JP2020105911A - 過給機付エンジンの吸気温度制御装置 - Google Patents
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Abstract
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とを有するエンジン本体10を備えている。エンジン本体10は、シリンダブロック12の内部に複数の気筒11が形成された多気筒エンジンである。図1では、一つの気筒11のみを示す。エンジン本体10の他の気筒11は、図1の紙面に垂直な方向に並んでいる。
次に、エンジン1の冷却システムについて説明する。図2に示すように、エンジン1の冷却システムは、エンジン本体10にエンジン冷却液を流通させてエンジン本体10を冷却する第1冷却経路60と、インタークーラー46にインタークーラー冷却液を流通させて、過給機44を通過した後の吸気を冷却する第2冷却経路70とを有する。
前述のように、本実施形態において、吸気通路40は、第1及び第2空気取入部141,142の2つの空気取入部を有する。図2に示すように、第1空気取入部141は、各ラジエータ62,72よりも車両前側、具体的には、グリルシャッタ81よりも車両前側に位置している。第1空気取入部141は、外気そのもの(加熱等されていない空気)を吸気通路40に取り入れる。一方、第2空気取入部142は、各ラジエータ62,72よりも車両後側、具体的には、ラジエータファン82の車両後側に位置している。第2空気取入部142は、第1及び第2ラジエータ62,72を通って、ラジエータファン82の車両後側に流れた空気(走行風)を吸気通路40に取り入れる。つまり、第2空気取入部142からは、第1及び第2ラジエータ62,72を流れる各冷却液との熱交換により温められた空気が取り入れられる。このため、第2空気取入部142は、外気温よりも温度の高い空気を吸気通路40に取り入れる。
エンジン1の制御装置は、エンジン1を運転するためのECU(Engine Control Unit)100を備えている。ECU100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図4に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU100は、制御部の一例である。
図5は、温間時(つまりエンジン本体10の暖機後)における、エンジン本体10の運転領域マップを例示している。エンジン本体10の運転領域マップは、エンジン負荷及びエンジン回転数によって定められており、エンジン負荷の高低及びエンジン回転数の高低に対し、三つの領域に分けられている。具体的に、三つの領域は、アイドル運転を含みかつエンジン回転数が所定回転数Ne未満の低回転でかつエンジン負荷が所定負荷Tq未満の低い領域A、エンジン回転数が所定回転数Ne以上の高回転でかつエンジン負荷が所定負荷Tq未満の領域B、エンジン負荷が所定負荷Tq以上の領域Cである。ここで、所定回転数Neは、例えば3500rpm程度としてもよい。本実施形態において、エンジン本体10の暖機後とは、液温センサSW6で検知されるエンジン冷却液の温度が80℃以上でかつ吸気温度センサSW2で検知される吸気の温度が25℃以上の状態をいう。尚、領域Aは第3運転領域に相当し、領域Bは第2運転領域に相当し、領域Cは第1運転領域に相当する。
エンジン本体10が領域Aで運転しているときに、エンジン1は、燃焼室17内の混合気の空燃比A/F、又は気筒11内の全ガス重量Gと該気筒11内に供給される燃料の重量Fとの関係であるG/Fが理論空燃比よりも大きいリーンな状態でSPCCI燃焼を行う。具体的には、A/F又はG/Fが25以上となるようにインジェクタ6から燃料を噴射して、所望のタイミングで点火プラグ25を作動させる。リーン状態でSPCCI燃焼(特に、CI燃焼)を安定して行うためには、圧縮端温度を高くする必要がある。そこで、ECU100は、第1吸気温度Ta1以上の吸気がエンジン本体10に導入されるように、各デバイスを作動制御する。尚、第1吸気温度Ta1は、例えば80℃程度である。
エンジン本体10が領域Bにおいて運転しているときには、エンジン1は、燃焼室17内の混合気のA/F又はG/Fが理論空燃比付近となる状態でSPCCI燃焼を行う。具体的には、A/F又はG/Fが14.5〜15.0となるようにインジェクタ6から燃料を噴射して、所望のタイミングで点火プラグ25を作動させる。領域Bでは、エンジン回転数が高いため、SPCCI燃焼(特に、CI燃焼)を安定して行うためには、圧縮端温度を高くして、圧縮着火を発生しやすくしておく必要がある。そこで、ECU100は、エンジン本体10の運転状態が領域Bであるときにも、第1吸気温度Ta1以上の吸気がエンジン本体10に導入されるように、各デバイスを作動制御する。
エンジン本体10が領域Cで運転しているときに、エンジン1は、燃焼室17内の混合気のA/F又はG/Fが理論空燃比付近の状態でSPCCI燃焼を行う。具体的には、A/F又はG/Fが14.5〜15.0となるようにインジェクタ6から燃料を噴射して、所望のタイミングで点火プラグ25を作動させる。エンジン負荷が高負荷の状態では、燃料の噴射量が多いため、適切な燃焼トルクを得るためには、出来る限り多くの吸気(新気)が必要となる。また、エンジン負荷が高負荷の状態では、燃料の噴射量が多いため、エンジン本体10の温度が高すぎると、圧縮の途中で混合気が自着火して、意図しないタイミングでの燃料の早期着火が発生してしまう。このため、エンジン本体10の運転状態が領域Cであるときには、SPCCI燃焼を安定して行うために、温度が低く密度の高い吸気(特に新気)をエンジン本体10に導入する必要がある。エンジン本体10を適切に冷却する必要がある。そこで、ECU100は、第2吸気温度Ta2以下の吸気がエンジン本体10に導入されるとともに、エンジン本体10が適切に冷却されるように、各デバイスを作動制御する。尚、第2吸気温度Ta2は、第1吸気温度Ta1よりも低い温度であり、例えば60℃程度である。
図9は、エンジン本体10の運転状態の変化に伴う各デバイスの作動状態の変化を示すタイムチャートである。先ず時間t0において、エンジン本体10の運転状態が領域Aであったとする。このとき、前述したように、ECU100は、エンジン冷却液の温度が第1液温Tw1になって、吸気温度が第1吸気温度Ta1になるように各デバイスを作動制御する。
10 エンジン本体
40 吸気通路
44 機械式過給機
45 電磁クラッチ
46 インタークーラー
47 バイパス通路
48 エアバイパス弁(吸気流量調整弁)
52 EGR通路
54 EGR弁
71 第2ポンプ
100 ECU(制御部)
Claims (5)
- エンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路と、該吸気通路に設けられた機械式過給機とを有し、少なくとも前記エンジン本体の暖機後において、燃料と吸気との混合気を圧縮自着火させるCI燃焼を行う過給機付エンジンの吸気温度制御装置であって、
前記機械式過給機の駆動と非駆動とを切り換えるクラッチと、
前記吸気通路における前記機械式過給機の直下流に設けられたインタークーラーと、
前記吸気通路における前記機械式過給機の上流側の部分と前記インタークーラーの下流側の部分とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路に配置され、該バイパス通路を開閉するための吸気流量調整弁と、
前記インタークーラーに冷却液を供給するためのポンプと、
前記クラッチ、前記吸気流量調整弁、及び前記ポンプに制御信号を出力する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記エンジン本体の負荷が所定負荷以上の高負荷である第1運転領域において、前記機械式過給機が駆動状態となりかつ前記バイパス通路が閉じ状態となるように、前記クラッチ及び前記吸気流量調整弁に制御信号を出力するとともに、前記インタークーラーに冷却液が供給されるように前記ポンプに制御信号を出力する一方、
前記エンジン本体の負荷が前記所定負荷未満の低負荷でかつ前記エンジン本体の回転数が所定回転数以上の高回転である第2運転領域において、前記機械式過給機が駆動状態となりかつ前記バイパス通路が開き状態となって、前記吸気通路を流れる吸気が前記バイパス通路を通じて循環するように、前記クラッチ及び前記吸気流量調整弁に制御信号を出力するとともに、前記インタークーラーに冷却液が供給されるように前記ポンプに制御信号を出力することを特徴とする、過給機付エンジンの吸気温度制御装置。 - 請求項1に記載の過給機付エンジンの吸気温度制御装置において、
前記吸気通路に接続され、前記エンジン本体から排出された排気の一部を前記吸気通路に還流させるEGR通路と、
前記EGR通路に配置され、該EGR通路を開閉するためのEGR弁とを更に備え、
前記制御部は、更に前記EGR弁に制御信号を出力するように構成され、
さらに前記制御部は、前記第2運転領域において、前記EGR通路が開き状態となるように前記EGR弁に制御信号を出力することを特徴とする、過給機付エンジンの吸気温度制御装置。 - 請求項1又は2に記載の過給機付エンジンの吸気温度制御装置において、
前記ポンプは、供給される電力により冷却液の吐出量が変化する電動ポンプであり、
前記制御部は、前記第2運転領域おいて単位時間当たりに前記インタークーラーに供給される冷却液の流量が、前記第1運転領域おいて単位時間当たりに前記インタークーラーに供給される冷却液の流量よりも少なくなるように、前記ポンプに制御信号を出力することを特徴とする、過給機付エンジンの吸気温度制御装置。 - 請求項3に記載の過給機付エンジンの吸気温度制御装置において、
前記制御部は、前記エンジン本体の負荷が前記低負荷でかつ前記エンジン本体の回転数が前記所定回転数未満の低回転である第3運転領域において、前記機械式過給機が非駆動状態となりかつ前記バイパス通路が開き状態となるように、前記クラッチ及び前記吸気流量調整弁に制御信号を出力するとともに、前記インタークーラーに冷却液が供給されるように前記ポンプに制御信号を出力し、
さらに前記制御部は、前記第3運転領域おいて単位時間当たりに前記インタークーラーに供給される冷却液の流量が、前記第2運転領域おいて単位時間当たりに前記インタークーラーに供給される冷却液の流量よりも少なくなるように、前記ポンプに制御信号を出力することを特徴とする、過給機付エンジンの吸気温度制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の過給機付エンジンの吸気温度制御装置において、
少なくとも前記第1運転領域における前記エンジン本体の燃焼方式は、燃料と吸気との混合気を点火プラグにより火花点火させるSI燃焼と前記CI燃焼とが組み合わされた燃焼方式である、過給機付エンジンの吸気温度制御装置。
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