JP2022150465A - エンジンシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】スワールコントロールバルブの開度が開側へと変化するときに、内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。【解決手段】エンジンシステム100は、気筒2、ピストン14、インジェクタ28及び点火プラグ32を備えるエンジン1と、吸気通路40内に設けられ、閉側の開度に設定されているときにスワール流を気筒2内に生成するように構成されたスワールコントロールバルブ(SCV)43と、エンジン1の運転状態に応じてSCV43の開度を制御するよう構成されたPCM80と、を有する。特に、PCM80は、エンジン1の運転状態に応じてSCV43の開度を開側へと変化させている間に、インジェクタ28による燃料噴射時期を、開度の変化前に適用されていた燃料噴射時期よりも遅角させるように、インジェクタ28を制御するよう構成されている。【選択図】図7
Description
本発明は、スワール流を気筒内に生成するスワールコントロールバルブを有するエンジンシステムに関する。
従来から、各気筒に吸気を供給する2つの吸気ポートの一方にスワールコントロールバルブ(以下では適宜「SCV」と表記する。)を設け、このSCVを閉側の開度(例えば全閉)に設定することで、スワール流を気筒内に生成する技術が知られている。例えば、特許文献1には、このようなSCVの開度を、エンジンの運転状態に応じて切り替える技術が開示されている。具体的には、この技術では、エンジンの低負荷領域ではSCVを閉じ、エンジンの高負荷領域ではSCVを開いている。特に、低負荷領域では、スワール流が発生した状態において燃料を圧縮行程で噴射することで、エンジンの成層燃焼運転を図り、高負荷領域では、タンブル流が発生した状態において燃料を吸気行程で噴射することで、エンジンの均質燃焼運転を図っている。
ところで、エンジンの運転状態の変化に応じてSCVの開度を開側へと変化させている間には、この開度の変化前(つまりSCVの開度が閉側に設定されているとき)よりも、吸気バルブ及び排気バルブのオーバーラップ期間に、排気通路から吸気通路へと排気ガスが吹き返す量が多くなる。すなわち、気筒内に残留した既燃ガスの吸気通路への逆流量が多くなる。その結果、気筒へと導入される既燃ガス(つまり、いわゆる内部EGRガス)の量が増加することで、燃焼安定性が低下してしまう。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、スワールコントロールバルブの開度が開側へと変化するときに、内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができるエンジンシステムを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンシステムであって、燃焼室を形成する気筒と、気筒内において往復運動するピストンと、燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、気筒内の燃料と吸気との混合気に点火する点火プラグと、を備えるエンジンと、エンジンの気筒へと吸気を供給する吸気通路内に設けられ、閉側の開度に設定されているときにスワール流を気筒内に生成するように構成されたスワールコントロールバルブと、燃料噴射弁及びスワールコントロールバルブを制御するよう構成された制御器であって、エンジンの運転状態に応じてスワールコントロールバルブの開度を制御するよう構成された制御器と、を有し、制御器は、エンジンの運転状態に応じてスワールコントロールバルブの開度を開側へと変化させている間に、燃料噴射弁による燃料噴射時期を、開度の変化前に適用されていた燃料噴射時期よりも遅角させるように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている、ことを特徴とする。
このように構成された本発明では、制御器は、エンジンの運転状態の変化に応じてスワールコントロールバルブ(SCV)の開度を開側へと変化させている間に、燃料噴射弁による燃料噴射時期を、この開度の変化前に適用されていた燃料噴射時期よりも遅角させる。このように燃料噴射時期が遅角された時期においては、燃焼室内におけるスワール流の形成がほぼ完了している。そのため、この時期に噴射された燃料は、スワール流により流されにくくなり、スワール流を貫徹して燃焼室の中央部に到達して、この中央部に滞留しやすくなる。その結果、点火プラグの周辺に燃料のリッチな領域が形成され、燃焼安定性を確保することができる。したがって、本発明によれば、SCVの開度が開側へと変化するときに、内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。
本発明において、好ましくは、制御器は、スワールコントロールバルブの開度の開側への変化が完了したときに、燃料噴射弁による燃料噴射時期を、開度の変化中に適用されていた燃料噴射時期よりも進角させるように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、制御器は、SCVの開度の変化が完了したときに、この変化中に一時的に遅角させていた燃料噴射時期を、遅角させない通常の燃料噴射時期へと戻す。これにより、燃料噴射時期の変更をSCVの開度の変化中に限定し、SCVの開度の変化の完了後は燃料噴射時期を元に戻すので、燃料噴射時期に関する制御の安定性を確保することができる。
このように構成された本発明によれば、制御器は、SCVの開度の変化が完了したときに、この変化中に一時的に遅角させていた燃料噴射時期を、遅角させない通常の燃料噴射時期へと戻す。これにより、燃料噴射時期の変更をSCVの開度の変化中に限定し、SCVの開度の変化の完了後は燃料噴射時期を元に戻すので、燃料噴射時期に関する制御の安定性を確保することができる。
本発明において、好ましくは、制御器は、スワールコントロールバルブの開度の開側への変化量が大きいほど、燃料噴射時期を遅角させる量を大きくするように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
SCVの開度の変化量が大きいほど、ガスの流動が強くなるので、スワール流が安定するまで時間がかかる。したがって、制御器は、SCVの開度の変化量が大きいほど、燃料噴射時期の遅角量を大きくして、スワール流が安定するまで燃料噴射を待機するようにする。これにより、SCVの開度の変化量が大きい場合にも、噴射された燃料をスワール流によらずに燃焼室の中央部に的確に配置させることができる。
SCVの開度の変化量が大きいほど、ガスの流動が強くなるので、スワール流が安定するまで時間がかかる。したがって、制御器は、SCVの開度の変化量が大きいほど、燃料噴射時期の遅角量を大きくして、スワール流が安定するまで燃料噴射を待機するようにする。これにより、SCVの開度の変化量が大きい場合にも、噴射された燃料をスワール流によらずに燃焼室の中央部に的確に配置させることができる。
本発明において、好ましくは、制御器は、スワールコントロールバルブによるスワール流を用いてエンジンが運転される状況では、エンジンの吸気行程中に燃料を1回のみ噴射するように燃料噴射弁を制御する一方で、スワールコントロールバルブによるスワール流を用いずにエンジンが運転される状況では、エンジンの吸気行程及び圧縮行程中にわたって燃料を複数回噴射するように燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、制御器は、SCVによるスワール流が用いられないエンジンの運転領域では、エンジンの吸気行程中及び圧縮行程中に燃料を分割噴射するので、エンジンの成層燃焼を効果的に実現することができる。
このように構成された本発明によれば、制御器は、SCVによるスワール流が用いられないエンジンの運転領域では、エンジンの吸気行程中及び圧縮行程中に燃料を分割噴射するので、エンジンの成層燃焼を効果的に実現することができる。
本発明において好適には、燃料噴射弁は、ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられている。
また、好適には、ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成され、点火プラグは、燃焼室の天井の中央部に設けられている。
また、好適には、ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成され、点火プラグは、燃焼室の天井の中央部に設けられている。
本発明のエンジンシステムによれば、スワールコントロールバルブの開度が開側へと変化するときに、内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステムについて説明する。
[エンジンシステムの構成]
図1は、本実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。図1に示すように、エンジンシステム100は、車両に搭載されるエンジン1を有する。このエンジン1は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。具体的には、エンジン1は、気筒2が設けられたシリンダブロック4(なお、図1では、1つの気筒2のみを図示するが、例えば4つの気筒2が直列に設けられる)と、このシリンダブロック4上に配設されたシリンダヘッド6と、シリンダブロック4の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン8とを有している。各気筒2内には、コンロッド10を介してクランクシャフト12と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。これらのシリンダヘッド6、気筒2及びピストン14は、エンジン1の燃焼室16を画定する。
図1は、本実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。図1に示すように、エンジンシステム100は、車両に搭載されるエンジン1を有する。このエンジン1は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。具体的には、エンジン1は、気筒2が設けられたシリンダブロック4(なお、図1では、1つの気筒2のみを図示するが、例えば4つの気筒2が直列に設けられる)と、このシリンダブロック4上に配設されたシリンダヘッド6と、シリンダブロック4の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン8とを有している。各気筒2内には、コンロッド10を介してクランクシャフト12と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。これらのシリンダヘッド6、気筒2及びピストン14は、エンジン1の燃焼室16を画定する。
エンジン1には、吸気通路40から吸気が供給される。この吸気通路40上には、エンジン1に供給する吸気量を調整可能なスロットルバルブ41、及び、エンジン1に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク42などが設けられている。また、吸気通路40の一部分は、エンジン1に接続された吸気ポート18を構成する。
エンジン1には、気筒2毎に、各々独立した2つの吸気ポート18及び2つの排気ポート20が接続されていると共に、これら吸気ポート18及び排気ポート20には、燃焼室16側の開口を開閉する吸気バルブ22及び排気バルブ24がそれぞれ配設されている。ここで、吸気バルブ22の開弁及びピストン14の下降に応じて、吸気ポート18から燃焼室16内に流入した吸気により、タンブル流(縦方向の渦流/縦渦)が生成される。
また、各気筒2において、2つの吸気ポート18の一方には、当該吸気ポート18の流路を開閉するスワールコントロールバルブ(SCV)43が設けられている。なお、図1では、SCV43が設けられた一方の吸気ポート18のみを図示し、SCV43が設けられていない他方の吸気ポート18については図示していない。SCV43が閉じている場合には、2つの吸気ポート18のうちの一方のみから燃焼室16内に吸気が流入することで、スワール流(横方向の渦流/横渦)が燃焼室16内に生成される。
エンジン1のシリンダヘッド6の下面は、燃焼室16の天井26を形成している。この天井26は、中央部からシリンダヘッド6下端まで延びる2つの対向する傾斜面を有する、いわゆるペントルーフ型となっている。また、シリンダヘッド6には、気筒2毎に、気筒2内に燃料を直接噴射する(直噴)インジェクタ(燃料噴射弁)28が取り付けられている。インジェクタ28は、ピストン14の軸線方向(つまりピストン14の移動方向)に対して傾いて設けられている。より詳しくは、インジェクタ28は、その噴口が、燃焼室16の天井26の周縁部において2つの吸気ポート18の間から斜め下方に向かってその燃焼室16内に臨むように配設されている。
更に、エンジン1のシリンダヘッド6には、気筒2毎に、燃焼室16内の混合気に強制点火する点火プラグ32が取り付けられている。点火プラグ32は、燃焼室16の天井26の中央部から下方へ延びるように、シリンダヘッド6内を貫通して配置されている。また、シリンダヘッド6には、各気筒2の吸気バルブ22及び排気バルブ24をそれぞれ駆動するバルブ駆動機構36が設けられている。このバルブ駆動機構36は、例えば、吸気バルブ22及び排気バルブ24のリフト量を変更することが可能な可変バルブリフト機構や、クランクシャフト12に対するカムシャフトの回転位相を変更することが可能なバルブ位相可変機構である。
上述したように、エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている一方で、エンジン1の他側面には、各気筒2の燃焼室16からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路44が接続されている。この排気通路44上には、排気ガスを浄化する触媒45(詳しくは触媒コンバータ)が設けられている。また、排気通路44において触媒45の下流側には、排気ガスを吸気通路40に還流させるためのEGR通路46が接続されている。このEGR通路46上には、還流させる排気ガス(以下では適宜「EGRガス」と呼ぶ。)を冷却するためのEGRクーラ47、及び、吸気通路40に還流させるEGRガスの量を調整するためのEGRバルブ48が設けられている。
次に、図2は、本実施形態によるエンジン1のピストン14、インジェクタ28及び点火プラグ32の詳細構造を示す斜視図である。図2に示すように、インジェクタ28は、複数の噴口30を有する多噴口型のインジェクタである。インジェクタ28は、当該インジェクタ28の軸線方向が水平方向から所定角にて下方に傾斜するように設けられている。これにより、インジェクタ28の各噴口30から噴射された燃料噴霧は、燃焼室16の天井26の周縁部から斜め下方に向かって放射状に広がる。
また、ピストン14の頂部を形成するピストン冠面14aは、その中央に向かって隆起するように凸型に形成されている。具体的には、ピストン冠面14aの中央には、ピストン14の軸線方向(換言するとピストン14の移動方向)に直交する水平面に沿った平坦面14bが、比較的広範囲にわたって形成されている。ピストン冠面14aには、所謂キャビティが形成されていない。
また、ピストン冠面14aは、当該ピストン冠面14aのインジェクタ28側の端部から中央に向かって斜め上方に延びるインジェクタ側斜面14cと、ピストン冠面14aのインジェクタ28から離間した側(以下、必要に応じて「反インジェクタ側」)の端部から中央に向かって斜め上方に延びる反インジェクタ側斜面14dとを備えている。これらのインジェクタ側斜面14c及び反インジェクタ側斜面14dは、燃焼室16の天井26(図1参照)に沿うように形成されている。
また、ピストン冠面14aのインジェクタ側の端部及び反インジェクタ側の端部には、水平面14eが形成されている。更に、ピストン冠面14aの反インジェクタ側斜面14dには、ピストン14と排気バルブ24との接触を回避するように窪んだ排気バルブリセス14fが形成されている。なお、ピストン14と吸気バルブ22との接触回避は、インジェクタ側斜面14cなどによって実現されるようになっている。
次に、図3は、本実施形態によるエンジンシステム100の電気的構成を示すブロック図である。PCM(パワートレイン・コントロール・モジュール)80は、回路により構成されており、周知のマイクロコンピュータをベースとする制御器である。PCM80は、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)としての1以上のマイクロプロセッサ80a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80bと、電気信号の入出力を行う入出力バス等を備えている。
PCM80には、各種のセンサが接続されている。具体的には、PCM80には、主に、アクセル開度センサS1及びクランク角センサS2が接続されている。アクセル開度センサS1は、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出し、クランク角センサS2は、クランクシャフト12の回転角(エンジン回転数に対応する)を検出する。これらのセンサS1、S2から出力された検出信号は、PCM80に入力される。
PCM80は、上記のセンサS1、S2から入力された検出信号に基づいて、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ80bに記憶されている。制御ロジックは、メモリ80bに記憶しているマップなどを用いて、目標量及び/又は制御量を演算することを含む。PCM80は、演算した制御量に係る制御信号を、主に、インジェクタ28、点火プラグ32、SCV43及びEGRバルブ48に出力する。
[制御内容]
次に、本実施形態においてPCM80が行う制御内容について説明する。基本的には、PCM80は、エンジン1の運転状態の変化に応じて、SCV43の開閉を切り替える、つまりSCV43の全閉から全開への切り替え、又はSCV43の全開から全閉への切り替えを行う。こうすることで、エンジン1の運転状態に応じて、SCV43によるスワール流を燃焼室16内に導入するか否かを切り替える。そして、本実施形態では、PCM80は、特にSCV43を全閉から全開へと切り替えるときに発生し得る、内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下を改善するための制御を行う。
次に、本実施形態においてPCM80が行う制御内容について説明する。基本的には、PCM80は、エンジン1の運転状態の変化に応じて、SCV43の開閉を切り替える、つまりSCV43の全閉から全開への切り替え、又はSCV43の全開から全閉への切り替えを行う。こうすることで、エンジン1の運転状態に応じて、SCV43によるスワール流を燃焼室16内に導入するか否かを切り替える。そして、本実施形態では、PCM80は、特にSCV43を全閉から全開へと切り替えるときに発生し得る、内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下を改善するための制御を行う。
まず、図4を参照して、SCV43を全閉又は全開に設定するエンジン1の運転領域について説明する。図4は、横軸に示されたエンジン回転数及び縦軸に示されたエンジン負荷により規定された、エンジン1の運転領域を表している。エンジン回転数が回転数閾値N1(例えば2500rpm)未満で且つエンジン負荷が負荷閾値L1未満の運転領域R1では、SCV43が全閉に設定される、つまりSCV43により生成されたスワール流を用いてエンジン1が運転される。また、この運転領域R1では、このようなスワール流が生成された状態において、エンジン1の吸気行程中に、燃料をインジェクタ28から1回のみ噴射(一括噴射)させることで、エンジン1の均質燃焼を実現するようにしている。
他方で、エンジン回転数が回転数閾値N1以上又はエンジン負荷が負荷閾値L1以上の運転領域R2では、SCV43が全開に設定される、つまりスワール流を用いずにエンジン1が運転される。また、運転領域R2においてエンジン回転数が回転数閾値N1未満である領域では、エンジン1の吸気行程中及び圧縮行程中に、燃料をインジェクタ28から複数回噴射(分割噴射)させることで、エンジン1の成層燃焼を実現するようにしている。これに対して、運転領域R2においてエンジン回転数が回転数閾値N1以上である領域では、エンジン1の吸気行程中に、燃料をインジェクタ28から1回のみ噴射(一括噴射)させることで、エンジン1の均質燃焼を実現するようにしている。
なお、図4では、回転数閾値N1及び負荷閾値L1が一定値である例を示しているが、他の例では、エンジン負荷が高くなるほど回転数閾値N1を小さくしたり、エンジン回転数が高くなるほど負荷閾値L1を小さくしたりしてもよい。
次に、図5を参照して、SCV43を全閉から全開へと切り替えるときに発生し得る、内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下について具体的に説明する。図5(A)~(D)は、それぞれ、吸気行程中の気筒2内(燃焼室16内)の状態を模式的に示しており、また、破線矢印は排気ガスの流れを示し、実線矢印は新気の流れを示している。具体的には、図5(A)~(C)は、気筒2内の状態を側方から見た模式図であり、図5(D)は、図5(C)に示す気筒2内の状態を上方から見た模式図である。
まず、エンジン1の運転状態が変化すると、具体的にはエンジン回転数が回転数閾値N1以上になった場合又はエンジン負荷が負荷閾値L1以上になった場合、つまりエンジン回転数及びエンジン負荷が属する領域が運転領域R1から運転領域R2へと変化した場合、SCV43が全閉から全開へと切り替えられる。こうしてSCV43が全閉から全開へと切り替えられると、1つの吸気ポート18のみが各気筒2に連通した状態から、2つの吸気ポート18が各気筒2に連通した状態へと遷移する。したがって、SCV43が全閉から全開へと切り替えられている間には、この切り替え前(SCV43の全閉時)よりも、図5(A)に示すように、吸気バルブ22及び排気バルブ24のオーバーラップ期間に、排気系から吸気系へと排気ガスが吹き返す量、つまり排気バルブ24と吸気バルブ22とを順に介して排気ガスが吸気通路40側へと逆流する量が多くなる。その結果、図5(B)、(C)に示すように、エンジン1の吸気行程中に、新気と一緒に燃焼室16へと導入される排気ガス(内部EGRガス)の量が増加する。
このような状況において、図5(C)に示すように、燃料F1がインジェクタ28から噴射される。具体的には、エンジン1の運転状態に応じて通常適用される、吸気行程中の燃料噴射時期(以下では「基本噴射時期」と呼ぶ。)において、燃料F1が噴射される。基本噴射時期は、吸気行程中における比較的早いタイミングである。吸気TDC、圧縮BDCのクランク角をそれぞれ360度、180度とすると(以下同様とする)、この基本噴射時期に対応するクランク角は、例えば280~300度である。このような基本噴射時期で燃料噴射すると、ほぼ全ての燃料F1が、図5(D)に示すように、燃焼室16内の周縁付近に配置される傾向にある。これは、以下のような理由による。
まず、吸気行程における基本噴射時期のような比較的早い時期では、燃焼室16内にはスワール流が完全に形成されていない、つまりスワール流の形成途中である。このようなスワール流の形成途中では、燃焼室16内に様々な方向の流れが存在するため、このときに噴射された燃料F1は様々な方向に流される。この後、スワール流が形成されていく間に、燃料F1のほぼ全てがこのスワール流に乗って横方向に流されていく。これにより、スワール流の形成が完了したときに、燃焼室16内の周縁付近に燃料F1のほぼ全てが配置されるのである。その結果、燃焼室16の中央部に位置する点火プラグ32の周辺の燃料がリーンになり、燃焼安定性が低下してしまう。
本実施形態では、このような燃焼安定性の低下を改善すべく、PCM80は、SCV43を全閉から全開へと切り替えている間に、燃料噴射時期を基本噴射時期よりも一時的に遅角させるようにインジェクタ28を制御する。例えば、本実施形態では、PCM80は、基本噴射時期のような燃焼室16内でのスワール流の形成途中の時期ではなく、燃焼室16内でのスワール流の形成がほぼ完成した後の時期を、SCV43の全閉から全開への切り替え中に適用する燃料噴射時期、つまり基本噴射時期から遅角させた燃料噴射時期として採用する。
このように遅角させた燃料噴射時期を適用することによる作用を、図6を参照して具体的に説明する。図6(A)、(B)も、それぞれ、吸気行程中の気筒2内(燃焼室16内)の状態を模式的に示しており、また、破線矢印は排気ガスの流れを示し、実線矢印は新気の流れを示している。具体的には、図6(A)は、気筒2内の状態を側方から見た模式図であり、図6(B)は、図6(A)に示す気筒2内の状態を上方から見た模式図である。
図6(A)に示すように、本実施形態では、PCM80は、SCV43の全閉から全開への切り替え中に、基本噴射時期よりも遅角させた噴射時期(クランク角で例えば250度)において、燃料F21をインジェクタ28から噴射させる。こうして噴射された燃料F21は、図6(B)に示すように、一部の燃料F23は燃焼室16内の周縁付近に配置されるが、残りの燃料F22は燃焼室16の中央部(つまり点火プラグ32付近)に配置される。これは、以下のような理由による。
まず、本実施形態で適用される、基本噴射時期から遅角させた比較的遅い燃料噴射時期においては、燃焼室16内におけるスワール流の形成がほぼ完了している。そのため、この時期に噴射された燃料F21においては、基本噴射時期で噴射された燃料F1のように、ほぼ全ての燃料が、様々な方向へと一旦流された後、形成されつつあるスワール流に乗って流されるという状態とはならない。したがって、本実施形態のように噴射された燃料F21は、スワール流により流されにくくなり、スワール流を貫徹して燃焼室16の中央部(スワール流の渦中心)に到達して、この中央部に滞留しやすくなる。その結果、本実施形態によれば、点火プラグ32の周辺に燃料のリッチな領域が形成されることにより、上記した内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。
次に、図7及び図8を参照して、本実施形態においてSCV43の全閉から全開への切り替え時に行われる制御について具体的に説明する。まず、図7は、本実施形態に係る制御の一例を示すタイムチャートである。図7は、上から順に、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン負荷、SCV開度、燃料噴射時期、のそれぞれの時間変化を示している。
時刻t1において、アクセル開度の上昇に伴って、エンジン回転数及びエンジン負荷が上昇する。この間、PCM80は、燃料噴射時期を徐々に遅角させていく。これは、流動が弱い低負荷域において、均質燃焼を的確に実現すべく、混合気のミキシング時間を確保するように燃料噴射時期を進角させていたからである。
そして、時刻t2において、エンジン回転数及びエンジン負荷が属する領域が運転領域R1から運転領域R2へと変化する(図4参照)。そのため、PCM80は、時刻t2において、SCV43の開度を全閉から全開へと切り替え始める。PCM80は、こうしてSCV43の開度を全閉から全開へと切り替えている時刻t2から時刻t3までの間、インジェクタ28の燃料噴射時期を基本噴射時期よりも一時的に遅角させる(白抜き矢印参照)。
そして、PCM80は、SCV43の切り替えが完了する時刻t3において、インジェクタ28の燃料噴射時期を、SCV43の切り替え中に適用していた燃料噴射時期から進角させる。換言すると、PCM80は、一時的に遅角させていた燃料噴射時期を、遅角させない燃料噴射時期へと戻す。こうすることで、燃料噴射時期に関する制御の安定性を確保するようにする。
次に、図8は、本実施形態に係る制御を示すフローチャートである。この制御は、PCM80によって所定の周期で繰り返し実行される。まず、ステップS11において、PCM80は、各種情報を取得する。具体的には、PCM80は、上記したようなアクセル開度センサS1及びクランク角センサS2の検出信号を少なくとも取得する。
次いで、ステップS12において、PCM80は、ステップS11で取得された情報に基づき、現在のエンジン1の運転状態、具体的には現在のエンジン回転数及びエンジン負荷を特定する。この場合、PCM80は、クランク角センサS2の検出信号に対応するクランク角(クランクシャフト12の回転角)に基づき、エンジン回転数を求める。また、PCM80は、アクセル開度センサS1の検出信号に対応するアクセル開度に基づき、車両の目標トルクを求めた後、この目標トルクに対応するエンジン負荷を求める。
次いで、ステップS13において、PCM80は、ステップS12で特定されたエンジン1の運転状態に基づき、SCV43を全閉から全開に切り替えるか否かを判定する。この場合、PCM80は、エンジン回転数及びエンジン負荷が属する領域が運転領域R1から運転領域R2へと変化したか否かを判定することで(図4参照)、SCV43の切り替え判定を行う。その結果、SCV43を全閉から全開に切り替えると判定されなかった場合(ステップS13:No)、PCM80は、図8に示すフローを抜ける。
これに対して、SCV43を全閉から全開に切り替えると判定された場合(ステップS13:Yes)、PCM80は、ステップS14及びS15に進む。この場合、PCM80は、SCV43の開度を全閉から全開へと切り替えるように当該SCV43を制御すると共に(ステップS14)、燃料噴射時期を基本噴射時期から一時的に遅角させるようにインジェクタ28を制御する(ステップS15)。例えば、PCM80は、事前に定められた所定の遅角量(典型的には固定値)を基本噴射時期に対して適用した燃料噴射時期を設定する。1つの例では、この遅角量は、燃焼室16内においてスワール流の形成が完了するような吸気行程におけるタイミングに基づき設定される。
次いで、ステップS16において、PCM80は、SCV43の全閉から全開への切り替えが完了したか否かを判定する。1つの例では、PCM80は、SCV43の開度の切り替え開始からの経過時間を所定時間(SCV43の切り替えに要する時間に相当し、事前に定められる)と比較することで、SCV43の切り替えを判定する。他の例では、PCM80は、SCV43の開度を検出するセンサからの検出信号に基づき、SCV43の切り替えを判定する。このような判定の結果、SCV43の切り替えが完了したと判定されなかった場合(ステップS16:No)、PCM80は、ステップS16の判定を再度行う。つまり、PCM80は、SCV43の切り替えが完了するまで、ステップS16の判定を繰り返す。
これに対して、SCV43の切り替えが完了したと判定された場合(ステップS16:Yse)、PCM80は、ステップS17に進む。ステップS17において、PCM80は、インジェクタ28の燃料噴射時期を、SCV43の切り替え中に適用していた燃料噴射時期から進角させる。つまり、PCM80は、一時的に遅角させていた燃料噴射時期を、遅角させない燃料噴射時期(具体的にはエンジン1の運転状態に応じて通常適用される燃料噴射時期)へと戻す。そして、PCM80は、図8に示すフローを抜ける。
[作用及び効果]
次に、本実施形態によるエンジンシステム100の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、PCM80は、SCV43を全閉から全開へと切り替えている間に、燃料噴射時期を基本噴射時期よりも遅角させるようにインジェクタ28を制御する。このように基本噴射時期から遅角された時期においては、燃焼室16内におけるスワール流の形成がほぼ完了している。そのため、この時期に噴射された燃料は、スワール流により流されにくくなり、スワール流を貫徹して燃焼室16の中央部に到達して、この中央部に滞留しやすくなる(図6(B)参照)。その結果、点火プラグ32の周辺に燃料のリッチな領域が形成され、燃焼安定性を確保することができる。したがって、本実施形態によれば、SCV43を全閉から全開へと切り替えるときに、内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。
次に、本実施形態によるエンジンシステム100の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、PCM80は、SCV43を全閉から全開へと切り替えている間に、燃料噴射時期を基本噴射時期よりも遅角させるようにインジェクタ28を制御する。このように基本噴射時期から遅角された時期においては、燃焼室16内におけるスワール流の形成がほぼ完了している。そのため、この時期に噴射された燃料は、スワール流により流されにくくなり、スワール流を貫徹して燃焼室16の中央部に到達して、この中央部に滞留しやすくなる(図6(B)参照)。その結果、点火プラグ32の周辺に燃料のリッチな領域が形成され、燃焼安定性を確保することができる。したがって、本実施形態によれば、SCV43を全閉から全開へと切り替えるときに、内部EGRガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。
また、本実施形態によれば、PCM80は、SCV43の全閉から全開への切り替えが完了したときに、インジェクタ28の燃料噴射時期を、SCV43の切り替え中に適用していた燃料噴射時期よりも進角させる。つまり、一時的に遅角させていた燃料噴射時期を、遅角させない通常の燃料噴射時期へと戻す。これにより、燃料噴射時期の変更をSCV43の開度の切り替え中に限定し、SCV43の開度の切り替え完了後は燃料噴射時期を元に戻すので、燃料噴射時期に関する制御の安定性を確保することができる。
また、本実施形態によれば、PCM80は、SCV43によるスワール流を用いずにエンジン1が運転される状況では(特に図4の運転領域R2においてエンジン回転数が回転数閾値N1未満である領域)、エンジン1の吸気行程中及び圧縮行程中に燃料を噴射(分割噴射)させるので、エンジン1の成層燃焼を効果的に実現することができる。
[変形例]
上記した実施形態では、SCV43を全閉と全開とのいずれかの状態に固定的に設定する例を示したが(当然、開度の切り替え中には全閉と全開との間の中間開度を経由することになるが、固定的に設定されるのは全閉と全開とのいずれかの状態である)、他の例では、SCV43を全閉と全開との間の様々な中間開度に固定的に設定してもよい。この他の例では、PCM80は、SCV43の開度を、エンジン1の運転状態に応じた中間開度に設定する。この場合、PCM80は、エンジン1の運転状態の変化に応じてSCV43の開度を開側へと変化させている間に、インジェクタ28の燃料噴射時期を、この開度の変化前に適用されていた燃料噴射時期よりも遅角させる。
上記した実施形態では、SCV43を全閉と全開とのいずれかの状態に固定的に設定する例を示したが(当然、開度の切り替え中には全閉と全開との間の中間開度を経由することになるが、固定的に設定されるのは全閉と全開とのいずれかの状態である)、他の例では、SCV43を全閉と全開との間の様々な中間開度に固定的に設定してもよい。この他の例では、PCM80は、SCV43の開度を、エンジン1の運転状態に応じた中間開度に設定する。この場合、PCM80は、エンジン1の運転状態の変化に応じてSCV43の開度を開側へと変化させている間に、インジェクタ28の燃料噴射時期を、この開度の変化前に適用されていた燃料噴射時期よりも遅角させる。
また、上記の他の例では、PCM80は、SCV43の開度の変化量(SCV開度変化量)に応じて、燃料噴射時期の遅角量を設定する。図9を参照して、SCV開度変化量に応じて遅角量を設定する方法について説明する。図9は、横軸にSCV開度変化量を示し、縦軸に燃料噴射時期の遅角量を示している。図9に示すように、PCM80は、SCV開度変化量が大きいほど、燃料噴射時期の遅角量を大きくする。なお、SCV開度変化量の最大値は、SCV43を全閉から全開へと切り替えるときの開度変化量であり、このSCV開度変化量の最大値が適用されるときには、燃料噴射時期の遅角量も最大値となる。
ここで、SCV開度変化量が大きいほど、ガスの流動が強くなるので、スワール流が安定するまで時間がかかる。したがって、PCM80は、SCV開度変化量が大きいほど、燃料噴射時期の遅角量を大きくして、スワール流が安定するまで燃料噴射を待機するようにする。これにより、SCV開度変化量が大きい場合にも、噴射された燃料をスワール流によらずに燃焼室16の中央部(つまり点火プラグ32の周辺)に的確に配置させることができる。
1 エンジン
2 気筒
14 ピストン
16 燃焼室
18 吸気ポート
28 インジェクタ(燃料噴射弁)
32 点火プラグ
40 吸気通路
43 スワールコントロールバルブ(SCV)
44 排気通路
45 触媒
46 EGR通路
48 EGRバルブ
80 PCM(制御器)
100 エンジンシステム
2 気筒
14 ピストン
16 燃焼室
18 吸気ポート
28 インジェクタ(燃料噴射弁)
32 点火プラグ
40 吸気通路
43 スワールコントロールバルブ(SCV)
44 排気通路
45 触媒
46 EGR通路
48 EGRバルブ
80 PCM(制御器)
100 エンジンシステム
Claims (6)
- エンジンシステムであって、
燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内において往復運動するピストンと、燃料を前記気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、前記気筒内の燃料と吸気との混合気に点火する点火プラグと、を備えるエンジンと、
前記エンジンの前記気筒へと吸気を供給する吸気通路内に設けられ、閉側の開度に設定されているときにスワール流を前記気筒内に生成するように構成されたスワールコントロールバルブと、
前記燃料噴射弁及び前記スワールコントロールバルブを制御するよう構成された制御器であって、前記エンジンの運転状態に応じて前記スワールコントロールバルブの開度を制御するよう構成された前記制御器と、
を有し、
前記制御器は、前記エンジンの運転状態に応じて前記スワールコントロールバルブの開度を開側へと変化させている間に、前記燃料噴射弁による燃料噴射時期を、前記開度の変化前に適用されていた燃料噴射時期よりも遅角させるように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、ことを特徴とするエンジンシステム。 - 前記制御器は、前記スワールコントロールバルブの開度の開側への変化が完了したときに、前記燃料噴射弁による燃料噴射時期を、前記開度の変化中に適用されていた燃料噴射時期よりも進角させるように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項1に記載のエンジンシステム。
- 前記制御器は、前記スワールコントロールバルブの開度の開側への変化量が大きいほど、前記燃料噴射時期を遅角させる量を大きくするように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項1又は2に記載のエンジンシステム。
- 前記制御器は、前記スワールコントロールバルブによる前記スワール流を用いて前記エンジンが運転される状況では、前記エンジンの吸気行程中に燃料を1回のみ噴射するように前記燃料噴射弁を制御する一方で、前記スワールコントロールバルブによる前記スワール流を用いずに前記エンジンが運転される状況では、前記エンジンの吸気行程及び圧縮行程中にわたって燃料を複数回噴射するように前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
- 前記燃料噴射弁は、前記ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられている、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
- 前記ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成され、
前記点火プラグは、前記燃焼室の天井の中央部に設けられている、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021053080A JP2022150465A (ja) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | エンジンシステム |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2021053080A JP2022150465A (ja) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | エンジンシステム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2022150465A true JP2022150465A (ja) | 2022-10-07 |
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Family Applications (1)
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JP2021053080A Pending JP2022150465A (ja) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | エンジンシステム |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2022150465A (ja) |
-
2021
- 2021-03-26 JP JP2021053080A patent/JP2022150465A/ja active Pending
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Legal Events
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