時期IVCが下死点よりも進角したいわゆる早閉じとなっている。これにより、図11のPV線図に線L1でもって示すように、有効圧縮比に対し膨張比が相対的に大きく、いわゆるミラーサイクルとなる。なお、図11の線L2で示す特性は、過給圧が低くIVCが下死点付近にある場合を示す。なお、周知のように、有効圧縮比を低下させるために、吸気弁閉時期IVCを下死点よりも遅角させるいわゆる遅閉じを採用することも可能である。 FIG. 10 shows an example of the valve timing of the intake / exhaust valve in a state where the effective compression ratio is lowered. As shown in the figure, the so-called early closing in which the intake valve closing timing IVC is advanced from the bottom dead center. It has become. As a result, as indicated by the line L1 in the PV diagram of FIG. 11, the expansion ratio is relatively large with respect to the effective compression ratio, resulting in a so-called mirror cycle. The characteristic indicated by the line L2 in FIG. 11 shows a case where the supercharging pressure is low and the IVC is near the bottom dead center. As is well known, in order to reduce the effective compression ratio, it is also possible to employ so-called delayed closing in which the intake valve closing timing IVC is retarded from the bottom dead center.
図12は、この実施例における燃焼モードと圧縮比と吸気弁作動角との関係を示した特性図である。図示するように、相対的に負荷が小さな第1の運転領域内では、火花点火燃焼モード(SI)となり、全負荷領域を含む相対的に負荷が大きな第2の運転領域内では、定圧燃焼モードとなる。なお、運転領域のほぼ全域でターボ過給機2による過給が行われる。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship among the combustion mode, the compression ratio, and the intake valve operating angle in this embodiment. As shown in the figure, the spark ignition combustion mode (SI) is set in the first operation region having a relatively small load, and the constant pressure combustion mode is set in the second operation region having a relatively large load including the entire load region. It becomes. Note that supercharging by the
火花点火燃焼モードでは、前述したように予混合気に対するMBT点付近での点火により定容燃焼サイクルに近似した燃焼が行われるが、可変圧縮比機構36による圧縮比制御は前述の実施例と同様であり、低速低負荷側の領域では高い目標圧縮比となり、負荷が高いほど目標圧縮比が低く設定される。そして、有効圧縮比に相関する作動角は、低速低負荷側の領域では小作動角となり、負荷の増加に応じて作動角が拡大して中作動角となる。なお、圧縮比と同様、作動角も連続的に変化する。
In the spark ignition combustion mode, as described above, combustion close to a constant volume combustion cycle is performed by ignition near the MBT point with respect to the premixed gas, but the compression ratio control by the variable
前述の実施例と同じく、火花点火燃焼モードと定圧燃焼モードとの境界L3は、火花点火燃焼モードにおいてMBT点での点火が可能な限界、つまりこれ以上負荷が高いとノッキング抑制のためにMBT点よりも点火時期を遅角する必要がある負荷の限界、に実質的に対応している。 As in the above-described embodiment, the boundary L3 between the spark ignition combustion mode and the constant pressure combustion mode is the limit at which ignition at the MBT point is possible in the spark ignition combustion mode, that is, the MBT point for suppressing knocking when the load is higher than this. This substantially corresponds to the limit of the load that needs to retard the ignition timing.
また、定圧燃焼モードは、「噴霧燃焼」により定圧燃焼サイクルに近似した燃焼を行うものであるが、前述の実施例と同じく、この定圧燃焼モードでは、可変圧縮比機構36の目標圧縮比が高く設定される。そして、有効圧縮比つまり吸気弁の作動角としては、線L4よりも上方の全負荷領域を除き、トルク確保のために大作動角となる。より詳しくは、負荷に伴って作動角が拡大し、線L4付近では吸気弁閉時期IVCが下死点付近となる。
In the constant pressure combustion mode, combustion similar to a constant pressure combustion cycle is performed by “spray combustion”. In this constant pressure combustion mode, the target compression ratio of the variable
そして、定圧燃焼モードの領域の中でも、全負荷領域つまり線L4と線L5とに挟まれた領域では、作動角が小さく設定され、有効圧縮比が抑制される。これにより、ノッキングないし最大燃焼圧の過度の上昇を回避しつつ全開トルクをより高く得ることが可能となる。換言すれば、線L4の特性は、図7の実施例の全開トルクにほぼ相当するものとなり、可変動弁機構による有効圧縮比の低下と組み合わせることで、線L5にまで全開トルクを高めることが可能となる。 In the constant pressure combustion mode region, in the full load region, that is, the region sandwiched between the lines L4 and L5, the operating angle is set small, and the effective compression ratio is suppressed. As a result, knocking or excessive increase in the maximum combustion pressure can be avoided, and the full opening torque can be obtained higher. In other words, the characteristic of the line L4 substantially corresponds to the fully open torque of the embodiment of FIG. 7, and when combined with a decrease in the effective compression ratio by the variable valve mechanism, the fully open torque can be increased to the line L5. It becomes possible.
第1の運転領域と第2の運転領域の判定つまり燃焼モードの切換は、図12に示すような機関回転数Neと負荷(例えば燃料噴射量)Teとをパラメータとした所定のマップに基づいて単純に行ってもよいが、この実施例においても、前述した図8のフローチャートと同様の手順により、各々の燃焼モードでの効率を演算し、その対比により効率の高い燃焼モードを選択するように切り換えることが可能である。 The determination of the first operation region and the second operation region, that is, the switching of the combustion mode, is based on a predetermined map using the engine speed Ne and the load (for example, fuel injection amount) Te as parameters as shown in FIG. In this embodiment, the efficiency in each combustion mode is calculated in the same procedure as the flowchart of FIG. 8 described above, and a combustion mode with high efficiency is selected by comparison. It is possible to switch.
勿論、この場合には、そのときの運転条件に応じて目標の吸気弁開閉時期(つまり有効圧縮比)を定め、この有効圧縮比を考慮して各々の燃焼モードでの効率を算出することになる。 Of course, in this case, the target intake valve opening / closing timing (that is, the effective compression ratio) is determined according to the operating conditions at that time, and the efficiency in each combustion mode is calculated in consideration of this effective compression ratio. Become.
1…内燃機関
2…ターボ過給機
6…エンジンコントロールユニット
36…可変圧縮比機構
DESCRIPTION OF
Claims (6)
内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
負荷に応じた量の燃料をシリンダ内に噴射供給する燃料噴射装置と、
点火装置と、
を備え、予混合気の火花点火により定容燃焼サイクルに近似した燃焼を実現する火花点火燃焼モードと、熱発生率の制御により定圧燃焼サイクルに近似した燃焼を実現する定圧燃焼モードと、の切換が可能な内燃機関であって
相対的に負荷が小さな第1の運転領域内では、上記火花点火燃焼モードとし、かつ負荷が高いほど上記可変圧縮比機構による圧縮比を低く設定し、
相対的に負荷が大きな第2の運転領域内では、上記定圧燃焼モードとするとともに、上記可変圧縮比機構による圧縮比を高く設定することを特徴とする内燃機関。 A turbocharger,
A variable compression ratio mechanism for changing the mechanical compression ratio of the internal combustion engine;
A fuel injection device that injects fuel in an amount corresponding to the load into the cylinder;
An ignition device;
Switching between a spark ignition combustion mode that realizes combustion approximating a constant volume combustion cycle by spark ignition of a premixed gas and a constant pressure combustion mode that realizes combustion approximated to a constant pressure combustion cycle by controlling the heat generation rate In the first operating region where the load is relatively small, the spark ignition combustion mode is set, and the higher the load, the lower the compression ratio by the variable compression ratio mechanism is set.
In the second operating region where the load is relatively large, the constant pressure combustion mode is set, and the compression ratio by the variable compression ratio mechanism is set high.
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