JP2019039328A - 予混合圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】予混合圧縮着火式エンジンの制御装置は、点火部と燃料噴射部と制御部とを備える。制御部は、高負荷領域における第1回転領域(SPCCIλ≦1)において、燃焼室の外周部の混合気の燃料濃度が、中央部よりも濃くかつ、外周部の混合気の燃料量が、中央部よりも多くなるようすると共に、中央部の混合気に点火することにより、エンジンは、点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるCI燃焼をする。制御部は、第1回転領域よりも回転数が高い第2回転領域(吸気−SI)において、第1回転領域よりも進角した時期に燃料の噴射を開始するようすると共に、圧縮上死点以前に混合気に点火をすることにより、エンジンは、点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼をする。
【選択図】図6
Description
エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えている。シリンダブロック12の内部に複数のシリンダ11が形成されている。図1及び図2では、一つのシリンダ11のみを示す。エンジン1は、多気筒エンジンである。
エンジン1の幾何学的圧縮比は、13以上20以下に設定されている。後述するようにエンジン1は、一部の運転領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、CI燃焼を行う。このエンジン1は、混合気の自着火のためにピストン3が圧縮上死点に至った時の燃焼室17の温度(つまり、圧縮端温度)を高くする必要がない。つまり、エンジン1は、CI燃焼を行うものの、その幾何学的圧縮比は、比較的低く設定されている。幾何学的圧縮比を低くすることによって、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン1の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様(燃料のオクタン価が91程度)においては、14〜17とし、ハイオク仕様(燃料のオクタン価が96程度)においては、15〜18としてもよい。
図5は、エンジン1の運転領域マップ501、502を例示している。エンジン1の運転領域マップ501、502は、負荷及び回転数によって定められており、負荷の高低及び回転数の高低に対し、五つの領域に分けられている。具体的に、五つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域(1)−1、低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域(1)−2、中負荷領域(1)−2よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域(2)、高負荷領域において中回転領域(2)よりも回転数の低い低回転領域(3)、及び、低負荷領域(1)−1、中負荷領域(1)−2、高負荷中回転領域(2)、及び、高負荷低回転領域(3)よりも回転数の高い高回転領域(4)である。ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域とすればよい。図5の例では、回転数N1未満を低回転、回転数N2以上を高回転、回転数N1以上N2未満を中回転としている。回転数N1は、例えば1200rpm程度、回転数N2は、例えば4000rpm程度としてもよい。また、高負荷中回転領域(2)は、燃焼圧力が900kPa以上となる領域としてもよい。図5においては、理解容易のために、エンジン1の運転領域マップ501、502を二つに分けて描いている。マップ501は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、過給機44の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。マップ502は、各領域におけるスワールコントロール弁56の開度を示している。尚、図5における二点鎖線は、エンジン1のロード−ロードライン(Road-Load Line)を示している。
エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転しているときに、エンジン1は、前述したようにCI燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、低負荷領域(1)−1において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転しているときも、低負荷領域(1)−1と同様に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転しているときも、低負荷領域(1)−1及び中負荷領域(1)−2と同様に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
エンジン1の回転数が低いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が長くなる。高負荷低回転領域(3)において、高負荷中回転領域(2)と同様に、例えば吸気行程や圧縮行程の前半に、燃焼室17内に燃料を噴射すると、燃料の反応が進みすぎてしまって過早着火を招く恐れがある。エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転しているときには、前述したSPCCI燃焼を行うことが困難になる。
エンジン1の回転数が高いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、例えば高負荷領域における高回転領域において、前述したように、圧縮行程中に分割噴射を行うことにより、燃焼室17内において混合気の成層化をすることが困難になる。エンジン1の回転数が高くなると、前述したSPCCI燃焼を行うことが困難になる。
先ず、低負荷領域(1)−1と、高負荷中回転領域(2)とを比較すると、図5のマップ501に示すように、低負荷領域(1)−1においては、混合気の空気過剰率λが1を超える値に設定されるのに対し、高負荷中回転領域(2)においては、混合気の空気過剰率λが1以下に設定される。低負荷領域(1)−1においては、燃費の向上を図ることができる。一方、高負荷中回転領域(2)においては、伸びのあるトルク感を得ることができる。
次に、図14のフローチャートを参照しながら、ECU10が実行するエンジン1の運転制御について説明をする。先ず、スタート後のステップS1において、ECU10は、各センサSW1〜SW16の信号を読み込む。ECU10は、続くステップS2において、エンジン1の運転領域を判断する。
図15は、図5の運転領域マップ501、502の各領域における燃焼噴射時期及び点火時期の変形例を示している。図15の符号601、602、603、604、605、及び606はそれぞれ、図5の運転状態601、602、602、603、604、605、及び606に対応する。運転状態606は、高負荷中回転領域(2)において、回転数の高い運転状態に相当する。
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン1に適用することに限定されない。エンジン1の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
10 ECU(制御部)
17 燃焼室
171 スキッシュエリア
25 点火プラグ(点火部)
3 ピストン
31 キャビティ
401 プライマリ通路(第1吸気通路)
402 セカンダリ通路(第2吸気通路)
56 スワールコントロール弁(スワール発生部)
6 インジェクタ(燃料噴射部)
Claims (9)
- 燃焼室を有するエンジンと、
前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、
前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、
前記点火部及び前記燃料噴射部が接続されかつ、前記点火部及び前記燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第1回転領域において運転するときに、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるCI燃焼をし、
前記制御部はまた、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域よりも回転数が高い第2回転領域において運転するときに、前記第1回転領域における燃料の噴射開始時期よりも進角した時期に燃料の噴射を開始するよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、圧縮上死点以前に混合気に点火をするよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第2回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼をする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼室内にスワール流を発生させるスワール発生部を備え、
前記制御部は、前記エンジンが前記第1回転領域において運転するときには、前記外周部にスワール流が発生するよう、前記スワール発生部に制御信号を出力すると共に、前記エンジンが前記第2回転領域において運転するときには、前記第1回転領域におけるスワール流よりも弱いスワール流になるよう、前記スワール発生部に制御信号を出力する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項2に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼室に接続された第1吸気通路及び第2吸気通路を備え、
前記スワール発生部は、前記第2吸気通路に配設されかつ、前記第2吸気通路を絞るスワールコントロール弁を有し、
前記制御部は、前記エンジンが前記第1回転領域において運転するときに、前記スワールコントロール弁の開度を、前記第2回転領域における開度よりも小さくするよう、前記スワールコントロール弁に制御信号を出力する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記エンジンが前記第1回転領域において運転するときには、前記中央部にSI燃焼用の混合気を形成する第1噴射を、吸気行程から圧縮行程の前半の期間において行うと共に、前記外周部にCI燃焼用の混合気を形成する第2噴射を、圧縮行程の後半に行うよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項4に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記エンジンが前記第2回転領域において運転するときには、吸気行程に燃料噴射を開始するよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 燃焼室を有するエンジンと、
前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、
前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、
前記燃焼室内にスワール流を発生させるスワール発生部と、
前記点火部、前記燃料噴射部、及び、前記スワール発生部が接続されかつ、前記点火部、前記燃料噴射部、及び、前記スワール発生部のそれぞれに制御信号を出力するよう構成された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第1回転領域において運転するときに、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部にスワール流が発生するよう前記スワール発生部に制御信号を出力すると共に、前記外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力しかつ、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるCI燃焼をし、
前記制御部はまた、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域よりも回転数が高い第2回転領域において運転するときに、前記スワール流が、前記第1回転領域におけるスワール流よりも弱くなるよう前記スワール発生部に制御信号を出力すると共に、前記燃焼室の全体に均質又は略均質な混合気が形成されるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力しかつ、圧縮上死点以前に混合気に点火をするよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第2回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼をする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記エンジンが前記第1回転領域及び前記第2回転領域のそれぞれにおいて運転するとき、前記燃焼室の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて1以下にする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンは、幾何学的圧縮比が13以上20以下である予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンの前記高負荷領域は、燃焼圧力が900kPa以上となる領域である予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
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