JP2021067223A - 内燃機関制御装置 - Google Patents
内燃機関制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021067223A JP2021067223A JP2019193196A JP2019193196A JP2021067223A JP 2021067223 A JP2021067223 A JP 2021067223A JP 2019193196 A JP2019193196 A JP 2019193196A JP 2019193196 A JP2019193196 A JP 2019193196A JP 2021067223 A JP2021067223 A JP 2021067223A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- internal combustion
- combustion engine
- average value
- sub
- engine control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 312
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 102
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 57
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 48
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 34
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 34
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 18
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 13
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 8
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/08—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being of air-swirl type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
- F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
- F02B19/1023—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s)
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
- F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
- F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
- F02P5/15—Digital data processing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
- F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
- F02P9/007—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression by supplementary electrical discharge in the pre-ionised electrode interspace of the sparking plug, e.g. plasma jet ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1413—Controller structures or design
- F02D2041/1432—Controller structures or design the system including a filter, e.g. a low pass or high pass filter
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/021—Engine temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/04—Engine intake system parameters
- F02D2200/0418—Air humidity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
- F02D2200/0602—Fuel pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
- F02D2200/1015—Engines misfires
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/50—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle or its components
- F02D2200/503—Battery correction, i.e. corrections as a function of the state of the battery, its output or its type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
- F02P2017/121—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current by measuring spark voltage
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P3/00—Other installations
- F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
- F02P3/04—Layout of circuits
- F02P3/0407—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means
- F02P3/0414—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means using digital techniques
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
【課題】従来は、副室付近にセンサを設置しなければ副室の状態を検出できず、エンジンの適切な制御を行えていなかった。【解決手段】ECU20は、副燃焼室の内部に取り付けられ、副燃焼室の内部で混合気を着火して発生した火炎ジェットを主燃焼室に噴射して、主燃焼室にある混合気を点火する点火プラグに2次電流を供給する点火装置の1次電流、1次電圧、2次電流、及び2次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、火炎ジェットの強度を推定するジェット強度推定部51と、推定された火炎ジェットの強度により判定した副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、内燃機関を制御するエンジン制御部52と、を備える。【選択図】図4
Description
本発明は、内燃機関制御装置に関する。
自動車等のパワートレイン用エンジンは、CO2削減のために高効率燃焼が求められている。高空気過剰率、高EGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)条件でのリーン燃焼は、熱効率向上のポテンシャルが高い。中でも、点火プラグを内部に有する副燃焼室(以下、「副室」と略記する)で燃焼した火炎を火炎ジェットとして混合気の点火に活用するジェット燃焼はリーン条件で高速燃焼が可能である。このため、現在では定置式の大型エンジンでジェット燃焼が実用化されている。自動車等の排気量2Lクラスのエンジンにジェット燃焼を適用するには、数ccの微小空間である副燃焼室での燃焼を幅広い運転条件にて実現する必要がある。よって副室内で安定した燃焼を行えるようにすることが求められていた。
副室を設けたエンジンについて、特許文献1に開示された構成が知られている。この特許文献1には、「点火プラグを、シリンダヘッド側から燃焼室にプラグカバーを突出させて点火室と燃焼室とを連通孔にて連通させるようにシリンダヘッドに装着し、プラグカバー又は電極に対する熱負荷が過負荷となる過負荷状態であると判別すると、プラグカバー又は電極に対する熱負荷を減少させる側にエンジンの運転条件を変更する」と開示されている。
ところで、副室を備えるエンジンを使用すると、副室内の発熱量が大きくなりやすい。このため、自動車の高負荷運転を継続すると、副室内壁の温度が上昇し、高温となった部位から異常燃焼(プレイグニッション)が発生するおそれがある。
特許文献1には、点火プラグのカバーをつけ、そのカバー内に構成される副室が熱で過負荷状態になり、着火が制御できないプレイグニッションが発生することを防止するために、副室付近に温度等を検出するセンサを設置して、エンジンの過負荷状態を検出することが記載されている。しかし、特許文献1に開示された点火プラグでは、副室の過負荷状態以外の状態を検出することが不可能であった。また、副室内で起こる複数の燃焼状態(例えば、不完全燃焼、燃焼不安定、プレイグニッション、シリンダ内の過大な圧力等の異常燃焼の状態)を検出し、燃焼状態に応じた制御が実施される必要があった。しかし、特許文献1に開示された点火プラグに、副室内の圧力を検出する圧力センサや、放電電圧を検出するセンサ等の特別なセンサを副室内に追加しなければならず、点火プラグの製造コストが上がりやすかった。
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、点火プラグに新たなセンサ等を設けることなく、副室内で複数の燃焼状態を判定して、点火プラグを内部に有する副室を備える内燃機関の動作を制御することを目的とする。
本発明に係る内燃機関制御装置は、燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、主燃焼室に連通し、主燃焼室から混合気を取り込む副燃焼室と、副燃焼室の内部に取り付けられ、副燃焼室の内部で混合気を着火して発生した火炎ジェットを主燃焼室に噴射して、主燃焼室にある混合気を点火する点火プラグと、1次コイル及び2次コイルを有し、所定の点火タイミングで点火プラグに2次電流を供給する点火装置と、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置であって、点火装置の1次コイルに通電される1次電流、1次コイルに印加される1次電圧、2次コイルに通電される2次電流、及び2次コイルに印加される2次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、火炎ジェットの強度を推定するジェット強度推定部と、推定された火炎ジェットの強度により判定した副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、内燃機関を制御する内燃機関制御部と、を備える。
本発明によれば、点火プラグに新たなセンサ等を設けることなく、副燃焼室内で発生する火炎ジェットの強度を推定することができる。このため、火炎ジェットの強度より判定した副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、点火プラグを内部に有する副室を備える内燃機関の動作を制御することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
[第1の実施の形態]
始めに、自動車に使用される火花点火式の内燃機関と、内燃機関の制御装置とを備えるエンジン1の構成例について、図1と図2を参照して説明する。
図1は、エンジン1の構成例を示す概略構成図である。
始めに、自動車に使用される火花点火式の内燃機関と、内燃機関の制御装置とを備えるエンジン1の構成例について、図1と図2を参照して説明する。
図1は、エンジン1の構成例を示す概略構成図である。
エンジン1が備える、エアフローセンサ2と、湿度センサ3a,3bと、コンプレッサ15aと、インタークーラ7と、電子制御スロットル4とが、吸気管31の各々の適宜位置に設けられている。
エアフローセンサ2は、吸入空気量及び吸気温度を計測する。
湿度検出部(湿度センサ3a,3b)は、気筒内に導入されるガスの湿度を検出する。このため、湿度センサ3a,3bは、吸気湿度、すなわち空気とEGRガスとの混合気中の水分量を検出可能である。なお、エンジン1の気筒に流入する吸気を「ガス」と呼び、気筒内で燃料と混合されたガスを「混合気」と呼ぶ。
湿度センサ3aは、エアフローセンサ2の近くに設けられ、吸入空気の湿度を検出可能である。また、湿度センサ3bは、サージタンク6に設けられ、サージタンク6に貯まる空気の湿度を検出可能である。
湿度検出部(湿度センサ3a,3b)は、気筒内に導入されるガスの湿度を検出する。このため、湿度センサ3a,3bは、吸気湿度、すなわち空気とEGRガスとの混合気中の水分量を検出可能である。なお、エンジン1の気筒に流入する吸気を「ガス」と呼び、気筒内で燃料と混合されたガスを「混合気」と呼ぶ。
湿度センサ3aは、エアフローセンサ2の近くに設けられ、吸入空気の湿度を検出可能である。また、湿度センサ3bは、サージタンク6に設けられ、サージタンク6に貯まる空気の湿度を検出可能である。
コンプレッサ15aは、空気を気筒内に過給する過給機の一部として設けられる。
インタークーラ7は、空気を冷却する。
電子制御スロットル4は、気筒内に供給される空気の供給量、及び吸気管31内の圧力を調整する。
インタークーラ7は、空気を冷却する。
電子制御スロットル4は、気筒内に供給される空気の供給量、及び吸気管31内の圧力を調整する。
また、エンジン1には、ガソリン燃料を各気筒のシリンダ14の中に燃料を噴直接噴射する気筒内燃料噴射装置(インジェクタ13)を備えている。気筒内燃料噴射装置として用いられるインジェクタ13は、直噴式(DI:Direct Injection)であるが、吸気管31に供給する方式(PFI:Port Fuel Injection)であってもよい。また、直噴式のインジェクタ13と、吸気管31に供給する方式のインジェクタ13とを組み合わせた構成としてもよい。
エンジン1は、気筒ごとに点火プラグ40と点火装置50とを備える。このエンジン1は、点火装置50を利用して点火プラグ40の副室42(後述する図3を参照)内で火炎ジェットを発生させ、火炎ジェットによりシリンダ14内の混合気に着火する火花点火燃焼を実施する、自動車用の気筒内噴射式内燃機関の一例である。本実施の形態に係る制御装置(ECU20)は、内燃機関(エンジン1)に設けられる点火装置(点火装置50)の1次側に1次電圧を供給して、点火プラグ(点火プラグ40)の副室42内で発生する火炎ジェットにより、内燃機関(エンジン1)の気筒内に吸入されるガスと、燃料とが混合された混合気の点火を制御するエンジン制御部(エンジン制御回路24)を備える。そして、内燃機関制御装置(ECU20)は、内燃機関(エンジン1)の出力を制御する。エンジン制御回路24の構成は、後述する図4に示す。なお、エンジン1の制御装置は、エンジン1を制御する電子コントロールユニット(ECU:Electronic Control Unit)20に該当する。
また、シリンダヘッドには、気筒内に流入する混合気の流量を調整する可変弁5a、気筒内から排出する排気ガスの流量を調整する可変弁5bが備えられている。可変弁5aは、エンジン1に設けられた吸気弁32が動作する時期を変更する。可変弁5bは、エンジン1に設けられた排気弁34が動作する時期を変更する。ECU20により可変弁5a,5bの動作が調整されることにより、全気筒の吸気量および内部EGRガス量が調整される。
また、図示していないがインジェクタ13に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によってインジェクタ13に接続される。また、燃料配管の中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。また、エンジン1のピストン位置を検知するためのクランク角度センサ19がクランクシャフトに取り付けられている。燃料圧力センサ及びクランク角度センサ19の出力情報はECU20に送られる。
更に、エンジン1が備える、空燃比センサ9と、三元触媒10と、電子制御ウェイストゲート弁11と、タービン15bと、が、排気管33の各々の適宜位置に設けられている。
空燃比センサ9は、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒10の上流側にて排気ガスの空燃比を検出し、検出した排気ガスの空燃比を含む出力情報をECU20に出力する。また、排気管33には、空燃比センサ9の代わりに排気ガス中の空気量を検出可能なO2センサ8を設け、検出した空気量を含む出力情報をECU20に出力してもよい。
三元触媒10は、排気管33を流れる排気を浄化する。三元触媒10には、ECU20の制御により、所定のタイミングで三元触媒10を暖める触媒ヒータ16が設置される。
電子制御ウェイストゲート弁11は、タービン15bに流れる排気流量を調整する。
タービン15bは、排気エネルギーによって過給機のコンプレッサ15aに回転力を与える。
三元触媒10は、排気管33を流れる排気を浄化する。三元触媒10には、ECU20の制御により、所定のタイミングで三元触媒10を暖める触媒ヒータ16が設置される。
電子制御ウェイストゲート弁11は、タービン15bに流れる排気流量を調整する。
タービン15bは、排気エネルギーによって過給機のコンプレッサ15aに回転力を与える。
また、エンジン1は、三元触媒10の下流から、吸気管31のコンプレッサ15aの上流に排気を還流させるためのEGR管25を備える。また、EGRガスを冷却するためのEGRクーラ27、EGRガス流量を制御するためのEGR弁26が、EGR管25の各々の適宜位置に取り付けられている。EGRガスは、EGRクーラ27、EGR弁26、コンプレッサ15a、インタークーラ7及び電子制御スロットル4を介して、吸気管31に供給される。
また、エンジン1には、エンジン1を巡る冷却水の温度を計測する温度センサ18が設けられている。
また、エンジン1には、エンジン1を巡る冷却水の温度を計測する温度センサ18が設けられている。
上述したエアフローセンサ2、湿度センサ3a,3b、温度センサ18及び空燃比センサ9から得られる出力情報は、ECU20に送られる。また、アクセル開度センサ12から得られる出力情報がECU20に送られる。アクセル開度センサ12は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。
ECU20は、アクセル開度センサ12の出力情報に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ12は、エンジン1への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。ECU20は、上述した各種センサの出力情報から得られるエンジン1の運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火タイミング、燃料圧力、EGRガス流量等のエンジン1の主要な作動量を最適に演算する。
ECU20で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ13に送られる。また、ECU20で演算された点火タイミングで点火されるように、点火信号が点火装置50に送られる。また、ECU20で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル4に送られる。
吸気管31から吸気弁32を経て気筒内に流入した空気に対し、インジェクタ13が燃料を噴射することで混合気を形成する。混合気は、所定の点火タイミングで点火プラグ40の副室42(後述する図3を参照)内で発生した火炎ジェット44(後述する図3を参照)により爆発し、その燃焼圧によりピストン35を押し下げてエンジン1の駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管33を経て、三元触媒10に送りこまれ、排気成分は三元触媒10内で浄化され、外部へと排出される。
このようなエンジン1の詳細な内部構成例及び動作例について以下に説明する。
図2は、ECU20の内部構成例を示す制御ブロック図である。
ECU20は、入力回路21と、入出力ポート22と、CPU23aと、ROM23bと、RAM23cと、エンジン制御回路24とを備える。
図2は、ECU20の内部構成例を示す制御ブロック図である。
ECU20は、入力回路21と、入出力ポート22と、CPU23aと、ROM23bと、RAM23cと、エンジン制御回路24とを備える。
アクセル開度センサ12からのアクセル踏込情報(アクセル開度)、エンジン1の回転数、湿度センサ3a,3bからの湿度情報、エアフローセンサ2からの空気量情報、クランク角度センサ19からの角度情報(クランク角度)等の入力信号は、ECU20の入力回路21に入力される。また、入力回路21には、点火装置50の電圧センサが検出した1次電圧、2次電圧、点火装置50の電流センサが検出した1次電流、2次電流を示す入力信号が入力される。これら1次電圧、2次電圧、1次電流及び2次電流のうち、少なくともいずれか一つを示す入力信号を「点火装置情報」と呼ぶ。ただし、入力回路21に入力される入力信号はこれらの信号だけに限らないので、適宜に追加して説明する。
入力回路21に入力された各入力信号で示される入力情報は、入出力ポート22内の入力ポートに送られる。入出力ポート22に送られた入力情報は、RAM23cに一時保管され、CPU23aで、所定の制御プログラムに従って演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムは、ROM23bに予め書き込まれており、CPU23aにより適宜読み出されて実行される。
制御プログラムに従って演算された、インジェクタ13や点火装置50への作動量を示す出力情報は、RAM23cに一時保管される。その後、入出力ポート22内の出力ポートに出力情報が送られ、それぞれの駆動回路を経てインジェクタ13や点火装置50等が動作する。なお、エンジン1にはこれら以外のアクチュエータも使用されているが、ここでは説明を省略する。
ECU20には、点火装置50の駆動回路を含むエンジン1の動作を制御するエンジン制御回路24が含まれる。エンジン制御回路24は、点火装置50への点火通電時間や、点火プラグ40の副室42内で混合気を点火する点火タイミング等を制御するほか、エンジン1を構成する各部の動作をも制御する。本実施形態においては、ECU20内にエンジン制御回路24を備える構成とするが、この構成に限るものではない。例えば、エンジン制御回路24の一部、又は、エンジン制御回路24の全てが、ECU20とは別の装置に実装されていても差し支えない。
そして、ECU20は、各センサが検出した空気量、クランク角度、冷却水温、吸気温度、湿度等に応じて、適切なタイミング(点火通電時間や点火タイミング)に点火装置50へ通電することで、点火プラグ40の副室42(後述する図3)内で混合気を点火して発生した火炎ジェットにより、シリンダ14内の混合気に着火する制御を行う。
<点火プラグを内部に有する副室を備えるエンジンの構成例>
次に、第1の実施の形態に係る点火プラグ40の構成例及び動作例について、図3を参照して説明する。なお、本実施の形態では、点火プラグ40に副室42を形成する副室形成部材45が取り付けられ、副室形成部材45と一体となった点火プラグ40がエンジン1に取り付けられる構成で説明する。ただし、本発明はこの構成には限定されず、副室42を形成する副室形成部材45がエンジン1に取り付けられ、この副室形成部材45に点火プラグ40が取り付けられる構成であってもよい。これらのいずれの構成であっても図3を用いて説明する。
次に、第1の実施の形態に係る点火プラグ40の構成例及び動作例について、図3を参照して説明する。なお、本実施の形態では、点火プラグ40に副室42を形成する副室形成部材45が取り付けられ、副室形成部材45と一体となった点火プラグ40がエンジン1に取り付けられる構成で説明する。ただし、本発明はこの構成には限定されず、副室42を形成する副室形成部材45がエンジン1に取り付けられ、この副室形成部材45に点火プラグ40が取り付けられる構成であってもよい。これらのいずれの構成であっても図3を用いて説明する。
図3は、第1の実施の形態に係る点火プラグ40及び点火装置50の設置例を示す図である。
内燃機関(エンジン1)は、燃料噴射装置(インジェクタ13)が噴射する燃料と、吸気系(吸気管31)から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストン(ピストン35)に面する主燃焼室(主室37)で燃焼するシリンダ(シリンダ14)と、主燃焼室(主室37)に連通し、主燃焼室(主室37)から混合気を取り込む副燃焼室(副室42)と、副燃焼室(副室42)の内部に取り付けられ、副燃焼室(副室42)の内部で混合気を着火して発生した火炎ジェット(火炎ジェット44)を主燃焼室(主室37)に噴射して、主燃焼室(主室37)にある混合気を点火する点火プラグ(点火プラグ40)と、1次コイル(1次コイル63(後述する図6を参照))及び2次コイル(2次コイル64(後述する図6を参照))を有し、所定の点火タイミングで点火プラグ(点火プラグ40)に2次電流を供給する点火装置(点火装置50)と、を備える。点火プラグ40に高電圧を印加する点火装置50は、点火プラグ40のすぐ近くに設置され、点火プラグ(点火プラグ40)の点火タイミングを制御する。点火プラグ40の電極41は、副室42に接続されており、副室42が主室37と接続されている。
内燃機関(エンジン1)は、燃料噴射装置(インジェクタ13)が噴射する燃料と、吸気系(吸気管31)から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストン(ピストン35)に面する主燃焼室(主室37)で燃焼するシリンダ(シリンダ14)と、主燃焼室(主室37)に連通し、主燃焼室(主室37)から混合気を取り込む副燃焼室(副室42)と、副燃焼室(副室42)の内部に取り付けられ、副燃焼室(副室42)の内部で混合気を着火して発生した火炎ジェット(火炎ジェット44)を主燃焼室(主室37)に噴射して、主燃焼室(主室37)にある混合気を点火する点火プラグ(点火プラグ40)と、1次コイル(1次コイル63(後述する図6を参照))及び2次コイル(2次コイル64(後述する図6を参照))を有し、所定の点火タイミングで点火プラグ(点火プラグ40)に2次電流を供給する点火装置(点火装置50)と、を備える。点火プラグ40に高電圧を印加する点火装置50は、点火プラグ40のすぐ近くに設置され、点火プラグ(点火プラグ40)の点火タイミングを制御する。点火プラグ40の電極41は、副室42に接続されており、副室42が主室37と接続されている。
点火プラグ40には、点火プラグ40に高電圧を印加する点火装置50が接続されている。点火装置50は、ECU20と配線されている。このように副室42から主室37に火炎ジェット44が噴出して、主室37の混合気を燃焼可能な副室42と主室37を備える点火プラグ40と、点火装置50とを備えるシステム構成を「ジェット燃焼システム55」と呼ぶ。
シリンダ14の側壁にはインジェクタ13が設けられている。インジェクタ13は、ECU20が出力する燃料噴射指令に従って燃料噴射を行う。吸気管31から吸気される空気と、インジェクタ13から噴射された燃料とが混合された混合気は、主室37に供給される。この混合気は、エンジンのシリンダ14に設けられたピストン35が下降し、吸気弁32が開いた瞬間から主室37内に導入される。なお、インジェクタ13をジェット燃焼システム55の副室42内に設けた構成としてもよい。
点火プラグ40は、電極41(接地電極及び中心電極)を備えており、副室形成部材45により電極41が覆われて副室42(副燃焼室の一例)が形成される。副室42には、ECU20の制御により、所定のタイミングで副室42を暖める副室ヒータ46が設置される。また、副室42の周囲には、副室温度を低下させる副室クーラ47が設置される。副室クーラ47には、副室42を効果的に冷却することが可能な冷却媒体が封入される。副室ヒータ46、副室クーラ47の駆動は、ECU20のエンジン制御部52(後述する図4を参照)によって制御される。
副室42は、主室37内に貫通して設置される。副室42の先端に形成された複数の孔43は、主室37内にある。圧縮行程にて、吸気弁32が閉じ、ピストン35の上昇の過程で圧縮された混合気は、孔43を通過して副室42内に取り込まれる。
燃焼行程にて、点火装置50が点火プラグ40に印加した高電圧により、副室42内で電極41(接地電極及び中心電極)が火花放電を発生する。火花放電により副室42内で生じた火炎は、複数の孔43を通過する。そして、主室37には、複数の孔43を通過した複数の火炎が火炎ジェット44として噴出し、混合気を多点着火する。火炎ジェット44により着火した混合気は、急速に膨張してピストン35を押し下げ、エンジントルクを発生させる。その後、ピストン35が上昇し、排気弁34が開いた瞬間から排気ガスが排気管33へ排出される。
次に、ECU20が備えるエンジン制御回路24の内部構成例について説明する。
図4は、エンジン制御回路24の内部構成例を示す機能ブロック図である。
図4は、エンジン制御回路24の内部構成例を示す機能ブロック図である。
エンジン制御回路24は、ジェット強度推定部51及びエンジン制御部52を備える。
ジェット強度推定部(ジェット強度推定部51)は、図2に示したように点火装置50からECU20に入力した、点火装置情報に基づいて副室42で発生した火炎ジェット44の強さ(以下、「ジェット強度」と呼ぶ)を推定する。具体的には、ジェット強度推定部(ジェット強度推定部51)は、点火装置(点火装置50)の1次コイル(1次コイル63)に通電される1次電流、1次コイル(1次コイル63)に印加される1次電圧、2次コイル(2次コイル64)に通電される2次電流、及び2次コイル(2次コイル64)に印加される2次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、火炎ジェットの強度(ジェット強度)を推定する。なお、1次コイル63、2次コイル64の構成例は、後述する図6に示す。
ジェット強度推定部(ジェット強度推定部51)は、図2に示したように点火装置50からECU20に入力した、点火装置情報に基づいて副室42で発生した火炎ジェット44の強さ(以下、「ジェット強度」と呼ぶ)を推定する。具体的には、ジェット強度推定部(ジェット強度推定部51)は、点火装置(点火装置50)の1次コイル(1次コイル63)に通電される1次電流、1次コイル(1次コイル63)に印加される1次電圧、2次コイル(2次コイル64)に通電される2次電流、及び2次コイル(2次コイル64)に印加される2次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、火炎ジェットの強度(ジェット強度)を推定する。なお、1次コイル63、2次コイル64の構成例は、後述する図6に示す。
内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、推定された火炎ジェットの強度(ジェット強度)により判定した副燃焼室(副室42)の内部の燃焼状態に基づいて、内燃機関(エンジン1)を制御する。具体的には、エンジン制御部52は、ジェット強度推定部51により推定されたジェット強度のLevelを判定する。ジェット強度のLevelとは、後述する図17に示すようなジェット強度とジェット強度変動とに基づいて規定される値であり、Levelに基づいて副室42内の燃焼状態が判定可能である。本実施の形態では、Level1〜3の3種類のLevelが規定されるが、2種類、又は4種類以上の複数のLevelが規定されてもよい。そして、エンジン制御部52は、判定したLevelに応じて、エンジン1の各部を制御する。エンジン制御部52がエンジン1の各部を制御する処理は、後述する図18にて説明する。
次に、エンジン制御回路24によって行われるジェット強度の推定、ジェット強度のLevel判定、及びエンジン1の各部の制御の具体例について、以下に説明する。
始めに、燃焼行程における、点火装置50と点火プラグ40の動作の様子を説明する。
図5は、点火装置50の制御の様子と、副室42を有する点火プラグ40の燃焼の様子とを示すタイムチャートである。点火装置50及び点火プラグ40の状態は、図中の状態(1)〜(6)の順に遷移する。
図5は、点火装置50の制御の様子と、副室42を有する点火プラグ40の燃焼の様子とを示すタイムチャートである。点火装置50及び点火プラグ40の状態は、図中の状態(1)〜(6)の順に遷移する。
状態(1)では、エンジン1内に空気が導入される。
状態(2)では、時刻T1で噴射信号がオンされる。噴射信号がオンされた期間内(パルス幅W1)で、インジェクタ13が、シリンダ14内に燃料を供給(噴射)する。
状態(3)では、主室37内で混合気が形成される。混合気の一部は、圧縮工程の前半から副室42内に取り込まれる。副室42内に混合気が取り込まれると、点火装置50の制御により点火信号がオンされる。点火信号のオン期間(W2)では、点火装置50の1次電圧及び1次電流が低下する。
状態(2)では、時刻T1で噴射信号がオンされる。噴射信号がオンされた期間内(パルス幅W1)で、インジェクタ13が、シリンダ14内に燃料を供給(噴射)する。
状態(3)では、主室37内で混合気が形成される。混合気の一部は、圧縮工程の前半から副室42内に取り込まれる。副室42内に混合気が取り込まれると、点火装置50の制御により点火信号がオンされる。点火信号のオン期間(W2)では、点火装置50の1次電圧及び1次電流が低下する。
副室42内の燃焼行程は、次の状態(4)、(5)を含む。
状態(4)では、時刻T2で点火信号がオフされる所定の点火タイミングで副室42内の電極41に高電圧が加わって、混合気が点火される。そして、副室42内で形成された火炎核が成長する。
状態(5)では、副室42の孔43を通過した火炎(火炎ジェット44)が主室37に供給される。
そして、状態(6)では、主室37内の混合気が、火炎ジェット44により燃焼する(主燃焼)。そして、状態(1)〜(5)を通じて大きく制御されていたEGR弁26の開度が小さくなる。
状態(4)では、時刻T2で点火信号がオフされる所定の点火タイミングで副室42内の電極41に高電圧が加わって、混合気が点火される。そして、副室42内で形成された火炎核が成長する。
状態(5)では、副室42の孔43を通過した火炎(火炎ジェット44)が主室37に供給される。
そして、状態(6)では、主室37内の混合気が、火炎ジェット44により燃焼する(主燃焼)。そして、状態(1)〜(5)を通じて大きく制御されていたEGR弁26の開度が小さくなる。
<ジェット燃焼の課題、ジェット強度の定義と重要性>
上述したようにジェット燃焼システム55では、副室42内に装着された点火プラグ40の中心電極と接地電極の間のブレイクダウン(絶縁破壊)により形成される火炎核が成長し、副室42内で酸化反応が起こって、発熱する。そして、発熱したガス(火炎)が副室42の出口である孔43(噴口)から噴流(火炎ジェット44)として、主室37に供給される。
上述したようにジェット燃焼システム55では、副室42内に装着された点火プラグ40の中心電極と接地電極の間のブレイクダウン(絶縁破壊)により形成される火炎核が成長し、副室42内で酸化反応が起こって、発熱する。そして、発熱したガス(火炎)が副室42の出口である孔43(噴口)から噴流(火炎ジェット44)として、主室37に供給される。
副室42内の熱発生量は、発生した火炎の温度や、火炎ジェット44の噴流速度に依存する。このため、火炎の温度や、火炎ジェット44の噴流速度は、主室37の燃焼(主燃焼)における燃焼速度や熱発生量に影響を与える。このように副室42内の熱発生量がジェット燃焼システム55の燃焼状態に大きく影響を与えることから、副室42内の熱発生量を以下、「ジェット強度」と定義して説明する。
ところで、冷却損失低減の観点から副室42の内容積は小さく形成される。例えば、副室42の内容積は、主室37の内容積に対して1%以下であることが望ましい。そのため、自動車等に利用されるエンジン1では、副室42の体積は数ccと小さい空間(微小空間)である。このように小さい空間で形成される副室42内の壁面温度や副室42内の混合気条件が、火炎核の成長状態(壁面近傍の消炎等)に影響を与えると、ジェット強度が変化する。つまり、ジェット燃焼システム55をエンジン1に用いる構成であれば、ジェット強度を推定することがロバスト性の高い燃焼を実現するために必要となる。そこで、本実施の形態に係るエンジン制御回路24では、火炎ジェット44のジェット強度を推定し、推定したジェット強度に応じて副室42内の燃焼状態を判定する。ここで、ジェット強度推定部51がジェット強度を推定する方法について説明する。
<ジェット強度推定の原理>
主室37と副室42は、副室42の噴口を介して接続されているものの、ジェット強度の大きさで、副室42内の分子、イオン、圧力、温度が大きく変化し、その結果、点火プラグ40の電極41に含まれる中心電極と接地電極の間のブレイクダウン時の抵抗が変化する。
主室37と副室42は、副室42の噴口を介して接続されているものの、ジェット強度の大きさで、副室42内の分子、イオン、圧力、温度が大きく変化し、その結果、点火プラグ40の電極41に含まれる中心電極と接地電極の間のブレイクダウン時の抵抗が変化する。
図6は、点火装置50の概略を示す構成図である。
スイッチ62がオンされると、点火装置50の1次コイル63には、バッテリ61から1次電圧V1が印加され、1次電流が通電される。この時、キャパシタ65に電荷が蓄積される。そして、スイッチ62がオフされると、点火装置50の2次コイル64に高電圧が発生し、キャパシタ65から流出した電荷が2次電流として抵抗66に向かう。2次コイル64で発生した2次電圧V2は、抵抗66及び電極41に印加され、電極41の中心電極及び接地電極でブレイクダウンが発生して火花が発生する。
スイッチ62がオンされると、点火装置50の1次コイル63には、バッテリ61から1次電圧V1が印加され、1次電流が通電される。この時、キャパシタ65に電荷が蓄積される。そして、スイッチ62がオフされると、点火装置50の2次コイル64に高電圧が発生し、キャパシタ65から流出した電荷が2次電流として抵抗66に向かう。2次コイル64で発生した2次電圧V2は、抵抗66及び電極41に印加され、電極41の中心電極及び接地電極でブレイクダウンが発生して火花が発生する。
ブレイクダウン時に点火装置50内の抵抗が変化すると、点火装置50の2次電圧(V2)が変化する。点火装置50の1次電圧V1、1次コイル63の巻き数N1、2次コイル64の巻き数N2とすると、1次電圧V1と2次電圧V2の関係式(理論式)は下記式(1)で表される。
V1/V2 = N1/N2 = n …(1)
V1=n×V2
式(1)より、2次電圧V2の変化は、1次電圧V1に現れることが示される。
V1=n×V2
式(1)より、2次電圧V2の変化は、1次電圧V1に現れることが示される。
電極41で発生した火花は、副室42内の混合気に着火して混合気を燃焼する。このため、混合気の化学変化が起き、混合気の分子量が増加する。混合気の分子量が増加すると、中心電極と接地電極の間では抵抗の増加となるので、2次電圧が低下する。この際、2次電圧の低下が、1次電圧の低下として現れる。また、点火装置50の各部における抵抗値は予め求められているので、1次電流、2次電流の値も求められる。そこで、ジェット燃焼システム55では、1次コイル63の1次電圧、及び2次コイル64の2次電圧を計測する電圧センサ、1次コイル63に通電される1次電流、及び2次コイル64に通電される2次電流を計測する電流センサが設けられる。そして、各センサで計測された1次電圧、1次電流、2次電圧及び2次電流のうち、少なくとも一つの制御量の値が点火装置情報として、点火装置50からエンジン制御回路24に出力される。
次に、異なる種類の点火プラグごとに1次電圧が変化する様子について説明する。
図7は、点火プラグ40で発生する点火に際して、ブレイクダウン後の1次電圧とジェット強度との関係を示す図である。図7に示す3種類のグラフ71〜73は、横軸をクランク角[deg.ATDC]、縦軸を点火装置50の1次電圧[V]として、クランク角に対する1次電圧の変化を示したものである。なお、1次電圧として1次コイル63に印加されるバッテリ電圧は、例えば、12Vである。
図7は、点火プラグ40で発生する点火に際して、ブレイクダウン後の1次電圧とジェット強度との関係を示す図である。図7に示す3種類のグラフ71〜73は、横軸をクランク角[deg.ATDC]、縦軸を点火装置50の1次電圧[V]として、クランク角に対する1次電圧の変化を示したものである。なお、1次電圧として1次コイル63に印加されるバッテリ電圧は、例えば、12Vである。
グラフ71〜73は、それぞれ主室37の形状を同じとした燃焼システムにおける1次電圧の変化の様子を示す。ここで、グラフ71は、副室42を有さない点火プラグが従来の火花点火(ここでは、従来SI(Spark Ignition)と呼ぶ)するときにおける1次電圧の変化を表す。
グラフ72は、副室体積が小さい副室42を有する点火プラグ40が、ジェット強度の小さい火炎ジェット44を生成するときにおける1次電圧の変化を表す。グラフ72に対する点火信号のオン・オフのタイミングは、図7の上側に実線のチャートで示される。
グラフ73は、副室体積が大きい副室42を有する点火プラグ40が、ジェット強度の大きい火炎ジェット44を生成するときにおける1次電圧の変化を表す。グラフ73に対する点火信号のオン・オフのタイミングは、図7の上側に一点鎖線のチャートで示される。
グラフ73は、副室体積が大きい副室42を有する点火プラグ40が、ジェット強度の大きい火炎ジェット44を生成するときにおける1次電圧の変化を表す。グラフ73に対する点火信号のオン・オフのタイミングは、図7の上側に一点鎖線のチャートで示される。
図7より、各点火プラグによって点火タイミングが異なることが示される。例えば、ブレイクダウン直後に、各点火装置50の1次電圧が変化する。グラフ71では、1次電圧が直ちにバッテリ電圧まで上昇することが示される。一方で、グラフ72,73では、いずれもジェット燃焼が発生するため、領域72a,73aにて従来SI(グラフ71)には見られない1次電圧の変化が存在する。
そこで、グラフ72,73に注目すると、領域73aにおける1次電圧の変化が、領域72aにおける1次電圧の変化より大きい。すなわち、ジェット強度が大きいほど変化量が大きくなる。このため、ジェット強度推定部(ジェット強度推定部51)は、1次コイル(1次コイル63)への通電が遮断された後の1次電圧の立下りの変化量が大きいほど、火炎ジェットの強度(ジェット強度)が大きいものと推定することが可能となる。
図7に示したようにジェット燃焼は、点火直後に、従来SIには見られない、点火プラグ40付近に存在する混合気の抵抗変化が発生する。このような現象は、従来SIでは、点火直後に火炎が主室37内の広い空間に広がることで、非定常な抵抗変化が見られないのに対し、副室42内は、微小空間であることから、点火直後に非定常な抵抗変化が見られ、抵抗の変化量はジェット強度に依存することで発生すると考えられる。そこで、ジェット強度が主室37内の主燃焼に与える影響について検討する。
<低温時、ジェット強度、主燃焼に与える影響>
図8は、副室温度に応じた1次電圧の変化の様子を示す図である。図8の上下に示すグラフ81,82は、横軸をクランク角[deg.ATDC]、縦軸を点火装置50の1次電圧[V]として、クランク角に対する1次電圧の変化を示したものである。
図8は、副室温度に応じた1次電圧の変化の様子を示す図である。図8の上下に示すグラフ81,82は、横軸をクランク角[deg.ATDC]、縦軸を点火装置50の1次電圧[V]として、クランク角に対する1次電圧の変化を示したものである。
図8の上側に示すグラフ81は、副室温度が25℃の時の1次電圧の変化の様子を示し、図8の下側に示すグラフ82は、副室温度が80℃の時の1次電圧の変化の様子を示す、エンジン1の制御条件はどちらも同じであり、点火タイミングは約700[deg.ATDC]である。
グラフ81の領域81a、グラフ82の領域82aに示すように、副室温度が異なると、点火直後の1次電圧の挙動に大きな違いが生じる。具体的には、副室温度が高い条件では、点火直後の1次電圧の変化量が大きくなる。この理由として、副室42の壁面温度が低い場合、壁面近傍で火炎が消炎する領域が広がり、消炎距離が長くなるので、副室42で発生する火炎の熱発生量が小さくなり、ジェット強度が弱くなる。一方で、副室42の壁面温度が高い場合、副室42で発生する火炎の熱発生量が大きいのでジェット強度が強くなるので、上述したように混合気の分子量が増加することで抵抗変化が大きくなる。このように副室温度が異なるとジェット強度が変化するので、図8の領域81a,82aに示すように1次電圧についても異なる変化が検出される。
図9は、主室37内の圧力履歴(42サイクル平均)の例を示す図である。図9の上下に示すグラフ91,92は、横軸をクランク角[deg.ATDC]、縦軸をシリンダ圧[MPa(主室37内の圧力)]として、クランク角に対するシリンダ圧の変化を示したものである。なお、図9に示す各グラフ91,92は、図8に示した各グラフ81,82と同条件とした時に計測されたシリンダ圧の変化を表す。
上述したように副室温度が25℃の条件よりも、副室温度が80℃の条件の方が、ジェット強度が強くなる。このため、副室温度が25℃の条件でグラフ91の領域91aに示される主室37内の圧力上昇のタイミングより、副室温度が80℃の条件でグラフ92の領域92aに示される主室37内の圧力上昇のタイミングの方が早くなることが分かる。このことから、副室温度が高くなると、ジェット強度が強くなるので、シリンダ圧も高くなることが示される。
このため、エンジン制御回路24は、点火装置50の1次電圧の変化に基づいてジェット強度を推定でき、その結果、ジェット燃焼の等容度を制御可能となる。つまり、エンジン制御回路24は、エンジン1の始動、停止等の副室42の温度変化によるジェット強度の変化を、点火装置50の1次電圧の変化に基づいて把握し、点火タイミングや点火時のエネルギー制御に活用することができる。
<ジェット強度のサイクル変動>
続いて、ジェット燃焼のサイクルごとのジェット強度の変動(「サイクル変動」と呼ぶ)と点火装置50の1次電圧の変化について、図10と図11を用いて説明する。
図10は、主室37内の42サイクル分の圧力変化を示す図である。エンジン1は、毎分2000回転、図示平均有効圧力が0.2MPa、副室温度は平均34℃の条件である。図10に示す各グラフは、横軸をクランク角[deg.ATDC]、縦軸をシリンダ圧[MPa]として、クランク角に対するシリンダ圧の変化を示したものである。
続いて、ジェット燃焼のサイクルごとのジェット強度の変動(「サイクル変動」と呼ぶ)と点火装置50の1次電圧の変化について、図10と図11を用いて説明する。
図10は、主室37内の42サイクル分の圧力変化を示す図である。エンジン1は、毎分2000回転、図示平均有効圧力が0.2MPa、副室温度は平均34℃の条件である。図10に示す各グラフは、横軸をクランク角[deg.ATDC]、縦軸をシリンダ圧[MPa]として、クランク角に対するシリンダ圧の変化を示したものである。
ジェット強度は、サイクルごとに一定の値をとらない。ここでは、42サイクルの中で、最大圧力(Pmax)が大きい10サイクルをPmax large cycleとし、領域101で表す。Pmaxが小さい10サイクルをPmax small cycleとし、領域103で表す。また、Pmaxが平均的な22サイクルをPmax average cycleとし、領域102で表す。なお、副室42を有さないエンジンでは、Pmax average cycleで表される領域102の付近で通常燃焼が行われる。
図11は、最大圧力の変化に応じた点火装置50の1次電圧の変化の様子を示す図である。図11に示す各グラフは、横軸をクランク角[deg.ATDC]、縦軸を点火装置50の1次電圧[V]として、クランク角に対する1次電圧の変化を示したものである。各グラフのPmax large cycle,Pmax average cycle, Pmax small cycleは、図10に示した領域101〜103ごとの値を表す。ここで、図11に示すグラフ111では、Pmax large cycleを実線で表し、グラフ112ではPmax small cycleを破線で表し、グラフ113ではPmax average cycleを一点鎖線で表している。
図11の上側には、クランク角が700[deg.ATDC]の時に、点火信号が立ち下がってオフされたことが示される。点火信号がオフされると、点火装置50の1次電圧が大きく変動する。図11の下側に示すように、クランク角が701〜702[deg.ATDC]の間で1次電圧が変化している。そして、グラフ111〜113より、Pmax large cycle,Pmax average cycle,Pmax small cycleの順で点火直後の電圧の変化が大きいことが分かる。なお、1次電圧の変化する周期は一定であるので、図4に示したジェット強度推定部51は、所定の周波数の1次電圧を出力するバンドパスフィルタ等を活用することで、ジェット強度を推定するための1次電圧の変動幅(振幅)を検出可能である。
<1次電圧の変動幅の検出方法>
ここで、ジェット強度推定部51が、火炎ジェット44のジェット強度を推定するために、1次電圧の変動幅を検出する方法について、図12〜図16を参照して説明する。
ここで、ジェット強度推定部51が、火炎ジェット44のジェット強度を推定するために、1次電圧の変動幅を検出する方法について、図12〜図16を参照して説明する。
図12は、点火信号と、点火装置50の1次電圧との関係を示す図である。
点火信号(点火パルス)がオンされると、点火装置50の1次電圧は低下する。点火信号がオンされる期間は、上述した図5に示したように所定のパルス幅(W2)で規定される。そして、点火信号がオフされると、1次電圧が大きく変動した後、元の値に戻る。
点火信号(点火パルス)がオンされると、点火装置50の1次電圧は低下する。点火信号がオンされる期間は、上述した図5に示したように所定のパルス幅(W2)で規定される。そして、点火信号がオフされると、1次電圧が大きく変動した後、元の値に戻る。
ここで、1次電圧に山と谷が発生する時間は、約80μ秒であることが判明している。しかし、1次電圧の変動時の変動幅(振幅)は不明であった。そこで、ジェット強度推定部51は、以下に説明する振幅検出回路120を用いて、点火装置50の1次電圧の振幅、すなわち1次電圧の変動幅を検出し、ジェット強度を推定する。
図13は、振幅検出回路120の内部構成例を示すブロック図である。
振幅検出回路120は、バンドパスフィルタ121、最小値抽出部122、最大値抽出部123、検出窓124及び1次電圧変動幅出力部125を備える。振幅検出回路120の各部による処理は、サイクルごとに行われる。
振幅検出回路120は、バンドパスフィルタ121、最小値抽出部122、最大値抽出部123、検出窓124及び1次電圧変動幅出力部125を備える。振幅検出回路120の各部による処理は、サイクルごとに行われる。
バンドパスフィルタ121は、点火装置50から入力する1次電圧の特徴を強調するため、所定帯域の1次電圧を抽出する。バンドパスフィルタ121のフィルタ処理は、点火信号がオフされたタイミングをトリガとして開始される。そして、バンドパスフィルタ121は、抽出した1次電圧を、最小値抽出部122及び最大値抽出部123に出力する。
最小値抽出部122は、検出窓124で決定される抽出期間内で1次電圧の最小値を抽出する。
最大値抽出部123は、検出窓124で決定される抽出期間内で1次電圧の最大値を抽出する。
1次電圧変動幅出力部125は、最小値抽出部122が抽出した1次電圧の最小値と、最大値抽出部123が抽出した1次電圧の最大値との差分をとって、1次電圧変動幅として出力する。この1次電圧変動幅が、ジェット強度として推定された値として用いられる。
最大値抽出部123は、検出窓124で決定される抽出期間内で1次電圧の最大値を抽出する。
1次電圧変動幅出力部125は、最小値抽出部122が抽出した1次電圧の最小値と、最大値抽出部123が抽出した1次電圧の最大値との差分をとって、1次電圧変動幅として出力する。この1次電圧変動幅が、ジェット強度として推定された値として用いられる。
ここで、振幅検出回路120の動作例について説明する。
図14は、点火装置50の1次電圧が変動する様子と、バンドパスフィルタ121及び微分フィルタの出力の様子とを示す図である。各図の横軸はクランク角をとる。
図14は、点火装置50の1次電圧が変動する様子と、バンドパスフィルタ121及び微分フィルタの出力の様子とを示す図である。各図の横軸はクランク角をとる。
図14の上側には、点火装置50の1次電圧が変動する様子が示される。1次電圧が変動することは、既に図11を参照して説明したとおりである。このように変動する1次電圧が入力されたバンドパスフィルタ121からの出力値は、図14の中央に示す波形のグラフで表される。なお、図14の下側には、後述する図16に示す微分フィルタからの出力を示す波形のグラフが示される。
振幅検出回路120は、例えば、点火パルスの立上がりから、一定時間Dsが経過すると、バンドパスフィルタ121からの出力に対して最小値と最大値の探索を開始する。最小値抽出部122による出力の最小値の探索は、検出窓124の区間(長さDw)で実施され、検出窓124の区間が終了すると、最小値の探索も終了する。同じく、最大値抽出部123による出力の最大値の探索は、検出窓124の区間で実施されるが、最小値抽出部122により出力の最小値が抽出されると、最大値の探索も終了する。このため、出力の最大値の探索は、検出窓124の区間終了よりも早く終了することがある。
そして、1次電圧変動幅出力部125は、探索された出力の最大値と最小値の差を取ることで、点火装置50の1次電圧の変動幅を出力する。この1次電圧の変動幅が、推定されたジェット強度として以降の処理で用いられる。
図15は、バンドパスフィルタ121の出力特性を示すグラフである。バンドパスフィルタ121は、設定された下限周波数及び上限周波数の範囲で1次電圧を出力可能である。下限周波数と上限周波数の真ん中に中心周波数をとる。下限周波数及び上限周波数は、事前に調べておいた、点火プラグ40が混合気を点火する際の1次電圧のばらつきに基づいて定義される。
なお、図13に示した振幅検出回路120では、バンドパスフィルタ121を用いた構成例としたが、バンドパスフィルタ121の代わりに、微分フィルタを用いてもよい。
図16は、微分フィルタの出力特性を示すグラフの例を示す図である。
図16に示す微分フィルタの出力特性により、下限周波数及び上限周波数の範囲で1次電圧が出力される。微分フィルタの出力の様子は、上述した図14の下側のグラフに示される。微分フィルタから1次電圧が出力された後、1次電圧の最大値及び最小値が抽出される処理は、バンドパスフィルタ121を用いて行われた処理と同様である。
図16は、微分フィルタの出力特性を示すグラフの例を示す図である。
図16に示す微分フィルタの出力特性により、下限周波数及び上限周波数の範囲で1次電圧が出力される。微分フィルタの出力の様子は、上述した図14の下側のグラフに示される。微分フィルタから1次電圧が出力された後、1次電圧の最大値及び最小値が抽出される処理は、バンドパスフィルタ121を用いて行われた処理と同様である。
<ジェット強度のLevel分け>
以上のように、ジェット強度推定部51は、ジェット燃焼用の点火プラグ40を制御する点火装置50の1次電圧の変化に基づいて、ジェット強度を推定できる。その結果、エンジン制御部52は、ジェット燃焼の等容度やサイクル変化を制御することができる。つまり、内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、火炎ジェットの強度(ジェット強度)の平均値を所定の領域に分け、領域ごとに分けた平均値、及び平均値の変動率に基づいて、副燃焼室(副室42)の内部の燃焼状態を判定し、内燃機関(エンジン1)を制御することが可能となる。
以上のように、ジェット強度推定部51は、ジェット燃焼用の点火プラグ40を制御する点火装置50の1次電圧の変化に基づいて、ジェット強度を推定できる。その結果、エンジン制御部52は、ジェット燃焼の等容度やサイクル変化を制御することができる。つまり、内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、火炎ジェットの強度(ジェット強度)の平均値を所定の領域に分け、領域ごとに分けた平均値、及び平均値の変動率に基づいて、副燃焼室(副室42)の内部の燃焼状態を判定し、内燃機関(エンジン1)を制御することが可能となる。
ここで、ジェット強度をLevel分けする方法について説明する。
図17は、ジェット強度とジェット強度変動に応じてLevel分けされるジェット強度の例を示す図である。図17の横軸を点火装置50の1次電圧の電圧変動幅(サイクル平均値)とし、縦軸を点火装置50の1次電圧の電圧変動率とする。なお、1次電圧の電圧変動幅(サイクル平均値)は、ジェット強度と読み替えられる。また、1次電圧の電圧変動率は、ジェット強度変動と読み替えられる。
図17は、ジェット強度とジェット強度変動に応じてLevel分けされるジェット強度の例を示す図である。図17の横軸を点火装置50の1次電圧の電圧変動幅(サイクル平均値)とし、縦軸を点火装置50の1次電圧の電圧変動率とする。なお、1次電圧の電圧変動幅(サイクル平均値)は、ジェット強度と読み替えられる。また、1次電圧の電圧変動率は、ジェット強度変動と読み替えられる。
エンジン制御部52は、1次電圧の電圧変動幅を算出することで、ジェット強度が3つのLevel(Level1,2,3)のいずれかに属するか、又はジェット強度が3つのLevelのいずれにも属さないかを判定する。このようにジェット強度を3つのLevelに分けて判定することを「Level分け」と呼ぶ。具体的には、エンジン制御部52が、1次電圧の電圧変動幅に基づいて、ジェット強度を3つの領域に分けることが可能である。なお、ジェット強度のLevel毎に図中に太線枠内で囲って示す安定燃焼領域131から外れると、失火が発生したり、プレイグニッション等の異常燃焼が発生したりする。
例えば、ジェット強度が低いLevel1の場合、1次電圧の電圧変動率が大きい、又はジェット強度が小さい、すなわち安定燃焼領域131の下限となる電圧変動幅より小さいときには、副室42内で失火が発生している。失火は、エンジン1が低出力条件、又は副室温度が低いときに発生しやすい。また、Level1の範囲で、電圧変動率が閾値th1以上である場合にも、失火が発生する。そこで、内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、平均値(サイクル平均値)が第1領域(Level1)に含まれ、かつ、平均値の変動率が第1閾値(閾値th1)以上である場合、又は、平均値(サイクル平均値)が第1領域(Level1)よりも小さい場合に、点火タイミングを進角とする制御、及び、副燃焼室(副室42)に設置された加熱装置(副室ヒータ46)により副燃焼室(副室42)を加熱する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関(エンジン1)を制御する。
ジェット強度がLevel1より大きいLevel2の場合、電圧変動率が大きいときは、適正な点火タイミングとは異なるタイミングで燃焼が発生するため、エンジン1にはプレイグニッションやノッキング等が生じる。点火タイミングが異常となる現象は、加速時やエンジン1の再始動直後など、エンジン1の制御パラメータの過渡変化時に、副室温度が想定温度以上になった場合に発生する。特に、ジェット強度がLevel2の範囲で、電圧変動率が閾値th2以上である場合、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する。そこで、内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、平均値(サイクル平均値)が第1領域(Level1)よりも大きい第2領域(Level2)に含まれ、かつ、平均値の変動率が第1閾値(閾値th1)未満であり、第1閾値(閾値th1)より小さい第2閾値(閾値th2)以上である場合に、点火タイミングをリタードする制御、副燃焼室(副室42)を冷却媒体で冷却する制御、及び内燃機関(エンジン1)の運転点(回転数、トルク)を変更する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関(エンジン1)を制御する。
ジェット強度がLevel2より大きいLevel3の場合、サイクル変動が大きいときは、Level2と同様の事象となる。また、Level3の範囲で、電圧変動率が閾値th3以上である場合、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する。また、電圧変動幅(サイクル平均値)が安定燃焼領域131の上限より大きくなると、シリンダ圧の最大圧力(Pmax)が過大となり、エンジン1の燃焼音が大きくなったり、エンジン1が故障につながったりする。このシリンダ圧の最大圧力(Pmax)が過大となる現象は、エンジン1の最大出力領域での運転時に使用される燃料の燃料性状や環境温度の変化、部品の経年変化等に起因して発生する。そこで、内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、平均値(サイクル平均値)が第2領域(Level2)よりも大きい第3領域(Level3)に含まれ、かつ、平均値の変動率が第2閾値(閾値th2)未満であり、第2閾値(閾値th2)より小さい第3閾値(閾値th3)以上である場合、又は、平均値(サイクル平均値)が第3領域(Level3)よりも大きい場合に、点火タイミングをリタードする制御、副燃焼室(副室42)を冷却媒体で冷却する制御、及び内燃機関(エンジン1)の運転点(回転数、トルク)を変更する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を行う。
このようにエンジン制御回路24は、ジェット強度又はジェット強度変動が安定燃焼領域131から外れた際には、適切な制御量に補正してエンジン1を制御する。なお、ジェット強度及びジェット強度変動のいずれもが安定燃焼領域131内にある時は、エンジン制御回路24は、正常燃焼であると判定する。そして、内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、平均値(サイクル平均値)が、第1領域(Level1)に含まれ、かつ変動率が第1閾値(閾値th1)以下である場合、平均値(サイクル平均値)が、第2領域(Level2)に含まれ、かつ変動率が第2閾値(閾値th2)以下である場合、又は平均値(サイクル平均値)が、第3領域(Level3)に含まれ、かつ変動率が第3閾値(閾値th3)以下である場合に、排気再循環弁(EGR弁26)の開度を大きくする制御、スロットル開度を大きくする制御、及び燃料噴射量を多くする制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関(エンジン1)を制御する。
<エンジン制御部の処理の例>
本実施の形態に係る内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、1次コイル(1次コイル63)の通電遮断後の1次電圧の立下りの設定サイクルにおける平均値と、平均値の変動率とを算出し、平均値及び変動率に基づいて、点火タイミング、排気再循環弁(EGR弁26)の開度、スロットル開度、又は燃料噴射量を制御する。以下に具体的な、エンジン制御回路24の処理の例について説明する。
図18は、エンジン制御回路24が、エンジン1におけるジェット強度Levelを判定し、制御量を補正する処理の例を示すフローチャートである。
本実施の形態に係る内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、1次コイル(1次コイル63)の通電遮断後の1次電圧の立下りの設定サイクルにおける平均値と、平均値の変動率とを算出し、平均値及び変動率に基づいて、点火タイミング、排気再循環弁(EGR弁26)の開度、スロットル開度、又は燃料噴射量を制御する。以下に具体的な、エンジン制御回路24の処理の例について説明する。
図18は、エンジン制御回路24が、エンジン1におけるジェット強度Levelを判定し、制御量を補正する処理の例を示すフローチャートである。
始めに、図4に示したジェット強度推定部51は、エンジン1の回転数、トルク、A/F、水温を把握する(S1)。「水温」とは、エンジン1を冷却するクーラントのクーラント温度である。そして、ジェット強度推定部51は、これらの情報に基づいて、点火制御(1次コイル63のチャージ時間、点火タイミング)、噴射制御(噴射パルス幅、噴射時期)、EGR弁開度、最適ジェット強度、ジェット強度の上下限値、ジェット強度変化の変動率最大値を決める(S2)。
次に、ジェット強度推定部51は、ジェット強度を推定する(S3)。ジェット強度の推定は、ジェット強度推定部51が、点火装置情報に含まれる、点火装置50の1次電圧の変化を検出して推定するのが望ましい。ただし、ジェット強度推定部51は、点火装置情報に含まれる、点火装置50の1次電流、2次電流、又は2次電圧の変化を検出することでジェット強度を推定してもよい。なお、ジェット強度推定部51がジェット強度を推定する際には、各種の制御条件を固定したままとしておく。
次に、エンジン制御部52は、ジェット強度のLevelを判定する(S4)。ジェット強度のLevelは、図17に示した手法で判定される。
エンジン制御部52は、ジェット強度をLevel1と判定した場合、ジェット燃焼の暖機判定を実施する(S5)。ジェット燃焼の暖機判定は、水温と、ジェット強度との関係に基づいて行われ、暖気の前後が判定される。例えば、1次電圧の電圧変動率が、図17に示した安定燃焼領域131から外れ、失火判定した場合に、エンジン制御部52は、ジェット燃焼が暖気前と判定する。
ここで、水温と、ジェット強度との関係について説明する。
図19は、ジェット燃焼の暖気前後を判定するために参照されるグラフの例を示す図である。このグラフの横軸を水温とし、縦軸を1次電圧の電圧変動幅(サイクル平均値)とする。図19に示すグラフ141より、例えば、エンジン1の始動開始直後の水温WT0からエンジン1が定常運転するときの水温WT1までは、水温が上昇するにつれて、ジェット強度すなわち1次電圧の電圧変動幅も大きくなることが示される。そして、水温WT1より高い水温では、ジェット強度、すなわち1次電圧の電圧変動幅が変化しなくなることが示される。
図19は、ジェット燃焼の暖気前後を判定するために参照されるグラフの例を示す図である。このグラフの横軸を水温とし、縦軸を1次電圧の電圧変動幅(サイクル平均値)とする。図19に示すグラフ141より、例えば、エンジン1の始動開始直後の水温WT0からエンジン1が定常運転するときの水温WT1までは、水温が上昇するにつれて、ジェット強度すなわち1次電圧の電圧変動幅も大きくなることが示される。そして、水温WT1より高い水温では、ジェット強度、すなわち1次電圧の電圧変動幅が変化しなくなることが示される。
そこで、水温及び1次電圧の電圧変動幅の各値がグラフ141より下側の領域にあれば、エンジン制御部52は、暖気前と判定する。一方、水温及び1次電圧の電圧変動幅の各値がグラフ141より上側の領域にあれば、エンジン制御部52は、暖気後と判定する。
具体的には、エンジン1を定常運転する時に比べ、エンジン1の始動時及び停止時には、水温と副室温度との差が大きくなり、ジェット強度が変化する。例えば、水温は低くても副室温度が高い場合は、所定のジェット強度以上となるので、エンジン制御部52は、副室42を暖機後と判定する。この場合、図18に示すようにステップS9に処理が移行する。一方、水温が高くても副室温度が低い場合は、所定のジェット強度未満となるので、エンジン制御部52は、副室42を暖機前と判定する。この場合、図18に示すようにステップS6に処理が移行する。
エンジン制御部52は、副室42を暖機前と判定した場合に、暖機運転モードに切り替える(S6)。暖機運転モードでは、エンジン制御部52が、副室42の温度を高めるための暖機制御を行う。エンジン制御部52は、図3に示した副室ヒータ46を通電して、副室42の温度を高める制御(ヒーティング)を行う。また、エンジン制御部52は、点火タイミングを早め、副室42の温度を高める制御を行う。ステップS6の後、エンジン制御回路24は、リターン処理を行う。本実施の形態に係るリターン処理では、ステップS1に戻り、図18に示す処理が繰り返して行われる。
また、エンジン制御部52がステップS6の暖気制御を行う際、既に点火タイミングを遅角化することで、図1に示す排気管33に装着された三元触媒10の暖機制御を行っている場合、三元触媒10の暖機制御(図中では「触媒制御」と記載)を優先して行う。例えば、三元触媒10の上流に加熱用の触媒ヒータ16が設置される構成であれば、触媒ヒータ16を加熱することで三元触媒10の暖機制御を優先して行う。そして、エンジン制御部52は、三元触媒10を暖気した後、点火タイミングの進角化等の制御を実施する。
ステップS5にて、エンジン制御部52は、副室42を暖機後と判定した場合、熱効率を高めるための制御(高熱効率化制御)を実施する(S9)。具体的には、点火エネルギーを最適化(最小化)するために、エンジン制御部52は、キャパシタ65(図6を参照)へのチャージ時間を制御する。また、燃料に対する不活性ガスの割合(以下、「G/F」と記載する)を高めるための制御を実施する。図中に記載した限界G/Fとは、エンジン制御部52が、通常のG/Fよりも高い値を探索する制御のことを表す。ステップS9の後、エンジン制御回路24は、リターン処理を行う。
不活性ガスは、エンジン制御部52が、エンジン1に供給するEGR量、過剰空気量のいずれか一つ以上を高めるか、又は燃料噴射パルス幅(W1)を小さくすることで増加することが可能である。また、EGR量は、エンジン制御部52が、EGR弁26の開度(「EGR弁開度」と呼ぶ)を大きくする制御で調整することが可能である。また、過剰空気量は、エンジン制御部52が、電子制御スロットル4のスロットル開度を大きくして空気量を増加する、又は過給圧力を高めるといった制御で調整する。なお、高熱効率制御の際、エンジン制御部52は、ジェット強度呼び1次電圧の電圧変動率が、図17に示す安定燃焼領域131に入るよう点火タイミングを制御する。
ステップS4でジェット強度がLevel2と判定された場合、エンジン制御部52は、図17に従って、ジェット燃焼の異常燃焼判定を実施する(S7)。エンジン制御部52が、ジェット燃焼の異常ありと判定した場合、プレイグニッション判定を行った後(S8)、接続子Aで示されるようにリターン処理を行う。プレイグニッション判定では、エンジン制御部52が、副室42の強制冷却を実施する。副室42の強制冷却は、点火プラグ40の点火タイミングを遅角化する制御、副室クーラ47を使用して副室42近傍の冷却媒体の流量を増加する制御、及び副室クーラ47を使用して副室42を冷却する冷却媒体の温度を下げる制御のうち、少なくともいずれか一つ以上の制御が選択されて実施される。
その他に、エンジン制御部52は、プレイグニッション判定した場合に、エンジン1の運転点(回転数、トルク)を制御する。例えば、エンジン制御部52は、エンジン1の回転数を下げ、トルクを高める制御を行うことで、副室42の温度を下げることが可能となる。なお、エンジン制御部52は、ステップS7でジェット燃焼の異常なしと判定した場合、ステップS9に移行して、上述した高熱効率化制御を実施する。
ステップS4でジェット強度がLevel3と判定された場合、エンジン制御部52は、図17に従って、ジェット燃焼の異常燃焼判定を実施する(S10)。エンジン制御部52が、ジェット燃焼の異常ありと判定した場合、プレイグニッション判定かPmax過大判定かを決定する(S11)。その際、エンジン制御部52は、図17に示すようにジェット強度が安定燃焼領域131よりも大きい場合は最大圧力(Pmax)を過大判定とし、ジェット強度変動が安定燃焼領域131よりも大きいときはプレイグニッション判定とする。ステップS11の後、エンジン制御回路24は、リターン処理を行う。
エンジン制御部52は、プレイグニッション判定を決定すると、前述したステップS8と同様の制御を実施する。また、エンジン制御部52は、インジェクタ13のノズルを強制冷却する制御も実施する。
また、エンジン制御部52は、Pmax過大判定を決定すると、高G/F化制御を実施する。具体的には、EGR弁26の開度を高め、EGR率を高める制御、エンジン1に吸入する空気量を増大する制御、副室42に設置された点火プラグ40の点火タイミングを遅角化制御する制御、EGR弁26の開度を高める制御、及び、エンジン1に供給する燃料量を小さくするよう噴射パルス幅を狭くする制御のうち、少なくともいずれか一つ以上の制御を実施する。
エンジン制御部52が、ステップS11に示す各制御を実施することで、ジェット強度呼び1次電圧の電圧変動率を、図17に示す安定燃焼領域131に入れることが可能となる。これにより、プレイグニッションによるピストンリング等のエンジン故障や、Pmax過大によるコンロッド等の機械部品の破壊を抑制できる。
以上説明した第1の実施の形態に係るECU20は、副室42と主室37とを有するエンジン1の動作を制御する際、副室42に装着された点火プラグ40に接続された点火装置50に流れる電流、電圧に基づいて副室42内で発生する火炎ジェット44のジェット強度を推定する。ここで、点火プラグ40に新たなセンサ等を設けなくても、ECU20がジェット強度を推定して判定した副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいてエンジン1の制御対象を適切に制御することができる。
ここで、エンジン1の制御対象としては、例えば、点火プラグ40の点火タイミング、インジェクタ13の燃料噴射タイミング及び噴射量、EGR量、空気量の制御がある。そして、低コストで構成したジェット燃焼システム55により、失火、燃焼不安定、プレイグニッション、燃焼圧力リミットを抑えるロバスト性の高い燃焼を実現することが可能となる。
本実施の形態に係るエンジン制御回路24のジェット強度推定部51は、ジェット強度を推定し、エンジン制御部52が、推定されたジェット強度をLevel分けする。そして、エンジン制御部52が、Levelごとに適切な制御量でエンジン1の各部の動作を制御する。このようにエンジン制御回路24は、エンジン1の幅広い運転域、運転環境にて、ロバスト性の高い燃焼を実現しつつ、副室42を有する点火プラグ40を備えたジェット燃焼システム55を最大限に適用し、エンジン1を高効率に運転することが可能となる。
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態に係るジェット燃焼システムを備えたエンジンの構成例及び制御例について、図20と図21を参照して説明する。
図20は、第2の実施の形態に係るジェット燃焼システム55と、火花燃焼システム55Aとを備えるエンジン1Aの構成例を示す図である。
次に、本発明の第2の実施の形態に係るジェット燃焼システムを備えたエンジンの構成例及び制御例について、図20と図21を参照して説明する。
図20は、第2の実施の形態に係るジェット燃焼システム55と、火花燃焼システム55Aとを備えるエンジン1Aの構成例を示す図である。
内燃機関(エンジン1A)は、燃料噴射装置(インジェクタ13)が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室(主室37)で燃焼するシリンダと、主燃焼室(主室37)の内部に取り付けられ、主燃焼室(主室37)にある混合気を点火する第1点火プラグ(点火プラグ40A)と、第1点火タイミングで第1点火プラグ(点火プラグ40A)に電流を供給する第1点火装置(点火装置50A)と、主燃焼室(主室37)に連通し、主燃焼室(主室37)から混合気を取り込む副燃焼室(副室42)と、副燃焼室(副室42)の内部に取り付けられ、副燃焼室(副室42)の内部で混合気を着火して発生した火炎ジェット(火炎ジェット44)を主燃焼室(主室37)に噴射して、主燃焼室(主室37)にある混合気を点火する第2点火プラグ(点火プラグ40)と、1次コイル(1次コイル63(図6を参照))及び2次コイル(2次コイル64(図6を参照))を有し、第2点火タイミングで第2点火プラグ(点火プラグ40)に2次電流を供給する第2点火装置(点火装置50)と、を備える。そして、第2の実施の形態に係る内燃機関制御装置(ECU20)は、内燃機関(エンジン1A)の出力を制御する。
第2の実施の形態に係るジェット強度推定部(ジェット強度推定部51)は、第2点火装置(点火装置50)の1次コイル(1次コイル63)に通電される1次電流、1次コイル(1次コイル63)に印加される1次電圧、2次コイル(2次コイル64)に通電される2次電流、及び2次コイル(2次コイル64)に印加される2次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、火炎ジェットの強度(ジェット強度)を推定する。また、第2の実施の形態に係る内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、推定された火炎ジェットの強度(ジェット強度)により判定した副燃焼室(副室42)の内部の燃焼状態に基づいて、内燃機関(エンジン1A)を制御する。
エンジン1Aが備えるジェット燃焼システム55は、ジェット燃焼が可能な副室42を主室37の側壁に設けた構成としている。また、エンジン1Aが備える火花燃焼システム55Aは、副室42を有さない従来の構成とした点火プラグ40Aを主室37の天面に設けた構成としている。点火プラグ40Aが有する、混合気を点火可能な電極41Aは、主室37内に露出して設けられている。点火プラグ40Aの点火等は、点火プラグ40Aに接続された点火装置50Aによって制御される。なお、図示しないものの第1点火プラグ(点火プラグ40A)及び第1点火装置(点火装置50A)で構成される火花燃焼システム55Aにおいても、図6に示したジェット燃焼システム55と同様の構成とした1次コイル、2次コイル等を備える。
このようにエンジン1Aは、気筒ごとに点火プラグ40,40A、及び点火装置50,50Aを設置した構成である。燃料は、吸気管31に接続されたインジェクタ13により供給され、吸気弁32が開くと主室37に導入される。インジェクタ13、吸気弁32、排気弁34、及び点火装置50,50Aは、それぞれECU20により動作が制御される。
本実施の形態に係るジェット燃焼システム55は、図17に示した安定燃焼領域131の範囲外である時に、従来構成とした火花燃焼システム55Aを活用する。特に、ジェット燃焼システム55の副室42を、従来のような主室37の側壁に設けられる直噴式のインジェクタと同じ位置に接続することで、火花燃焼システム55Aの点火プラグ40Aを主室37の中央付近である従来の位置に配置できる。このため、燃焼ロバスト性をより高めることができる。
<エンジン制御部の処理の例>
図21は、エンジン制御回路24が、エンジン1Aにおけるジェット強度Levelを判定し、制御量を補正する処理の例を示すフローチャートである。本実施の形態では、図20に示したように、ジェット燃焼システム55と、火花燃焼システム55Aとを用いてエンジン1Aの各部が制御される。なお、図18で既に説明した処理と同じ処理のステップについては説明を簡素化、又は省略する。
図21は、エンジン制御回路24が、エンジン1Aにおけるジェット強度Levelを判定し、制御量を補正する処理の例を示すフローチャートである。本実施の形態では、図20に示したように、ジェット燃焼システム55と、火花燃焼システム55Aとを用いてエンジン1Aの各部が制御される。なお、図18で既に説明した処理と同じ処理のステップについては説明を簡素化、又は省略する。
始めに、図4に示したジェット強度推定部51は、エンジン1Aの回転数、トルク、A/F、水温を把握する(S21)。次に、ジェット強度推定部51は、点火制御のための1次コイル63のチャージ時間、点火タイミングを決定する(S22)。ここで、ジェット強度推定部51は、ジェット燃焼用点火制御、従来用点火制御の両方の制御マップを用意して、各燃焼システムでの点火を制御する。なお、図18のステップS2に示したように、ジェット強度推定部51は、噴射制御、EGR弁開度等の決定も同様に行う。
その後、ステップS23,S24,S25,S27,S28,S30の各処理が行われる。これらの処理は、図18のステップS3,S4,S5,S7,S8,S10と同様である。なお、エンジン制御部52は、ステップS28の処理の後、接続子Bで示されるようにリターン処理を行う。後述するステップS26,S29,S31についても、エンジン制御部52は、各ステップの処理の終了後にリターン処理を行う。
ここで、エンジン制御部52は、ステップS25,S27,S30において、図17に示した安定燃焼領域131外と判定した場合、及び図19に示した暖機前判定とした場合、ステップS26,S28,S31にて点火プラグ40Aによる従来の点火燃焼を実施する(図中では、「従来点火制御」と記載する)。
一方、エンジン制御部52は、ステップS26,S28,S31以外の処理では、図18に示した、ジェット燃焼システム55を用いた制御と同じ火炎ジェット44を用いたジェット燃焼による制御を実施する。
一方、エンジン制御部52は、ステップS26,S28,S31以外の処理では、図18に示した、ジェット燃焼システム55を用いた制御と同じ火炎ジェット44を用いたジェット燃焼による制御を実施する。
エンジン制御部52が、火花燃焼システム55Aを用いて火花点火燃焼を実施する場合について説明する。例えば、エンジン1Aが極低温環境(例えば、氷点下)で使用される際は、ジェット強度が極めて弱くなる。この場合、副室温度が冷えすぎるので、1次電圧の電圧変動幅は、図17に示したLevel1より左側の失火の位置にある。つまり、ステップS25でエンジン制御部52が暖気前判定したときの1次電圧の電圧変動幅は、図19に示した暖気後判定に対して、所定値以上に離れてしまう。
この場合、エンジン制御部52は、副室温度を早く上げ、1次電圧の電圧変動幅と電圧変動率が図17に示したLevel1の範囲に入れなければ、ジェット燃焼システム55を安定して使用することができない。そこで、エンジン制御部52は、点火装置50Aに点火信号を入力し、点火プラグ40Aにより、主室37内の混合気を従来の点火燃焼で燃焼させる。主室37内で従来の点火燃焼が行われると、副室温度が早く上昇するため、暖機運転にかかる時間を短縮できる。
この際、エンジン制御部52は、点火装置50に点火信号を入力しておき、点火プラグ40で発生する火炎ジェット44のジェット強度を監視しておく。そして、エンジン制御部52は、ステップS25の暖機判定時に、図19のグラフに示される暖機後判定の値(電圧変動幅の値)に到達した時点で、エンジン制御部52は、点火装置50Aに入力していた点火信号を遮断し、従来の点火燃焼からジェット燃焼への制御に切り替える。
また、エンジン制御部52は、ステップS28、S31にてプレイグニッションと判定した場合、図18にて説明した手法により、副室42の強制冷却制御、又は運転点制御を実施する。それでも制御範囲内でプレイグニッションが収まらない場合、エンジン制御部52は、点火装置50に入力していた点火信号を遮断して、ジェット燃焼を停止する。そして、エンジン制御部52は、点火装置50Aに点火信号を入力し、従来の点火燃焼を実施する。このような制御により、副室温度が低下し、プレイグニッションを抑制することが可能となる。
また、エンジン制御部52は、ステップS31にてシリンダ圧の最大圧力(Pmax)が過大と判定した場合において、ジェット燃焼の点火パルス遅角化制御、又は高G/F制御を実施しても図17の安定燃焼領域131に制御できない場合、エンジン制御部52は、点火装置50に入力していた点火信号を遮断して、ジェット燃焼を停止する。そして、エンジン制御部52は、点火装置50Aに点火信号を入力し、従来の点火燃焼を実施する。このような制御により、副室温度が低下し、シリンダ圧の最大圧力(Pmax)を抑制することが可能となる。
このように、内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、平均値が第1領域(Level1)に含まれ、かつ、平均値の変動率が第1閾値(閾値th1)以上である場合、又は、平均値が第1領域(Level1)よりも小さい場合に、第1点火装置(点火装置50)への電流を供給する制御、第2点火タイミングを進角とする制御、及び、副燃焼室(副室42)に設置された加熱装置(副室ヒータ46)により副燃焼室(副室42)を加熱する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関(エンジン1)を制御する。
また、内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、平均値が第1領域(Level1)よりも大きい第2領域(Level2)に含まれ、かつ、平均値の変動率が第1閾値(閾値th1)未満であり、第1閾値(閾値th1)より小さい第2閾値(閾値th2)以上である場合に、第2点火タイミングをリタードする制御、副燃焼室(副室42)を冷却媒体で冷却する制御、内燃機関(エンジン1)の運転点(回転数、トルク)を変更する制御、及び第2点火装置(点火装置50)が第2点火プラグ(点火プラグ40)に供給する2次電流を遮断し、第1点火装置(点火装置50)への電流を供給する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関(エンジン1)を制御する。
また、内燃機関制御部(エンジン制御部52)は、平均値が第2領域(Level2)よりも大きい第3領域(Level3)に含まれ、かつ、平均値の変動率が第2閾値(閾値th2)未満であり、第2閾値(閾値th2)より小さい第3閾値(閾値th3)以上である場合、又は、平均値が第3領域(Level3)よりも大きい場合に、第2点火タイミングをリタードする制御、副燃焼室(副室42)を冷却媒体で冷却する制御、及び内燃機関(エンジン1)の運転点(回転数、トルク)を変更する制御、及び第2点火装置(点火装置50)が第2点火プラグ(点火プラグ40)に供給する2次電流を遮断し、第1点火装置(点火装置50)への電流を供給する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を行う。すなわち、エンジン制御部52は、熱効率を高めるための制御(高熱効率化制御)を実施する(S29)。高熱効率化制御は、図17のステップS9にて説明したのと同様の制御である。
以上説明した第2の実施の形態に係るジェット燃焼システム55及び火花燃焼システム55Aにおいても、エンジン制御回路24が、ジェット強度を推定し、推定したジェット強度をLevel分けして、Levelごとに適切な制御量でエンジン1Aの各部の動作を制御する。この際、エンジン制御部52は、ジェット燃焼システム55と火花燃焼システム55Aとを使い分けることができる。このような制御により、幅広い運転域、運転環境にて、ロバスト性の高い燃焼を実現しつつ、ジェット燃焼システム55と火花燃焼システム55Aを最大限に適用し、エンジン1Aを高効率に運転することが可能となる。
なお、エンジン1Aでは、ジェット燃焼システム55を主室37の天面に設け、火花燃焼システム55Aをシリンダ14の側壁に設けた構成としてもよい。また、インジェクタ13をシリンダ14内に設けた構成としてもよい。また、インジェクタ13をジェット燃焼システム55の副室42内に設けた構成としてもよい。
なお、本発明は上述した各実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した各実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
例えば、上述した各実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
1…エンジン、4…電子制御スロットル、12…アクセル開度センサ、13…インジェクタ、14…シリンダ、20…ECU、24…エンジン制御回路、35…ピストン、37…主室、38…シリンダ、40…点火プラグ、41…電極、42…副室、45…副室形成部材、50…点火装置、51…ジェット強度推定部、52…エンジン制御部、55…ジェット燃焼システム
Claims (16)
- 燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、
前記主燃焼室に連通し、前記主燃焼室から前記混合気を取り込む副燃焼室と、
前記副燃焼室の内部に取り付けられ、前記副燃焼室の内部で前記混合気を着火して発生した火炎ジェットを前記主燃焼室に噴射して、前記主燃焼室にある前記混合気を点火する点火プラグと、
1次コイル及び2次コイルを有し、所定の点火タイミングで前記点火プラグに2次電流を供給する点火装置と、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置であって、
前記点火装置の前記1次コイルに通電される1次電流、前記1次コイルに印加される1次電圧、前記2次コイルに通電される前記2次電流、及び前記2次コイルに印加される2次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、前記火炎ジェットの強度を推定するジェット強度推定部と、
推定された前記火炎ジェットの強度により判定した前記副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、前記内燃機関を制御する内燃機関制御部と、を備える
内燃機関制御装置。 - 前記ジェット強度推定部は、前記1次コイルへの通電が遮断された後の前記1次電圧の立下りの変化量が大きいほど、前記火炎ジェットの強度が大きいものと推定する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記火炎ジェットの強度の平均値を所定の領域に分け、前記領域ごとに分けた前記平均値、及び前記平均値の変動率に基づいて、前記副燃焼室の内部の燃焼状態を判定し、前記内燃機関を制御する
請求項2に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記1次コイルの通電遮断後の前記1次電圧の立下りの設定サイクルにおける前記平均値と、前記平均値の変動率とを算出し、前記平均値及び前記変動率に基づいて、前記点火タイミング、排気再循環弁の開度、スロットル開度、又は燃料噴射量を制御する
請求項3に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記平均値が第1領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が第1閾値以上である場合、又は、前記平均値が前記第1領域よりも小さい場合に、前記点火タイミングを進角とする制御、及び、前記副燃焼室に設置された加熱装置により前記副燃焼室を加熱する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
請求項4に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記平均値が前記第1領域よりも大きい第2領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が前記第1閾値未満であり、前記第1閾値より小さい第2閾値以上である場合に、前記点火タイミングをリタードする制御、前記副燃焼室を冷却媒体で冷却する制御、及び前記内燃機関の運転点を変更する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
請求項5に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記平均値が前記第2領域よりも大きい第3領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が前記第2閾値未満であり、前記第2閾値より小さい第3閾値以上である場合、又は、前記平均値が前記第3領域よりも大きい場合に、前記点火タイミングをリタードする制御、前記副燃焼室を冷却媒体で冷却する制御、及び前記内燃機関の運転点を変更する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を行う
請求項6に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記平均値が、前記第1領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第1閾値以下である場合、前記平均値が、前記第2領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第2閾値以下である場合、又は前記平均値が、前記第3領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第3閾値以下である場合に、前記排気再循環弁の開度を大きくする制御、前記スロットル開度を大きくする制御、及び前記燃料噴射量を多くする制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
請求項7に記載の内燃機関制御装置。 - 燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、
前記主燃焼室の内部に取り付けられ、前記主燃焼室にある前記混合気を点火する第1点火プラグと、
第1点火タイミングで前記第1点火プラグに電流を供給する第1点火装置と、
前記主燃焼室に連通し、前記主燃焼室から前記混合気を取り込む副燃焼室と、
前記副燃焼室の内部に取り付けられ、前記副燃焼室の内部で前記混合気を着火して発生した火炎ジェットを前記主燃焼室に噴射して、前記主燃焼室にある前記混合気を点火する第2点火プラグと、
1次コイル及び2次コイルを有し、第2点火タイミングで前記第2点火プラグに2次電流を供給する第2点火装置と、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置であって、
前記第2点火装置の前記1次コイルに通電される1次電流、前記1次コイルに印加される1次電圧、前記2次コイルに通電される前記2次電流、及び前記2次コイルに印加される2次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、前記火炎ジェットの強度を推定するジェット強度推定部と、
推定された前記火炎ジェットの強度により判定した前記副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、前記内燃機関を制御する内燃機関制御部と、を備える
内燃機関制御装置。 - 前記ジェット強度推定部は、前記1次コイルへの通電が遮断された後の前記1次電圧の立下りの変化量が大きいほど、前記火炎ジェットの強度が大きいものと推定する
請求項9に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記火炎ジェットの強度の平均値を所定の領域に分け、前記領域ごとに分けた前記平均値、及び前記平均値の変動率に基づいて、前記副燃焼室の内部の燃焼状態を判定する
請求項10に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記1次コイルの通電遮断後の前記1次電圧の立下りの設定サイクルにおける前記平均値と、前記平均値の変動率とを算出し、前記平均値及び前記変動率に基づいて、前記第2点火タイミング、排気再循環弁の開度、スロットル開度、又は燃料噴射量を制御する
請求項11に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記平均値が第1領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が第1閾値以上である場合、又は、前記平均値が前記第1領域よりも小さい場合に、前記第1点火装置への電流を供給する制御、前記第2点火タイミングを進角とする制御、及び、前記副燃焼室に設置された加熱装置により前記副燃焼室を加熱する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
請求項12に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記平均値が前記第1領域よりも大きい第2領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が前記第1閾値未満であり、前記第1閾値より小さい第2閾値以上である場合に、前記第2点火タイミングをリタードする制御、前記副燃焼室を冷却媒体で冷却する制御、前記内燃機関の運転点を変更する制御、及び前記第2点火装置が前記第2点火プラグに供給する前記2次電流を遮断し、前記第1点火装置への電流を供給する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
請求項13に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記平均値が前記第2領域よりも大きい第3領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が前記第2閾値未満であり、前記第2閾値より小さい第3閾値以上である場合、又は、前記平均値が前記第3領域よりも大きい場合に、前記第2点火タイミングをリタードする制御、前記副燃焼室を冷却媒体で冷却する制御、及び前記内燃機関の運転点を変更する制御、及び前記第2点火装置が前記第2点火プラグに供給する前記2次電流を遮断し、前記第1点火装置への電流を供給する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を行う
請求項14に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関制御部は、前記平均値が、前記第1領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第1閾値以下である場合、前記平均値が、前記第2領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第2閾値以下である場合、又は前記平均値が、前記第3領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第3閾値以下である場合に、前記排気再循環弁の開度を大きくする制御、前記スロットル開度を大きくする制御、及び前記燃料噴射量を多くする制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
請求項15に記載の内燃機関制御装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019193196A JP7222869B2 (ja) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 内燃機関制御装置 |
EP20879440.4A EP4050199A4 (en) | 2019-10-24 | 2020-09-18 | INTERNATIONAL ENGINE CONTROL DEVICE |
PCT/JP2020/035388 WO2021079665A1 (ja) | 2019-10-24 | 2020-09-18 | 内燃機関制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019193196A JP7222869B2 (ja) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 内燃機関制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021067223A true JP2021067223A (ja) | 2021-04-30 |
JP7222869B2 JP7222869B2 (ja) | 2023-02-15 |
Family
ID=75619396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019193196A Active JP7222869B2 (ja) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 内燃機関制御装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4050199A4 (ja) |
JP (1) | JP7222869B2 (ja) |
WO (1) | WO2021079665A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3076361B1 (fr) * | 2018-01-04 | 2019-12-13 | Safran Aircraft Engines | Procede de filtrage adaptatif |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002276519A (ja) * | 2001-03-15 | 2002-09-25 | Osaka Gas Co Ltd | エンジン及びその運転方法 |
JP2013227921A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Hitachi Automotive Systems Ltd | エンジン制御装置 |
JP2015190338A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 大阪瓦斯株式会社 | エンジン |
JP2016056684A (ja) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | エンジン制御装置 |
JP2017129081A (ja) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 三菱重工業株式会社 | 副室式ガスエンジン及びその運転制御方法 |
JP2018174030A (ja) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | 東邦瓦斯株式会社 | エンジンにおける点火プラグの劣化判定装置及び劣化判定方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4609357B2 (ja) * | 2006-03-24 | 2011-01-12 | 日産自動車株式会社 | 副室式内燃機関 |
JP5649160B2 (ja) | 2010-03-23 | 2015-01-07 | 大阪瓦斯株式会社 | エンジンの運転方法、エンジン、及び、そのエンジンに備えられる点火プラグ |
JP6302822B2 (ja) * | 2014-11-13 | 2018-03-28 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
-
2019
- 2019-10-24 JP JP2019193196A patent/JP7222869B2/ja active Active
-
2020
- 2020-09-18 EP EP20879440.4A patent/EP4050199A4/en active Pending
- 2020-09-18 WO PCT/JP2020/035388 patent/WO2021079665A1/ja unknown
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002276519A (ja) * | 2001-03-15 | 2002-09-25 | Osaka Gas Co Ltd | エンジン及びその運転方法 |
JP2013227921A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Hitachi Automotive Systems Ltd | エンジン制御装置 |
JP2015190338A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 大阪瓦斯株式会社 | エンジン |
JP2016056684A (ja) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | エンジン制御装置 |
JP2017129081A (ja) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 三菱重工業株式会社 | 副室式ガスエンジン及びその運転制御方法 |
JP2018174030A (ja) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | 東邦瓦斯株式会社 | エンジンにおける点火プラグの劣化判定装置及び劣化判定方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4050199A4 (en) | 2023-11-22 |
WO2021079665A1 (ja) | 2021-04-29 |
EP4050199A1 (en) | 2022-08-31 |
JP7222869B2 (ja) | 2023-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3514359B1 (en) | Method to be performed by a control device for an engine, and engine | |
US9140229B2 (en) | Knocking control system for gas engine | |
EP2700804B1 (en) | Gas engine, gas engine control apparatus, and gas engine control method | |
US10450970B2 (en) | Detecting and mitigating abnormal combustion characteristics | |
EP3514360B1 (en) | Engine | |
JP2001355484A (ja) | 圧縮自己着火式内燃機関 | |
EP3409928B1 (en) | Method of controlling gas engine and gas engine drive system | |
EP2829723B1 (en) | Control device of internal combustion engine with supercharger | |
KR20140138052A (ko) | 가스 또는 이중 연료 엔진의 작동 방법 | |
WO2021079665A1 (ja) | 内燃機関制御装置 | |
US9175612B2 (en) | Method and apparatus for controlling combustion of engine having mixed combustion mode | |
US10815917B2 (en) | Failure diagnosis device for in-cylinder pressure sensor | |
US11293395B2 (en) | Control device for engine | |
JP6011461B2 (ja) | 燃焼状態診断装置 | |
US20200072149A1 (en) | Failure diagnosis device for in-cylinder pressure sensor | |
JP7393368B2 (ja) | 内燃機関制御装置 | |
WO2023079799A1 (ja) | エンジン制御装置及びエンジン制御方法 | |
JP7259725B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
JP4911135B2 (ja) | 自着火燃焼検出装置 | |
JP6777119B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
JP6777120B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
JP2017002855A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
CN115142963A (zh) | 控制发动机高温负荷的方法、系统以及车辆 | |
JP2020084891A (ja) | 副室付内燃機関の制御装置 | |
JP2020183729A (ja) | エンジンの制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220518 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230131 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230203 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7222869 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |