JP2017025775A - 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。
(2−1)全体構成
エンジン本体1の構成について次に説明する。
燃料噴射装置21の詳細について説明する。
(3−1)システム構成
図8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抑えられる。
図10(a)は、第1領域A1aで実施される低負荷噴射モードである。低負荷噴射モードは、燃料噴射装置21のリフト量が小さくかつ噴射間隔が短い噴射が複数回連続して行われるモードである。なお、噴射回数は図の例に限らず適宜変更可能である。
図10(c)は、第2領域A1bで実施される中負荷噴射モードである。中負荷噴射モードは、燃料噴射装置21のリフト量が低負荷噴射モードのリフト量よりも大きくかつ噴射間隔が低負荷噴射モードよりも長い噴射が複数回連続して行われるモードである。なお、噴射回数は図の例に限らず適宜変更可能である。
図10(b)は、第3領域A1cで実施される切替領域噴射モードである。切替領域噴射モードは、低負荷噴射モードと中負荷噴射モードとを組み合わせたモードである。例えば、図10(b)に示すように、中負荷噴射モードの噴射を行った後(リフト量が大きくかつ噴射間隔が長い噴射を複数回連続させた後)、低負荷噴射モードの噴射を行う(リフト量が小さくかつ噴射間隔が短い噴射を複数回連続させる)。なお、これに代えて、低負荷噴射モードの噴射を行った後、中負荷噴射モードの噴射を行ってもよい。また、噴射回数は図の例に限らず適宜変更可能である。
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、低負荷領域A1では、燃焼室6の外周部分に余剰の空気によって空気層を形成することで、適正な燃焼を維持しつつ冷却損失を抑制することができる。そして、高負荷領域A2では、燃焼室6の外周部分に水によって断熱層50を形成することで、混合気の空燃比を適正な範囲に抑えてスモークの発生を抑制しつつ冷却損失を抑制することができる。特に、これら空気および水による断熱層に加えて燃焼室6の壁面に断熱材7が形成されているため、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、高負荷領域A2の有効圧縮比が15以上に設定された場合について説明したが、高負荷領域A2の有効圧縮比はこれに限らない。ただし、上記のように、エンジン負荷が高く、かつ、有効圧縮比が高い場合には、スモークが悪化しやすい。そのため、この場合に、空気ではなく超臨界水により断熱層を形成すれば、スモークの悪化を抑制しつつ冷却損失を抑制することができる。また、低負荷領域A1の有効圧縮比も上記に限らない。
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
42 熱交換器(昇温昇圧器)
43 コンデンサー(凝縮器)
50 断熱層
60 排熱回収装置(水加工装置)
100 PCM(制御手段)
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、
上記気筒内に形成された燃料室内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、
上記燃焼室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、
エンジン負荷が予め設定された基準負荷よりも低い低負荷領域では、上記燃焼室の外周部分に空気層が形成されるように上記燃焼室内の中央部分に燃料を噴射させ、
エンジン負荷が上記基準負荷以上の高負荷領域では、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当該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水噴射装置から上記ピストンの冠面に向かって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、
上記高負荷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。 - 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、
上記超臨界水または亜臨界水を生成する水加工装置を備え、
当該水加工装置は、
上記エンジン本体から排出された排ガスに含まれる水蒸気を凝縮する凝縮器と、
当該凝縮器で凝縮された水に上記排ガスの熱エネルギーを供給して当該水を昇温昇圧する昇温昇圧器とを有す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、
上記燃焼室の壁面の少なくとも一部に、断熱材が設けら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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