JP2011202547A - Control device of internal combustion engine, and internal combustion engine equipped with the control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置および当該制御装置を備えた内燃機関に関するものであり、特に始動後短時間で暖機が可能である内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control device and an internal combustion engine equipped with the control device, and more particularly to an internal combustion engine that can be warmed up in a short time after starting.
内燃機関は、燃料を化学反応させて得られた熱エネルギを運動エネルギとして取り出すべく、およそ100年前に発明された技術である。内燃機関では、燃料としては、たとえばガソリンや軽油やエタノール等が使用されている。燃料としてガソリンが使用される場合には、内燃機関の作動サイクルとしては公知のオットーサイクルが採用されている。そして、内燃機関が誕生して以来、オットーサイクルの効率を高めることを目指した技術、言い換えるとオットーサイクル中の正の仕事、つまり、後述する図8に示すPV線図上における斜線部の面積を広げることを目指した技術が多数発明されている(例えば特許文献1参照)。 The internal combustion engine is a technique that was invented about 100 years ago to extract thermal energy obtained by chemical reaction of fuel as kinetic energy. In the internal combustion engine, for example, gasoline, light oil, ethanol or the like is used as the fuel. When gasoline is used as the fuel, a known Otto cycle is employed as the operating cycle of the internal combustion engine. Since the birth of the internal combustion engine, the technology aimed at increasing the efficiency of the Otto cycle, in other words, the positive work during the Otto cycle, that is, the area of the hatched portion on the PV diagram shown in FIG. A number of techniques aimed at expanding have been invented (see, for example, Patent Document 1).
内燃機関(以降、エンジンと表す)が誕生して以来、エンジンの熱効率は飛躍的に向上しているものの、エンジンは已然として下記のような課題を抱えている。
(1)冷間始動時において、エンジン本体・冷却水・潤滑オイルの温度が低く、安定した温度まで高上するのに時間がかかる。このため、エンジン温度が安定するまでの間は、エンジンの摩擦力(例えばピストンとシリンダとの摺接部等)が大きく、燃料の蒸発が不十分で良好な混合気が形成されないので燃焼が不安定となり、燃費が悪くなる。また、排気浄化システムの作動、例えば触媒の機能が不安定となり、排気中の有害成分低減が困難となる。
(2)エンジンを自動車の原動機として採用した場合、自動車の車室暖房用熱源としてエンジンが発生する熱を利用しているが、冷間始動時における暖房性能が低い、つまり車室温度が快適温度に達するまでに時間がかかる。
(3)自動車において原動機であるエンジンを間歇的に運転する場合がある。たとえば、自動車停止時にエンジンを一時的に停止させるアイドリングストップシステムや、エンジンのほかに作動原理の異なる他の種類の原動機を併用するハイブリッドシステム等がある。これらのシステムにおいては、エンジンが停止されている期間中は、暖房用の熱源を得ることが困難となる。
Although the thermal efficiency of the engine has improved dramatically since the birth of the internal combustion engine (hereinafter referred to as the engine), the engine still has the following problems.
(1) During cold start, the temperature of the engine body, cooling water, and lubricating oil is low, and it takes time to increase the temperature to a stable temperature. For this reason, until the engine temperature stabilizes, the frictional force of the engine (for example, the sliding contact portion between the piston and cylinder, etc.) is large, the fuel is not sufficiently evaporated, and a good air-fuel mixture is not formed. It becomes stable and fuel consumption worsens. In addition, the operation of the exhaust gas purification system, for example, the function of the catalyst becomes unstable, and it becomes difficult to reduce harmful components in the exhaust gas.
(2) When the engine is used as a motor for a car, the heat generated by the engine is used as a heat source for heating the car cabin, but the heating performance at the cold start is low, that is, the cabin temperature is a comfortable temperature. It takes time to reach
(3) There is a case where an engine which is a prime mover is driven intermittently in a car. For example, there are an idling stop system that temporarily stops the engine when the automobile is stopped, and a hybrid system that uses other types of prime movers having different operating principles in addition to the engine. In these systems, it is difficult to obtain a heat source for heating while the engine is stopped.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関に対して低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立させることが可能な制御装置および当該制御装置を備えた内燃機関を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a purpose thereof is a control device capable of realizing low fuel consumption, low harmful gas, and comfort on an internal combustion engine at a higher level, and the control. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine provided with the device.
上述した目的を達成するため、本発明の請求項1に記載の内燃機関の制御装置は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、そのピストンに連結されて、ピストンの往復動による運動エネルギを外部に出力する動力出力部と、シリンダおよびピストンによって構成され、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室と、燃焼室に設けられ、混合気を燃焼させるための火花を発生させる燃焼室点火プラグと、燃焼室へ空気を導入する吸気ポートと燃焼室との間に設けられた吸気弁と、燃焼室で混合気が燃焼して生じる燃焼ガスを排出する排気ポートと燃焼室との間に設けられた排気弁と、を備え、排気弁は閉じており、ピストンの下降に伴い吸気弁が開いて燃焼室への吸気が行われ、ピストンが下死点となることに基づいて吸気弁が閉じる吸気行程と、その吸気行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室内の気体が圧縮される圧縮行程と、その圧縮行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、圧縮行程にて圧縮された燃焼室内の混合気を燃焼させる燃焼行程と、その燃焼行程に続いて行われ、吸気弁は閉じており、ピストンの上昇に伴い排気弁が開き燃焼室内の燃焼ガスが排気される排気行程と、が実行される内燃機関において、排気弁は閉じており、ピストンの下降に伴い吸気弁が開いて燃焼室への吸気が行われ、吸気弁が閉じる第2吸気行程と、第2吸気行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、燃焼室内の混合気を燃焼させる第2燃焼行程と、第2燃焼行程に続いて行われ、吸気弁は閉じており、ピストンの上昇に伴い排気弁が開き燃焼室内の燃焼ガスが排気される第2排気行程と、が実行され、内燃機関を制御する制御装置を備え、制御装置は、第1吸気工程、第1圧縮工程、第1燃焼行程、第1排気工程からなる1サイクルを、クランク軸の2回転を1周期として繰り返し実行する動力モード、および第2吸気工程、第2燃焼行程、第2排気工程からなる1サイクルを、クランク軸の1回転を1周期として繰り返し実行する熱創出モード、のどちらか一つを選択するモード選択部と、モード選択部により動力モードが選択された場合に内燃機関に対して動力モードの作動をするように制御する動力制御実行部と、モード選択部により熱創出モードが選択された場合に内燃機関に対して熱創出モードの作動をするように制御する熱創出制御実行部と、を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above-described object, a control device for an internal combustion engine according to
上述の構成において、動力モードが選択されると、内燃機関は通常の4ストロークサイクル機関として作動する。通常の4ストロークサイクル機関の作動時おいては、燃料のエネルギ、つまり燃焼により発生した熱エネルギは、圧力に変換され更に動力に変換され自動車の走行に供されるとともに、内燃機関の燃焼室内壁および排気ポート内壁を経てエンジン本体へ伝達されて、内燃機関本体の温度上昇にも寄与する。これに対して、熱創出モードが選択されると、内燃機関は、内燃機関のクランク軸が一回転する間に、言い換えると、ピストンが上死点から下降し下死点を過ぎて上昇し再び上死点に至る間に、吸気・燃焼・排気を1サイクルとする運転を実行する。これは、内燃機関のクランク軸の一回転で1サイクルが完了する、いわゆる2ストロークサイクル機関としての作動である。しかし、本発明の請求項1に記載の内燃機関の熱創出モードでは、ピストンの下降により燃焼室内に吸入された混合気は、ピストンが下死点近傍に達したときに燃焼室点火プラグが発する火花により着火されて燃焼し、この燃焼ガスは、ピストンの上昇に伴って排気弁が開くことにより燃焼室から排気ポートへ流出する。このように、本発明の請求項1に記載の内燃機関の熱創出モードでは、動力発生サイクルとしての2ストロークサイクルにおける圧縮工程が無く、燃焼室に吸入された混合気は、ほとんど圧縮されない状態で火花のエネルギにより点火され燃焼する。このような熱創出モードの燃焼では、第2燃焼行程で生成された燃焼ガスはほとんど圧力上昇を伴わず、言い換えると、圧力に変換されて動力発生することはなく、単に吸入空気の温度上昇に供され、燃焼室内壁および排気ポート内壁を経て内燃機関本体へ伝達されて、内燃機関本体の温度が上昇する。すなわち、本発明の請求項1に記載の内燃機関の熱創出モードでは、燃料の持つエネルギの大部分が熱に変換され、それがエンジン本体の温度上昇に供される。また、動力モード作動時においては、つまり4ストロークサイクル機関としての作動時においては、クランク軸2回転に1回燃焼が行われるのに対して、熱創出モード作動時においては、クランク軸1回転に1回燃焼が行われる。したがって、本発明の請求項1に記載の内燃機関の熱創出モードにおいては、動力モードに比べて2倍の頻度で燃焼、言い換えると熱発生が行われるので、内燃機関本体に伝達される単位時間当たりの熱量を増大させることができる。
In the above configuration, when the power mode is selected, the internal combustion engine operates as a normal four-stroke cycle engine. During the operation of a normal four-stroke cycle engine, fuel energy, that is, heat energy generated by combustion, is converted into pressure, further converted into motive power, and used for traveling of an automobile. And, it is transmitted to the engine body through the inner wall of the exhaust port and contributes to the temperature rise of the internal combustion engine body. On the other hand, when the heat generation mode is selected, the internal combustion engine is operated again while the crankshaft of the internal combustion engine makes one revolution, in other words, the piston descends from the top dead center and rises past the bottom dead center. During the period up to the top dead center, an operation is performed with intake, combustion, and exhaust as one cycle. This is an operation as a so-called two-stroke cycle engine in which one cycle is completed by one rotation of the crankshaft of the internal combustion engine. However, in the heat generation mode of the internal combustion engine according to
以上をまとめると、本発明の請求項1に記載の内燃機関においては、熱創出モード運転を行うことで、燃料の持つ熱エネルギの大部分を内燃機関本体の温度上昇に寄与させることができるので、内燃機関本体温度を短時間で上昇させることが可能となる。その結果、冷間時エンジンを始動する際に熱創出モード運転を行えば、内燃機関本体温度を短時間で上昇させて車室内温度を短時間で高めることや触媒等排ガス浄化機器の作動を短時間で安定したものにすることが可能となる。以上により、低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することができる。
In summary, in the internal combustion engine according to
本発明の請求項2に記載の内燃機関は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、そのピストンに連結されて、ピストンの往復動による運動エネルギを外部に出力する動力出力部と、シリンダおよびピストンによって構成され、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室と、燃焼室に設けられ、混合気を燃焼させるための火花を発生させる燃焼室点火プラグと、燃焼室へ空気を導入する吸気ポートと燃焼室との間に設けられた吸気弁と、燃焼室で混合気が燃焼して生じる燃焼ガスを排出する排気ポートと燃焼室との間に設けられた排気弁と、排気ポートに設けられ、混合気を燃焼させるための火花を発生させる排気ポート点火プラグと、を備え、排気弁は閉じており、ピストンの下降に伴い吸気弁が開いて燃焼室への吸気が行われ、ピストンが下死点となることに基づいて吸気弁が閉じる吸気行程と、その吸気行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室内の気体が圧縮される圧縮行程と、その圧縮行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、圧縮行程にて圧縮された燃焼室内の混合気を燃焼させる燃焼行程と、その燃焼行程に続いて行われ、吸気弁は閉じており、ピストンの上昇に伴い排気弁が開き燃焼室内の燃焼ガスが排気される排気行程と、が実行される内燃機関において、排気弁は閉じており、ピストンの下降に伴い吸気弁が開いて燃焼室への吸気が行われ、吸気弁が閉じる第2吸気行程と、第2吸気行程に続いて行われ、ピストンの上昇に伴い排気弁が開き燃焼室内の燃焼ガスが排気される第3排気行程と、第3排気行程に続いて行われ、吸気弁は閉じており、排気ポート点火プラグが火花を発生させることにより、排気ポート内の混合気を燃焼させる第3燃焼行程と、が実行され、内燃機関を制御する制御装置を備え、内燃機関は、吸気工程、圧縮工程、燃焼行程、排気工程からなる1サイクルを、動力出力部であるクランク軸の2回転を1周期として繰り返し実行する動力モードと、第2吸気工程、第3排気工程、第3燃焼行程、からなる1サイクルを、クランク軸の1回転を1周期として繰り返し実行する熱創出モードと、が実行可能であり、制御装置は、動力モードおよび熱創出モードのどちらか一つを選択するモード選択部と、モード選択部により動力モードが選択された場合に内燃機関を制御する動力制御実行部と、モード選択部により熱創出モードが選択された場合に内燃機関を制御する熱創出制御実行部と、を備えることを特徴としている。 An internal combustion engine according to a second aspect of the present invention includes a cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, a power output unit that is coupled to the piston and outputs kinetic energy due to the reciprocating motion of the piston, and a cylinder And a piston, and a combustion chamber in which a mixture of fuel and air burns, a combustion chamber spark plug provided in the combustion chamber for generating a spark for burning the mixture, and introducing air into the combustion chamber An intake valve provided between the intake port and the combustion chamber, an exhaust valve provided between the exhaust port for discharging the combustion gas generated by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the exhaust port; And an exhaust port ignition plug that generates a spark for burning the air-fuel mixture, the exhaust valve is closed, and the intake valve opens as the piston descends, and intake into the combustion chamber is performed. An intake stroke that closes the intake valve based on the bottom dead center, and a compression stroke that is performed subsequent to the intake stroke, the intake valve and the exhaust valve are closed, and the gas in the combustion chamber is compressed, The combustion stroke is performed following the compression stroke, the intake valve and the exhaust valve are closed, and the combustion chamber ignition plug generates a spark, thereby burning the air-fuel mixture compressed in the compression stroke, In the internal combustion engine in which the intake valve is closed following the combustion stroke, the exhaust valve is opened as the piston rises and the exhaust gas is exhausted from the combustion chamber, the exhaust valve is closed. As the piston descends, the intake valve opens, intake into the combustion chamber is performed, the intake valve closes after the second intake stroke, and the second intake stroke is performed. The combustion gas in the open combustion chamber The third exhaust stroke is performed, and the third exhaust stroke is performed following the third exhaust stroke, the intake valve is closed, and the exhaust port ignition plug generates a spark to burn the air-fuel mixture in the exhaust port. And a control device that controls the internal combustion engine. The internal combustion engine performs one cycle including an intake process, a compression process, a combustion process, and an exhaust process, and performs two rotations of the crankshaft that is a power output unit. A power mode that is repeatedly executed as a cycle and a heat generation mode that repeatedly executes one cycle consisting of the second intake step, the third exhaust step, and the third combustion stroke as one cycle of one rotation of the crankshaft can be executed. The control device includes a mode selection unit that selects one of the power mode and the heat generation mode, and a power control that controls the internal combustion engine when the power mode is selected by the mode selection unit. And a heat generation control execution unit that controls the internal combustion engine when the heat generation mode is selected by the mode selection unit.
本発明の請求項2に記載の内燃機関の制御装置は、先に説明した本発明の請求項1に記載の内燃機関の制御装置に対して、内燃機関の排気ポートにも点火プラグ(排気ポート点火プラグ)を配置するとともに、熱創出モードにおいて、燃焼室内では混合気に点火せず、すなわち燃焼室点火プラグには火花を発生させず、排気ポートへ混合気が流出したときに排気ポート点火プラグに火花を発生させて混合気に点火している。
The control apparatus for an internal combustion engine according to
この場合、燃焼室に吸入された混合気は、ピストンの上昇に伴い圧縮されない状態で排気弁から排気ポートへ流出し、そこで排気ポート点火プラグにより点火され燃焼する。このような熱創出モードの燃焼では、第3燃焼行程で生成された燃焼ガスは圧力上昇を伴わず、言い換えると、動力発生に寄与することはなく、単に吸入空気の温度上昇に供され、排気ポート内壁を経て内燃機関本体へ伝達されて、内燃機関本体の温度が上昇する。したがって、本発明の請求項2に記載の内燃機関の熱創出モードにおいても、本発明の請求項1に記載の内燃機関の熱創出モードの場合と同様に、燃料の持つ熱エネルギの大部分が内燃機関本体の温度上昇に供される。
In this case, the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber flows out from the exhaust valve to the exhaust port without being compressed as the piston rises, and is ignited and combusted by the exhaust port spark plug there. In such heat generation mode combustion, the combustion gas generated in the third combustion stroke is not accompanied by an increase in pressure, in other words, does not contribute to power generation, but is simply used for increasing the temperature of the intake air, The temperature is transmitted to the internal combustion engine body through the inner wall of the port, and the temperature of the internal combustion engine body rises. Therefore, in the heat generation mode of the internal combustion engine according to
したがって、本発明の請求項2に記載の内燃機関の制御装置によっても、熱創出モード運転を行うことで、燃料の持つ熱エネルギの大部分を内燃機関本体の温度上昇に寄与させることができるので、内燃機関本体温度を短時間で上昇させることが可能となる。その結果、冷間時内燃機関を始動する際に熱創出モード運転を行えば、内燃機関本体温度を短時間で上昇させて車室内温度を短時間で高めることや触媒等排ガス浄化機器の作動を短時間で安定したものにすることが可能となる。以上により、低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することができる。
Therefore, even with the control apparatus for an internal combustion engine according to
本発明の請求項3に記載の内燃機関の制御装置は、請求項1または請求項2のどちらか一つに記載の内燃機関の制御装置において、当該内燃機関は、複数のシリンダを有していることを特徴としている。
A control device for an internal combustion engine according to claim 3 of the present invention is the control device for an internal combustion engine according to
熱創出モードにおいては、当該シリンダに供給された燃料は燃焼しても動力とならない、すなわち熱創出モード運転しているシリンダはクランク軸の回転力を発生しない。このため、内燃機関を熱創出モードで運転するためには、何らかの動力によってクランク軸に回転力を供給してやる必要がある。当該内燃機関が複数のシリンダを有しているならば、複数のシリンダのうちの幾つかを熱創出モード運転させ、残りのシリンダを動力モード運転させることにより、内燃機関を自力で回転させつつ熱創出モード運転を実行できる。 In the heat generation mode, the fuel supplied to the cylinder does not become power even if it is burned, that is, the cylinder operating in the heat generation mode does not generate the rotational force of the crankshaft. For this reason, in order to operate the internal combustion engine in the heat generation mode, it is necessary to supply a rotational force to the crankshaft by some power. If the internal combustion engine has a plurality of cylinders, some of the plurality of cylinders are operated in a heat generation mode, and the remaining cylinders are operated in a power mode, so that the internal combustion engine is rotated by itself and heated. Creation mode operation can be executed.
本発明の請求項4に記載の内燃機関の制御装置は、請求項1ないし請求項3のいずれか一つに記載の内燃機関において、排気ポートおよび排気ポートの出口側に接続される排気管の少なくともどちらか一方内に設けられる熱交換器を備え、熱交換器は、排気ポートの外部から熱交換器内に導入された流体と混合気が燃焼して生成された燃焼ガスとの間の熱交換を行うものであることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine control device comprising: an exhaust port connected to an exhaust port and an outlet side of the exhaust port in the internal combustion engine according to any one of the first to third aspects. A heat exchanger provided in at least one of the heat exchangers, and the heat exchanger heats between the fluid introduced into the heat exchanger from the outside of the exhaust port and the combustion gas generated by combustion of the air-fuel mixture. It is characterized by exchange.
上述の構成によれば、混合気が燃焼して生成された燃焼ガスが有する熱を、排気ポートの壁面を介して内燃機関本体へ伝達して内燃機関本体温度上昇に寄与させるのに加えて、熱交換器を介して流体へ熱伝達させて、流体温度を上昇させることができる。したがって、この流体をエンジン本体から離れた所望の場所へ移動させてそこで放熱させることにより、任意の場所の温度を高めることに利用することができる。この場合、本発明の請求項5に記載の内燃機関の制御装置のように、流体は、内燃機関の冷却水である構成とすれば、新たに流体を準備することを不要としつつ、任意の場所の温度を高めることに利用することができる。 According to the above-described configuration, in addition to transmitting the heat of the combustion gas generated by the combustion of the air-fuel mixture to the internal combustion engine body through the wall surface of the exhaust port and contributing to the internal combustion engine body temperature increase, Heat can be transferred to the fluid via the heat exchanger to increase the fluid temperature. Therefore, this fluid can be used to raise the temperature of an arbitrary place by moving it to a desired place away from the engine body and dissipating heat there. In this case, as in the control device for an internal combustion engine according to claim 5 of the present invention, if the fluid is configured to be cooling water of the internal combustion engine, it is not necessary to newly prepare the fluid, It can be used to increase the temperature of the place.
本発明の請求項6に記載の内燃機関は、先に説明した請求項1ないし請求項5のいずれか一つに記載される内燃機関の制御装置を備えることを特徴としている。
An internal combustion engine according to
このような内燃機関においては、熱創出モード運転を行うことで、燃料の持つ熱エネルギの大部分を内燃機関本体の温度上昇に寄与させることができるので、内燃機関本体温度を短時間で上昇させることが可能となる。その結果、冷間時エンジンを始動する際に熱創出モード運転を行えば、内燃機関本体温度を短時間で上昇させて車室内温度を短時間で高めることや触媒等排ガス浄化機器の作動を短時間で安定したものにすることが可能となる。以上により、低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立させることが可能な内燃機関を提供することができる。 In such an internal combustion engine, by performing the heat generation mode operation, most of the thermal energy of the fuel can be contributed to the temperature rise of the internal combustion engine body, so the internal combustion engine body temperature is raised in a short time. It becomes possible. As a result, if the heat generation mode operation is performed when starting the cold engine, the internal combustion engine body temperature can be raised in a short time to increase the cabin temperature in a short time, and the operation of exhaust gas purification equipment such as a catalyst can be shortened. It becomes possible to make it stable in time. As described above, it is possible to provide an internal combustion engine that can achieve low fuel consumption, low harmful gas, and comfort on a higher level.
以下、本実施の形態に係る内燃機関およびその制御装置の一実施の形態について、図1〜図11を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of an internal combustion engine and a control device thereof according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は内燃機関であるエンジン1の燃焼室12回りの平面構造を模式的に示す断面図である。図2は図1中のII−II線断面図であってエンジン1の側面構造を模式的に示す断面図である。はじめに、これら図1および図2を参照して、エンジン1の構造について説明する。なお、エンジン1は、本実施の形態では、図示しない車両にその原動機として搭載される内燃機関として具体化されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a planar structure around a
エンジン1は、複数のシリンダ、たとえば4個のシリンダを有している。エンジン1は、いわゆるオットーサイクル(後述する動力出力モード)を実現する内燃機関として、従来の内燃機関と同様の構造を有している。ただし、エンジン1を構成している各シリンダは、後述するバルブ駆動機構40や熱交換器80を有しており、オットーサイクルとは異なる新サイクルであり本発明の特徴的作動である熱創出モード運転も実現可能な内燃機関として構成されている。
The
以下、詳しく説明する。エンジン1は、図2に示すように、シリンダヘッド10およびシリンダブロック20を有して構成されている。
This will be described in detail below. As shown in FIG. 2, the
シリンダヘッド10には、シリンダ21毎に対応して燃焼室12へ外部から空気を導入するための空気の通路である吸気ポート11と、吸気ポート11に臨んで配置され吸気ポート11内へ燃料を噴射して吸気ポート11内に空気と燃料との混合気を形成するための燃料噴射弁14と、この吸気ポート11を経て導入される空気と燃料との混合気が燃焼される燃焼室12と、燃焼室12内で混合気が燃焼して生成される燃焼ガスが排出される排気ポート13とが形成されている。ここで、燃焼室12は、エンジン1の組み付けが完了した時点で、シリンダブロック20に形成されたシリンダ21の側壁と、このシリンダ21内を往復動可能に配設されたピストン30の頂面と、シリンダヘッド10のピストン30の頂面の対向する面と、吸気弁17および排気弁18のピストン30の頂面の対向する面と、の各面によって囲まれた空間として形成される。したがって、燃焼室12容積は、ピストン30およびシリンダ21の相対位置関係の変化、すなわちエンジン1のクランク軸32の回転角度位置変化に対応して変化するものである。
In the
吸気ポート11の燃焼室12と反対側には、すなわち図2において左側には、図示しない吸気通路が接続されている。この吸気通路には、吸気通路内の空気の温度を検出する図示しない吸気温度センサや、吸気通路を吸気ポート11へ向かって流れる空気量を検出する図示しないエアフローメータが配設されている。一方、排気ポート13の燃焼室12と反対側には、すなわち図2において右側には、図2に示すように、排気パイプ16が接続されている。この排気パイプ16中には、図2に示すように、熱交換器70が配置されている。この熱交換器70は、排気パイプ16の外部から熱交換器70内へ導入された流体であるエンジン1の冷却水と排気パイプ16中を流れる排気ガスとの間の熱交換を行うものである。具体的には、熱交換器70は、熱の良導体としての金属、たとえば、銅やアルミ合金等から管状に形成され、熱交換器70の内部を流れる冷却水と熱交換器70の周囲を流れる排気ガスとが熱交換器70の管壁を介して熱交換する。通常は、排気ガス温度は冷却水温度よりも高いので、熱交換器70の外周を排気ガスが流れることにより、排気ガスの熱が熱交換器70を介して冷却水に伝達され、冷却水温度が上昇する。また、排気パイプ16には、その内部を流れる排気中の酸素濃度を検出する図示しない酸素濃度センサが配置されている。後述する制御装置50は、酸素濃度センサの検出信号に基づいて排気ガス中の酸素含有量を算出し、さらに酸素含有量に基づいて、吸気ポート11内で形成される空気と燃料の混合気における空気と燃料の重量比、すなわち空燃比を算出する。後述する制御装置50は、算出した空燃比が適正値となるように燃料噴射量を制御する。排気パイプ16の下流側、つまり図2中において右側には、排気ガスを浄化する図示しない触媒装置が配設されている。
An intake passage (not shown) is connected to the side opposite to the
シリンダヘッド10の吸気ポート11に配設されている燃料噴射弁14の制御、つまり燃料噴射タイミングや噴射燃料量の制御は、後述する制御装置50によって決定される。制御装置50は、エンジン1が備える上記エアフローメータの出力値、上記吸気温度センサの出力値、上記酸素濃度センサの出力値に基づいて算出された空燃比、後述する冷却水温度センサの出力値、後述する運転モードに関する情報(動力モード及び熱創出モードのいずれのモードが選択されたかについての情報)に基づいて、決定している。なお、本実施の形態では、燃料噴射弁14を吸気ポート11に配設して吸気ポート11内の吸入空気に対して燃料を噴射供給したが、シリンダブロック20のシリンダの側壁あるいはシリンダヘッド10等に配設して燃焼室12内に燃料を直接供給する構成としてもよい。
Control of the
シリンダヘッド10には、図2に示すように、燃焼室12内に臨んで燃焼室点火プラグ15が配設されている。燃焼室点火プラグ15は、高電圧が印加されると燃焼室12内に突出した電極間に火花を発生させ、この火花のエネルギにより吸気ポート11から導入された混合気に点火して燃焼させるためのものである。この燃焼室点火プラグ15に火花を発生させるタイミング、言い換えると混合気に点火するタイミングは制御装置50によって決定される。
As shown in FIG. 2, a combustion chamber ignition plug 15 is disposed in the
シリンダヘッド10の吸気ポート11と燃焼室12との間には、吸気弁17が配設されている。吸気弁17は、例えば直動式やロッカーアーム式等の公知のバルブ駆動機構40によって駆動され、吸気ポート11と燃焼室12との間を連通状態および遮断状態のいずれともすることができる。
An
シリンダヘッド10の燃焼室12と排気ポート13の間には、排気弁18が配設されている。排気弁18も、吸気弁17と同様に、例えば直動式やロッカーアーム式等の公知のバルブ駆動機構40によって駆動され、燃焼室12と排気ポート13との間を連通状態および遮断状態のいずれともすることができる。
An
シリンダヘッド10およびシリンダブロック20には、エンジン冷却用の冷却水の流路であるウォータジャケットWが形成されている。シリンダブロック20には、ウォータジャケットW内部を流れる冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサ62が、図2に示すように配設されている。エンジン1において、燃焼室12内で燃料と空気の混合気が燃焼すると、燃焼により発生した熱の一部は、シリンダ21の壁面やシリンダヘッド1の壁面を介してウォータジャケットW内の冷却水へ伝達されて冷却水温度が上昇する。
The
ピストン30は、シリンダ21内を往復動可能にシリンダ21内に嵌合するとともに、コンロッド31を介して動力出力部であるクランク軸32に結合されている。このような構造により、ピストン30の往復運動がクランク軸32の回転運動に変換される。エンジン1においては、エンジン1が発生する動力は、クランク軸32の回転トルクとして利用可能に出力される。
The
以上説明した構造を備える本発明の実施形態に係るエンジン1は、燃料の燃焼エネルギを主にクランク軸32のトルクに変換する動力モードと、燃料の燃焼エネルギを主に冷却水温度を上昇させる熱エネルギに変換する熱創出モードと、の2つの運転モードを実行可能である。これら2つの運転モードの切換えを含め、エンジン1の作動の制御は、制御装置50により行われる。以下に、制御装置50の構成・作動について説明する。
The
制御装置50は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROMに記憶された各種の制御プログラムを実行する。制御装置50は、機能的観点から見て、図3に示すように、モード選択部51、動力制御実行部52、および熱創出制御実行部53を備えている。
The
制御装置50には、図3に示すように、外部のイグニッションスイッチ60、暖房スイッチ61、冷却水温度センサ62および各種センサが、それらからの電気信号を入力可能に接続されている。このうち、イグニッションスイッチ60は、エンジン1に対して始動を指示するための公知のスイッチであり、車室内の運転者が操作可能な位置に設けられている。暖房スイッチ61は、エンジン1に対して熱創出モード作動を要求するためのスイッチであり、イグニッションスイッチ60と同様に車室内の運転者が操作可能な位置に設けられている。各種センサとは、先に述べた吸気温度センサ、酸素濃度センサ、エアフローメータや、運転者が車両の速度を制御する際に操作するアクセルペダルの踏み込み量を検出するためのアクセルセンサ等々である。
As shown in FIG. 3, an
制御装置50には、図3に示すように、制御装置50の制御対象としての各種機器である燃料噴射弁14、燃焼室点火プラグ15およびバルブ駆動機構40が接続されている。
As shown in FIG. 3, the
燃料噴射弁14は、制御装置50から駆動信号が出力されている期間中燃料を噴射する。したがって、駆動信号出力時間により燃料噴射量が、駆動信号出力時期により燃料噴射タイミングが、それぞれ制御される。
The
燃焼室点火プラグ15は、制御装置50から駆動信号が出力されると放電火花を発生させる。制御装置50が駆動信号を出力する時期により点火タイミングが制御される。
The combustion chamber ignition plug 15 generates a discharge spark when a drive signal is output from the
バルブ駆動機構40は、吸気弁17の開閉動作および排気弁18の開閉動作を行うものであり、公知の電気式バルブタイミング可変機構あるいは油圧式バルブタイミング可変機構等が用いられている。
The
制御装置50は、イグニッションスイッチ60、暖房スイッチ61、冷却水温度センサ62および各種センサからの信号を受けて、それらに基づいてモード選択部51が動力モードおよび熱創出モードのどちらかを選択し、選択した作動モードを最適な条件で実行するように、燃料噴射弁14、燃焼室点火プラグ15およびバルブ駆動機構40を駆動する。
The
制御装置50におけるエンジン1の制御について説明する。運転者の操作によりイグニッションスイッチ60がONされると、制御装置50はエンジン1の制御を開始する。制御が開始されると、最初に、モード選択部51が動力モードおよび熱創出モードのどちらのモードを実行するべきかを決定する。モード選択部51が動力モードを選択した場合は、引き続いて動力制御実行部52がエンジン1の動力モード運転制御を実行する。モード選択部51が熱創出モードを選択した場合は、引き続いて熱創出制御実行部52がエンジン1の熱創出モード運転制御を実行する。
Control of the
モード選択部51は、先ず、暖房スイッチ61がONであるかOFFであるかを判定する。暖房スイッチ61がOFFであると判定した場合、モード選択部51は、エンジン1の運転モードとして動力モードを選択し、動力制御実行部52にエンジン1の制御を実行させる。暖房スイッチ61がONであると判定した場合、モード選択部51は、続いて、冷却水温度センサ62の検出信号に基づいて冷却水温度を算出して算出された冷却水温度が所定温度(たとえば、60℃)未満であるか否かを判定する。冷却水温度が60℃未満である場合は、モード選択部51は、エンジン1の運転モードとして熱創出モードを選択し、熱創出制御実行部53にエンジン1の制御を実行させる。一方、算出された冷却水温度が60℃以上である場合は、モード選択部51は、エンジン1の運転モードとして動力モードを選択し、動力制御実行部52にエンジン1の制御を実行させる。
The
モード選択部51の判定結果として熱創出モードが選択され、エンジン1が熱創出制御実行部53により制御されている期間中であっても、暖房スイッチ61がOFFへ操作されたとき、あるいは冷却水温度が60℃以上となったときには、モード選択部51は、エンジン1の運転モードとして動力モードを選択し、動力制御実行部52にエンジン1の制御を実行させる。
Even when the heat generation mode is selected as the determination result of the
以上をまとめると、本発明の実施形態に係るエンジン1の制御装置50は、暖房スイッチ61がON状態であり且つ冷却水温度が60℃未満の状態のときにおいてのみ、熱創出制御実行部53により熱創出モード運転を実行し、これら二つの条件の両方とも成立しない場合、およびどちらか一方が成立しない場合には、動力制御実行部52により動力モード運転を実行する。
To summarize the above, the
次に、動力制御実行部52により実行される動力モード時におけるエンジン1の作動、熱創出制御実行部53により実行される熱創出モード時におけるエンジン1の作動について説明する。
Next, the operation of the
初めに、動力制御実行部52により実行される動力モード時におけるエンジン1の作動について説明する。動力モード時においては、エンジン1は、公知の4ストロークサイクル機関として作動するように制御される。すなわち、4ストロークサイクル機関とは、図4(a)および図4(b)に示すように、排気弁18が閉じており(バルブリフトが0)、ピストン30が上死点から下降するに連れて吸気弁17が開いて(バルブリフトが増大)吸気ポート11から燃焼室12内へ空気と燃料の混合気の吸入が行われ、ピストン30が下死点に至ると吸気弁17が閉じる「吸気行程」と、「吸気行程」に続いて行われ、吸気弁17および排気弁18が閉じたままで、ピストン30が下死点から上昇して燃焼室内の混合気が圧縮される「圧縮行程」と、「圧縮行程」に続いて行われ、吸気弁17および排気弁18が閉じたままで、燃焼室点火プラグ15に電圧を印加して火花を発生させて圧縮された混合気に点火し燃焼させて燃焼室12内圧力を急激に高め、この急激な圧力上昇によりピストン30を上死点から下降させる「燃焼行程」と、「燃焼行程」に続いて行われ、吸気弁17は閉じておりピストン30が下死点から上昇するに連れて排気弁18が開き燃焼室12内の燃焼ガスを排気ポート13へ排出する「排気行程」の4つの行程からなる1サイクルを、エンジン1のクランク軸32の2回転、すなわちクランク角度の720度を1周期として繰り返し実行するものである。4ストロークサイクル機関においては、「燃焼行程」における急激な圧力上昇をピストン30に作用させてピストン30を下降させることにより、クランク軸32にトルクを発生させる。また、「燃焼行程」により発生した高温の燃焼ガスの熱の一部は、シリンダ21の壁面やシリンダヘッド下面を介してウォータジャケットW内の冷却水へ伝達され、冷却水温度が上昇する。これにより、シリンダ壁面21温度およびシリンダヘッド下面温度が適正な温度に維持される。このように、4ストロークサイクル機関においては、エンジン1のクランク軸32の2回転につき一回、ウォータジャケットW内の冷却水に熱伝達が行われる。
First, the operation of the
次に、熱創出制御実行部53により実行される熱創出モード時におけるエンジン1の作動について説明する。熱創出モードにおいては、エンジン1は、図5(a)、図5(b)および図6に示すように、排気弁18が閉じており(バルブリフトが0)、ピストン30が上死点から下降するに連れて吸気弁17が開いて(バルブリフトが増大)吸気ポート11から燃焼室12内へ空気と燃料の混合気の吸入が行われ、ピストン30が下死点に達する前に吸気弁17が閉じる「第2吸気行程」と、「第2吸気行程」に続いて行われ、吸気弁17および排気弁18が閉じたままで、ピストン30が下死点に達する前に燃焼室点火プラグ15に電圧を印加して火花を発生させて燃焼室12内の混合気に点火し燃焼させる「第2燃焼行程」と、「第2燃焼行程」に続いて行われ、吸気弁17は閉じており、ピストン30が下死点から上昇するに連れて排気弁18が開き燃焼室12内の燃焼ガスを排気ポート13へ排出する「第2排気行程」の3つの行程からなる1サイクルを、エンジン1のクランク軸32の1回転、すなわちクランク角度の360度を1周期として繰り返し実行するものである。エンジン1のクランク軸32の1回転を1周期として作動する点において、熱創出モード時におけるエンジン1の作動は、いわゆる2ストロークサイクル機関の作動ということができる。通常の2ストロークサイクル機関では、ピストン下死点近傍において燃焼ガスと混合気とを入れ換える掃気工程を実施し、この掃気行程終了後ピストンの上昇により混合気を圧縮し、ピストンが上死点に近づいたところで混合気に点火し燃焼させている。混合気の燃焼により、燃焼室内圧力が急激に高まり、この圧力がピストンに作用してクランク軸にトルクを発生させる。つまり動力が発生する。これに対して、本発明の実施形態によるエンジン1の熱創出モードにおいては、第2吸気行程の終期において、すなわち、混合気を圧縮することなしに燃焼室点火プラグ15に電圧を印加して火花を発生させ混合気に点火し燃焼を開始させているため、燃焼室12内圧力は、図5(a)に示すように緩やかに上昇し、さらに、最高圧力は動力モードにおける最高圧力よりもはるかに低い圧力となっている。このため、熱創出モードにおいては、燃料の燃焼エネルギの大部分は熱に変換され、クランク軸32にトルクが発生することがない。言い換えると、熱創出モードを連続して実行するためには、何らかの手段を用いてクランク軸32を回転させる必要がある。そこで、本発明の実施形態によるエンジン1では、4個備えるシリンダのうち、2個のシリンダで熱創出モードを実行させ、2個のシリンダで上述した動力モード運転を実行させて、2個のシリンダで熱創出モード運転を実行するのに必要なトルクを発生させている。熱創出モード運転中は、燃料が燃焼して生成された燃焼ガスの熱は、シリンダ21の壁面やシリンダヘッド下面を介してウォータジャケットW内の冷却水へ伝達される。さらに、高温の燃焼ガスが排気パイプ16へ流出して熱交換器70の周囲を流れることにより、熱交換器70内を流れる冷却水に伝達される。これにより、冷却水の温度が上昇する。
Next, the operation of the
このように、熱創出モードにおいては混合気を圧縮せずに点火して燃焼させるため、燃焼ガスがシリンダ21壁面と接触し熱伝達する時間が動力モードの場合よりも長くなる。また、燃焼行程が行われる周期が、動力モードではクランク軸32の2回転であるのに対して、熱創出モードでは、クランク軸32の1回転と短くなっている。これにより、単位時間当たりに冷却水へ伝達される熱量は、熱創出モードにおいては動力モードと比べて格段に多くなっている。
In this way, in the heat generation mode, the air-fuel mixture is ignited and burned without being compressed, so that the time during which the combustion gas contacts the
以上説明した本実施の形態のエンジン1によって得られる効果について、エンジンのインジケータ線図を参照して説明する。インジケータ線図とは、縦軸を燃焼室内圧力とし、横軸を燃焼室容積である行程容積として、エンジンの1サイクル中における燃焼室内圧力と行程容積との関係を示すグラフであり、図7に、動力モードにおけるインジケータ線図を、図8に、熱創出モードにおけるインジケータ線図をそれぞれ示す。
The effects obtained by the
エンジン1は、動力モードが選択された場合、従来の4ストロークサイクル機関によるオットーサイクルを実行することから、「正の仕事」、つまり図7中においてハッチングを施した部分を行うことができる。エンジン1は、この「正の仕事」をクランク軸のトルクに変換することにより機関出力を生成する。「正の仕事」は、図7中のハッチングを施した部分の面積が広いほど大きいことになる。
When the power mode is selected, the
一方、エンジン1は、熱創出モードが選択された場合、動力モード時のオットーサイクルとは異なる新しいサイクルを実行する。そして、エンジン1は、この熱創出モードの新サイクルにおいては、図8に示すように、「正の仕事」がほとんど生成されず、したがって、エンジン1においてクランク軸32にはトルクが発生していない。言い換えると、燃料の持つエネルギの大部分が熱に変換され、さらに、燃焼室12壁面および熱交換器70を介して冷却水へ伝達され、冷却水温度上昇に寄与することになる。
On the other hand, when the heat generation mode is selected, the
次に、以上説明した本実施の形態のエンジン1によって得られる効果について、エンジンの熱勘定グラフを参照しつつ説明する。エンジンの熱勘定グラフは、燃料の完全燃焼により発生した熱量を100%とし、それがどのような部分にどれだけ配分されているかを棒グラフで表したものであり、図9(a)に、動力モードが選択された場合における熱勘定を、図9(b)に、熱創出モードが選択された場合における熱勘定をそれぞれ示す。
Next, the effects obtained by the
エンジン1が動力モードで運転される場合、燃料が完全燃焼して発生した熱量は、図9(a)に示すように、エンジンの運動部分各部の摩擦として消費される摩擦損失、排気ガスとともに外部へ放出される排気損失、エンジン冷却水へ伝達される熱量およびエンジン1の外表面から空気中へ放射される熱量である冷却損失、空気を吸入・圧縮するのに消費されるポンプ損失およびクランク軸32上のトルクとして利用可能な正味仕事に配分される。エンジン1が動力モードで運転されるときに、車両の暖房およびエンジン各部の温度上昇に寄与する熱量は、主に冷却損失分であるが、図9(a)から明らかなように、冷却損失分が占める割合は小さく、これにより車両の暖房能力が低くなることが予想される。エンジン本来の性能としては、正味仕事の割合が高いことが重要であるが、そうすると暖房能力が十分得られなくなる可能性がある。
When the
一方、熱創出モードで運転される場合の熱勘定では、図8のインジケータ線図からも明らかなように、ポンプ損失分および正味仕事分が無く、その分だけ排気損失および冷却損失の割合が格段に増大している。熱創出モード運転においては、排気中の熱量は熱交換器70により冷却水の温度上昇として回収される。したがって、熱創出モード運転中においては、燃料が完全燃焼して発生した熱量が車室暖房やエンジン各部の温度上昇に寄与する割合が動力モードと比べて格段に大きくなる。これにより、熱創出モードを実施することにより、暖房能力を増大することができる。
On the other hand, as is apparent from the indicator diagram of FIG. 8, in the heat account in the case of operating in the heat generation mode, there is no pump loss and no net work, and the ratio of exhaust loss and cooling loss is much higher by that amount. Has increased. In the heat generation mode operation, the amount of heat in the exhaust is recovered by the
次に、寒冷時においてエンジンを始動したときの、エンジン始動後の冷却水温度、潤滑油温度およびエンジン本体温度の推移を計測したデータを参照して、本発明の効果を説明する。図10(a)は、従来のエンジン(本発明の実施形態によるエンジン1における動力モード運転のみを実施するもの)におけるエンジン始動後の冷却水温度、潤滑油温度およびエンジン本体温度の推移を示すグラフであり、図10(b)は、本実施の形態によるエンジン1において機関始動後に本発明の特徴である熱創出モード運転を実施したときの冷却水温度、潤滑油温度およびエンジン本体温度の推移を示すグラフである。
Next, the effect of the present invention will be described with reference to data obtained by measuring changes in the coolant temperature, the lubricating oil temperature, and the engine body temperature after starting the engine when the engine is started in cold weather. FIG. 10A is a graph showing changes in the coolant temperature, the lubricating oil temperature, and the engine main body temperature after starting the engine in a conventional engine (only the power mode operation in the
図10(a)に示されるように、従来のエンジン、すなわちオットーサイクル運転されるエンジンが冷間始動された場合、その冷間始動時から暖機完了時までに必要な時間はおよそ「10分」以上であった。これに対し、図10(b)に示されるように、本実施の形態のエンジン1が冷間始動された場合、その冷間始動時から暖機完了時までに必要な時間はおよそ「1分」程度であった。ここで、本実施の形態のエンジン1では、機関始動直後は、制御装置50のモード選択部51において「熱創出モード」を選択するための条件が成立しており、「熱創出モード」が実行される。しかし、運転時間の経過とともに冷却水温度が上昇して、冷却水温度が本実施の形態のエンジン1の場合60℃以上になると、制御装置50のモード選択部51が「熱創出モード」を選択するための条件が欠如し、モード選択部51は「動力モード」を選択する。したがって、そのとき以降は、エンジン1は「動力モード」運転されている。しかし、「動力モード」運転中において冷却水に伝達される熱量は、冷却水温度、潤滑油温度およびエンジン本体温度をそれぞれの所定温度に維持するためには十分である。
As shown in FIG. 10 (a), when a conventional engine, that is, an engine that is operated in an Otto cycle, is cold-started, the time required from the cold start to the completion of warm-up is approximately “10 minutes”. That ’s it. On the other hand, as shown in FIG. 10B, when the
これらのことから、本実施の形態のエンジン1は、従来のオットーサイクル式の内燃機関に比較して、早期に暖機することができることが分かる。したがって、従来のオットーサイクル式の内燃機関では、(1)内燃機関の摩擦力が大きく、燃料の蒸発が不十分で良好な混合気が形成されないために燃焼が不安定となり、燃費が悪く、有害ガスの排出量が多い、(2)内燃機関が自動車に搭載される場合、冷間始動時の暖房が遅い、(3)低燃費技術の効果が機関段気前に充分に発揮されない、といった課題があったが、本実施の形態のエンジン1では、早期に暖機することができることから、低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立することができるようになる。
From these things, it turns out that the
なお、本発明に係る内燃機関および制御装置は、以上説明した上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々に変形して実施することが可能である。すなわち、上記実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。 The internal combustion engine and the control device according to the present invention are not limited to the configurations exemplified in the above-described embodiments, and various modifications are made without departing from the spirit of the present invention. It is possible. In other words, for example, the following embodiment can be implemented by appropriately changing the above embodiment.
上記実施の形態では、図2に示されるように、熱交換器70を、排気パイプ16内に配設しているが、熱交換器70の設置場所は排気パイプ16内に限らず、排気ポート13中であってもよい。あるいは、排気ポート13および排気パイプ16の両方に亘って設置してもよい。さらには、熱交換器70を備えない構成としてもよい。
In the above embodiment, as shown in FIG. 2, the
また、上記実施の形態では、熱創出モードの第2燃焼行程においては、燃焼室点火プラグ15により混合気に点火しているが、これに限定せず、図11に示すように、排気ポート13に臨んで排気ポート点火プラグ19を設置し、熱創出モード運転中においては、この排気ポート点火プラグ19に電圧を印加して火花を発生させて排気ポート13内の混合気に点火し燃焼させるとともに、動力モード運転時には、排気ポート点火プラグ19は作動させずに燃焼室点火プラグ15により燃焼室12内の混合気に点火する構成としても良い。
In the above embodiment, the air-fuel mixture is ignited by the combustion chamber ignition plug 15 in the second combustion stroke in the heat generation mode. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. The exhaust port ignition plug 19 is installed facing the engine, and during operation in the heat generation mode, a voltage is applied to the exhaust port ignition plug 19 to generate a spark to ignite and burn the air-fuel mixture in the
また、上記実施の形態では、熱創出モード運転中においては、4個備えるシリンダのうちの2個のシリンダで熱創出モードを実行させ、2個のシリンダで上述した動力モード運転を実行させて、2個のシリンダで熱創出モード運転を実行するのに必要なトルクを発生させているが、このような構成に限定する必要は無い。熱創出モード運転されるシリンダの個数と、熱創出モード運転を実行するのに必要なトルクを発生させるために動力モード運転されるシリンダの個数との配分は、適宜変えてもよい。また、上記実施の形態では、エンジン1を4気等エンジンとして説明しているが、本発明が適用されるエンジンのシリンダ数は4個に限らず、いくつであってもよい。さらに、熱創出モード運転を実行するのに必要なトルクを発生させるための原動機をエンジン1に限る必要は無く、エンジン1とは別の原動機、たとえば車両が備える電気モータ等を用いる構成としてもよい。この場合、電気モータとしては、エンジン1を始動するためのスタータモータであってもよいし、あるいは車両走行用のモータであってもよい。
Further, in the above embodiment, during the heat generation mode operation, the heat generation mode is executed by two cylinders out of the four cylinders, and the power mode operation described above is executed by two cylinders. Although the torque necessary for executing the heat generation mode operation is generated by two cylinders, it is not necessary to limit to such a configuration. The distribution of the number of cylinders that are operated in the heat generation mode and the number of cylinders that are operated in the power mode in order to generate the torque necessary to execute the heat generation mode operation may be changed as appropriate. In the above-described embodiment, the
また、上記実施の形態では、制御装置50がエンジン1の制御を開始してモード選択部51が熱創出モードまたは動力モードのどちらかを選択するときの条件として、暖房スイッチ61がON状態であり且つ冷却水温度が60℃未満の状態のときにおいてのみ、熱創出制御実行部53により熱創出モード運転を実行し、これら二つの条件の両方とも成立しない場合、およびどちらか一方が成立しない場合には、動力制御実行部52により動力モード運転を実行するようにしているが、このような構成に限定する必要はない。他の条件を追加あるいは置き換えてもよい。たとえば、暖房スイッチ61を省略し、冷却水温度のみによって判定してもよい。あるいは、冷却水温度が60℃未満且つ車両が走行中ではないときに、熱創出モードを実行する構成としてもよい。ここで、「車両が走行中ではないこと」の検出は、一例として、アクセルペダルセンサ(図示せず)が踏み込まれていないこと、および車両の走行速度が0であること、の少なくとも一方が成立したとき、とすればよい。
Moreover, in the said embodiment, the
1 エンジン(内燃機関)
10 シリンダヘッド
11 吸気ポート
12 燃焼室
13 排気ポート
14 燃料噴射弁
15 燃焼室点火プラグ
16 排気パイプ
17 吸気弁
18 排気弁
19 排気ポート点火プラグ
20 シリンダブロック
21 シリンダ
30 ピストン
31 コンロッド
32 クランク軸
40 バルブ駆動機構
50 制御装置
51 モード選択部
52 動力制御実行部
53 熱創出制御実行部
60 イグニッションスイッチ
61 暖房スイッチ
62 冷却水温度センサ
70 熱交換器
W ウォータジャケット
1 engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記シリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンに連結されて、前記ピストンの往復動による運動エネルギを回転力として外部に出力するクランク軸と、
前記シリンダおよび前記ピストンによって構成され、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記混合気を燃焼させるための火花を発生させる燃焼室点火プラグと、
前記燃焼室へ空気を導入する吸気ポートと前記燃焼室との間に設けられた吸気弁と、
前記燃焼室で前記混合気が燃焼して生じる燃焼ガスを排出する排気ポートと前記燃焼室との間に設けられた排気弁と、を備え、
前記排気弁は閉じており、前記ピストンの下降に伴い前記吸気弁が開いて前記燃焼室への吸気が行われ、前記ピストンが下死点となることに基づいて前記吸気弁が閉じる第1吸気行程と、
前記第1吸気行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室内の気体が圧縮される第1圧縮行程と、
前記第1圧縮行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、前記圧縮行程にて圧縮された前記燃焼室内の前記混合気を燃焼させる第1燃焼行程と、
前記第1燃焼行程に続いて行われ、前記吸気弁は閉じており、前記ピストンの上昇に伴い前記排気弁が開き前記燃焼室内の燃焼ガスが排気される第1排気行程と、が実行される内燃機関において、
前記排気弁は閉じており、前記ピストンの下降に伴い前記吸気弁が開いて前記燃焼室への吸気が行われ、前記吸気弁が閉じる第2吸気行程と、
前記第2吸気行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、前記燃焼室内の前記混合気を燃焼させる第2燃焼行程と、
前記第2燃焼行程に続いて行われ、前記吸気弁は閉じており、前記ピストンの上昇に伴い前記排気弁が開き前記燃焼室内の燃焼ガスが排気される第2排気行程と、が実行され、
前記内燃機関を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第1吸気工程、前記第1圧縮工程、前記第1燃焼行程、前記第1排気工程からなる1サイクルを、前記クランク軸の2回転を1周期として繰り返し実行する動力モード、および前記第2吸気工程、前記第2燃焼行程、前記第2排気工程からなる1サイクルを、前記クランク軸の1回転を1周期として繰り返し実行する熱創出モード、のどちらか一つを選択するモード選択部と、前記モード選択部により前記動力モードが選択された場合に前記内燃機関に対して前記動力モードの作動をするように制御する動力制御実行部と、前記モード選択部により前記熱創出モードが選択された場合に前記内燃機関に対して前記熱創出モードの作動をするように制御する熱創出制御実行部と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A cylinder,
A piston that reciprocates in the cylinder;
A crankshaft connected to the piston and outputting kinetic energy due to reciprocating motion of the piston to the outside as a rotational force;
Combustion chamber constituted by the cylinder and the piston, in which a mixture of fuel and air burns,
A combustion chamber spark plug provided in the combustion chamber for generating a spark for burning the air-fuel mixture;
An intake valve provided between an intake port for introducing air into the combustion chamber and the combustion chamber;
An exhaust valve provided between the combustion chamber and an exhaust port for discharging combustion gas generated by burning the air-fuel mixture in the combustion chamber;
The exhaust valve is closed, and as the piston descends, the intake valve opens to intake air into the combustion chamber, and the intake valve closes based on the piston becoming bottom dead center. The process,
A first compression stroke that is performed following the first intake stroke, the intake valve and the exhaust valve are closed, and the gas in the combustion chamber is compressed;
The mixing in the combustion chamber compressed in the compression stroke is performed following the first compression stroke, the intake valve and the exhaust valve are closed, and the combustion chamber ignition plug generates a spark. A first combustion stroke for burning qi,
The first combustion stroke is performed following the first combustion stroke, and the intake valve is closed, and the exhaust valve is opened as the piston rises, and the first exhaust stroke is performed in which the combustion gas in the combustion chamber is exhausted. In internal combustion engines,
The exhaust valve is closed, the intake valve is opened as the piston descends, intake into the combustion chamber is performed, and a second intake stroke in which the intake valve is closed;
The second combustion stroke is performed following the second intake stroke, the intake valve and the exhaust valve are closed, and the combustion chamber ignition plug generates a spark, thereby burning the air-fuel mixture in the combustion chamber. When,
A second exhaust stroke that is performed following the second combustion stroke, the intake valve is closed, the exhaust valve is opened and the combustion gas in the combustion chamber is exhausted as the piston rises,
A control device for controlling the internal combustion engine;
The control device is a power mode in which one cycle including the first intake step, the first compression step, the first combustion stroke, and the first exhaust step is repeatedly executed with two rotations of the crankshaft as one cycle And a heat generation mode in which one cycle consisting of the second intake step, the second combustion stroke, and the second exhaust step is repeatedly executed with one rotation of the crankshaft as one cycle. A power control execution unit that controls the internal combustion engine to operate in the power mode when the power mode is selected by the mode selection unit; and the heat generation mode by the mode selection unit. A heat generation control execution unit that controls the internal combustion engine to operate in the heat generation mode when the engine is selected. Location.
前記シリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンに連結されて、前記ピストンの往復動による運動エネルギを回転力として外部に出力するクランク軸と、
前記シリンダおよび前記ピストンによって構成され、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記混合気を燃焼させるための火花を発生させる燃焼室点火プラグと、
前記燃焼室へ空気を導入する吸気ポートと前記燃焼室との間に設けられた吸気弁と、
前記燃焼室で前記混合気が燃焼して生じる燃焼ガスを排出する排気ポートと前記燃焼室との間に設けられた排気弁と、
前記排気ポートに設けられ、前記混合気を燃焼させるための火花を発生させる排気ポート点火プラグと、を備え、
前記排気弁は閉じており、前記ピストンの下降に伴い前記吸気弁が開いて前記燃焼室への吸気が行われ、前記ピストンが下死点となることに基づいて前記吸気弁が閉じる第1吸気行程と、
前記第1吸気行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室内の気体が圧縮される第1圧縮行程と、
前記第1圧縮行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、前記圧縮行程にて圧縮された前記燃焼室内の前記混合気を燃焼させる第1燃焼行程と、
前記第1燃焼行程に続いて行われ、前記吸気弁は閉じており、前記ピストンの上昇に伴い前記排気弁が開き前記燃焼室内の燃焼ガスが排気される第1排気行程と、が実行される内燃機関において、
前記排気弁は閉じており、前記ピストンの下降に伴い前記吸気弁が開いて前記燃焼室への吸気が行われ、前記吸気弁が閉じる第2吸気行程と、
前記第2吸気行程に続いて行われ、前記ピストンの上昇に伴い前記排気弁が開き前記燃焼室内の混合気が排気される第3排気行程と、
前記第3排気行程に続いて行われ、前記吸気弁は閉じており、前記排気ポート点火プラグが火花を発生させることにより、前記排気ポート内の前記混合気を燃焼させる第3燃焼行程と、が実行され、
前記内燃機関を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第1吸気工程、前記第1圧縮工程、前記第1燃焼行程、前記第1排気工程からなる1サイクルを、前記クランク軸の2回転を1周期として繰り返し実行する動力モード、および前記第2吸気工程、前記第3排気工程、前記第3燃焼行程からなる1サイクルを、前記クランク軸の1回転を1周期として繰り返し実行する熱創出モード、のどちらか一つを選択するモード選択部と、前記モード選択部により前記動力モードが選択された場合に前記内燃機関に対して前記動力モードの作動をするように制御する動力制御実行部と、前記モード選択部により前記熱創出モードが選択された場合に前記内燃機関に対して前記熱創出モードの作動をするように制御する熱創出制御実行部と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A cylinder,
A piston that reciprocates in the cylinder;
A crankshaft connected to the piston and outputting kinetic energy due to reciprocating motion of the piston to the outside as a rotational force;
Combustion chamber constituted by the cylinder and the piston, in which a mixture of fuel and air burns,
A combustion chamber spark plug provided in the combustion chamber for generating a spark for burning the air-fuel mixture;
An intake valve provided between an intake port for introducing air into the combustion chamber and the combustion chamber;
An exhaust valve provided between the combustion chamber and an exhaust port for discharging combustion gas generated by burning the air-fuel mixture in the combustion chamber;
An exhaust port spark plug that is provided in the exhaust port and generates a spark for burning the air-fuel mixture;
The exhaust valve is closed, and as the piston descends, the intake valve opens to intake air into the combustion chamber, and the intake valve closes based on the piston becoming bottom dead center. The process,
A first compression stroke that is performed following the first intake stroke, the intake valve and the exhaust valve are closed, and the gas in the combustion chamber is compressed;
The mixing in the combustion chamber compressed in the compression stroke is performed following the first compression stroke, the intake valve and the exhaust valve are closed, and the combustion chamber ignition plug generates a spark. A first combustion stroke for burning qi,
The first combustion stroke is performed following the first combustion stroke, and the intake valve is closed, and the exhaust valve is opened as the piston rises, and the first exhaust stroke is performed in which the combustion gas in the combustion chamber is exhausted. In internal combustion engines,
The exhaust valve is closed, the intake valve is opened as the piston descends, intake into the combustion chamber is performed, and a second intake stroke in which the intake valve is closed;
A third exhaust stroke that is performed subsequent to the second intake stroke and in which the exhaust valve opens and exhausts the air-fuel mixture in the combustion chamber as the piston rises;
The third combustion stroke is performed following the third exhaust stroke, the intake valve is closed, and the exhaust port ignition plug generates a spark, thereby burning the air-fuel mixture in the exhaust port. Executed,
A control device for controlling the internal combustion engine;
The control device is a power mode in which one cycle including the first intake step, the first compression step, the first combustion stroke, and the first exhaust step is repeatedly executed with two rotations of the crankshaft as one cycle And a heat generation mode in which one cycle consisting of the second intake step, the third exhaust step, and the third combustion stroke is repeatedly executed with one rotation of the crankshaft as one cycle. A power control execution unit that controls the internal combustion engine to operate in the power mode when the power mode is selected by the mode selection unit; and the heat generation mode by the mode selection unit. A heat generation control execution unit that controls the internal combustion engine to operate in the heat generation mode when the engine is selected. Location.
当該内燃機関は、複数のシリンダを有していることを特徴とする内燃機関の制御装置。 In the control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 and 2,
The internal combustion engine has a plurality of cylinders.
前記排気ポートおよび前記排気ポートの出口側に接続される排気管の少なくともどちらか一方内に設けられる熱交換器を備え、
前記熱交換器は、前記排気ポートの外部から前記熱交換器内に導入された流体と前記混合気が燃焼して生成された燃焼ガスとの間の熱交換を行うものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
A heat exchanger provided in at least one of the exhaust port and an exhaust pipe connected to an outlet side of the exhaust port;
The heat exchanger performs heat exchange between a fluid introduced into the heat exchanger from the outside of the exhaust port and a combustion gas generated by burning the air-fuel mixture. A control device for an internal combustion engine.
前記流体は、前記内燃機関の冷却水であることを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 4,
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the fluid is cooling water for the internal combustion engine.
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JP2010068807A JP2011202547A (en) | 2010-03-24 | 2010-03-24 | Control device of internal combustion engine, and internal combustion engine equipped with the control device |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002256911A (en) * | 2001-02-23 | 2002-09-11 | Fuji Heavy Ind Ltd | Combustion control device of engine |
JP2009097380A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | Control device for internal combustion engine |
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- 2010-03-24 JP JP2010068807A patent/JP2011202547A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002256911A (en) * | 2001-02-23 | 2002-09-11 | Fuji Heavy Ind Ltd | Combustion control device of engine |
JP2009097380A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | Control device for internal combustion engine |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012241523A (en) * | 2011-05-16 | 2012-12-10 | Nippon Soken Inc | Internal combustion engine |
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