JP2019203429A - 圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
0.4234ε2−22.926ε+207.84+C≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−167.84+C …(a)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、C=3.3×10−10NE3−1.0×10−6NE3+7.0×10−4NEである。
−0.4288ε2+31.518ε−379.88+C≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−167.84+C …(b)
又は、
0.4234ε2−22.926ε+207.84+C≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94+C …(c)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−379.88+C≦IVC≦120 …(d)
又は、
−80≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94+C …(e)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.4234ε2−21.826ε+178.75+C≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−138.75+C …(f)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−377.22+C≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−138.75+C …(g)
又は、
0.4234ε2−21.826ε+178.75+C≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01+C …(h)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−377.22+C≦IVC≦120 …(i)
又は、
−80≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01+C …(j)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
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。
第1吸気温度センサSW2:吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の温度を計測する
第1圧力センサSW3:吸気通路40におけるEGR通路52の接続位置よりも下流でかつ、過給機44の上流に配置されかつ、過給機44に流入するガスの圧力を計測する
第2吸気温度センサSW4:吸気通路40における過給機44の下流でかつ、バイパス通路47の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機44から流出したガスの温度を計測する
第2圧力センサSW5:サージタンク42に取り付けられかつ、過給機44の下流のガスの圧力を計測する
指圧センサSW6:各シリンダ11に対応してシリンダヘッド13に取り付けられかつ、各燃焼室17内の圧力を計測する
排気温度センサSW7:排気通路50に配置されかつ、燃焼室17から排出した排気ガスの温度を計測する
リニアO2センサSW8:排気通路50における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
ラムダO2センサSW9:上流の触媒コンバーターにおける三元触媒511の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
水温センサSW10:エンジン1に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する
クランク角センサSW11:エンジン1に取り付けられかつ、クランクシャフト15の回転角を計測する
アクセル開度センサSW12:アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する
吸気カム角センサSW13:エンジン1に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する
排気カム角センサSW14:エンジン1に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する
EGR差圧センサSW15:EGR通路52に配置されかつ、EGR弁54の上流及び下流の差圧を計測する
燃圧センサSW16:燃料供給システム61のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ6に供給する燃料の圧力を計測する
第3吸気温度センサSW17:サージタンク42に取り付けられかつ、サージタンク42内のガスの温度、換言すると燃焼室17に導入される吸気の温度を計測する。
エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態のときに、圧縮自己着火による燃焼を行う。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、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
図6及び図7は、エンジン1の制御に係るマップを例示している。マップは、ECU10のメモリ102に記憶されている。マップは、三種類のマップ501、マップ502、マップ503を含んでいる。ECU10は、燃焼室17の壁温及び吸気の温度それぞれの高低に応じて、三種類のマップ501、502、503の中から選択したマップを、エンジン1の制御に用いる。尚、三種類のマップ501、502、503の選択についての詳細は、後述する。
以下、図7のマップ504の各領域におけるエンジン1の運転について、図8に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。図8の横軸は、クランク角である。尚、図8における符号601、602、603、604、605及び606はそれぞれ、図7のマップ504における符号601、602、603、604、605及び606によって示すエンジン1の運転状態に対応する。
エンジン1が低負荷領域A1において運転しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
エンジン1が中高負荷領域において運転しているときも、エンジン1は、低負荷領域と同様に、SPCCI燃焼を行う。
ここで、図7のマップ504に示すように、低負荷領域A1の一部、及び、中高負荷領域A2の一部においては、過給機44はオフである(S/C OFF参照)。詳細には、低負荷領域A1における低回転側の領域において、過給機44はオフである。低負荷領域A1における高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44はオンである。また、中高負荷領域A2における低負荷低回転側の一部の領域において、過給機44はオフである。中高負荷領域A2における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44はオンである。また、中高負荷領域A2における高回転側の領域においても過給機44はオンである。
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。燃焼室17内において混合気を成層化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、SPCCI燃焼を行うことが困難になる。
図6に示すエンジン1のマップ501、502、503は、図9に示すように、レイヤ1、レイヤ2及びレイヤ3の三つのレイヤの組み合わせによって構成されている。
図11は、レイヤ2について設定されている制御ロジックに従い、ECU10が吸気電動S−VT23を制御したときの吸気弁21の開弁タイミングIVOの変化の一例を示している。図11の上図(つまり、グラフ1101)は、エンジン1の負荷の高低(横軸)に対する吸気弁21の開弁タイミングIVOの変化(横軸)を示している。実線はエンジン1の回転数が相対的に低い第1回転数のとき、破線はエンジン1の回転数が相対的に高い第2回転数のとき(第1回転数<第2回転数)に対応する。
図13は、エンジン1の制御ロジックを示すフローチャートである。ECU10は、メモリ102に記憶している制御ロジックに従いエンジン1を運転する。具体的にECU10は、各センサSW1〜SW17の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、燃焼室17の中の燃焼が、運転状態に応じたSI率の燃焼となるよう、燃焼室17の中の状態量の調節、噴射量の調節、噴射タイミングの調節、及び、点火タイミングの調節を行うための演算を行う。
前述したSPCCI燃焼を実行するエンジン1の制御ロジックを設計する際には、各デバイスの制御量に関係するパラメータを設定する。例えば点火プラグ25であれば、エンジン1の運転状態に対応した点火エネルギ及び点火タイミングを、設定する。吸気電動S−VT23であれば、エンジン1の運転状態に対応した吸気弁21のバルブタイミングを設定する。以下、エンジン1の制御ロジックの設計方法における、吸気弁21のバルブタイミングの設定について、図面を参照しながら説明をする。
図15は、SPCCI燃焼の特性を示している。具体的に図15は、エンジン1が、レイヤ2と同様に、A/Fが理論空燃比でかつ、G/Fが理論空燃比よりもリーンの混合気をSPCCI燃焼するときの、EGR率(横軸)に対するSPCCI燃焼の成立範囲を示している。同図における縦軸は、燃焼重心に相当するクランク角度であり、燃焼重心は、図における上にいくほど進角する。
近似式(I) IVC=−0.4288ε2+31.518ε−379.88
近似式(II) IVC=1.9163ε2−89.935ε+974.94
である。
近似式(III) IVC=−0.4234ε2+22.926ε−167.84
近似式(IV) IVC=0.4234ε2−22.926ε+207.84
である。
0.4234ε2−22.926ε+207.84≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−167.84 …(1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−379.88≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−167.84 …(2)
又は、
0.4234ε2−22.926ε+207.84≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94 …(3)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−379.88≦IVC≦120 …(4)
又は、
−80≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94 …(5)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.4234ε2−22.926ε+209.84≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−165.84 …(1−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−377.88≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−165.84 …(2−1)
又は、
0.4234ε2−22.926ε+209.84≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+976.94 …(3−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−377.88≦IVC≦120 …(4−1)
又は、
−80≦IVC≦1.9163ε2−87.935ε+976.94 …(5−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.4234ε2−22.926ε+215.84≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−159.84 …(1−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−371.88≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−159.84 …(2−2)
又は、
0.4234ε2−22.926ε+215.84≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+982.94 …(3−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−371.88≦IVC≦120 …(4−2)
又は、
−80≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+982.94 …(5−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
C=3.3×10−10NE3−1.0×10−6NE3+7.0×10−4NE
と定めると、レイヤ2におけるεとIVCとの関係式は、次のように表すことができる。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<17であれば、
0.4234ε2−22.926ε+207.84+C≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−167.84+C …(1−3)
何学的圧縮比εが17≦ε<20であれば、
−0.4288ε2+31.518ε−379.88+C≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−167.84+C …(2−3)
又は、
0.4234ε2−22.926ε+207.84+C≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94+C …(3−3)
幾何学的圧縮比εが20≦ε≦30であれば、
−0.4288ε2+31.518ε−379.88+C≦IVC≦120 …(4−3)
又は、
−80≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94+C …(5−3)
設計者は、エンジン1の回転数毎に定めたε−IVC成立範囲に基づいて、閉弁タイミングIVCを定める。その結果、設計者は、図11に例示するような、レイヤ2における吸気弁21のバルブタイミングを設定することができる。
図17のグラフ1701は、燃料が高オクタン価燃料であるとき(オクタン価が96程度)のεとIVCとの関係である。下図に示すグラフ1702は、燃料が低オクタン価燃料であるとき(オクタン価が91程度)のεとIVCとの関係である。本願発明者らの検討によると、低オクタン価燃料であるときには、ε−IVC成立範囲が、高オクタン価燃料のε−IVC成立範囲に対して1.3圧縮比分、低圧縮比の方にシフトすることがわかった。
0.4234ε2−21.826ε+178.75≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−138.75 …(6)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−377.22≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−138.75 …(7)
又は、
0.4234ε2−21.826ε+178.75≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01 …(8)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−377.22≦IVC≦120 …(9)
又は、
−80≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01 …(10)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.4234ε2−21.826ε+180.75≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−136.75 …(6−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−375.22≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−136.75 …(7−1)
又は、
0.4234ε2−21.826ε+180.75≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+864.01 …(8−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−375.22≦IVC≦120 …(9−1)
又は、
−80≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+864.01 …(10−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.4234ε2−21.826ε+186.75≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−130.75 …(6−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−369.22≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−130.75 …(7−2)
又は、
0.4234ε2−21.826ε+186.75≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+870.01 …(8−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−369.22≦IVC≦120 …(9−2)
又は、
−80≦IVC≦1.9211ε2−77.076ε+870.01 …(10−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<15.7であれば、
0.4234ε2−21.826ε+178.75+C≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−138.75+C …(6−3)
幾何学的圧縮比εが15.7≦ε<18.7であれば、
−0.5603ε2+34.859ε−377.22+C≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−138.75+C …(7−3)
又は、
0.4234ε2−21.826ε+178.75+C≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01+C …(8−3)
幾何学的圧縮比εが18.7≦ε≦30であれば、
−0.5603ε2+34.859ε−377.22+C≦IVC≦120 …(9−3)
又は、
−80≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01+C …(10−3)
(レイヤ3における幾何学的圧縮比と吸気弁の閉弁タイミングとの関係)
図18は、エンジン1が、レイヤ3と同様に、A/Fを理論空燃比よりもリーンな混合気をSPCCI燃焼させるときの、SPCCI燃焼の特性を示している。具体的に図18は、G/F(横軸)に対しSPCCI燃焼が安定する範囲を示している。同図における縦軸は、燃焼重心に相当するクランク角であり、燃焼重心は、図における上にいくほど進角する。
近似式(V) IVC=−0.9949ε2+41.736ε−361.16
近似式(VI) IVC=0.9949ε2−41.736ε+401.16
である。
近似式(VII) IVC=−4.7481ε2+266.75ε−3671.2
及び
近似式(VIII) IVC=4.7481ε2−266.75ε+3711.2
である。
0.9949ε2−41.736ε+401.16≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−361.16 …(11)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−35≦IVC≦75 …(12)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−4.7481ε2+266.75ε−3671.2≦IVC≦75 …(13)
又は、
−35≦IVC≦4.7481ε2−266.75ε+3711.2 …(14)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.9949ε2−41.736ε+403.16≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−359.16 …(11−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−33≦IVC≦77 …(12−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−4.7481ε2+266.75ε−3669.2≦IVC≦77 …(13−1)
又は、
−33≦IVC≦4.7481ε2−266.75ε+3713.2 …(14−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.9949ε2−41.736ε+409.16≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−353.16 …(11−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−27≦IVC≦83 …(12−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−4.7481ε2+266.75ε−3663.2≦IVC≦83 …(13−2)
又は、
−27≦IVC≦4.7481ε2−266.75ε+3719.2 …(14−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<20であれば、
0.9949ε2−41.736ε+401.16+C≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−361.16+C …(11−3)
幾何学的圧縮比εが20≦ε<25であれば、
−35+C≦IVC≦75+C …(12−3)
幾何学的圧縮比εが25≦ε≦30であれば、
−4.7481ε2+266.75ε−3671.2+C≦IVC≦75+C …(13−3)
又は、
−35+C≦IVC≦4.7481ε2−266.75ε+3711.2+C …(14−3)
設計者は、エンジン1の回転数毎に定めたε−IVC成立範囲に基づいて、閉弁タイミングIVCを定める。その結果、設計者は、図12に例示するような、レイヤ3における吸気弁21のバルブタイミングを設定することができる。
0.9949ε2−39.149ε+348.59≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−308.59 …(15)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−35≦IVC≦75 …(16)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−3.1298ε2+172.48ε−2300≦IVC≦75 …(17)
又は、
−35≦IVC≦3.1298ε2−172.48ε+2340 …(18)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.9949ε2−39.149ε+350.59≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−306.59 …(15−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−33≦IVC≦77 …(16−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−3.1298ε2+172.48ε−2298≦IVC≦77 …(17−1)
又は、
−33≦IVC≦3.1298ε2−172.48ε+2342 …(18−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.9949ε2−39.149ε+356.59≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−300.59 …(15−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−27≦IVC≦83 …(16−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−3.1298ε2+172.48ε−2292≦IVC≦83 …(17−2)
又は、
−27≦IVC≦3.1298ε2−172.48ε+2348 …(18−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<18.7であれば、
0.9949ε2−39.149ε+348.59+C≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−308.59+C …(15−3)
幾何学的圧縮比εが18.7≦ε<23.7であれば、
−35+C≦IVC≦75+C …(16−3)
幾何学的圧縮比εが23.7≦ε≦30であれば、
−3.1298ε2+172.48ε−2300+C≦IVC≦75+C …(17−3)
又は、
−35+C≦IVC≦3.1298ε2−172.48ε+2340+C …(18−3)
(レイヤ2及びレイヤ3における幾何学的圧縮比と吸気弁の閉弁タイミングとの関係)
図21は、レイヤ2とレイヤ3との双方においてSPCCI燃焼が可能となる、幾何学的圧縮比εと吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの関係を示している。この関係式は、図17のε−IVC成立範囲と、図20のε−IVC成立範囲とから得られる。
0.9949ε2−41.736ε+401.16≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−361.16 …(19)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−379.88≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−361.16 …(20)
又は
0.9949ε2−41.736ε+401.16≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94 …(21)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.9949ε2−41.736ε+403.16≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−359.16 …(19−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−377.88≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−359.16 …(20−1)
又は
0.9949ε2−41.736ε+403.16≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+976.94 …(21−1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.9949ε2−41.736ε+409.16≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−353.16 …(19−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.4288ε2+31.518ε−371.88≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−353.16 …(20−2)
又は
0.9949ε2−41.736ε+409.16≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+982.94 …(21−2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<17であれば、
0.9949ε2−41.736ε+401.16+C≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−361.16+C …(19−3)
幾何学的圧縮比εが17≦ε≦30であれば、
−0.4288ε2+31.518ε−379.88+C≦IVC≦−0.9949ε2+41.736ε−361.16+C …(20−3)
又は
0.9949ε2−41.736ε+401.16+C≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94+C …(21−3)
ここで、幾何学的圧縮比εを17未満に定めると、設計者は関係式(19−3)に基づいてIVCを定めることができる。IVCの選択範囲が広いため、設計自由度が高くなる。
0.9949ε2−39.149ε+348.59≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−308.59 …(22)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−377.22≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−308.59 …(23)
又は、
0.9949ε2−39.149ε+348.59≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01 …(24)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.9949ε2−39.149ε+350.59≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−306.59 …(22−1)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−375.22≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−306.59 …(23−1)
又は、
0.9949ε2−39.149ε+350.59≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+864.01 …(24−1)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
0.9949ε2−39.149ε+356.59≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−300.59 …(22−2)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
−0.5603ε2+34.859ε−369.22≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−300.59 …(23−2)
又は、
0.9949ε2−39.149ε+356.59≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+870.01 …(24−2)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
幾何学的圧縮比εを10≦ε<15.7であれば、
0.9949ε2−39.149ε+348.59+C≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−308.59+C …(22−3)
幾何学的圧縮比εが15.7≦ε≦30であれば、
−0.5603ε2+34.859ε−377.22+C≦IVC≦−0.9949ε2+39.149ε−308.59+C …(23−3)
又は、
0.9949ε2−39.149ε+348.59+C≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01+C …(24−3)
尚、図示は省略するが、設計者は、図21の上図2101のε−IVC成立範囲と、下図2102のε−IVC成立範囲とが重なった範囲において、IVCを定めてもよい。前記と同様に、設計者は、二つの成立範囲が重なる範囲内においてIVCを定めると、高オクタン価燃料を用いるエンジン1、及び、低オクタン価燃料を用いるエンジン1の両方に適合する制御ロジックを設定することができる。
次に、図22に示すフローチャートを参照しながら、SPCCI燃焼を行うエンジン1の制御ロジックを設計する方法の手順について説明をする。設計者は、コンピュータを用いて、各ステップを実行することが可能である。コンピュータは、図17、20、及び、21に例示した、ε−IVC成立範囲に関する情報を記憶している。
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
23 吸気電動S−VT(可変動弁機構)
25 点火プラグ(点火部)
44 過給機
55 EGRシステム
6 インジェクタ(燃料噴射部)
SW1 エアフローセンサ(計測部)
SW2 第1吸気温度センサ(計測部)
SW3 第1圧力センサ(計測部)
SW4 第2吸気温度センサ(計測部)
SW5 第2圧力センサ(計測部)
SW6 指圧センサ(計測部)
SW7 排気温度センサ(計測部)
SW8 リニアO2センサ(計測部)
SW9 ラムダO2センサ(計測部)
SW10 水温センサ(計測部)
SW11 クランク角センサ(計測部)
SW12 アクセル開度センサ(計測部)
SW13 吸気カム角センサ(計測部)
SW14 排気カム角センサ(計測部)
SW15 EGR差圧センサ(計測部)
SW16 燃圧センサ(計測部)
SW17 第3吸気温度センサ(計測部)
Claims (13)
- 圧縮着火式のエンジンの制御ロジックを設計する方法であって、
前記エンジンは、
燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記幾何学的圧縮比εが10≦ε<17であれば、
0.4234ε2−22.926ε+207.84+C≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−167.84+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10−10NE3−1.0×10−6NE3+7.0×10−4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 圧縮着火式のエンジンの制御ロジックを設計する方法であって、
前記エンジンは、
燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記幾何学的圧縮比εが17≦ε<20であれば、
−0.4288ε2+31.518ε−379.88+C≦IVC≦−0.4234ε2+22.926ε−167.84+C
又は、
0.4234ε2−22.926ε+207.84+C≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10−10NE3−1.0×10−6NE3+7.0×10−4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 圧縮着火式のエンジンの制御ロジックを設計する方法であって、
前記エンジンは、
燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記幾何学的圧縮比εが20≦ε≦30であれば、
−0.4288ε2+31.518ε−379.88+C≦IVC≦120
又は、
−80≦IVC≦1.9163ε2−89.935ε+974.94+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10−10NE3−1.0×10−6NE3+7.0×10−4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 圧縮着火式のエンジンの制御ロジックを設計する方法であって、
前記エンジンは、
燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が低オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが10≦ε<15.7であれば、
0.4234ε2−21.826ε+178.75+C≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−138.75+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10−10NE3−1.0×10−6NE3+7.0×10−4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 圧縮着火式のエンジンの制御ロジックを設計する方法であって、
前記エンジンは、
燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が低オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが15.7≦ε<18.7であれば、
−0.5603ε2+34.859ε−377.22+C≦IVC≦−0.4234ε2+21.826ε−138.75+C
又は、
0.4234ε2−21.826ε+178.75+C≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10−10NE3−1.0×10−6NE3+7.0×10−4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 圧縮着火式のエンジンの制御ロジックを設計する方法であって、
前記エンジンは、
燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が低オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが18.7≦ε≦30であれば、
−0.5603ε2+34.859ε−377.22+C≦IVC≦120
又は、
−80≦IVC≦1.9211ε2−85.076ε+862.01+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10−10NE3−1.0×10−6NE3+7.0×10−4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法において、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCは、前記エンジンの運転状態が変わると変化し、
各々の運転状態に対し、前記の関係式を満足するよう、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法において、
前記エンジンは、前記制御ロジックに従って、所定負荷以上の高負荷運転状態において運転する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 請求項8に記載の圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法において、
前記エンジンは、前記制御ロジックに従って、最高負荷運転状態において運転する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 請求項8又は9に記載の圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法において、
前記エンジンは、過給機を備え、
前記制御部は、前記制御ロジックに従い、前記エンジンが所定負荷以上の高負荷運転状態のときに前記過給機が過給を行うよう、前記過給機に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法において、
前記制御部は、前記制御ロジックに従い、前記混合気のG/Fを18以上50以下にする圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法において、
前記エンジンは、前記燃焼室の中に排気ガスを導入するEGRシステムを備え、
前記制御部は、前記燃焼室の中の混合気が燃焼するときに発生する全熱量に対し、火炎伝播により混合気が燃焼するときに発生する熱量の割合に関係する指標としての熱量比率が、前記エンジンの運転状態に対応して定めた目標熱量比率となるように、前記EGRシステム及び前記点火部に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 - 請求項12に記載の圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法において、
前記制御部は、前記エンジンの負荷が高いときには、低いときよりも、前記熱量比率が高くなるよう、前記EGRシステム及び前記点火部に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。
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