JP2015075078A - Control unit for compression ignition internal combustion engine - Google Patents

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寿記 伊藤
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寿記 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control unit for a compression ignition internal combustion engine which can change the compression ratio without a mechanical construction changing a relative position between a cylinder block and a crank case.SOLUTION: A compression ignition internal combustion engine 1 includes a water injection valve 42 which can supply liquid water of a prescribed temperature or less into a combustion chamber 6, and water supply control means 50 which controls the water injection valve 42 so that an amount of water corresponding to a required compression ratio is supplied into the combustion chamber 6 under the condition in which the temperature in the combustion chamber 6 is less than the prescribed temperature.

Description

本発明は、圧縮比を変更できる圧縮着火内燃機関に適用される制御装置に関する。   The present invention relates to a control device applied to a compression ignition internal combustion engine capable of changing a compression ratio.

シリンダブロックとクランクケースとのシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることにより上死点における気筒内の容積を変更可能な圧縮比可変機構を備え、運転条件に応じて圧縮比可変機構を制御して圧縮比を変更できる内燃機関の制御装置が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2〜4が存在する。   It is equipped with a variable compression ratio mechanism that can change the volume in the cylinder at the top dead center by changing the relative position of the cylinder block and crankcase in the cylinder axis direction, and controls the variable compression ratio mechanism according to operating conditions. A control device for an internal combustion engine capable of changing the compression ratio is known (see Patent Document 1). In addition, there are Patent Documents 2 to 4 as prior art documents related to the present invention.

特開2012−233439号公報JP 2012-233439 A 特開2010−138737号公報JP 2010-138737 A 特開2007−247588号公報JP 2007-247588 A 特開平10−318049号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-318049

シリンダブロックとクランクケースとの相対位置を変化させる圧縮比可変機構を備えると、シリンダブロックとクランクケースとを分離し、シリンダブロックを移動するための駆動機構等を用いることになるため、圧縮比可変機構の構成が複雑となる。   If a variable compression ratio mechanism that changes the relative position between the cylinder block and the crankcase is provided, the drive mechanism for moving the cylinder block is separated from the cylinder block and the crankcase is used. The structure of the mechanism becomes complicated.

そこで、本発明は、シリンダブロックとクランクケースとの相対位置を変化させる機械的構成を採用せずに圧縮比を変更可能な圧縮着火内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device for a compression ignition internal combustion engine that can change the compression ratio without adopting a mechanical configuration that changes the relative position between the cylinder block and the crankcase.

本発明の圧縮着火内燃機関の制御装置は、所定温度以下で液体の水を燃焼室内に供給できる水供給手段を備える圧縮着火内燃機関に適用され、前記燃焼室内の温度が前記所定温度未満の条件で、要求される圧縮比に応じた量の水を前記燃焼室内に供給するように前記水供給手段を制御する水供給制御手段を備える(請求項1)。   The control apparatus for a compression ignition internal combustion engine of the present invention is applied to a compression ignition internal combustion engine having water supply means capable of supplying liquid water into a combustion chamber at a predetermined temperature or lower, and the temperature in the combustion chamber is less than the predetermined temperature. And a water supply control means for controlling the water supply means so as to supply an amount of water corresponding to the required compression ratio into the combustion chamber (Claim 1).

本発明の圧縮着火内燃機関の制御装置によれば、燃焼室内の温度が所定温度以下の状態で燃焼室内に水が供給されると、水は液体に維持されるので、燃焼室内で液体の水が占める体積の分だけ燃焼室の容積が小さくなったことと同様の効果が生じる。これにより、シリンダブロックとクランクケースとの相対位置を変化させる機械的構成を採用せずに、燃焼室に供給する水量に応じて圧縮比を変更することができる。   According to the control apparatus for a compression ignition internal combustion engine of the present invention, when water is supplied into the combustion chamber in a state where the temperature in the combustion chamber is equal to or lower than a predetermined temperature, the water is maintained in a liquid state. The same effect as that in which the volume of the combustion chamber is reduced by the volume occupied by. Accordingly, the compression ratio can be changed according to the amount of water supplied to the combustion chamber without adopting a mechanical configuration that changes the relative position between the cylinder block and the crankcase.

本発明の一形態に係る制御装置が適用された圧縮着火内燃機関の全体構成を示した図。The figure which showed the whole structure of the compression ignition internal combustion engine to which the control apparatus which concerns on one form of this invention was applied. 図1の圧縮着火内燃機関の気筒の中心線に沿った平面で切断した断面を示した図。The figure which showed the cross section cut | disconnected by the plane along the centerline of the cylinder of the compression ignition internal combustion engine of FIG. ECUが実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャート。The flowchart which showed an example of the control routine which ECU performs. エンジン回転数と幾何学的圧縮比を20にするために必要な水噴射量との関係を示した図。The figure which showed the relationship between an engine speed and the water injection quantity required in order to make a geometric compression ratio into 20. FIG. 第2の形態においてECUが実行する制御ルーチンを示したフローチャート。The flowchart which showed the control routine which ECU performs in a 2nd form. 第3の形態においてECUが実行する制御ルーチンを示したフローチャート。The flowchart which showed the control routine which ECU performs in a 3rd form. 大気圧と標高との関係を示した図。The figure which showed the relationship between atmospheric pressure and altitude. 標高と水噴射弁が噴射する水噴射量等との関係を示した図。The figure which showed the relationship between an altitude and the water injection quantity etc. which a water injection valve injects. 図6のサブルーチンを示したフローチャート。The flowchart which showed the subroutine of FIG.

(第1の形態)
図1に示した圧縮着火内燃機関(以下、内燃機関という。)1は、不図示の車両に走行用動力源として搭載される。内燃機関1は、4つの気筒2が一方向に並べられた直列4気筒型の内燃機関として構成されている。図2に示すように、内燃機関1は、気筒2が形成されたシリンダブロック3と、気筒2の開口部を塞ぐシリンダヘッド4とを備える。気筒2にはピストン5が挿入され、ピストン5は気筒2内を中心線の方向に往復動できる。図2は、ピストン5が上死点に位置する状態を示している。気筒2内に面するピストン5の頂面には凹部として燃焼室6が形成されている。燃料噴射弁7は、その先端が燃焼室6の中央に臨む状態でシリンダヘッド4に設けられている。ピストン5が上死点付近に位置するときに燃料噴射弁7は燃焼室6内へ向けて燃料を噴射する。グロープラグ8は、その先端部が燃焼室6内に突き出す状態でシリンダヘッド4に設けられている。グロープラグ8を加熱することによって、気筒2内の温度を上昇させることができる。上死点における気筒2内の容積は35.7mLであり、気筒2の行程容積は500mLである。そのため、上死点における容積に対する下死点における容積の比を表わす幾何学的圧縮比は15である。
(First form)
A compression ignition internal combustion engine (hereinafter referred to as an internal combustion engine) 1 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle (not shown) as a driving power source. The internal combustion engine 1 is configured as an in-line four-cylinder internal combustion engine in which four cylinders 2 are arranged in one direction. As shown in FIG. 2, the internal combustion engine 1 includes a cylinder block 3 in which a cylinder 2 is formed, and a cylinder head 4 that closes an opening of the cylinder 2. A piston 5 is inserted into the cylinder 2, and the piston 5 can reciprocate in the direction of the center line in the cylinder 2. FIG. 2 shows a state where the piston 5 is located at the top dead center. A combustion chamber 6 is formed as a recess on the top surface of the piston 5 facing the cylinder 2. The fuel injection valve 7 is provided in the cylinder head 4 with its tip facing the center of the combustion chamber 6. When the piston 5 is positioned near the top dead center, the fuel injection valve 7 injects fuel into the combustion chamber 6. The glow plug 8 is provided on the cylinder head 4 with its tip protruding into the combustion chamber 6. By heating the glow plug 8, the temperature in the cylinder 2 can be raised. The volume in the cylinder 2 at the top dead center is 35.7 mL, and the stroke volume of the cylinder 2 is 500 mL. Therefore, the geometric compression ratio representing the ratio of the volume at the bottom dead center to the volume at the top dead center is 15.

図1に示すように、各気筒2には吸気通路10及び排気通路11がそれぞれ接続されている。内燃機関1には、排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボチャージャー12が搭載されている。吸気通路10はインテークマニホールド13を備えており、吸気通路10を流れる吸入空気はインテークマニホールド13で分配されて各気筒2に充填される。排気通路11は、エキゾーストマニホ−ルド14、ディーゼル微粒子捕集フィルタ15及び触媒16を備えている。各気筒2から排出される排気はエキゾーストマニホールド14で集合され、集合された排気はディーゼル微粒子捕集フィルタ15で粒子状物質が除去され、触媒16で有害物質が除去されてから大気に放出される。   As shown in FIG. 1, an intake passage 10 and an exhaust passage 11 are connected to each cylinder 2. The internal combustion engine 1 is equipped with a turbocharger 12 that supercharges intake air using exhaust energy. The intake passage 10 is provided with an intake manifold 13, and intake air flowing through the intake passage 10 is distributed by the intake manifold 13 and is filled in each cylinder 2. The exhaust passage 11 includes an exhaust manifold 14, a diesel particulate filter 15 and a catalyst 16. Exhaust gas discharged from each cylinder 2 is collected by an exhaust manifold 14, and the collected exhaust gas is discharged into the atmosphere after particulate matter is removed by a diesel particulate filter 15 and harmful substances are removed by a catalyst 16. .

内燃機関1には、排気通路11から排気の一部を取り出して吸気通路10にEGRガスとして再循環させるEGR装置として、第1EGR装置20及び第2EGR装置30が設けられている。第1EGR装置20は、排気通路11から排気の一部をEGRガスとして取り出して吸気通路10に導く第1EGR通路21と、第1EGR通路21を流れるEGRガスの流量を調整できる第1EGR弁22とを備えている。同様に、第2EGR装置30は、第2EGR通路31と、第2EGR通路31を流れるEGRガスの流量を調整できる第2EGR弁32とを備えている。また、触媒16より下流で排気通路11からEGRクーラ通路33が分岐しており、EGRクーラ通路33にはEGRクーラ34が設けられている。EGRクーラ通路33を通る排気はEGRクーラ34で冷却されてから排気通路11に合流する。EGRクーラ通路33と排気通路11が合流する位置には、EGRクーラ弁35が設けられている。EGRクーラ弁35は、EGRクーラ通路33を流れる排気の流量を調整することができる。   The internal combustion engine 1 is provided with a first EGR device 20 and a second EGR device 30 as EGR devices that take out a part of the exhaust gas from the exhaust passage 11 and recirculate it as EGR gas in the intake passage 10. The first EGR device 20 includes a first EGR passage 21 that extracts a part of exhaust gas from the exhaust passage 11 as EGR gas and guides it to the intake passage 10, and a first EGR valve 22 that can adjust the flow rate of the EGR gas flowing through the first EGR passage 21. I have. Similarly, the second EGR device 30 includes a second EGR passage 31 and a second EGR valve 32 that can adjust the flow rate of the EGR gas flowing through the second EGR passage 31. Further, an EGR cooler passage 33 is branched from the exhaust passage 11 downstream from the catalyst 16, and an EGR cooler 34 is provided in the EGR cooler passage 33. The exhaust gas passing through the EGR cooler passage 33 is cooled by the EGR cooler 34 and then merged into the exhaust passage 11. An EGR cooler valve 35 is provided at a position where the EGR cooler passage 33 and the exhaust passage 11 merge. The EGR cooler valve 35 can adjust the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR cooler passage 33.

EGRクーラ34を通る排気の温度がEGRクーラ34の内部で露点温度を跨ぐように低下した場合、排気中の水蒸気がEGRクーラ34で凝縮(結露)して水となる。EGRクーラ34で凝縮された水は凝縮水タンク40に貯留される。凝縮水タンク40には、貯留された水量を検出できる水位センサ41が設けられている。インテークマニホールド13には、水供給手段として水噴射弁42が設けられている。凝縮水タンク40に貯留された水は水供給管43を経由して水噴射弁42に供給される。水供給管43には、凝縮水タンク40に貯留された水を水噴射弁43に供給するための水噴射用ポンプ44が設けられている。水噴射弁42がインテークマニホールド13内に水を噴射すると、噴射された水がインテークマニホールド13内を流れる吸気と共に気筒2内に吸入されるため、燃焼室6内に水が供給される。燃焼室6内の温度が水を気化させない低い温度であれば、燃焼室6内に水が供給されると、燃焼室6内で液体の水が占める体積の分だけ燃焼室6の容積が小さくなったことと同様の効果が生じる。そのため、水噴射弁42により供給される水量に応じて気筒2の圧縮比を変更することができる。   When the temperature of the exhaust gas passing through the EGR cooler 34 decreases so as to straddle the dew point temperature inside the EGR cooler 34, the water vapor in the exhaust gas is condensed (condensed) in the EGR cooler 34 and becomes water. The water condensed by the EGR cooler 34 is stored in the condensed water tank 40. The condensed water tank 40 is provided with a water level sensor 41 that can detect the amount of stored water. The intake manifold 13 is provided with a water injection valve 42 as water supply means. The water stored in the condensed water tank 40 is supplied to the water injection valve 42 via the water supply pipe 43. The water supply pipe 43 is provided with a water injection pump 44 for supplying water stored in the condensed water tank 40 to the water injection valve 43. When the water injection valve 42 injects water into the intake manifold 13, the injected water is sucked into the cylinder 2 together with the intake air flowing through the intake manifold 13, so that water is supplied into the combustion chamber 6. If the temperature in the combustion chamber 6 is a low temperature that does not vaporize water, when water is supplied into the combustion chamber 6, the volume of the combustion chamber 6 is reduced by the volume occupied by liquid water in the combustion chamber 6. The same effect as that which became. Therefore, the compression ratio of the cylinder 2 can be changed according to the amount of water supplied by the water injection valve 42.

内燃機関1の各部の制御は、コンピュータとして構成されたエンジンコントロールユニット(ECU)50にて制御される。ECU50は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺機器を含む。ECU50は、水噴射弁42、水噴射用ポンプ44及びグロープラグ8等に対して各種の制御を行う。ECU50には、水位センサ41、大気圧センサ51、エンジン出口水温センサ52及びクランク角センサ53等の出力信号が入力される。大気圧センサ51は、エンジンルーム内の温度変化の少ない場所に設置され、大気圧を検出することができる。エンジン出口水温センサ52は、シリンダブロック3及びシリンダヘッド4のウォータージャケットを通ったエンジン冷却水の温度を検出することができる。クランク角センサ53の出力により、エンジン回転速度(エンジン回転数)を検出することができる。   Control of each part of the internal combustion engine 1 is controlled by an engine control unit (ECU) 50 configured as a computer. The ECU 50 includes a microprocessor and peripheral devices such as RAM and ROM necessary for its operation. The ECU 50 performs various controls on the water injection valve 42, the water injection pump 44, the glow plug 8, and the like. The ECU 50 receives output signals from the water level sensor 41, the atmospheric pressure sensor 51, the engine outlet water temperature sensor 52, the crank angle sensor 53, and the like. The atmospheric pressure sensor 51 is installed in a place with little temperature change in the engine room, and can detect the atmospheric pressure. The engine outlet water temperature sensor 52 can detect the temperature of engine cooling water that has passed through the water jackets of the cylinder block 3 and the cylinder head 4. Based on the output of the crank angle sensor 53, the engine speed (engine speed) can be detected.

内燃機関1は、気筒2内に吸入した空気を圧縮して高温にすることにより燃料を着火しているが、燃焼室6内の温度が低い状態で始動すると、気筒2内で吸入空気を圧縮してもピストン5、シリンダヘッド4及びシリンダブロック3に熱を奪われ、吸入空気が燃料を着火させる温度に達せず、始動不良を起こすことがある。そこで、本形態では、燃焼室6内の温度としてのエンジン冷却水の温度が所定温度である10℃未満の場合は、水噴射弁42による水の噴射で圧縮比を増加させるか、又はグロープラグ8を加熱して気筒2内の温度を上昇させることによって、内燃機関1の始動不良の発生を抑制する。   The internal combustion engine 1 ignites the fuel by compressing the air taken into the cylinder 2 to a high temperature. When the internal combustion engine 1 is started in a state where the temperature in the combustion chamber 6 is low, the intake air is compressed in the cylinder 2. Even then, the piston 5, the cylinder head 4 and the cylinder block 3 are deprived of heat, and the intake air does not reach the temperature at which the fuel is ignited, which may cause a starting failure. Therefore, in the present embodiment, when the temperature of the engine cooling water as the temperature in the combustion chamber 6 is less than a predetermined temperature of 10 ° C., the compression ratio is increased by the water injection by the water injection valve 42 or the glow plug. By heating 8 and raising the temperature in the cylinder 2, the occurrence of a start failure of the internal combustion engine 1 is suppressed.

図3は、ECU50が実施する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図3の制御ルーチンのプログラムはECU50に保持されており、内燃機関1を始動する際に読み出されて実行される。ECU50は、図3の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る水供給制御手段として機能する。   FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a control routine executed by the ECU 50. The program of the control routine of FIG. 3 is held in the ECU 50 and is read and executed when starting the internal combustion engine 1. The ECU 50 functions as water supply control means according to the present invention by executing the control routine of FIG.

この制御ルーチンにおいてECU50は、まずステップS11において、エンジン出口水温センサ52の出力から燃焼室6内の温度を代表する物理量としてエンジン冷却水の温度を検出する。燃焼室6内の温度とエンジン冷却水の温度とを同等に扱っても格別の問題はないためである。次のステップS12において、ECU50は、エンジン冷却水の温度が所定温度である10℃未満か判定する。エンジン冷却水の温度が10℃未満の場合は、低温始動制御をするためにステップS13に進む。一方、エンジン冷却水の水温が10℃未満でない場合は、ステップS17に進み、水噴射弁42及びグロープラグ8を動作させることなく内燃機関1を始動し、今回のルーチンを終了する。   In this control routine, the ECU 50 first detects the temperature of the engine cooling water as a physical quantity representative of the temperature in the combustion chamber 6 from the output of the engine outlet water temperature sensor 52 in step S11. This is because there is no particular problem even if the temperature in the combustion chamber 6 and the temperature of the engine coolant are handled equally. In the next step S12, the ECU 50 determines whether the temperature of the engine coolant is less than a predetermined temperature of 10 ° C. When the temperature of the engine cooling water is less than 10 ° C., the process proceeds to step S13 for low temperature start control. On the other hand, if the engine coolant temperature is not less than 10 ° C., the process proceeds to step S17, the internal combustion engine 1 is started without operating the water injection valve 42 and the glow plug 8, and the current routine is terminated.

ステップS13において、ECU50は、エンジン冷却水の温度が2℃以上か判定する。エンジン冷却水の温度が2℃以上の場合は、ステップS14に進む。一方、エンジン冷却水の温度が2℃以上でない場合は、ステップS15に進む。   In step S13, the ECU 50 determines whether the temperature of the engine coolant is 2 ° C. or higher. If the engine coolant temperature is 2 ° C. or higher, the process proceeds to step S14. On the other hand, when the temperature of the engine coolant is not 2 ° C. or higher, the process proceeds to step S15.

ステップS14において、ECU50は、水位センサ41の出力から凝縮水タンク40の貯留水量を検出し、貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上か判定する。貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上であれば、ステップS16に進む。一方、貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上でなければ、ステップS15に進む。   In step S <b> 14, the ECU 50 detects the amount of water stored in the condensed water tank 40 from the output of the water level sensor 41 and determines whether the amount of stored water is one third or more of the volume of the condensed water tank 40. If the amount of stored water is 1/3 or more of the volume of the condensed water tank 40, the process proceeds to step S16. On the other hand, if the amount of stored water is not more than one third of the volume of the condensed water tank 40, the process proceeds to step S15.

ステップS15において、ECU50は、グロープラグ8を加熱した後に内燃機関1を始動する。そして、今回のルーチンを終了する。   In step S <b> 15, the ECU 50 starts the internal combustion engine 1 after heating the glow plug 8. Then, the current routine is terminated.

ステップS16において、ECU50は、内燃機関1の始動時に、水噴射用ポンプ44を始動し、予め定められた水噴射量で水を水噴射弁42に噴射させる。水噴射量は、内燃機関1を壊すほど上死点における気筒2内の圧力が高くならない範囲内で、かつ圧縮により上死点における気筒2内のガスの温度を燃料が着火できる温度まで上昇させる範囲内とする。例えば、上死点における気筒2内の容積である35.7mLのうち8.7mLを液体の水が占めることによって、上死点において気筒2内でガスが占める体積を27.0mLとして幾何学的圧縮比を算出すると19.5となる。幾何学的圧縮比が19.5となるように水噴射弁42に水を噴射させれば、内燃機関1を壊すほど上死点における気筒2内の圧力が高くならず、かつ燃料を着火できる温度まで気筒2内のガスの温度を上昇させることができる。気筒2内の容積のうち8.7mLを液体の水が占めるためには、始動時のエンジン回転数を300rpmすなわち毎秒2.5サイクルとすると、1つの噴射弁42が4つの気筒2に水を供給するから、毎秒87mLの水噴射量で水噴射弁42に噴射させることになる。   In step S16, when the internal combustion engine 1 is started, the ECU 50 starts the water injection pump 44 and causes the water injection valve 42 to inject water at a predetermined water injection amount. The water injection amount is within a range in which the pressure in the cylinder 2 at the top dead center does not increase as the internal combustion engine 1 is broken, and the temperature of the gas in the cylinder 2 at the top dead center is increased by compression to a temperature at which the fuel can be ignited. Within range. For example, the liquid water occupies 8.7 mL of the 35.7 mL volume in the cylinder 2 at the top dead center, so that the volume occupied by the gas in the cylinder 2 at the top dead center is 27.0 mL. When the compression ratio is calculated, 19.5 is obtained. If water is injected into the water injection valve 42 so that the geometric compression ratio becomes 19.5, the pressure in the cylinder 2 at the top dead center does not increase as the internal combustion engine 1 is broken, and the fuel can be ignited. The temperature of the gas in the cylinder 2 can be raised to the temperature. In order for liquid water to occupy 8.7 mL of the volume in the cylinder 2, if the engine speed at the start is 300 rpm, that is, 2.5 cycles per second, one injection valve 42 supplies water to the four cylinders 2. Since it is supplied, the water injection valve 42 is injected at a water injection amount of 87 mL per second.

以上説明した図3の制御ルーチンをECU50が実行することにより、エンジン冷却水の温度が10℃未満となる燃焼室6内の温度が低い状態で内燃機関1を始動しても、始動不良の発生を抑制することができる。   When the ECU 50 executes the control routine of FIG. 3 described above, even if the internal combustion engine 1 is started in a state where the temperature in the combustion chamber 6 where the temperature of the engine cooling water is less than 10 ° C. is low, a start failure occurs. Can be suppressed.

(第2の形態)
次に、本発明の第2の形態を図4及び図5を参照して説明する。この形態は、ECU50による水噴射弁42の制御方法が異なることを除き、第1の形態と同一構成を有している。以下、第2の形態の特徴部分を説明し、第1の形態との共通部分については図面に同一符号を付して説明を省略する。
(Second form)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This form has the same configuration as the first form except that the control method of the water injection valve 42 by the ECU 50 is different. Hereinafter, characteristic portions of the second embodiment will be described, and portions common to the first embodiment will be denoted by the same reference numerals in the drawings and description thereof will be omitted.

内燃機関1はターボチャージャー12を備えるが、吸気の過給が効かない条件で使用すると、気筒2内の圧力が低いため、燃料噴射弁7が噴射した燃料が飛び過ぎて燃焼室6の壁面に付着する。更に燃焼室6内の温度が低いと、燃焼室6の壁面に付着した燃料が燃焼せずに気筒2から排出され、HC排出量が増加することがある。そこで、本形態では、エンジン回転数及び燃料噴射量で定まる内燃機関1の使用条件が一定の範囲内で、かつ、燃焼室6内の温度としてのエンジン冷却水の温度が所定温度である60℃未満の場合は、水噴射弁42による水の噴射で圧縮比を増加させることによって、HC排出を抑制する。   Although the internal combustion engine 1 includes a turbocharger 12, the pressure in the cylinder 2 is low when used under the condition that the supercharging of the intake air does not work. Therefore, the fuel injected by the fuel injection valve 7 jumps too much to the wall surface of the combustion chamber 6. Adhere to. Further, when the temperature in the combustion chamber 6 is low, the fuel adhering to the wall surface of the combustion chamber 6 may be discharged from the cylinder 2 without burning, and the HC emission amount may increase. Therefore, in this embodiment, the use condition of the internal combustion engine 1 determined by the engine speed and the fuel injection amount is within a certain range, and the temperature of the engine coolant as the temperature in the combustion chamber 6 is a predetermined temperature of 60 ° C. If it is less than this, HC emission is suppressed by increasing the compression ratio by water injection by the water injection valve 42.

図4は、上死点における気筒2内の容積である35.7mLのうち液体の水が占める体積を除いた体積をガスが占める体積として幾何学的圧縮比を算出すると20となる水噴射量の値と、エンジン回転数との関係を示したものである。この関係は、予め数値計算等により求められたものであり、ECU50に記憶されている。   FIG. 4 shows a water injection amount of 20 when the geometric compression ratio is calculated by taking the volume excluding the volume occupied by liquid water out of 35.7 mL as the volume in the cylinder 2 at the top dead center as the volume occupied by the gas. And the relationship between the engine speed and the engine speed. This relationship is obtained in advance by numerical calculation or the like and is stored in the ECU 50.

図5は、ECU50が実施する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図5の制御ルーチンのプログラムはECU50に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ECU50は、図5の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る水供給制御手段として機能する。   FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a control routine executed by the ECU 50. The control routine program shown in FIG. 5 is held in the ECU 50, read out in a timely manner, and repeatedly executed at predetermined intervals. The ECU 50 functions as water supply control means according to the present invention by executing the control routine of FIG.

この制御ルーチンにおいてECU50は、まずステップS21において、エンジン出口水温センサ52の出力から燃焼室6内の温度を代表する物理量としてエンジン冷却水の温度を検出する。燃焼室6内の温度とエンジン冷却水の温度とを同等に扱っても格別の問題はないためである。そして、ECU50は、クランク角センサ53の出力からエンジン回転数を検出する。次のステップS22において、ECU50は、エンジン冷却水の温度が所定温度である60℃未満で、かつエンジン回転数が500rpmより大きく2000rpm未満で、かつ1つの気筒2における1サイクルの燃料噴射量が20立方mm未満であるか判定する。これらの条件を全て満たす場合は、ステップS23に進む。一方、これらの条件を1つでも満たさない場合は、今回のルーチンを終了する。   In this control routine, first in step S21, the ECU 50 detects the temperature of the engine coolant as a physical quantity representative of the temperature in the combustion chamber 6 from the output of the engine outlet water temperature sensor 52. This is because there is no particular problem even if the temperature in the combustion chamber 6 and the temperature of the engine coolant are handled equally. Then, the ECU 50 detects the engine speed from the output of the crank angle sensor 53. In the next step S22, the ECU 50 has an engine cooling water temperature of less than a predetermined temperature of 60 ° C., an engine speed of more than 500 rpm and less than 2000 rpm, and a fuel injection amount of one cycle in one cylinder 2 is 20. Judge whether it is less than cubic mm. If all these conditions are satisfied, the process proceeds to step S23. On the other hand, if none of these conditions is satisfied, the current routine is terminated.

ステップS23において、ECU50は、水位センサ41の出力から凝縮水タンク40の貯留水量を検出し、貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上か判定する。貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上であれば、ステップS24に進む。一方、貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上でなければ、ステップS21に戻る。   In step S <b> 23, the ECU 50 detects the amount of water stored in the condensed water tank 40 from the output of the water level sensor 41 and determines whether the amount of stored water is one third or more of the volume of the condensed water tank 40. If the amount of stored water is not less than one third of the volume of the condensed water tank 40, the process proceeds to step S24. On the other hand, if the amount of stored water is not more than one third of the volume of the condensed water tank 40, the process returns to step S21.

ステップS24において、ECU50は、予めECU50に記憶されている幾何学的圧縮比を20にするために必要な水噴射量とエンジン回転数との関係から、エンジン回転数に応じた水噴射量を算出する。そして、ECU50は、算出した水噴射量を水噴射弁42に噴射させる。そして、ステップS21に戻る。   In step S24, the ECU 50 calculates the water injection amount according to the engine speed from the relationship between the water injection amount and the engine speed necessary for setting the geometric compression ratio stored in advance in the ECU 50 to 20. To do. Then, the ECU 50 causes the water injection valve 42 to inject the calculated water injection amount. Then, the process returns to step S21.

以上説明した図5の制御ルーチンをECU50が実行することにより、吸気の過給が効かない条件で内燃機関1を使用しても、HCの排出を抑制することができる。   By executing the control routine of FIG. 5 described above by the ECU 50, it is possible to suppress the discharge of HC even if the internal combustion engine 1 is used under the condition that the supercharging of the intake air does not work.

(第3の形態)
次に、本発明の第3の形態を図6、図7、図8及び図9を参照して説明する。この形態は、ECU50によるグロープラグ8及び水噴射弁42の制御方法が異なることを除き、第1の形態と同一構成を有している。以下、第3の形態の特徴部分を説明し、第1の形態との共通部分については図面に同一符号を付して説明を省略する。
(Third form)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8, and FIG. This form has the same configuration as the first form except that the control method of the glow plug 8 and the water injection valve 42 by the ECU 50 is different. Hereinafter, characteristic portions of the third embodiment will be described, and portions common to the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

第1の形態で説明したように、燃焼室6内の温度が低い状態で内燃機関1を始動すると、吸入空気が燃料を着火させる温度に達せず、始動不良を起こすことがある。また、標高が高く大気圧が低い地点で内燃機関1を始動すると、気筒2内で圧縮された吸入空気が燃料を着火させる温度に達せず、始動不良を起こすことがある。そこで、本形態では、燃焼室6内の温度としてのエンジン冷却水の温度が所定温度である10℃未満の場合、又は標高が1000m以上の場合は、水噴射弁42による水の噴射で圧縮比を増加させたり、グロープラグ8を加熱して気筒2内の温度を上昇させたりすることによって、内燃機関1の始動不良の発生を抑制する。   As described in the first embodiment, when the internal combustion engine 1 is started in a state where the temperature in the combustion chamber 6 is low, the intake air does not reach the temperature at which the fuel is ignited, which may cause a start failure. Further, when the internal combustion engine 1 is started at a point where the altitude is high and the atmospheric pressure is low, the intake air compressed in the cylinder 2 does not reach a temperature at which the fuel is ignited, which may cause a start failure. Therefore, in the present embodiment, when the temperature of the engine cooling water as the temperature in the combustion chamber 6 is less than 10 ° C., which is a predetermined temperature, or when the altitude is 1000 m or more, the compression ratio is determined by water injection by the water injection valve 42. Is increased, or the glow plug 8 is heated to increase the temperature in the cylinder 2, thereby suppressing the start failure of the internal combustion engine 1.

図6は、ECU50が実施する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図6の制御ルーチンのプログラムはECU50に保持されており、内燃機関1を始動する際に読み出されて実行される。   FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a control routine executed by the ECU 50. The program of the control routine of FIG. 6 is held in the ECU 50 and is read out and executed when the internal combustion engine 1 is started.

この制御ルーチンにおいてECU50は、まずステップS31において、エンジン出口水温センサ52の出力から燃焼室6内の温度を代表する物理量としてエンジン冷却水の温度を検出する。燃焼室6内の温度とエンジン冷却水の温度とを同等に扱っても格別の問題はないためである。そして、ECU50は、大気圧センサ51の出力から大気圧P(hPa)を検出し、次の関係式1から標高h(m)を算出する。   In this control routine, first in step S31, the ECU 50 detects the temperature of the engine cooling water as a physical quantity representative of the temperature in the combustion chamber 6 from the output of the engine outlet water temperature sensor 52. This is because there is no particular problem even if the temperature in the combustion chamber 6 and the temperature of the engine coolant are handled equally. The ECU 50 detects the atmospheric pressure P (hPa) from the output of the atmospheric pressure sensor 51 and calculates the altitude h (m) from the following relational expression 1.

h=(1003.2−P)/0.0992 ・・・・・1   h = (1003.2-P) /0.0992 ... 1

図7は、この関係式を示した図である。この関係式は、予めECU50に記憶されている。次のステップS32において、ECU50は、エンジン冷却水の水温が所定温度である10℃未満であり、かつ標高が1000m以上であるか判定する。エンジン冷却水の水温が10℃未満であり、かつ標高が1000m以上の場合は、ステップS33に進む。一方、エンジン冷却水の水温が10℃未満でないか、又は標高が1000m以上でない場合は、ステップS37に進む。   FIG. 7 is a diagram showing this relational expression. This relational expression is stored in the ECU 50 in advance. In the next step S32, the ECU 50 determines whether the engine coolant temperature is lower than a predetermined temperature of 10 ° C. and the altitude is 1000 m or higher. If the engine coolant temperature is less than 10 ° C. and the altitude is 1000 m or higher, the process proceeds to step S33. On the other hand, when the water temperature of the engine cooling water is not lower than 10 ° C. or the altitude is not 1000 m or higher, the process proceeds to step S37.

ステップS33において、ECU50は、エンジン冷却水の水温が2℃以上か判定する。エンジン冷却水の水温が2℃以上の場合は、ステップS34に進む。一方、エンジン冷却水の水温が2℃以上でない場合は、ステップS35に進む。   In step S33, the ECU 50 determines whether the engine coolant temperature is 2 ° C. or higher. If the engine coolant temperature is 2 ° C. or higher, the process proceeds to step S34. On the other hand, if the engine coolant temperature is not 2 ° C. or higher, the process proceeds to step S35.

ステップS34において、ECU50は、水位センサ41の出力から凝縮水タンク40の貯留水量を検出し、貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上か判定する。貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上であれば、ステップS36に進む。一方、貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上でなければ、ステップS35に進む。   In step S <b> 34, the ECU 50 detects the amount of water stored in the condensed water tank 40 from the output of the water level sensor 41 and determines whether the amount of stored water is one third or more of the volume of the condensed water tank 40. If the amount of stored water is not less than one third of the volume of the condensed water tank 40, the process proceeds to step S36. On the other hand, if the amount of stored water is not more than one third of the volume of the condensed water tank 40, the process proceeds to step S35.

ステップS35において、ECU50は、グロープラグ8を加熱した後に内燃機関1を始動する。そして、今回のルーチンを終了する。   In step S35, the ECU 50 starts the internal combustion engine 1 after heating the glow plug 8. Then, the current routine is terminated.

ステップS36において、ECU50は、予めECU50に記憶されている図8に示す標高hと水噴射量Fとの関係から、標高に応じた水噴射量を算出する。例えば、標高が2000m以上3000m未満の場合、水噴射量は毎秒87mLとなる。そして、ECU50は、グロープラグ8を加熱した後に内燃機関1を始動し、内燃機関1の始動時に、水噴射用ポンプ44を始動し、算出した水噴射量を水噴射弁42に噴射させる。そして、今回のルーチンを終了する。   In step S36, the ECU 50 calculates a water injection amount corresponding to the altitude from the relationship between the altitude h and the water injection amount F shown in FIG. For example, when the altitude is 2000 m or more and less than 3000 m, the water injection amount is 87 mL per second. Then, the ECU 50 starts the internal combustion engine 1 after heating the glow plug 8, starts the water injection pump 44 when the internal combustion engine 1 is started, and causes the water injection valve 42 to inject the calculated water injection amount. Then, the current routine is terminated.

図8の水噴射量Fは、以下の計算により予め求められたものである。図8に示すように、標高hが1000m以上2000m未満では制御上の標高Hを1500mとして水噴射量Fを計算している。同様に、標高hが2000m以上3000m未満では制御上の標高Hを2500mとして、標高hが3000m以上4000m未満では制御上の標高Hを3500mとして、標高hが4000m以上5000m未満では制御上の標高Hを4500mとして、水噴射量Fを計算している。   The water injection amount F in FIG. 8 is obtained in advance by the following calculation. As shown in FIG. 8, when the altitude h is 1000 m or more and less than 2000 m, the water injection amount F is calculated with the control altitude H being 1500 m. Similarly, when the altitude h is 2000 m or more and less than 3000 m, the control altitude H is 2500 m, when the altitude h is 3000 m or more and less than 4000 m, the control altitude H is 3500 m, and when the altitude h is 4000 m or more and less than 5000 m, the control altitude H is Is 4500 m, and the water injection amount F is calculated.

標高が高く大気圧が低い場合、上死点において気筒2内でガスが占める容積を小さくして圧縮比を高めることによって、上死点における気筒2内の温度及び圧力を標高0mの低地と同じにすることができる。気筒2内の温度及び圧力を標高0mの低地と同じにすることができる上死点における気筒2内でガスが占める容積を、標高1500m、2500m、3500m及び4500mについて計算した値が図8の容積C(mL)である。上死点における気筒2内の容積35.7mLのうち図8の体積V(mL)を液体の水が占めれば、上死点において気筒2内でガスが占める容積を図8の容積Cとすることができる。例えば、標高2500mの場合、気筒2内の容積のうち体積Vの8.7mLを水が占めることにより、上死点における気筒2内の温度及び圧力を標高0mの低地と同じにすることができる。始動時のエンジン回転数を300rpmすなわち毎秒2.5サイクルとすると、内燃機関1は4つの気筒2を有し、インテークマニホールド13に設けられた1つの水噴射弁42が4つの気筒2の全てに水を供給するから、気筒2内で体積V(mL)を水が占めるための水噴射量F(mL/s)は、以下の式2で計算することができる。   When the altitude is high and the atmospheric pressure is low, by reducing the volume occupied by gas in the cylinder 2 at the top dead center and increasing the compression ratio, the temperature and pressure in the cylinder 2 at the top dead center are the same as the lowland at an altitude of 0 m. Can be. The value calculated for the altitudes of 1500 m, 2500 m, 3500 m and 4500 m for the volume occupied by the gas in the cylinder 2 at the top dead center where the temperature and pressure in the cylinder 2 can be the same as the low altitude of 0 m is shown in FIG. C (mL). If liquid water occupies the volume V (mL) in FIG. 8 in the volume 35.7 mL in the cylinder 2 at the top dead center, the volume occupied by the gas in the cylinder 2 at the top dead center is the volume C in FIG. can do. For example, in the case of an altitude of 2500 m, water occupies 8.7 mL of the volume V in the volume in the cylinder 2, so that the temperature and pressure in the cylinder 2 at the top dead center can be made the same as a lowland at an altitude of 0 m. . Assuming that the engine speed at start-up is 300 rpm, that is, 2.5 cycles per second, the internal combustion engine 1 has four cylinders 2, and one water injection valve 42 provided in the intake manifold 13 is provided in all four cylinders 2. Since water is supplied, the water injection amount F (mL / s) for occupying the volume V (mL) in the cylinder 2 can be calculated by the following equation 2.

F=2.5×4×V ・・・・・・2   F = 2.5 × 4 × V ・ ・ ・ ・ ・ ・ 2

ステップS37において、ECU50は、エンジン冷却水の水温が所定温度である10℃未満か判定する。エンジン冷却水の水温が10℃未満の場合は、図3の破線で囲まれた部分の制御である低温始動制御を行う。そして、今回のルーチンを終了する。一方、エンジン冷却水の水温が10℃未満でない場合は、ステップS38に進む。   In step S37, the ECU 50 determines whether the temperature of the engine cooling water is less than a predetermined temperature of 10 ° C. When the engine coolant temperature is lower than 10 ° C., low temperature start control is performed, which is control of a portion surrounded by a broken line in FIG. Then, the current routine is terminated. On the other hand, if the engine coolant temperature is not less than 10 ° C., the process proceeds to step S38.

ステップS38において、ECU50は、標高が1000m以上か判定する。標高が1000m以上でない場合は、ステップS39に進み、水噴射弁42及びグロープラグ8を動作させることなく内燃機関1を始動し、今回のルーチンを終了する。一方、標高が1000m以上の場合は、ステップS40に進み高地始動制御を行う。   In step S38, the ECU 50 determines whether the altitude is 1000 m or higher. If the altitude is not 1000 m or higher, the process proceeds to step S39, the internal combustion engine 1 is started without operating the water injection valve 42 and the glow plug 8, and the current routine is terminated. On the other hand, when the altitude is 1000 m or more, the process proceeds to step S40 and highland start control is performed.

図9はステップS40の処理内容を示している。ステップS41において、ECU50は、水位センサ41の出力から凝縮水タンク40の貯留水量を検出し、貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上か判定する。貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上でなければ、ステップS42に進む。一方、貯留水量が凝縮水タンク40の容積の3分の1以上であれば、ステップS43に進む。   FIG. 9 shows the processing content of step S40. In step S41, the ECU 50 detects the amount of water stored in the condensed water tank 40 from the output of the water level sensor 41, and determines whether the amount of stored water is one third or more of the volume of the condensed water tank 40. If the amount of stored water is not more than one third of the volume of the condensed water tank 40, the process proceeds to step S42. On the other hand, if the amount of stored water is 1/3 or more of the volume of the condensed water tank 40, the process proceeds to step S43.

ステップS42において、ECU50は、グロープラグ8を加熱した後に内燃機関1を始動する。そして、今回のルーチンを終了する。   In step S42, the ECU 50 starts the internal combustion engine 1 after heating the glow plug 8. Then, the current routine is terminated.

ステップS43において、ECU50は、予めECU50に記憶されている図8に示す標高hと水噴射量Fとの関係から、標高に応じた水噴射量を算出する。そして、ECU50は、内燃機関1の始動時に、水噴射用ポンプ44を始動し、算出した水噴射量を水噴射弁42に噴射させる。そして、今回のルーチンを終了する。   In step S43, the ECU 50 calculates a water injection amount corresponding to the altitude from the relationship between the altitude h and the water injection amount F shown in FIG. The ECU 50 starts the water injection pump 44 when starting the internal combustion engine 1 and causes the water injection valve 42 to inject the calculated water injection amount. Then, the current routine is terminated.

以上説明した図6及び図9の制御ルーチンをECU50が実行することにより、エンジン冷却水の温度が10℃未満となる燃焼室6内の温度が低い状態で内燃機関1を始動した場合や、標高が1000m以上の高地で内燃機関1を始動した場合であっても、内燃機関1の始動不良の発生を抑制することができる。ECU50は、図6及び図9の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る水供給制御手段として機能する。   When the ECU 50 executes the control routine of FIGS. 6 and 9 described above, the internal combustion engine 1 is started in a state where the temperature in the combustion chamber 6 where the temperature of the engine cooling water is less than 10 ° C. is low, Even when the internal combustion engine 1 is started at a high altitude of 1000 m or more, the occurrence of a start failure of the internal combustion engine 1 can be suppressed. The ECU 50 functions as water supply control means according to the present invention by executing the control routines of FIGS. 6 and 9.

本発明は、上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において、種々の形態にて実施できる。上記各形態では燃焼室内の温度を代表する物理量としてエンジン冷却水の温度を用いたが、これは一例にすぎない。例えば、エンジンオイルの温度を燃焼室内の温度を代表する物理量として使用することもできる。また、燃焼室内の温度を直接測定して取得することもできるし、内燃機関の運転状態に基づいて推定して燃焼室内の温度を取得することも可能である。   The present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various forms within the scope of the gist of the present invention. In each of the above embodiments, the temperature of the engine coolant is used as a physical quantity representing the temperature in the combustion chamber, but this is only an example. For example, the temperature of the engine oil can be used as a physical quantity representative of the temperature in the combustion chamber. Further, the temperature in the combustion chamber can be directly measured and acquired, or the temperature in the combustion chamber can be acquired by estimation based on the operating state of the internal combustion engine.

上記各形態では4気筒の内燃機関に本発明を適用したが、気筒数を問わず本発明を適用できる。また、上記各形態ではターボチャージャーを備えた内燃機関に本発明を適用したが、ターボチャージャーを備えていない内燃機関にも本発明を適用できる。また、上記各形態ではEGR装置を備えた内燃機関に本発明を適用したが、EGR装置を備えていない内燃機関にも本発明を適用できる。   In the above embodiments, the present invention is applied to a four-cylinder internal combustion engine, but the present invention can be applied regardless of the number of cylinders. In the above embodiments, the present invention is applied to an internal combustion engine equipped with a turbocharger. However, the present invention can also be applied to an internal combustion engine not equipped with a turbocharger. In the above embodiments, the present invention is applied to an internal combustion engine equipped with an EGR device. However, the present invention can also be applied to an internal combustion engine not equipped with an EGR device.

1 圧縮着火内燃機関
6 燃焼室
42 水噴射弁(水供給手段)
50 ECU(水供給制御手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compression ignition internal combustion engine 6 Combustion chamber 42 Water injection valve (water supply means)
50 ECU (water supply control means)

Claims (1)

所定温度以下で液体の水を燃焼室内に供給できる水供給手段を備える圧縮着火内燃機関に適用され、
前記燃焼室内の温度が前記所定温度未満の条件で、要求される圧縮比に応じた量の水を前記燃焼室内に供給するように前記水供給手段を制御する水供給制御手段を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御装置。
Applied to a compression ignition internal combustion engine comprising water supply means capable of supplying liquid water into a combustion chamber at a predetermined temperature or lower;
Water supply control means is provided for controlling the water supply means so that an amount of water corresponding to a required compression ratio is supplied into the combustion chamber under a condition that the temperature in the combustion chamber is lower than the predetermined temperature. A control apparatus for a compression ignition internal combustion engine.
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