JP2019143619A - Control device of internal combustion engine, and intake system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置及びこの制御装置を用いた吸気システムに関するものである。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine and an intake system using the control device.
内燃機関では、燃焼促進のために、燃焼室内の気流を強くすることが行われている。燃焼室内の気流を強くすると、点火プラグでの点火時に、強い気流によってアーク放電が途切れてしまい、失火するおそれがある。そこで、特許文献1の技術では、気流が強い状態では、点火プラグが放電する際の放電エネルギを増加させることで、失火を抑制している。
In an internal combustion engine, in order to promote combustion, the air flow in the combustion chamber is strengthened. If the airflow in the combustion chamber is increased, the arc discharge may be interrupted by the strong airflow when the ignition plug is ignited, and there is a risk of misfire. Therefore, in the technique of
気流強化に起因する放電切れは、上記のとおり放電エネルギの増加により対処可能であるものの、気筒内での燃料着火性の悪化要因としては、上記以外に、点火プラグ周りに乱気流が発生することが考えられる。この点において、改善の余地があると考えられる。 Although the discharge interruption due to the air flow enhancement can be dealt with by increasing the discharge energy as described above, in addition to the above, turbulence may be generated around the spark plug as a cause of deterioration of the fuel ignitability in the cylinder. Conceivable. There is room for improvement in this regard.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、安定した着火を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object thereof is to provide a control device for an internal combustion engine that can perform stable ignition.
第1の手段では、内周面が円状をなしており、2つの吸気口(21)を介して吸気ポート(20)に連通されるとともに、排気口(13)を介して排気ポート(14)に連通される燃焼室(12)と、前記燃焼室を覆う天井部の中央部に設けられる点火プラグ(16)と、前記燃焼室内に生じる気流を調整する気流調整部(50)とを備える内燃機関(10)に適用される制御装置(60)であって、前記点火プラグの位置での気流を他の位置での気流に比べて強化して偏流を生じさせることを判定する偏流判定部と、前記偏流判定部によって偏流を行うと判定された場合に、前記気流調整部によって前記偏流を生じさせる制御部とを備える。 In the first means, the inner peripheral surface has a circular shape, communicates with the intake port (20) through the two intake ports (21), and exhaust port (14 through the exhaust port (13). ), A spark plug (16) provided at the center of the ceiling that covers the combustion chamber, and an airflow adjusting unit (50) that adjusts the airflow generated in the combustion chamber. A control device (60) applied to an internal combustion engine (10), wherein the airflow determination unit determines that the airflow at the position of the spark plug is strengthened compared with the airflow at other positions to generate a current drift. And a control unit that causes the airflow adjusting unit to cause the drift when it is determined by the drift determining unit to perform a drift.
2つの吸入口から燃焼室に向かって気流が流入すると、点火プラグの位置で乱流が発生する。この乱流によって、点火プラグのアーク放電が歪んだ状態で短絡が生じてしまい十分な放電距離を稼ぐことができなくなる。そのため、燃料への着火に支障が生じる。このような乱流の発生要因を分析したところ、吸入口から流入した気流が、燃焼室の内周壁面に当たりその形状に沿って中央部分に集まることで、点火プラグの近傍で、吸入側から排出側に向かう気流と、内周壁面に当って戻ってきた気流とがぶつかり合い乱流が生じている。 When airflow flows from the two suction ports toward the combustion chamber, turbulence is generated at the position of the spark plug. This turbulent flow causes a short circuit in a state where the arc discharge of the spark plug is distorted, so that a sufficient discharge distance cannot be obtained. As a result, the fuel is ignited. As a result of analyzing the causes of such turbulent flow, the airflow flowing in from the suction port hits the inner peripheral wall surface of the combustion chamber and gathers in the center along the shape of the combustion chamber. A turbulent flow is generated by the collision of the airflow directed toward the side and the airflow returned to the inner peripheral wall surface.
そこで、第1の手段では、吸気側から排気側への気流において、点火プラグの位置での気流を他の位置での気流に比べて強化して偏流を生じさせることを判定している。そして、偏流を生じさせると判定した場合には、偏流が生じさせられるように気流調整部を制御している。このように、燃焼室内の点火プラグの位置の気流が強化されている偏流を生じさせることで、点火プラグ位置の気流が最初に燃焼室の内周壁にあたり、その形状に沿って外側に向かうため、点火プラグの位置での乱流の発生が抑制される。そのため、着火性が不安定になりやすい状況であっても、点火プラグ近傍の気流が安定し、アーク放電の短絡を抑制することができ、着火性を確保できる。つまり、燃料促進に必要な気流を確保しつつ、着火性を確保できる。 Therefore, in the first means, in the airflow from the intake side to the exhaust side, it is determined that the airflow at the position of the spark plug is strengthened compared to the airflow at other positions to cause a drift. And when it determines with producing a drift, the airflow adjustment part is controlled so that a drift may be produced. In this way, by causing a drift in which the airflow at the position of the ignition plug in the combustion chamber is strengthened, the airflow at the position of the ignition plug first hits the inner peripheral wall of the combustion chamber and goes outward along its shape. Generation of turbulence at the spark plug position is suppressed. Therefore, even in a situation where the ignitability tends to become unstable, the airflow in the vicinity of the spark plug is stabilized, the short circuit of the arc discharge can be suppressed, and the ignitability can be ensured. That is, the ignitability can be ensured while ensuring the airflow necessary for fuel promotion.
<第1実施形態>
以下、第1実施形態について、図1から図15を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 15. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings, and the description of the same reference numerals is used.
第1実施形態は、内燃機関である車載多気筒4サイクルガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。このエンジン制御システム全体、特に吸気システムの概略構成図を図1に示す。なお、以下の図においては、エンジン10が備える複数気筒のうちの1気筒のみを例示している。
In the first embodiment, an engine control system is constructed for an in-vehicle multi-cylinder four-cycle gasoline engine that is an internal combustion engine. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the entire engine control system, particularly an intake system. In the following drawings, only one cylinder among a plurality of cylinders provided in the
エンジン10の各気筒の内部には、ピストン11が往復移動可能なように収容されている。そして、各気筒のピストン11の頂部側には、燃焼室12が設けられている。燃焼室12の内周面は、横断面形状が円状(真円状もしくは楕円状)となっている。燃焼室12は、2つの吸気口21を介して吸気ポート20に連通されるとともに、2つの排気口13を介して排気ポート14に連通されている。
A
図2は、吸気ポート20と燃焼室12の平面図であって、燃焼室12の周辺部の構成を気筒の軸線方向においてシリンダヘッド側から見た図である。以下の説明において、図2に示すように、各気筒の平面視において、吸気側と排気側とが並ぶ方向をL1方向とし、L1方向と直交する方向をL2方向とする。また、L2に直交する方向で、気筒の軸線方向(ピストン11の往復方向)を上下方向とする。
FIG. 2 is a plan view of the
吸気ポート20は、インテークマニホールドとの接続部分より下流側で、燃焼室12の吸気口21までの間の吸気の通路である。吸気ポート20は、燃焼室12側で2股状に分かれており、2つに分かれた先端にそれぞれ吸気口21が設けられている。吸気口21は、L2方向に並んで隣り合うように設けられている。
The
排気口13は、吸気口21と同様に、L2方向に並んで隣り合うように2つ設けられている。2つの排気口13のL2方向の中心位置は、吸気口21のL2方向の中心位置を通りL1方向に延びる中心線CL上に設けられている。なお、排気口については、2つではなく1つであってもよい。その場合には、1つの排気口が中心線CL上に設けられているとよい。
Similar to the
図1を参照して、エンジン制御システムの説明を継続する。燃焼室12の天井部(シリンダヘッド)の中央部には、点火プラグ16が設けられている。点火プラグ16が設けられる天井部の中央部とは、その天井部の中心点を含む所定の範囲内であるとよい。具体的には、点火プラグ16は、燃焼室12の吸気側の中心位置(2つの吸気口21の中心位置)と排気側の中心位置(2つの排気口13の中心位置)とを繋ぐ線、つまり中心線CL上の位置に設けられている(図2参照)。なお、点火プラグ16は、天井部の中央部に設けられていればよく、より好ましくは、中央部の中心線CL上に設けられているとよい。そして、点火プラグ16は、点火コイル等よりなる点火装置17を通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。点火プラグ16に対する高電圧の印加により、対向電極16a間にアーク放電Aが発生し(図5参照)、アーク放電Aのエネルギによって燃焼室12内の燃料が着火する。
The description of the engine control system will be continued with reference to FIG. A
エンジン10の各気筒の上部であって、吸気ポート20側には、燃焼室12内に燃料を直接供給する燃料噴射弁18が設けられている。燃料噴射弁18は、図2に示す中心線CL上に設けられている。燃料噴射弁18は、図示しない燃料配管を介して燃料タンクに接続されている。燃料タンク内の燃料は、各気筒の燃料噴射弁18に供給され、燃料噴射弁18から燃焼室12内に噴射される。
A fuel injection valve 18 that directly supplies fuel into the
エンジン10の吸気ポート20と排気ポート14には、それぞれ吸気口21を塞ぐ吸気バルブ22と、排気口13を塞ぐ排気バルブ15とが設けられている。吸気バルブ22の開動作により吸気ポート20内の空気が燃焼室12内に流入し、排気バルブ15の開動作により燃焼室12内の排ガスが排気ポート14に排出される。吸気バルブ22及び排気バルブ15の開閉タイミング(バルブタイミング)は、可変バルブタイミング装置23によりそれぞれ可変制御される。
The
また、吸気ポート20には、燃焼室12内に生じる気流を調整するロータリ弁50が設けられている。ロータリ弁50では、ロータリアクチュエータ51によって弁体53の開度調節が行われる。ロータリアクチュエータ51には、ロータリ弁50の開度を検出するためのセンサが内蔵されている。なお、ロータリ弁50は、「気流調整部」「流路可変装置」「開閉弁」に相当する。
Further, the
吸気ポート20には、インテークマニホールド及びサージタンクを含む吸気管31が接続されている。吸気管31には、DCモータ等のスロットルアクチュエータ32によって開度調節されるスロットルバルブ33が設けられている。スロットルアクチュエータ32には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサが内蔵されている。なお、スロットルバルブ33で吸気管31から流入する流量を調整するのではなく、各気筒に独立スロットルを設けてもよい。また、ロータリ弁50が、各気筒に設けられる独立スロットルの機能を兼ねていてもよい。
An
排気ポート14には、排気管34が接続されている。そして、排気管34の排気を利用して吸気管31内の気体の圧縮を行うターボチャージャ35が設けられている。ターボチャージャ35には、吸気管31において、スロットルバルブ33の上流側に配置された吸気コンプレッサ36と、排気管34において、排気浄化触媒である三元触媒39の上流側に配置された排気タービン37とを備えている。吸気コンプレッサ36と排気タービン37とは回転軸38によって連結されている。排気管34内を流れる排気によって排気タービン37が回転されると、その回転に伴い吸気コンプレッサ36が回転される。このとき、吸気コンプレッサ36の回転により生じる遠心力によって吸気管31内に吸気が圧縮される。なお、ターボチャージャ35は用いなくてもよい。また、排気タービン37と三元触媒39との間には、空燃比センサ40が設けられている。
An exhaust pipe 34 is connected to the
吸気管31には、吸気コンプレッサ36の下流側に、インタークーラ41が設けられている。ターボチャージャ35(吸気コンプレッサ36)にて圧縮された(過給された)気体は、インタークーラ41で冷却されて、その下流側に送られる。インタークーラ41で過給された気体が冷却されることで、気体の充填効率を高めることができる。また、吸気管31には、吸気コンプレッサ36の上流側に、エアクリーナ42と、吸入空気量を検出するエアフロメータ43が設けられている。
An
排気管34の三元触媒39の下流側と吸気管31のエアフロメータ43の下流側を繋ぐようにEGR管44が設けられている。EGR管44によって、排気管34内の排気の一部を吸気に導入可能となっており、LPL−EGR(Low Pressure Loop Exhaust Gas Recirculation)と呼ばれるシステムが構成されている。EGR管44には、EGR管44内の排気を冷却するEGRクーラ45と、EGR制御バルブ46が設けられている。EGR制御バルブ46は、その開度によってEGR率(燃焼室12内に吸入される燃焼前の気体における排気ガスの混入割合)を制御可能に設けられている。なお、EGRシステムは、LPL−EGRではなく、HPL−EGRであってもよいし、EGRシステムを用いなくてもよい。また、EGRクーラ45とEGR制御バルブ46とは、どちらが上流でどちらが下流であってもよい。
An
エンジン10には、エンジン10の回転に伴い所定クランク各毎(例えば30°CA周期)で矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ47と、エンジン10でのノックの発生を検出するノックセンサ48とが設けられている。クランク角度センサ47の検出に基づき、エンジン10の回転速度NEが算出される。そして、ドライバによるアクセルの踏み込み操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ49が設けられている。
The
また、本エンジン制御システムは、ECU60を備えている。ECU60は、周知のとおりCPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ECU60は、クランク角度センサ47等各種センサからの出力に基づいて、エンジン10の運転状況を算出する。そして、エンジン10の運転状況に応じて、点火装置17等各種装置を制御するための信号を出力する。なお、ECU60が「制御装置」に相当する。
The engine control system also includes an ECU 60. As is well known, the ECU 60 is mainly composed of a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The ECU 60 calculates the operating status of the
次に、図3及び図4を用いて、ロータリ弁50によって気流の調整を行わない場合の気流の乱れについて説明する。図3は、燃焼室12を気筒の軸線方向においてピストン11側から見た図であって、燃焼室12の気流を示す概略平断面図である。図3では、吸気口21及び点火プラグ16を破線で示し、気流を矢印で示している。図4は、点火プラグ16(対向電極16a)の辺りの拡大図であって、点火プラグ16位置での気流を示している。
Next, the turbulence of the airflow when the airflow is not adjusted by the
吸気口21から燃焼室12の内周面までの直進距離は、吸気口21から燃焼室12の中央位置に向かう距離よりも短い。そのため、吸気口21からの直進位置では、中央位置よりも先に気流が内周面に到達する。そして、到達した気流は、内周面の形状に沿って、中央側に向かい、中央位置でL2方向の両方向から来た気流が互いにぶつかって、吸気口21方向に戻ることになる。その結果、図3に示すように、中央位置では、吸気口21側から排気口13側に向かう気流と、内周面に当って戻ってきた気流とが衝突することになる。
The rectilinear distance from the
中央位置で気流同士が衝突すると、図4に示すように点火プラグ16の近傍で乱流が発生する。乱流が発生すると、点火プラグ16の対向電極16a間で生じるアーク放電Aが、二点鎖線で示すような、整った弧状にならず、実線のように歪んでしまう。アーク放電Aが歪んだ結果、部分的にアーク放電A間の距離が短くなり、そこが短絡して、破線に示すようにアーク放電Aの放電距離が短くなる。その結果、アーク放電Aの着火に必要な放電距離を確保することが困難になり、燃料への着火に支障が生じる。
When airflows collide at the center position, turbulent flow is generated in the vicinity of the
そこで、本実施形態では、吸気側から排気側の気流において、点火プラグ16の位置(中央位置)での気流が、他の位置での気流に比べて強化されている偏流を生じさせる構成を有している。そのための構成の一例であるロータリ弁50について、図2及び図5〜図7を用いて説明する。図5は、ロータリ弁50の斜視図であって、図6は、吸気ポート20のロータリ弁50が設けられている位置での断面図であって、図7は、ロータリ弁50の開閉状態と気流を示す図である。図7中の矢印は気流を示し、矢印の太さは気流の強さを示し、太い矢印は細い矢印よりも気流が強い状態を示している。
Therefore, in the present embodiment, in the air flow from the intake side to the exhaust side, the air flow at the position (center position) of the
ロータリ弁50の2股に分岐する前の吸気ポート20の流路断面は、L2方向が長い角丸長方形状又は長円形状をしている。ロータリ弁50は、吸気ポート20が2股に分岐する前の位置に設けられている。また、ロータリ弁50の設けられている位置では、ロータリ弁50が回転可能なように、吸気ポート20の一部を気筒の上下方向に拡大させている。
The flow passage cross section of the
ロータリ弁50は、L2方向に延びる向きで配置された軸体52と、軸体52に支持された弁体53とを有しており、軸体52を軸心とする弁体53の回動により開度調整されるようになっている。弁体53は、L2方向の中央部に、L1方向に直交する方向(弁体53の周方向)に延びる切欠部54を有しており、吸気ポート20内における弁体53の回動位置により、ポート内流路が局所的に閉鎖され、吸気ポート20内での空気通過範囲を制限する。
The
吸気ポート20内における弁体53の位置を図7により具体的に説明する。図7(a)に示す状態では、弁体53の全て又は略全ての部分が吸気ポート20外に位置しており、ポート内流路は全面開放された状態となっている。これに対し、図7(b),(c)に示す状態では、弁体53が吸気ポート20内に移動しており、ポート内流路が弁体53により部分的に閉鎖されている。つまり、切欠部54を気流が通過する状態とすることで、ロータリ弁50を部分開放状態としている。この状態では、ポート内流路においてL2方向の中央部の空気流量がその両側に比べて多くなる。図7(b)の状態では、筒内流入する気流の偏流度合いが小さいのに対し、図7(c)の状態では、筒内流入する気流の偏流度合いが大きくなっている。なお、偏流度合いとは、偏流の強さ(偏りの大きさ)を示している。
The position of the
このように、偏流度合いを強くして、タンブル流を発生させた場合の燃焼室12内の気流の流れを説明する。図8は、燃焼室12を気筒の軸線方向においてピストン11側から見た図であって、燃焼室12の気流を示す概略平断面図である。なお、図8では、吸気口21及び点火プラグ16を破線で示し、気流を矢印で示している。
The flow of the airflow in the
ロータリ弁50の開度を調整して、偏流度合いが強い状態、つまり中央位置のみが開口している状態とする。つまり、外側が開口しておらず外側の気流が弱い状態となる一方で、中央位置での気流を強くすることで、相対的に中央側の気流が強くなるように偏流をしている。この状態で、2つの吸気口21が開放されると、吸気ポート20の中央付近に強い気流が流れ、その気流が吸気バルブ22のバルブヘッドにあたりさらに中央側に寄せられるようにして吸気口21から流れ込む。そして、燃焼室12内で、2つの吸気口21において互いに近接する側となる中央側の気流をその外側の気流に比べて強化して偏流を生じさせる。
The opening degree of the
そして、偏流をかけて吸気口21から流れ込んだ気流は、中央位置を直進する気流の速度が他の位置よりも比較的勢いが強く速くなる。そのため、中央位置を進む気流が、他の位置の気流よりも先に燃焼室12の内周面に到達する。そして、到達した気流は、内周面の形状に沿って、外側に向かうことになる。その結果、中央位置では、吸気口21から流れ込む気流と内周面に当たって戻ってくる気流とがぶつかり合うことがなくなり、乱流の発生が抑制される。また、仮に点火プラグ16に当たる等して小さな乱流が発生したとしても、中央位置の気流は強いことから、その強い流れに乱流が消されることになる。そのため、点火プラグ16位置での気流が安定し、アーク放電Aの短絡を抑制でき、着火性を確保できる。
Then, the airflow that has flowed in from the
次に、このような偏流をどのような場合に行うかについて、図9及び図10に基づいて、説明する。図9は、ECU60の実施するフローチャートであって、本処理は、所定の周期で、ECU60により実施される。図12は、エンジン回転速度及び負荷と偏流度合いを示す図である。 Next, a case where such a drift is performed will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a flowchart executed by the ECU 60, and this process is executed by the ECU 60 at a predetermined cycle. FIG. 12 is a diagram showing the engine speed, the load, and the degree of drift.
図9において、ステップS11では、エンジン10が始動状態かどうかを判定する。例えば、エンジン10の始動要求に伴うクランキングの開始後において、エンジン10の燃焼が開始されてエンジン10の回転速度NEが所定の完爆回転速度に上昇するまでの期間内であれば、始動状態である旨を判定する。なお、エンジン10の回転速度NEが完爆回転速度に上昇した後、所定時間が経過するまでを、始動状態として判定してもよい。始動状態であると判定した場合には、ステップS14に進む一方、始動状態ではないと判定した場合には、ステップS12に進む。
In FIG. 9, in step S11, it is determined whether or not the
ステップS12では、アクセル開度センサ49の検出値及びエンジン10の回転速度NEに基づいて、アイドル状態かどうかを判定する。アクセル開度が0で回転速度NEが所定範囲内にあり、アイドル状態であると判定した場合、ステップS14に進む。一方、アイドル状態であると判定されていない場合には、ステップS13に進む。
In step S12, it is determined based on the detected value of the
ステップS13では、三元触媒39を早期暖機させる状態かどうか判定する。具体的には、周知の方法で推定された三元触媒39の温度が活性温度未満の場合には、三元触媒39を早期暖機させる状態であると判定する。ステップS13が肯定される場合(三元触媒39の温度が活性温度未満の場合)には、ステップS14に進み、否定される場合には、ステップS15に進む。なお、三元触媒39の温度を検出するセンサを設けて、検出された温度に基づいて判定を行ってもよい。
In step S13, it is determined whether the three-
ステップS14では、偏流制御を実行する。エンジン10の運転条件がアイドル状態、始動状態、又は三元触媒39を早期暖機させる状態である場合には、ロータリ弁50の開度を中央部分のみが開いた状態(図7(c)の状態)になるように、ロータリアクチュエータ51を駆動させることで、偏流制御を実行し、処理を終了する。
In step S14, drift control is executed. When the operating condition of the
ステップS15では、燃焼室12内における気体中の燃料比率が低い状態かどうかを判定する。具体的には、燃焼時に燃焼室12内がリーン状態又は所定値よりもEGR率が高い状態かどうかを判定する。エンジン10の運転条件が、燃料比率の低い状態の場合には、ステップS17に進み、燃料比率が低い状態ではない場合には、ステップS16に進む。
In step S15, it is determined whether the fuel ratio in the gas in the
ステップS16では、ノックが生じるおそれがある運転条件かどうか判定する。具体的には、燃焼室12内の温度が高い場合や、ターボチャージャ35の過給により圧縮比率が高い場合等に、ノックが生じるおそれがある場合であると判定する。ステップS16で、ノックが生じるおそれがある運転条件であると判定されると、ステップS17に進み、ノックが生じるおそれがある運転条件ではないと判定されると、処理を終了する。
In step S16, it is determined whether or not there is an operating condition that may cause knocking. Specifically, it is determined that there is a possibility that knocking may occur when the temperature in the
ステップS17で、エンジン10の回転速度NEを取得する。具体的には、クランク角度センサ47が検出したクランク角信号に基づいて、エンジン10の回転速度NEを算出し、それを取得する。
In step S17, the rotational speed NE of the
ステップS18で、エンジン負荷を取得する。具体的には、アクセル開度センサ49によって検出したアクセル開度等に基づいて、エンジン負荷を算出し、それを取得する。
In step S18, the engine load is acquired. Specifically, the engine load is calculated based on the accelerator opening detected by the
ステップS19では、ステップS17及びステップS18で取得した回転速度NE及びエンジン負荷が非作動領域に該当するか判定する。具体的には、図10に示すように、エンジン10の回転速度NEが所定の値より小さい場合又はエンジン負荷が所定の値よりも小さい場合には、非作動領域に該当すると判定される。この領域においては、偏流作動による消費電力を抑制するために偏流制御を実施しない。ステップS19で、非作動領域に該当すると判定した場合には、処理を終了し、非作動領域に該当しないと判定した場合には、ステップS20に進む。
In step S19, it is determined whether the rotational speed NE and engine load acquired in step S17 and step S18 correspond to the non-operation region. Specifically, as shown in FIG. 10, when the rotational speed NE of the
ステップS20では、ステップS17及びステップS18で取得した回転速度NE及びエンジン負荷が優先領域に該当するか判定する。具体的には、図10に示すように、エンジン10の回転速度NEが所定の値より大きい場合又はエンジン負荷が所定の値よりも大きい場合には、優先領域に該当すると判定される。この領域においては、出力を優先するために、偏流制御を実施しない。ステップS20で、優先領域に該当すると判定した場合には、処理を終了し、優先領域に該当しないと判定した場合には、ステップS21に進む。
In step S20, it is determined whether the rotational speed NE and engine load acquired in step S17 and step S18 correspond to the priority area. Specifically, as shown in FIG. 10, when the rotational speed NE of the
ステップS21では、ステップS17及びステップS18で取得した回転速度NE及びエンジン負荷に基づいて、偏流度合いを設定する。具体的には、図10に示すように、エンジン10の回転速度NEが大きいほど、偏流度合いを大きくする。エンジン10の回転速度NEが高いほど、筒内流速が速くなり、乱流が生じやすくなるため、このような場合には、偏流度合いを大きくする。また、エンジン負荷が小さいほど、偏流度合いを大きくする。低負荷の際には、筒内の空気量が少なくなるため、この場合に偏流度合いを大きくすることで、必要な空気流量を確保することができる。
In step S21, the degree of drift is set based on the rotational speed NE and engine load acquired in steps S17 and S18. Specifically, as shown in FIG. 10, the greater the rotational speed NE of the
ステップS22では、ステップS21で設定した偏流度合いに基づいて、偏流制御を実行する。偏流度合いに合わせたロータリ弁50の開度になるように、ロータリアクチュエータ51を駆動させることで、偏流制御を実行し、処理を終了する。
In step S22, drift control is executed based on the drift degree set in step S21. By driving the
なお、ステップS11、ステップS12、ステップS13、ステップS15、ステップS16、ステップS19、及びステップS20が「偏流判定部」に相当する。また、ステップS14及びステップS22が「制御部」に相当する。ステップS21が「偏流設定部」に相当する。また、ステップS11〜ステップS13については、いずれかが成立すればステップS14に進んでいるが、ステップS11〜ステップS13の少なくとも2つが成立した場合に、ステップS14に進み、偏流を実施してもよい。 In addition, step S11, step S12, step S13, step S15, step S16, step S19, and step S20 correspond to a “drift determination unit”. Steps S14 and S22 correspond to a “control unit”. Step S21 corresponds to a “drift setting unit”. In addition, as for steps S11 to S13, if any of them is established, the process proceeds to step S14. However, if at least two of steps S11 to S13 are established, the process proceeds to step S14, and drift may be performed. .
また、このような運転条件、エンジン10の回転速度NE及びエンジン負荷による偏流の制御に加えて、フィードバック制御を行うことができる。図9で設定した偏流を実施している場合に、エンジン10の燃焼状況等を確認して、それに基づいて、図11に示すようなフィードバック制御を行う。図11は、フィードバック制御のためのフローチャートであって、本処理は、所定の周期で、ECU60により実施される。なお、本フローチャートによる制御が「制御部によるフィードバック制御」に相当する。
In addition to the control of the drift due to such operating conditions, the rotational speed NE of the
ステップS51で、偏流を実行しているかどうかを判定する。偏流を実行していない場合には、処理を終了する。一方偏流を実行している場合には、ステップS52で、エンジン10の燃焼において、着火異常が生じていないか検出する。具体的には、着火異常による失火等が発生すると、クランク角度センサ47により検出されるエンジン10の回転速度NEに異常が出るため、クランク角度センサ47で検出した値を基に着火異常が生じているかを判定する。着火異常が生じていると判定した場合には、ステップS54に進む。なお、ステップS52が「パラメータ取得部」に相当し、エンジン10の回転速度NEが「パラメータ」に相当する。また、ステップS52において、空燃比センサ40での検出結果を用いて、未燃燃料がある場合、つまり燃焼不良が生じている場合には着火異常が生じていると判定してもよい。
In step S51, it is determined whether or not drift is being performed. If the drift is not executed, the process is terminated. On the other hand, if the drift is being executed, it is detected in step S52 whether an ignition abnormality has occurred in the combustion of the
ステップS52で、着火異常が生じていないと判定した場合には、ステップS53で、ノックが発生しているかを判定する。具体的には、ノックセンサ48によってノックの発生を検知しているか判定する。ノックの発生を検知している場合には、ステップS54に進む。一方、ノックの発生を検知していない場合には、処理を終了する。
If it is determined in step S52 that no ignition abnormality has occurred, it is determined in step S53 whether knock has occurred. Specifically, it is determined whether or not the
ステップS54では、偏流度合いを大きくするように偏流度合いを変更する。そして、ステップS55で、ステップS54で設定した偏流度合いに基づいて、偏流制御を実行する。偏流度合いに合わせたロータリ弁50の開度になるように、ロータリアクチュエータ51を駆動させることで、偏流制御を実行し、処理を終了する。
In step S54, the degree of drift is changed so as to increase the degree of drift. In step S55, the drift control is executed based on the drift degree set in step S54. By driving the
次に、上記に説明したように、偏流を行うことによる効果について、図12〜図15を用いて説明する。図12は、筒内流動とアーク維持時間との関係を示す図で、図13は、アーク維持時間と着火時期との関係を示す図で、図14は、筒内流動と主燃焼期間との関係を示す図で、図15は着火時期と主燃焼期間との関係を示す図である。なお、図12〜図15において、アーク維持時間とは、アーク放電Aを所望の放電距離で保つことができる時間である。また、従来の燃焼サイクル間ばらつきとは、偏流を行わない場合の燃焼サイクル間でのばらつきで、破線で示している。 Next, as described above, the effect of performing the drift will be described with reference to FIGS. 12 is a diagram showing the relationship between the in-cylinder flow and the arc maintenance time, FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the arc maintenance time and the ignition timing, and FIG. 14 shows the relationship between the in-cylinder flow and the main combustion period. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the ignition timing and the main combustion period. 12 to 15, the arc maintenance time is a time during which the arc discharge A can be maintained at a desired discharge distance. Further, the conventional variation between combustion cycles is a variation between combustion cycles when drift is not performed, and is indicated by a broken line.
図12に示すように、筒内流動が弱い場合には、点火プラグ16近傍での乱流が生じにくいため、アーク維持時間は長く、燃焼サイクル間でのアーク維持時間のばらつきは小さい。一方、従来のように、偏流をかけずに筒内流動を強くすると、点火プラグ16近傍での乱流が生じる。そのため、アーク維持時間は短くなりやすく、燃焼サイクル間でのアーク維持時間のばらつきが大きくなる。そこで、本実施形態のように偏流を行うと、点火プラグ16近傍での乱流の発生が抑制される。そのため、筒内流動が弱い場合と同じように、筒内流動が強い場合であっても、アーク維持時間は長く、燃焼サイクル間でのアーク維持時間のばらつきが小さくなる。その結果、着火の安定と筒内流動を強くすることでの燃焼促進を両立できるようになる。
As shown in FIG. 12, when the in-cylinder flow is weak, turbulent flow is unlikely to occur in the vicinity of the
従来のように偏流を実施しない状態で筒内流動を強くすると、アーク維持時間が短くなっている。図13に示すように、アーク維持時間が短い場合には、アーク放電Aから燃料に着火するためにかかる時間(着火時期)にばらつきが大きくなる。一方、本実施形態のように、アーク維持時間が長い場合には、アーク放電Aから燃料に着火するためにかかる時間が短くなり、またばらつきが小さくなる。そのため、着火の安定性に貢献できる。 When the in-cylinder flow is strengthened in a state where no drift is performed as in the prior art, the arc maintenance time is shortened. As shown in FIG. 13, when the arc maintenance time is short, the time (ignition timing) required to ignite the fuel from the arc discharge A increases. On the other hand, when the arc maintenance time is long as in the present embodiment, the time taken to ignite the fuel from the arc discharge A is shortened and the variation is reduced. Therefore, it can contribute to the stability of ignition.
また、従来では、アーク維持時間を確保するために、筒内流動を弱くしている。この場合には、図14に示すように、主燃焼期間が長くなったり、ばらつきが大きくなったりする。一方、本実施形態のように偏流を行って筒内流動を強くすると、燃焼が促進されるため、主燃焼時間が短くなり、主燃焼にかかる時間のばらつきを抑制することができる。 Conventionally, in-cylinder flow is weakened in order to ensure arc maintenance time. In this case, as shown in FIG. 14, the main combustion period becomes longer or the variation becomes larger. On the other hand, when the drift is performed and the in-cylinder flow is strengthened as in the present embodiment, the combustion is promoted, so that the main combustion time is shortened and variations in the time required for the main combustion can be suppressed.
また、図15に示すように、従来では、着火時期が遅くなり、主燃焼期間にばらつきが大きくなっている。それに対し、本実施形態のように偏流を行って筒内流動を強くすると、着火にかかる時間が短くなり(着火時期が早くなり)、着火の安定及び筒内流動が強いことによる燃焼促進により、主燃焼にかかる時間が短くなる。 Further, as shown in FIG. 15, conventionally, the ignition timing is delayed, and the variation in the main combustion period is large. On the other hand, when drifting is performed and the in-cylinder flow is strengthened as in the present embodiment, the time required for ignition is shortened (ignition timing is advanced), and the combustion is promoted by stable ignition and strong in-cylinder flow. The time required for main combustion is shortened.
このように、着火が安定し、主燃焼にかかる時間を短くすることができることで、種々の運転条件での効果が生まれる。例えば、ノックが生じるおそれがある運転条件であっても、点火時期を進角しても、ノックが発生しにくくなる。そのため、ノックが生じるおそれがある運転条件での燃費を改善できる。また、リーン燃焼やEGR率が高い場合であっても、燃焼を改善することができる。そのため、リーン限界及び限界EGR率を上げることができ、燃費を改善できる。そして、始動状態及びアイドル状態であっても、主燃焼にかかる時間のばらつきが少なく、燃焼が安定するため、未燃HCの発生を抑制できる。さらに、三元触媒39を早期暖機させる状態であっても、着火が安定することにより、点火時期を従来より遅角することができる。そのため、排気の温度を上げることができ、三元触媒39の活性を早期化することができる。
As described above, the ignition is stabilized and the time required for the main combustion can be shortened, so that an effect under various operating conditions is produced. For example, even if the driving condition may cause knocking, knocking is less likely to occur even if the ignition timing is advanced. Therefore, it is possible to improve fuel efficiency under driving conditions where knocking may occur. Further, even when the lean combustion or the EGR rate is high, the combustion can be improved. Therefore, the lean limit and the limit EGR rate can be increased, and fuel consumption can be improved. Even in the start state and the idle state, the time required for the main combustion is small and the combustion is stabilized, so that the generation of unburned HC can be suppressed. Furthermore, even in a state where the three-
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
吸気側から排気側への気流において、点火プラグ16の位置での気流が他の位置での気流に比べて強化されている偏流を生じさせるかを判定している。そして、偏流を生じさせると判定した場合には、偏流が生じさせられるようにロータリ弁50を制御している。このように、燃焼室12内の点火プラグ16の位置の気流が強化されている偏流を生じさせることで、点火プラグ16位置の気流が最初に燃焼室12の内周壁にあたり、その形状に沿って外側に向かうため、点火プラグ16の位置での乱流の発生が抑制される。そのため、着火性が不安定になりやすい状況であっても、点火プラグ16近傍の気流が安定し、アーク放電Aの短絡を抑制することができ、着火性を確保できる。つまり、燃料促進に必要な気流を確保しつつ、着火性を確保できる。
In the airflow from the intake side to the exhaust side, it is determined whether the airflow at the position of the
内燃機関の運転条件に基づいて、必要な時に偏流させることができる。例えば、燃焼時に燃焼室12内がリーン状態にある場合又はEGR率が高い場合、つまり燃焼室12内における気体中の燃料比率が低い場合には、点火プラグ16のアーク放電Aから燃料への着火できる条件が厳しくなっている。また、燃焼促進のために強い気流が求められている。このような場合に、燃料促進に必要な気流を確保しつつ、偏流させて着火性を確保することで、低い燃料比率であっても着火性を確保でき、燃費を向上させることができる。
Based on the operating conditions of the internal combustion engine, the current can be drifted when necessary. For example, when the
また、燃焼室12内でノックが生じるおそれがある場合には、一般的には、着火タイミングを遅角することで抑制している。ノックの発生を抑制するためには、筒内の流動を強くして、燃焼を素早く広げる方法もある。しかし、筒内の流動を強くすると、着火タイミングを進角させることができる一方で、乱流が生じて着火しにくくなる。そこで、本実施形態では、筒内の流動を強くしつつ、偏流させて着火性を確保することで、ノックが生じるおそれがある場合であっても、着火タイミングを進角させることができる。
Further, when there is a possibility that knocking may occur in the
エンジン10の回転速度NEが速いほど、燃焼室12内の気流の流速が速くなり、点火プラグ16近傍で乱流が生じやすくなる。そのため、回転速度NEが高いほど、偏流の強さを強化することで、乱流を抑制することができる。
As the rotational speed NE of the
エンジン負荷が低負荷の場合には、空気通過範囲が小さく流速が大きくなるため乱流が生じやすくなる。そのため、低負荷の場合ほど、偏流の強さを強化することで、乱流を抑制することができる。 When the engine load is low, turbulent flow is likely to occur because the air passage range is small and the flow velocity is large. Therefore, the turbulent flow can be suppressed by increasing the strength of the drift as the load is lower.
負荷が所定よりも低く吸気ポート20から流入する気体の量が少ない場合及びエンジン10の回転速度NEが所定よりも遅い場合の少なくとも一方の場合には、偏流を生じさせないことで、偏流作動による消費電力を抑制することができる。
When at least one of the case where the load is lower than the predetermined amount and the amount of gas flowing from the
負荷が所定よりも高く吸気ポート20から流入する気体の量が多い場合及びエンジン10の回転速度NEが所定よりも速い場合の少なくとも一方の場合には、偏流を抑制することで、内燃機関の出力を優先することができる。
In at least one of the case where the load is higher than the predetermined amount and the amount of gas flowing in from the
エンジン10がアイドル状態、始動状態、又は三元触媒39を早期暖機させる状態では、空気量が少なかったり、着火タイミングが遅角になったりすることで、燃焼が不安定になりやすい。このような場合に、偏流させることで、エンジン10がアイドル状態、始動状態、又は三元触媒39を早期暖機させる状態であっても、着火性を向上できる。
When the
フィードバック制御をおこなうことで、点火プラグ16の着火状況が悪い場合に、偏流させることで、着火性を向上させることができる。
By performing feedback control, when the ignition condition of the
吸気ポート20内に、空気通過範囲を制限して偏流させるロータリ弁50を設けることで、燃焼室12内に偏流させる構造を設ける必要がなくなり、燃焼室12の設計を行いやすくなる。
By providing the
吸気ポート20内において、気筒平面視での中央部分と両側部分とのうち中央部分を両側部分よりも開放させて部分開放状態にすることにより、燃焼室12内での気流の乱れを好適に抑制できる。この場合、点火プラグ16付近での乱気流の発生を抑制しつつ、気流強化を実施することができる。
In the
<第2実施形態>
第2実施形態では、吸気ポート内の乱流を抑制するための構成について、図16から図18を用いて説明する。図16は、ロータリ弁50の斜視図であって、図17は、ロータリ弁50によって吸気ポート20が開閉されている状態を示す流路断面図である。図17において、ハッチングの部分は、弁体53が吸気ポート20を閉鎖している領域を示している。図18は、吸気ポート20を気筒平面視(吸気ポート20の概略閉断面図)において、吸気ポート20が部分開放状態で、吸気ポート20内に循環気流F2を形成した状態での吸気ポート20の気流の流れを示す図である。図18において、矢印は気流を示し、矢印の太さは気流の速さを示し、太い矢印は細い矢印よりも気流が速い状態を示している。
Second Embodiment
In the second embodiment, a configuration for suppressing turbulent flow in the intake port will be described with reference to FIGS. 16 to 18. FIG. 16 is a perspective view of the
従来のタンブル制御弁では、吸気ポート内の気流を主として上下方向に制限していた。そのため、タンブル制御弁によって、速い気流を作りこんでも、吸気ポート内で気流同士がぶつかったり、吸気ポートの壁部にぶつかったりして、吸気ポート内で乱流が生じて、速い気流が減衰、拡散していた。このような課題を解決するため、例えば、特許第4349156号公報の吸気ポートには、吸気口の近傍に至る仕切り壁を設けていた。しかしながら、吸気口の近傍まで仕切り壁を設けると、シリンダヘッド内に、特に二股に分岐した後の通路まで仕切り壁を設けることになり、シリンダヘッドの改造が必要となる。そのため、搭載性が悪くなってしまう。 In the conventional tumble control valve, the airflow in the intake port is mainly restricted in the vertical direction. Therefore, even if a quick air flow is created by the tumble control valve, the air currents collide with each other in the intake port or collide with the wall of the intake port, turbulence occurs in the intake port, and the fast air flow is attenuated. It was spreading. In order to solve such a problem, for example, a partition wall reaching the vicinity of the intake port is provided in the intake port of Japanese Patent No. 4349156. However, if the partition wall is provided to the vicinity of the intake port, the partition wall is provided in the cylinder head, particularly to the passage after bifurcating, and the cylinder head needs to be modified. Therefore, the mountability is deteriorated.
そこで、第1実施形態では、ロータリ弁50の中央に切欠部54を設けることで、中央部分の偏流を強くすることで、燃焼室12内での気流の乱れを抑制している。第2実施形態では、吸気ポート20内での乱流を抑制するために、ロータリ弁50をさらに改良している。
Therefore, in the first embodiment, the
第2実施形態のロータリ弁50について、図16及び図17を用いて説明する。ロータリ弁50は、L2方向に延びる向きで配置された軸体52と、軸体52に支持された弁体53とを有しており、軸体52を軸心とする弁体53の回動により開度調整されるようになっている。
The
弁体53は、L2方向の全域分の大きさを有しており、L2方向のポート壁面24に至っている。弁体53は、円筒の円周面の一部を切り取ったような形状をしており、吸気ポート20を全閉鎖状態にできる幅寸法と周方向の寸法を有した弁本体部53aと、切欠部54の側方に設けられた遮蔽部53bとを備えている。
The
弁体53には、そのL2方向の中央部に、弁体53の周方向に延びる切欠部54が設けられている。切欠部54は、その一端が半円形状をなす半円部54aとなっており、半円部54aに連なるように半円部54aと等幅に等幅部54bが延びており、等幅部54bから弁体53の端部は、等幅部54bが弁体53のL2方向の寸法まで拡幅する拡幅部54cとなっている。等幅部54bは、図17(c)に示すような、部分開放状態で、上下方向(吸気口21の並び方向に交差する方向)の全長を開口させる周方向の寸法を有している。
The
切欠部54のL2方向の寸法と、遮蔽部53bのL2方向の寸法(ポート壁面24から切欠部54までの幅寸法)の比率、つまり図17(e)におけるa:bの比率は、切欠部54から必要な流量を確保しつつ、吸気ポート20内に所望の循環気流F2が形成される大きさとなっている。例えば、a:bの比率は、0.85:1以下になっている。切欠部54のL2方向の寸法は、例えば、吸気ポート20のL2方向の寸法の3分の1以下になっている。
The ratio of the dimension in the L2 direction of the
吸気ポート20内における弁体位置を図17により具体的に説明する。図17(a)に示す状態では、弁体53の全て又は略全ての部分が吸気ポート20外に位置しており、ポート内流路は全面開放された状態となっている。これに対し、図17(b)〜(e)に示す状態では、弁体53が吸気ポート20内に移動しており、ポート内流路が弁体53により部分的に閉鎖されている。特に、図17(c)〜(e)の状態では、吸気ポート20内に循環気流F2が形成される部分開放状態となっている。図17(c)〜(e)に示す状態が、第1実施形態において、偏流制御を行っている状態であり、図17(c)より図17(d)の状態の方が偏流度合いが強くなっており、図17(d)より図17(e)の状態の方が偏流度合いが強くなっている。
The position of the valve body in the
図17(c)のように、開口率(吸気ポート20の流路断面積において、気流が通過できる開口の部分の率)が30%程度の状態では、等幅部54bによって、その中央部分の上下方向の全長が開口している。一方で、遮蔽部53bが切欠部54からポート壁面24まで延びていることで、気流が通過可能な吸気通路が中央側に絞られることになり、中央側で気流が増速される。
As shown in FIG. 17C, in the state where the aperture ratio (the ratio of the portion of the opening through which the airflow can pass in the flow path cross-sectional area of the intake port 20) is about 30%, the central portion is formed by the
図17(e)のように、開口率が3%程度まで制限されている状態では、切欠部54に開口を絞ることによる流路抵抗が非常に大きくなる。そのため、流路抵抗を少しでも軽減するために、切欠部54の端部が半円形状の半円部54aとなっている。そのため、開口率(開口面積)が小さい場合の流路抵抗による乱流の発生を抑制することができる。
As shown in FIG. 17E, in the state where the aperture ratio is limited to about 3%, the flow path resistance due to the narrowing of the opening in the
図17(c)〜(e)に示す部分開放状態では、吸気通路が中央側に絞られることで、切欠部54を通過した中央側気流F1が増速される。このように増速された中央側気流F1を形成した場合の吸気ポート20内の気流の流れを、図18を用いて説明する。
In the partially open state shown in FIGS. 17C to 17E, the central airflow F1 that has passed through the
部分開放状態では、切欠部54のL2方向の寸法(開口幅)を絞ることで、切欠部54を通過した中央側気流F1の流速も増速され、中央側気流F1が、吸気ポート20内で最も速くなっている。この速い気流に引き込まれるように、遮蔽部53bの下流側の領域A1では、その領域A1から中央側への空気の流れが生じる。その結果、領域A1では、周辺よりも気圧が下がる負圧が生じる。なお、相対的な負圧の大きさは、切欠部54から中央側気流F1が吹き出す位置での速さ等によって決まっており、中央側気流F1の速さは、切欠部54を通過する通気量と開口面積等によって決まっている。
In the partially open state, by reducing the dimension (opening width) of the
この場合、遮蔽部53bよりも下流側に流れる気流は、領域A1の負圧に引き込まれることにより逆流する。そして、これにより、ポート壁面24に沿うようにして、楕円状の循環気流F2が形成される。つまり、遮蔽部53bの下流側である側方領域が、循環気流F2が形成される循環領域となる。なお、負圧の相対的な大きさによって、下流側のどの位置まで循環気流F2が形成されるかが決まっている。
In this case, the airflow flowing downstream from the shielding
この楕円状の循環気流F2は、吸気ポート20に設けられた各吸気口21に向けて分岐する分岐通路25に至るまでの長軸方向の長さcを有しており、循環気流F2は、吸気口21を塞ぐ吸気バルブ22の近傍にまで至るまでの長軸方向の長さcを有していることがより望ましい。また、循環気流F2が形成されることで、側方領域の気流がポート壁面24に沿って逆流して領域A1に戻るため、吸気口21の側方の領域A2からは、燃焼室12内に気流が流れ込みにくくなる。そのため、燃焼室12内での側方での気流が中央位置に比べて弱くなる。また、このような循環気流F2が形成されることで、吸気ポート20内の切欠部54の両側の側方領域での気流の乱れを抑制することができ、中央側気流F1の拡散や減衰を抑制することができる。なお、側方領域の気流は、全ての気流が吸気バルブ22の近傍まで至って領域A1に戻るのではなく、途中から戻る気流の方が多くなっている。吸気バルブ22の近傍に至る気流も領域A1に向かって逆流することで、全体として循環気流F2が形成される。
The elliptical circulation airflow F2 has a length c in the major axis direction to the
しかしながら、側方領域において、循環気流F2が微小擾乱によって分裂するおそれがある。楕円形状の循環気流F2の短軸方向の長さdと長軸方向の長さcとの比率が所定の割合を超えると、微小擾乱によって分裂するおそれがある。具体的には、循環気流F2の長軸方向の長さcに対して短軸方向の長さdが3分の1より小さくなると、微小擾乱によって分裂するおそれがある。なお、短軸方向の長さdは、ポート壁面24から各吸気口21に流れ込む中央側気流F1が通過する中央領域に至る長さであって、長軸方向の長さcは、中央側気流F1の吹き出し位置の側方の領域A1から吸気バルブ22の近傍(領域A2の手前)に至る長さである。
However, in the side region, the circulating air flow F2 may be split due to micro disturbance. If the ratio of the length d in the minor axis direction to the length c in the major axis direction of the elliptical circulating air flow F2 exceeds a predetermined ratio, there is a risk of splitting due to minute disturbance. Specifically, when the length d in the minor axis direction is smaller than one third with respect to the length c in the major axis direction of the circulating air flow F2, there is a possibility of splitting due to minute disturbance. The length d in the minor axis direction is the length from the
そこで、循環気流F2の長軸方向の長さcに対して短軸方向の長さdが3分の1以上になるように、遮蔽部53bのポート壁面24から切欠部54までのL2方向の幅寸法が定められている。遮蔽部53bの幅寸法を所定の大きさとすることで、循環気流F2の短軸方向の長さdが定まる。そのため、吸気ポート20の形状から循環気流F2の想定される長軸方向の長さcに基づいて、長軸方向の長さcに対して短軸方向の長さdが3分の1以上になるように短軸方向の長さdを想定する。想定された短軸方向の長さdに基づいて、遮蔽部53bのポート壁面24から切欠部54までのL2方向の幅寸法を定めている。
Therefore, the length D in the L2 direction from the
このように、ロータリ弁50による部分開放状態(弁体53の位置が、図17(c)〜(e)に示す状態)では、弁体53の遮蔽部53bにより吸気通路が中央側に絞られることで、切欠部54を通過した中央側気流F1の流速が増速される。この増速された気流に引き込まれることで、領域A1において、周辺よりも気圧が下がる負圧が生じる。この負圧に引き込まれるようにして、側方領域では、循環気流F2が形成される。また、循環気流F2が安定した状態となるように、遮蔽部53bの幅寸法が定められていることから、側方領域の循環気流F2が分裂しないで安定する。そのため、側方領域での乱流により、中央側気流F1が減衰、拡散させられず、燃焼室12内に中央位置が強化された偏流を生じさせることができる。
Thus, in the partially opened state by the rotary valve 50 (the position of the
以上詳述した第2実施形態によれば、第1実施形態の効果に加えて、以下の優れた効果が得られる。 According to the second embodiment described in detail above, the following excellent effects are obtained in addition to the effects of the first embodiment.
切欠部54は、吸気ポート20の上下方向(並び方向に交差する方向)の全長を開口させる上下寸法を有する等幅部54bを有していることで、偏流を強くしている間のロータリ弁50の開口位置は、中央部分のみになる。そのため、偏流を強くしている間は、中央部分の速い中央側気流F1とその両側方の循環気流F2を維持しやすくなる。一方で、極めて開口率の小さい場合、つまり切欠部54の端部である半円部54aしか開口していない場合には、その開口形状が半円形になっている。そのため、ロータリ弁50の上流側の空気が切欠部54に流れ込む際の流路抵抗を減少させることができ、流路抵抗による気流の乱れを抑制できる。
The
ロータリ弁50による部分開放状態では、弁体53の遮蔽部53bにより吸気通路が中央側に絞られることで、その中央側で気流が増速される。この増速された中央側気流F1に引き込まれることで、遮蔽部53bの下流側において、遮蔽部53b及びポート壁面24の内側となる領域A1で、周辺よりも気圧が下がる負圧が生じる。
In the partially opened state by the
この場合、遮蔽部53bの下流側であり、かつポート壁面24の内側となる領域において、負圧の生じている領域A1に向かってポート壁面24に沿って気流が逆流して、循環気流F2が形成される。循環気流F2が形成されることで、切欠部54の両側の側方領域での気流の乱れを抑制することができ、燃焼室12に流れ込む気流が所望の状態になる。
In this case, in the region downstream of the shielding
部分開放状態では、切欠部54の両側の側方領域に、ポート壁面24に沿って縦長となり、長軸方向の長さcに対して短軸方向の長さdが3分の1以上となる楕円状の循環気流F2が形成されるようにすることで、乱流の発生を抑えつつ、切欠部54を通過した気流が燃焼室12に所望の状態で流れ込むようにできる。この場合、弁体53の切欠部54は、必要量の空気を確保するための大きさを要する。一方で、切欠部54が大きくなることで、遮蔽部53bが小さくなりすぎると、楕円形状の循環気流F2の短軸方向の長さdと長軸方向の長さcの比率が1対3よりも大きくなり、微小擾乱により不安定になり、分裂するおそれがある。この点を考慮して、遮蔽部53bのポート壁面24から切欠部54までの幅寸法を調整することが望ましい。
In the partially open state, the side regions on both sides of the
切欠部54の両側の側方領域の循環気流F2は、中央の高速な中央側気流F1に沿う気流がポート壁面24に沿うように弁体53側に戻ることで、楕円形状になっている。この楕円形状の気流が吸気口21に向けて分岐する分岐通路25にまで至るように、ポート壁面24から切欠部54までの幅寸法を調整する。そのため、循環気流F2が安定し、気流の乱れを抑制できる。
The circulating air flow F <b> 2 in the lateral regions on both sides of the
<第3実施形態>
第3実施形態では、第2実施形態に、整流板を備えた構成について、図19から図22を用いて説明する。図19は、吸気ポート20を気筒平面視(吸気ポート20の概略閉断面図)において、吸気ポート20が部分開放状態で、整流板55が設けられた状態で、吸気ポート20内に循環気流F2を形成した状態での吸気ポート20の気流の流れを示す図である。図19において、矢印は気流を示し、矢印の太さは気流の速さを示し、太い矢印は細い矢印よりも気流が速い状態を示している。図20は、ロータリ弁50によって吸気ポート20が開閉されている状態を示す流路断面図であって、整流板55が弁体53の下流側に設けられている。図20において、ハッチングの部分は、弁体53が吸気ポート20を閉鎖している領域を示している。図21は、整流板55が取付板57と一体に設けられた状態の斜視図である。図22は、整流板55の変形例を示す図である。
<Third Embodiment>
In 3rd Embodiment, the structure provided with the baffle plate in 2nd Embodiment is demonstrated using FIGS. 19-22. 19 shows the
図19に示すように、ロータリ弁50は、シリンダヘッド26に取り付けられ、空気通路27aを有するボディ27と、空気通路27aに設けられる弁体53とを有している。つまり、ロータリ弁50は、空気通路27aが内部に設けられたボディ27と、弁体53と、軸体52等がアセンブリ化されており、既存のシリンダヘッド26に取り付け可能となっている。そして、吸気ポート20は、シリンダヘッド26内に設けられたヘッド通路26aと、空気通路27aとからなり、吸気管31に接続されている。
As shown in FIG. 19, the
ロータリ弁50が、シリンダヘッド26と別体になって、アセンブリ化されると、搭載性が向上する。一方で、吸気口21から弁体53までの距離が離れると、循環気流F2の長軸方向の長さc、つまり中央側気流F1の吹き出し位置の側方の領域A1から吸気バルブ22の近傍(領域A2の手前)に至る長さが大きくなり、切欠部54によって所定の開口を確保しつつ、循環気流F2の長軸方向の長さcと短軸方向の長さdの比率を所定の範囲とすることが困難になる。そのため、切欠部54の幅寸法を確保すると、循環気流F2が分裂するおそれがある。
When the
そこで、シリンダヘッド26のヘッド通路26a内には、一対の整流板55が設けられている。整流板55は、吸気ポート20内において弁体53の下流側に、上流側から下流側に向けて延びており、かつ部分開放状態において、切欠部54の端部(遮蔽部53bの切欠部54側端部)から下流側に延びるように配置されている。整流板55は、互いに平行になっており、整流板55の間の間隔は、切欠部54の幅方向の寸法とほぼ同じになっている。整流板55の間の間隔が、切欠部54の幅寸法と同じだと、中央側気流F1が拡散、減衰することを抑制することができ、整流板55の下流側の端部から速い速度で吹き出すことになる。そして、整流板55の下流側の端部から中央側気流F1が吹き出すことで、整流板55の下流側の側方の領域A1が、負圧が生じる領域になる。そのため、循環気流F2の長軸方向の長さcが、整流板55がない場合に比べて短くなり、開口幅を確保しつつ、循環気流F2を安定化させることができる。なお、整流板55のL1方向の長さは、循環気流F2の長軸方向の長さcと短軸方向の長さdの比率を所定の範囲にできる長さにすればよい。
Therefore, a pair of rectifying
また、整流板55と弁体53との間には、弁体53と整流板55が摺動しない程度のクリアランスを設けるとよい。弁体53と整流板55の間のクリアランスが大きくなりすぎると、切欠部54を通過した気流が整流板55の間に至るまでに乱れることがあるが、クリアランスの大きさが所定以下であれば、クリアランスがあっても、気流への影響はない。なお、整流板55は、ヘッド通路26aだけでなく、空気通路27aにも配されて、整流板55と弁体53との間のクリアランスを調整してもよい。
Moreover, it is preferable to provide a clearance between the rectifying
図20に示すように、整流板55は、吸気ポート20の上下方向の一方の壁面から他方の壁面に亘って設けられていることが望ましい。なお、整流板55は、吸気ポート20における上下方向において、開口が形成される側の壁面(下側の壁面)から他方側の壁面(上側の壁面)に延びており、他方側の壁面に至っていなくてもよい。つまり、整流板55の上下方向の寸法は、吸気ポート20の流路断面の上下方向の寸法よりも小さくてもよい。
As shown in FIG. 20, the rectifying
また、整流板55には、上下方向(吸気口21の並び方向に直交する方向)の気流を制限する上下制限部56が2つ互いに平行に設けられている。上下制限部56は、吸気ポート20の上下方向の壁面に平行に設けられている。例えば、図17(e)や図17(d)に示すように、切欠部54により形成された開口の面積が非常に小さい場合には、開口は、吸気ポート20の上下方向(並び方向に直交する方向)の壁面に沿って形成されており、切欠部54を通過した気流は、吸気ポート20の上下の壁面に沿って流れている。整流板55の間を通過する間に、切欠部54を通過した後の気流が上下方向に拡散してしまうことは、吹き出し位置での流速が下がる一因となり、領域A1の負圧の相対的な大きさが小さくなるため望ましくない。そこで、上下制限部56によって、整流板55の間を上下方向に仕切ることで、気流が上下方向に拡散するのを抑制することができる。なお、上下制限部56は、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。
The rectifying
整流板55は、図19及び図21に示すように、取付板57と一体に設けられ、取付板57がシリンダヘッド26とボディ27との間に挟み込まれて固定されることで、シリンダへっと26とボディ27の間に係止されている。取付板57には、吸気ポート20の流路断面と同じ大きさもしくはそれより若干大きい大きさの開口部57aが、板厚方向に貫通している。この開口部57aの上下方向の孔縁に亘って整流板55が設けられている。そして、取付板57がシリンダヘッド26とボディ27との間に挟み込まれて固定されることで、整流板55がシリンダヘッド26のヘッド通路26a内に配されている。なお、係止爪など他の方法によって、整流板55をシリンダヘッド26とボディ27の間に係止してもよい。
As shown in FIGS. 19 and 21, the rectifying
整流板55は、図22に示すように、他の形状とすることができる。例えば、図22(a)に示すように、整流板55を翼断面形状とすることができる。このような形状では、弁体53によって吸気ポート20内でのL2方向の空気通過範囲が制限されていない場合(図17(a),(b)に示す場合)には、整流板55が気流に対する障害物となり得る。図22(a)にしめすような翼断面形状では、整流板55の圧損を小さくすることができる。
The rectifying
また、図22(b)に示すように、一対の整流板55の間の間隔は、上流側に比べて下流側が幅狭になっていてもよい。また、この場合整流板55は、R形状となっていることが望ましい。このように、整流板55が上流側から下流側に向かって幅狭になっていることで、切欠部54を通過した気流が中央側に寄せられることになる。また、循環気流F2がポート壁面24に沿って戻ってきた際に、整流板55にぶつかると、その壁面に沿って進むことで、中央側気流F1に沿う気流に合流しやすくなる。そのため、循環気流F2の安定性を向上することができる。
Moreover, as shown in FIG.22 (b), as for the space | interval between a pair of
以上詳述した第3実施形態によれば、第2実施形態の効果に加えて、以下の優れた効果が得られる。 According to the third embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained in addition to the effects of the second embodiment.
ロータリ弁50は、搭載性の観点から、吸気口21からの距離が離れた位置に設けられることがある。このようにロータリ弁50が吸気口21から遠ざけられると、上流側から下流側の循環気流F2の寸法(長軸方向の長さc)が大きくなり、循環気流F2を分裂させずに形成させることが困難になる。そこで、部分開放状態では、切欠部54の端部から下流側に延びる位置に、上流側から下流側に向けて延びる一対の整流板55を設けており、整流板55の下流側の端部が増速された気流の吹き出し位置となる。そのため、循環気流F2の上流位置も整流板55の下流側の端部位置まで下がることになることから、上流側から下流側の循環気流F2の寸法を小さくすることができ、循環気流F2の安定性を向上させることができる。
The
また、例えば、切欠部54により形成された開口の面積が非常に小さい場合には、開口は、吸気ポート20の上下方向(並び方向に直交する方向)の壁面に沿って形成されている。切欠部54を通った後の気流が上下方向に拡散してしまうことは、流速が下がる一因となるため、望ましくない。そこで、整流板55には、上下方向の気流を制限する上下制限部56が設けられている。この上下制限部56が、整流板55の間を上下方向に仕切っている。そのため、気流が上下方向に拡散するのを抑制することができる。
Further, for example, when the area of the opening formed by the
ロータリ弁50がシリンダヘッド26の外側に設けられていることで、ロータリ弁50から吸気口21までの距離が長くなる。そのため、整流板55を設けることが有用である。また、整流板55がシリンダヘッド26とボディ27との間に係止されていることで、シリンダヘッド26の設計変更をすることなく搭載することができる。そのため、搭載性が向上する。
Since the
また、変形例のように、整流板55は、上流側から下流側に向かって幅狭になっていることで、切欠部54を通過した気流が中央領域に寄せられることになる。また、循環気流F2がポート壁面24に沿って戻ってきた際に、整流板55にぶつかり、整流板55の壁面に沿って進むことで、中央側気流F1に沿って吸気口21側に向かう気流に合流しやすくなる。そのため、循環気流F2の安定性を向上することができる。
Further, as in the modified example, the rectifying
<他の実施形態>
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。ちなみに、以下の別例の構成を、上記実施形態の構成に対して、個別に適用してもよく、また、任意に組み合わせて適用してもよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented as follows, for example. Incidentally, the configuration of another example below may be applied individually to the configuration of the above embodiment, or may be applied in any combination.
・第1実施形態及び第2実施形態において、第3実施形態と同様に、ロータリ弁50は、シリンダヘッド26と別体でアセンブリ化されており、シリンダヘッド26に取り付けられるボディ27内の空気通路27aに弁体53が配されるようになっていることが望ましい。そして、吸気ポート20は、ヘッド通路26aと空気通路27aとからなっているとよい。なお、各実施形態において、ロータリ弁50は、シリンダヘッド26内に設けられていてもよい。
In the first embodiment and the second embodiment, as in the third embodiment, the
・第3実施形態において、整流板55は、シリンダヘッド26及びロータリ弁50とは、別体となっていたが、予めシリンダヘッド26内等に設けられていてもよい。また、整流板55は、ロータリ弁50がアセンブリ化されている場合だけではなく、シリンダヘッド26内にロータリ弁50が設けられている場合に用いてもよい。
In the third embodiment, the rectifying
・上記各実施形態では、ロータリ弁50によって気流の調整を行っていたが、第1実施形態〜第3実施形態では、図23に示すように、ピンボール式の弁体であってもよい。ピンボール式の弁体では、開口幅を調整することで、循環気流F2を形成させることができる。なお、この際に、戻ってきた循環気流F2がピンボール式の弁体にぶつかり、弁体の壁面に沿って進むことで、中央側気流F1に沿って吸気口21側に向かう気流に合流しやすくなる。
In each of the above embodiments, the airflow is adjusted by the
・また、図24に示すように、開閉弁は、ロータリ弁50やピンボール式の弁体の他、他の構成であってもよい。例えば、図24(a)に示すように、軸体を中心に弁が回転するバタフライ弁であってもよいし、図24(b)に示すように、シャッター弁であってもよい。さらに、図24(c)に示すように、ルーバー式であってもよい。その他、ヒンジ弁や、シャッター弁、ポペット弁、ディスク弁、などの中央部分が強い気流になるような弁体構造であってもよい。なお、第2実施形態及び第3実施形態では、L2方向の切欠部54の両側方には、遮蔽部53bが設けられることが望ましい。
As shown in FIG. 24, the on-off valve may have another configuration in addition to the
・気流調整部として、吸気ポート20に設けたロータリ弁50を用いることに代えて、図25に示すように、圧縮空気導入装置58を用いるようにしてもよい。具体的には、図25(a)に示すように、シリンダ周壁部に圧縮空気導入装置58を設け、その導入装置58から気筒内に圧縮空気を導入することで、所望とする筒内気流を生じさせるとよい。又は、図25(b)に示すように、吸気ポート20に圧縮空気導入装置58を設け、その導入装置58から吸気ポート20内に圧縮空気を導入することで、所望とする筒内気流を生じさせるようにしてもよい。
Instead of using the
10…エンジン、12…燃焼室、13…排気口、14…排気ポート、16…点火プラグ、20…吸気ポート、21…吸気口、24…ポート壁面、25…分岐通路、26…シリンダヘッド、26a…ヘッド通路、27…ボディ、27a…空気通路、50…ロータリ弁、53…弁体、53a…弁本体部、53b…遮蔽部、54…切欠部、54a…半円部、54b…等幅部、55…整流板、56…上下制限部、58…圧縮空気導入装置。
DESCRIPTION OF
Claims (21)
前記燃焼室を覆う天井部の中央部に設けられる点火プラグ(16)と、
前記燃焼室内に生じる気流を調整する気流調整部(50)とを備える内燃機関(10)に適用される制御装置(60)であって、
前記点火プラグの位置での気流を他の位置での気流に比べて強化して偏流を生じさせることを判定する偏流判定部と、
前記偏流判定部によって偏流を行うと判定された場合に、前記気流調整部によって前記偏流を生じさせる制御部とを備える内燃機関の制御装置。 Combustion in which the inner peripheral surface is circular and communicates with the intake port (20) via the two intake ports (21) and also communicates with the exhaust port (14) via the exhaust port (13). Room (12),
A spark plug (16) provided at the center of the ceiling covering the combustion chamber;
A control device (60) applied to an internal combustion engine (10) comprising an airflow adjusting section (50) for adjusting an airflow generated in the combustion chamber,
A drift determination unit that determines that the airflow at the position of the spark plug is strengthened compared to the airflow at other positions to cause a drift;
A control device for an internal combustion engine, comprising: a controller that causes the airflow adjusting unit to cause the drift when the drift determining unit determines that drift is to be performed.
前記偏流設定部は、前記内燃機関の回転速度が高いほど、又は、前記内燃機関が低負荷になるほど、前記偏流の強さを強化する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 A drift setting unit for setting the strength of the drift,
The said drift setting part strengthens the intensity | strength of the said drift, so that the rotational speed of the said internal combustion engine is high, or the said internal combustion engine becomes a low load. Control device for internal combustion engine.
前記制御部は、前記パラメータに基づいて、前記偏流の状況をフィードバック制御する請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 In a situation where the drift is caused by the air flow adjustment unit, a parameter acquisition unit that acquires a parameter indicating an ignition state in the combustion chamber,
The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the control unit feedback-controls the state of the drift based on the parameter.
前記制御部は、前記流路可変装置により前記吸気ポート内での空気通過範囲を制限することで、前記偏流を生じさせる請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 The airflow adjustment unit is a flow path variable device that restricts an air passage range in the intake port to cause the drift.
The control of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein the control unit generates the drift by restricting an air passage range in the intake port by the flow passage variable device. apparatus.
前記気流調整部は、前記吸気ポート内において、前記内燃機関の気筒平面視で中央となる中央部分とその両側となる両側部分とのうち前記中央部分を前記両側部分よりも開放させて、部分開放状態にすることを可能にする開閉弁であり、
前記制御部は、前記開閉弁を前記部分開放状態にすることで、前記偏流を生じさせる吸気システム。 An intake system comprising: the control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9; and the airflow adjusting unit.
The air flow adjusting portion is partially opened by opening the central portion of the intake port between the central portion that is the center in the cylinder plan view of the internal combustion engine and the both side portions that are both sides thereof, than the both side portions. An on-off valve that makes it possible to
The said control part is an intake system which produces the said drift by making the said on-off valve into the said partial open state.
前記弁体には、前記中央部分となる部位に、前記並び方向に直交する方向に延びる切欠部(54)が形成されており、
前記切欠部に気流を通過させる状態とすることで、前記部分開放状態とする請求項11に記載の吸気システム。 The on-off valve comprises a valve body (53) having a size corresponding to the entire region in the alignment direction of the central portion and the both side portions,
In the valve body, a cutout portion (54) extending in a direction orthogonal to the arrangement direction is formed at a portion to be the central portion,
The intake system according to claim 11, wherein the partially opened state is obtained by allowing the airflow to pass through the notch.
前記部分開放状態において、前記遮蔽部よりも下流側であり、かつ前記ポート壁面に沿う側方領域が、前記ポート壁面に沿って前記吸気口側から気流が逆流して循環気流(F2)が形成される循環領域となっている請求項12に記載の吸気システム。 The valve body has a shielding portion (53b) that extends to the port wall surface (24) in the direction in which the two intake ports are arranged at the portions that are the both side portions,
In the partially open state, the airflow is made to flow backward from the inlet side along the port wall surface in the side region that is downstream of the shielding portion and along the port wall surface to form a circulating airflow (F2). The intake system according to claim 12, wherein the intake system is a circulating region.
少なくとも前記遮蔽部から前記分岐通路に至るまでの長軸方向の長さを有する楕円状の前記循環気流が形成されるように前記遮蔽部において前記ポート壁面から前記切欠部までの幅寸法が定められている請求項13に記載の吸気システム。 The intake port is provided with a branch passage (25) that branches toward each of the intake ports,
A width dimension from the wall surface of the port to the notch is defined in the shielding portion so that the elliptical circulation airflow having a length in the major axis direction from at least the shielding portion to the branch passage is formed. The intake system of claim 13.
前記吸気ポートは、前記空気通路と、前記シリンダヘッドに設けられたヘッド通路(26a)とからなり、
前記整流板は、前記シリンダヘッドに係止された状態で、前記ヘッド通路内に設けられている請求項16に記載の吸気システム。 The air flow adjusting unit includes a body (27) attached to a cylinder head (26) of the internal combustion engine and having an air passage (27a), and the valve body supported by the body,
The intake port includes the air passage and a head passage (26a) provided in the cylinder head.
The intake system according to claim 16, wherein the rectifying plate is provided in the head passage in a state of being locked to the cylinder head.
前記等幅部は、前記部分開放状態で、前記吸気ポートにおいて前記並び方向に交差する方向の全長を開口させる寸法を有している請求項12から請求項19のいずれか一項に記載の吸気システム。 The notch includes a semicircular part (54a) having a semicircular shape at one end thereof, and a constant width part (54b) extending in a direction intersecting the arrangement direction and having the same width as the diameter of the semicircular part. And
20. The intake air according to claim 12, wherein the equal-width portion has a dimension that opens a full length in a direction intersecting the alignment direction in the intake port in the partially opened state. system.
前記制御部は、前記圧縮空気導入装置により圧縮空気導入を行わせることで、前記偏流を生じさせる請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 The air flow adjusting unit is a compressed air introduction device (58) for introducing compressed air into the intake port or the combustion chamber so as to cause the drift in the combustion chamber.
The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein the control unit causes the drift by causing the compressed air introduction device to introduce compressed air.
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