JP2013124617A - 着火制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】着火制御装置1は、燃料噴射弁60から噴射された燃料のエンジン10における着火を制御する。空気噴射弁90は、エンジン10の燃焼室11において空気噴射により衝撃波を生成可能である。ECU70は、空気噴射弁90による衝撃波の生成を制御する。
【選択図】図1
Description
また、本発明では、燃料噴射弁とは別の手段である衝撃波生成手段によって衝撃波を生成する構成のため、燃料噴射弁から噴射される燃料が気体燃料または液体燃料のいずれであっても、衝撃波を生成することができる。よって、本発明では、噴射される燃料の種別に関係なく、内燃機関から排出される未燃HCを低減することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による着火制御装置、および、それを適用した内燃機関(以下、「エンジン」という。)を図1に示す。
シリンダブロック20は、例えば鋳鉄またはアルミ等の金属により形成されている。シリンダブロック20は、中空円筒状のシリンダ(気筒)21を4つ有している。つまり、エンジン10は4気筒エンジンである。
ピストン41は、例えば鋳鉄またはアルミ等の金属により中実円筒状に形成されている。ピストン41は、シリンダ21の内側に軸方向に往復移動可能に設けられている。
クランクポジションセンサ81は、図示しないクランクシャフトのタイミングロータに対向するようエンジン10に取り付けられている。クランクポジションセンサ81は、クランクシャフトの回転角に応じた信号をECU70に出力する。これにより、ECU70は、クランクシャフトの回転位置(クランク位置)およびクランクシャフトの回転数(エンジン11の回転数)を検出することができる。
ECU70は、クランクポジションセンサ81、圧力センサ82、および、その他センサからの信号等に基づき、エンジン11の運転状態を推定する。そして、推定した運転状態等に基づき目標燃料量を算出し、算出した目標燃料量の燃料が燃料噴射弁60から噴射されるよう燃料噴射弁60の電磁駆動部を制御する。
吸気行程では、吸気弁51が開弁し排気弁52が閉弁した状態でピストン41が上死点(TDC)から下死点(BDC)に向かう。これにより、図示しない吸気管およびインテークポート31を経由して車両外部の空気が燃焼室11に導入される。
圧縮行程の終期、ピストン41が上死点近傍に到達すると、ECU70は、エンジン10の運転状態等に基づき算出した量の燃料を燃料噴射弁60から噴射する。高温高圧環境の燃焼室11に噴射された燃料は、自己着火し、膨張行程が開始される。本実施形態では、以下、適宜、上述の自己着火を「通常の着火」という。
排気行程では、排気弁52が開弁し吸気弁51が閉弁した状態でピストン41が下死点から上死点に向かう。これにより、エキゾーストポート32および図示しない排気管を経由して燃焼室11内の燃焼ガスが車両外部に排出される。
本実施形態では、着火制御装置1は、特に、上述の未燃HCを低減することを目的として、エンジン10に適用される。
空気噴射弁90は、噴孔91が燃焼室11に露出するようシリンダヘッド30に設けられている。空気噴射弁90は、4つの燃焼室11のそれぞれに対応するよう4つ設けられている。空気噴射弁90は、図示しない電磁駆動部を駆動させることにより、噴孔91から空気を超音速で噴射可能である。これにより、燃焼室11内に衝撃波を生成することができる。ここで、空気噴射弁90は、特許請求の範囲における「衝撃波生成手段」および「空気噴射手段」に対応する。
図2に示す一連の処理S100は、例えば燃料噴射弁60から燃料が噴射されて所定の時間が経過した後(通常の着火後)、開始される。
S101では、ECU70は、クランクポジションセンサ81からの信号に基づきエンジン10の回転数を検出する。その後、処理はS102へ移行する。
具体的には、ECU70は、まず、燃料噴射弁60から噴射した燃料の量(燃料噴射量)および吸気量等に基づきエンジン10から出力されるトルクを算出する。そして、算出したトルクとS101で検出したエンジン10の回転数とに基づき、燃焼室11から排出され得る未燃HCの量を算出する。そして、算出した未燃HCの量と図3に示すマップとに基づき、燃焼室11から排出され得る未燃HCの量がクライテリア以上か否かを判定する。
ECU70が燃焼室11から排出され得る未燃HCの量はクライテリア以上であると判定した場合(S102:YES)、処理はS103へ移行する。一方、クライテリア以上ではない(クライテリア未満である)と判定した場合(S102:NO)、処理は一連の処理S100を抜ける。
ECU70が衝撃波の生成回数nおよび衝撃波の生成タイミングT(n)を決定すると、処理はS104へ移行する。
S105では、ECU70は、T(N)での燃焼室11の状態を判定する。具体的には、ECU70は、燃焼室11の圧力または密度の少なくとも1つ以上と、燃焼室11の温度とを検出または算出することで燃焼室11の状態を判定する。より具体的には、本実施形態では、ECU70は、圧力センサ82からの信号に基づき燃料室11の圧力を検出し、例えば吸気量、クランク位置および燃料噴射量等に基づき燃焼室11での発熱量を算出し燃焼室11の温度を算出することで燃焼室11の状態を判定する。ここで、ECU70は、特許請求の範囲における「燃焼室状態判定手段」として機能する。
ECU70が燃焼室11の状態を判定すると、処理はS106へ移行する。
ECU70が衝撃波生成条件を導出すると、処理はS107へ移行する。
ECU70が空気噴射弁90を制御することで衝撃波を生成すると、処理はS108へ移行する。
S108では、ECU70は、NにN+1を代入しRAMに記憶する。その後、処理はS109へ移行する。
本実施形態では、ECU70は、S105で判定した燃焼室11の状態とS106で導出した衝撃波生成条件と図6に示すマップとに基づき、S107において空気噴射弁90により生成すべき衝撃波の強さを決定する。図6に示すように、燃焼室11の状態(温度、圧力または密度の高低)と衝撃波生成条件とに基づき、4つの領域のいずれかが判定される。
なお、図6に示すマップにおいて「着火不可領域」と判定された場合は、S107において空気噴射弁90による衝撃波の生成を行わない。
エンジン10の運転状態等によっては、燃料の通常の着火(膨張行程を開始させる着火)後、燃焼室11内に燃料の燃え残り(未燃HC)が生じることがある。本実施形態では、燃料の通常の着火後、空気噴射弁90により衝撃波を生成することにより、燃焼室11内に高温高圧場を形成することで、未燃HCを燃焼させることができる。その結果、エンジン10から排出される未燃HCを低減することができる。また、2回以上の衝撃波の生成を行った場合、未燃HCをより低減することができる。
本発明の第2実施形態による着火制御装置について図10〜12に基づき説明する。第2実施形態は、物理的な構成は第1実施形態と同様であるものの、ECU70による空気噴射弁90の駆動制御に関する処理が第1実施形態と異なる。
図10に示す一連の処理S200は、例えば燃料噴射弁60から燃料が噴射されて所定の時間が経過した後(通常の着火後)、開始される。
S201では、ECU70は、クランクポジションセンサ81からの信号に基づきエンジン10の回転数を検出する。その後、処理はS202へ移行する。
ECU70が燃焼室11から排出され得る未燃HCの量はクライテリア以上であると判定した場合(S202:YES)、処理はS203へ移行する。一方、クライテリア以上ではない(クライテリア未満である)と判定した場合(S202:NO)、処理は一連の処理S200を抜ける。
ECU70が1回目の衝撃波の生成タイミングを決定すると、処理はS204へ移行する。
ECU70が燃焼室11の状態を判定すると、処理はS205へ移行する。
S205では、ECU70は、衝撃波生成条件を導出する。ここでの処理は、第1実施形態のS106と同様のため、詳細な説明を省略する。
ECU70が衝撃波生成条件を導出すると、処理はS206へ移行する。
ECU70が空気噴射弁90を制御することで衝撃波を生成すると、処理はS208へ移行する。
なお、本実施形態では、第1実施形態と同様、ECU70は、燃焼室11の状態と衝撃波生成条件と図6に示すマップとに基づき、S207において空気噴射弁90により生成すべき衝撃波の強さを決定する。これにより、燃焼室11内の任意の箇所の未燃HCを燃焼させることができる。
また、本実施形態では、衝撃波の生成タイミングを決定するためのマップは、1回目の生成タイミングのみ記憶されたマップのため、データ量を削減することができる。
本発明の第3実施形態による着火制御装置について図13および14に基づき説明する。第3実施形態は、物理的な構成は第1実施形態とほぼ同様であるものの、ECU70による空気噴射弁90の駆動制御に関する処理が第1実施形態と異なる。
図13に示す一連の処理S300は、例えば燃料噴射弁60から燃料が噴射されて所定の時間が経過した後(通常の着火後)、開始される。
S301では、ECU70は、クランクポジションセンサ81からの信号に基づきエンジン10の回転数を検出する。その後、処理はS302へ移行する。
ECU70が燃焼室11から排出され得る未燃HCの量はクライテリア以上であると判定した場合(S302:YES)、処理はS303へ移行する。一方、クライテリア以上ではない(クライテリア未満である)と判定した場合(S302:NO)、処理は一連の処理S300を抜ける。
ECU70が衝撃波生成条件を決定すると、処理はS304へ移行する。
ECU70が目標燃焼室状態を導出すると、処理はS305へ移行する。
ECU70が衝撃波の生成回数nおよび衝撃波の生成タイミングT(n)を決定すると、処理はS307へ移行する。
S308では、ECU70は、S303で決定した衝撃波生成条件で空気噴射弁90の駆動を制御する。これにより、空気噴射弁90の噴孔91から空気が超音速で噴射され、衝撃波が生成される。空気噴射弁90から生じた衝撃波は、燃焼室11内を伝播する。燃焼室11内を衝撃波が伝播することにより、燃焼室11に高温高圧場が形成される。これにより、燃焼室11内の未燃HCが自己着火し燃焼する。
ECU70が空気噴射弁90を制御することで衝撃波を生成すると、処理はS309へ移行する。
S310では、ECU70は、衝撃波を生成した回数が、S306で決定した生成回数n以下か否かを判定する。すなわち、N≦nか否かを判定する。衝撃波を生成した回数は、S306で決定した生成回数n以下(N≦n)であると判定した場合(S310:YES)、処理はS308へ戻る。一方、衝撃波を生成した回数は、S306で決定した生成回数n以下(N≦n)ではないと判定した場合(S310:NO)、処理は一連の処理S300を抜ける。
また、本実施形態では、空気噴射弁90によって空気噴射を行うことにより、過給器で過給可能な空気量以上の空気を燃焼室11に導入することができる。
本発明の第4実施形態による着火制御装置について図15に基づき説明する。第4実施形態は、物理的な構成は第3実施形態と同様であるものの、ECU70による空気噴射弁90の駆動制御に関する処理が第3実施形態と異なる。
図15に示す一連の処理S400は、例えば燃料噴射弁60から燃料が噴射されて所定の時間が経過した後(通常の着火後)、開始される。
S401では、ECU70は、クランクポジションセンサ81からの信号に基づきエンジン10の回転数を検出する。その後、処理はS402へ移行する。
ECU70が燃焼室11から排出され得る未燃HCの量はクライテリア以上であると判定した場合(S402:YES)、処理はS403へ移行する。一方、クライテリア以上ではない(クライテリア未満である)と判定した場合(S402:NO)、処理は一連の処理S400を抜ける。
ECU70が衝撃波生成条件を決定すると、処理はS404へ移行する。
S404では、ECU70は、目標燃焼室状態を導出する。ここでの処理は、第3実施形態のS304と同様のため、詳細な説明を省略する。
ECU70が目標燃焼室状態を導出すると、処理はS405へ移行する。
S406では、ECU70は、1回目の衝撃波の生成タイミングを決定する。ここでの処理は、第2実施形態のS203と同様のため、詳細な説明を省略する。
ECU70が1回目の衝撃波の生成タイミングを決定すると、処理はS407へ移行する。
ECU70が空気噴射弁90を制御することで衝撃波を生成すると、処理はS409へ移行する。
ECU70がさらに衝撃波を生成する必要があると判定した場合(S410:YES)、処理はS407に戻る。一方、ECU70がさらに衝撃波を生成する必要はないと判定した場合(S410:NO)、処理は一連の処理S400を抜ける。
上述の実施形態では、着火制御装置を、燃料の通常の着火(膨張行程を開始させる着火)後の未燃HCを着火させるために用いる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、着火制御装置により、燃料の通常の着火後に限らず、通常の着火と同じタイミングまたは直前等に衝撃波を生成してもよい。この場合、燃焼室内に燃料が着火し易い環境を形成することにより、通常の着火を確実なものとすることができる。すなわち、本発明では、制御手段は、内燃機関の圧縮行程および膨張行程において衝撃波生成を行うよう衝撃波生成手段を制御する。
また、本発明は、4気筒エンジンに限らず、その他の多気筒エンジンあるいは単気筒エンジンに適用することもできる。
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
10 ・・・エンジン(内燃機関)
11 ・・・燃焼室
60 ・・・燃料噴射弁
70 ・・・ECU(制御手段)
90 ・・・空気噴射弁(衝撃波生成手段)
Claims (6)
- 燃料噴射弁から噴射された燃料の内燃機関における着火を制御する着火制御装置であって、
前記内燃機関の燃焼室において衝撃波を生成可能な衝撃波生成手段と、
前記衝撃波生成手段による衝撃波の生成を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする着火制御装置。 - 前記制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程および膨張行程で少なくとも1回以上の衝撃波生成を行うよう前記衝撃波生成手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の着火制御装置。
- 前記制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程および膨張行程で少なくとも2回以上の衝撃波生成を行い、1回目に生成した衝撃波が前記燃焼室の内壁面に反射した後のタイミングで2回目の衝撃波生成を行うよう前記衝撃波生成手段を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の着火制御装置。
- 前記燃焼室の圧力または密度の少なくとも1つ以上と、前記燃焼室の温度とを検出または算出することで前記燃焼室の状態を判定可能な燃焼室状態判定手段と、
前記燃焼室状態判定手段により判定した前記燃焼室の状態において燃料を自己着火させることが可能な衝撃波の生成条件である衝撃波生成条件を導出可能な衝撃波生成条件導出手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記衝撃波生成条件導出手段により導出した前記衝撃波生成条件に基づき衝撃波生成を行うよう前記衝撃波生成手段を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の着火制御装置。 - 前記衝撃波生成手段による衝撃波の生成条件である衝撃波生成条件を決定する衝撃波生成条件決定手段と、
前記衝撃波生成条件決定手段により決定した前記衝撃波生成条件で衝撃波が生成された場合の前記燃焼室の状態に関し、燃料が自己着火可能な目標圧力または目標密度の少なくとも1つ以上と目標温度とからなる目標燃焼室状態を導出可能な目標燃焼室状態導出手段と、
前記燃焼室に導入される吸気の圧力または温度の少なくとも一方を調節可能な吸気調節手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記燃焼室の状態が前記目標燃焼室状態導出手段により導出した前記目標燃焼室状態となるよう、吸気の圧力または温度を調節するよう前記吸気調節手段を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の着火制御装置。 - 前記衝撃波生成手段は、空気噴射による衝撃波を生成可能な空気噴射手段であり、
前記制御手段は、前記内燃機関の吸気弁が閉弁した後、空気噴射を行うよう前記空気噴射手段を制御することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の着火制御装置。
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