JP2017025774A - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1実施形態にかかるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの構成を示す図である。本実施形態のエンジンシステムは、4ストロークのエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気を導入するための吸気通路30と、エンジン本体1で生成された排ガスを排出するための排気通路40とを備える。エンジン本体1は、例えば、4つの気筒2を有する4気筒エンジンである。エンジン本体1に供給する燃料の種類は限定されないが、本実施形態ではガソリンを含む燃料が用いられる。本実施形態のエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体1は車両の駆動源として利用される。
エンジン本体1の構成について次に説明する。
(3−1)システム構成
図6は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、当実施形態のエンジンシステムは、PCM(パワートレイン・コントロール・モジュール、制御手段)100によって統括的に制御される。PCM100は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
低負荷領域A1では、要求されるエンジントルクが小さいため有効圧縮比を小さくすることができる。そこで、低負荷領域A1では、ポンピングロスを小さく抑えてエネルギー効率を高めるべく有効圧縮比が小さい値とされる。例えば、有効圧縮比は15よりも小さい値に抑えられる。具体的には、吸気開閉時期変更機構18aによって、吸気弁18が吸気下死点よりも遅角側であって比較的遅い時期に閉弁され、これによって有効圧縮比が小さくされる。
高負荷領域A2では、エンジントルクを確保するために有効圧縮比が低負荷領域A1での有効圧縮比よりも大きくされる。本実施形態では、高負荷領域A2において、有効圧縮比が15以上とされる。具体的には、吸気開閉時期変更機構18aによって、吸気弁18の閉弁時期が低負荷領域A1における閉弁時期よりも進角側とされ、これによって有効圧縮比が低負荷領域A1よりも高くされる。
以上のように、本実施形態では、高負荷領域A2にて、燃料の一部を圧縮行程前半に噴射して着火前において燃焼室6内において混合気を均質化させながら、燃焼室6内に超臨界水を噴射して燃焼室6の壁面に超臨界水による断熱層50を形成していることで、スモークの発生を抑制しながら冷却損失を小さく抑えて燃費性能を高めることができる。特に、高負荷領域かつ有効圧縮比が15以上とされた領域A2であって燃焼温度が高くなりスモークが発生しやすく冷却損失が大きくなりやすい領域でこの制御を実施しており、効果的にスモークの悪化を抑制することができるとともに冷却損失を効果的に小さく抑えることができる。
上記実施形態では、均質化のための第1噴射Q1を圧縮行程前半に行った場合について説明したが、第1噴射Q1を吸気行程に行ってもよい。この場合においても、混合気の着火までに燃料と空気とを混合させて着火前の混合気を均質にすることができる。
上記第1実施形態では、エンジン本体1が直噴エンジンであって燃料が直接燃焼室6内に噴射される場合について説明したが、エンジン本体1としてポート噴射式のエンジンが用いられてもよい。すなわち、図10は、本発明の第2実施形態に係るエンジン本体の概略断面図であり、この図10に示すように、燃料供給装置121を吸気ポート16に接続される吸気通路30と吸気ポート16との接続部分付近に取り付けて、吸気通路30を介して吸気ポート16に燃料を供給する、あるいは、吸気ポート16に直接燃料を供給するように構成して、吸気ポート16から燃焼室6内に空気とともに燃料を流入させてもよい。
上記実施形態では、高負荷領域A2でのみ、着火前における燃焼室6内の混合気を均質としながら燃焼室6の壁面に超臨界水(または亜臨界水)による断熱層を形成した場合について説明したが、低負荷領域A1でこの制御を実施してもよい。また、超臨界水による断熱層50を形成する運転領域(上記実施形態における高負荷領域A2)の有効圧縮比は15未満であってもよい。
2 気筒
5 ピストン
5a ピストン冠面
7 断熱材
21 燃料噴射装置
22 水噴射装置
50 断熱層
60 排熱回収装置
100 PCM(制御手段)
121 燃料供給装置
Claims (4)
- ピストンが往復動可能に嵌装された気筒を有するエンジンの制御装置において、
上記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、
上記気筒内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置と、
上記燃料供給装置と上記水噴射装置とを含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
上記水噴射装置は、上記ピストンの冠面に向かって上記超臨界水または亜臨界水を噴射可能な位置に取り付けられており、
上記制御手段は、上記エンジン本体の運転領域の少なくとも一部に設定された水噴射領域において、吸気行程または圧縮行程前半に少なくとも一部の燃料を上記燃料供給装置から上記気筒内に噴射させるとともに、圧縮行程後半から膨張行程前半の間であって上記燃料噴射装置による燃料噴射が終了してから上記気筒内で上記燃料と空気の混合気が着火するまでの間に、上記超臨界水または亜臨界水を上記ピストンの冠面に向かって上記水噴射装置から噴射させることを特徴とするエンジンの制御装置。 - ピストンが往復動可能に嵌装される気筒および当該気筒内に空気を導入するための吸気ポートを有するエンジンの制御装置において、
上記吸気ポート内に燃料を供給する燃料供給装置と、
上記気筒に形成された気筒内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置と、
上記燃料供給装置と上記水噴射装置とを含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
上記水噴射装置は、上記ピストンの冠面に向かって上記超臨界水または亜臨界水を噴射可能な位置に取り付けられており、
上記制御手段は、上記エンジン本体の運転領域の少なくとも一部に設定された水噴射領域において、圧縮行程後半から膨張行程前半の間で、かつ、上記燃料供給装置によって上記吸気ポートを介して上記気筒内に導入された燃料と空気の混合気が着火する前に、上記超臨界水または亜臨界水を上記ピストンの冠面に向かって上記水噴射装置から噴射させることを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1または2に記載のエンジンの制御装置において、
上記水噴射領域は、エンジン負荷が予め設定された基準負荷以上の領域であることを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、
上記エンジン本体の幾何学的圧縮比は、18以上35以下に設定されており、
上記水噴射領域における上記エンジン本体の有効圧縮比は、15以上に設定されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
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