JP2020105916A - 過給機付圧縮着火式エンジン - 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とを有しかつ上記車両のエンジンルーム内に配設されたエンジン本体10を備えている。エンジン本体10のシリンダブロック12の内部には、複数の気筒11(図1では、一つの気筒11のみを示す)が形成されている。複数の気筒11は、図1の紙面に垂直な方向に一列に並んでいる。すなわち、エンジン1は、直列多気筒エンジンである。
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。
上述のように、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に概略的に示すように、第1空気取入部141は、グリルシャッタ81よりも車両前側に設けられている。第1空気取入部141は、外気そのもの(加温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、ラジエータファン82の車両後側に設けられている。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は、エンジン本体10の運転を制御するECU(Engine ControlUnit)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。
図5は、エンジン本体10の温間時(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、エンジン本体10の負荷(以下、エンジン負荷という)及びエンジン本体10の回転数(以下、エンジン回転数という)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、三つの運転領域に分けられている。具体的に、三つの運転領域は、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未満でかつエンジン負荷が所定負荷Tq未満の低負荷低回転運転領域A(以下、領域Aともいう)、エンジン回転数が所定回転数Ne以上でかつエンジン負荷が所定負荷Tq未満の低負荷高回転運転領域B(以下、領域Bともいう)、エンジン負荷が所定負荷Tq以上の高負荷運転領域C(以下、領域Cともいう)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。
エンジン本体10の運転状態が領域Aにあるときには、エンジン本体10の燃焼室17内では、混合気の空燃比A/Fが理論空燃比よりも大きいリーンな状態でSPCCI燃焼が行われる。具体的には、ECU100は、燃焼室17内の空燃比A/Fが25以上となるようにインジェクタ6に燃料を噴射させて、所望のタイミングで点火プラグ25を作動させる。空燃比A/Fが25以上であれば、エミッションに問題は生じない。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の運転状態が領域Bにあるときには、エンジン本体10の燃焼室17内では、混合気の空燃比A/F(又はG/F)が理論空燃比乃至それに近い値となる状態でSPCCI燃焼が行われる。具体的には、ECU100は、空燃比A/F(又はG/F)が14.5〜15.0となるようにインジェクタ6に燃料を噴射させて、所望のタイミングで点火プラグ25を作動させる。空燃比A/F(又はG/F)が14.5〜15.0であれば、燃焼室17で生じるRawNOxを、三元触媒511,513により良好に浄化することができる。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にあるときには、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。
エンジン本体10の運転状態が領域Cにあるときに、エンジン本体の燃焼室17内では、混合気の空燃比A/F(又はG/F)が理論空燃比乃至それに近い値となる状態でSPCCI燃焼が行われる。具体的には、ECU100は、空燃比A/F(又はG/F)が14.5〜15.0となるようにインジェクタ6に燃料を噴射させて、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にあるときには、SPCCI燃焼を安定して行うために、温度が低くて密度の高い吸気(特に新気)をエンジン本体10に導入する必要があるとともに、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に導入されかつエンジン本体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にあったとする。このとき、上述したように、ECU100は、第1ラジエータ62へのエンジン冷却液の温度が第1液温Tw1になりかつ吸気温度が第1吸気温度Ta1になるように各デバイスを作動制御する。また、ECU100は、燃焼室17内の空燃比A/Fが25以上のリーン空燃比となるようにインジェクタ6に燃料を噴射させて、所望のタイミングで点火プラグ25を作動させる。さらに、ECU100は、電磁クラッチ45を遮断状態にさせるとともに、エアバイパス弁48を全開状態にさせる。
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
47 バイパス通路
48 エアバイパス弁(切換手段)
62 第1ラジエータ
63 流量コントロール弁(液温調整手段)
81 グリルシャッタ(液温調整手段)(風量調整手段)
82 ラジエータファン(液温調整手段)(風量調整手段)
91 ターボ過給機
91a タービン
91b コンプレッサ
92 タービンバイパス通路
93 ウエストゲートバルブ(切換手段)
94 コンプレッサバイパス通路
95 コンプレッサバイパス弁(切換手段)
100 ECU(制御手段)
Claims (6)
- 燃焼室が形成された気筒を有するエンジン本体と、該エンジン本体の燃焼室への吸気の過給を行う過給機と、該過給機による上記吸気の過給を可能にする第1状態と、該過給機による上記吸気の過給を不能にする第2状態とに切り換えられる切換手段とを備えた過給機付圧縮着火式エンジンであって、
上記エンジン本体を冷却するエンジン冷却液であって該エンジン本体からラジエータに供給されるエンジン冷却液の温度を調整する液温調整手段と、
上記切換手段及び上記液温調整手段の作動を含めて上記エンジン本体の運転を制御する制御手段とを更に備え、
上記制御手段は、
上記エンジン本体の運転状態が、所定負荷以上の高負荷運転領域にあるときには、燃焼モードを、上記燃焼室内において火花点火による混合気の火炎伝播燃焼の途上で未燃混合気を一気に自着火させる圧縮着火燃焼モードとし、
上記エンジン本体の運転状態が上記高負荷運転領域にあるときには、上記切換手段を上記第1状態とする一方、上記エンジン本体の運転状態が、上記所定負荷よりも低負荷側の低負荷運転領域にあるときには、上記切換手段を上記第2状態とするとともに、
上記エンジン本体の運転状態が上記高負荷運転領域にあるときには、上記エンジン本体の運転状態が上記低負荷運転領域にあるときに比べて、上記液温調整手段による調整される上記エンジン冷却液の目標温度を低くする
ように構成されていることを特徴とする過給機付圧縮着火式エンジン。 - 請求項1記載の過給機付圧縮着火式エンジンにおいて、
上記液温調整手段は、上記ラジエータを通過する空気の風量を調整する風量調整手段を有し、
上記制御手段は、上記エンジン本体の運転状態が上記高負荷運転領域にあるときには、上記エンジン本体の運転状態が上記低負荷運転領域にあるときに比べて、上記風量調整手段により調整される上記空気の風量を増大させるように構成されていることを特徴とする過給機付圧縮着火式エンジン。 - 請求項1又は2記載の過給機付圧縮着火式エンジンにおいて、
上記過給機は、上記エンジン本体に接続された吸気通路に配設された機械式過給機であることを特徴とする過給機付圧縮着火式エンジン。 - 請求項3記載の過給機付圧縮着火式エンジンにおいて、
上記吸気通路には、上記機械式過給機をバイパスするバイパス通路が設けられ、
上記切換手段は、上記機械式過給機への駆動力の伝達を断続するクラッチと、上記バイパス通路を開閉するエアバイパス弁とで構成されていることを特徴とする過給機付圧縮着火式エンジン。 - 請求項1又は2記載の過給機付圧縮着火式エンジンにおいて、
上記過給機は、上記エンジン本体に接続された排気通路に配設されたタービンと、上記エンジン本体に接続された吸気通路に配設されかつ該タービンにより駆動されるコンプレッサとを有するターボ過給機であることを特徴とする過給機付圧縮着火式エンジン。 - 請求項5記載の過給機付圧縮着火式エンジンにおいて、
上記排気通路には、上記タービンをバイパスするタービンバイパス通路が設けられ、
上記吸気通路には、上記コンプレッサをバイパスするコンプレッサバイパス通路が設けられ、
上記切換手段は、上記タービンバイパス通路を開閉するウエストゲートバルブと、上記コンプレッサバイパス通路を開閉するコンプレッサバイパス弁とで構成されていることを特徴とする過給機付圧縮着火式エンジン。
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