JP3572873B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の内燃機関の制御装置に係り、特に、供給燃料の成層化による希簿空燃比燃焼が可能な内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
気筒内に直接燃料噴射を行う燃料噴射弁を備えた内燃機関において、自動変速機の変速時等にトルクダウンが要求されたときには、例えば、特開平4−301153号公報に示されているように、直噴式の燃料噴射弁からの噴射時期を熱効率が悪化するように遅らせることによりトルクダウンを実現する内燃機関の制御装置や、燃料供給量を減量して混合気を希薄化してトルクダウンを図る方法が公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の燃料噴射時期によってトルクを変更する内燃機関の制御方法では、成層燃焼による希薄空燃比の実現によって燃費向上を図る場合に、噴射時期を大きく変更すると可燃混合気が点火プラグの位置を通りすぎてから火花が飛んでしまうため、燃焼状態が悪化したり失火したりするため、運転特性や排気特性がダウンする虞れを有していた。また、成層燃焼では燃費向上のために燃焼が不安定になる限界近くまで混合気が予め希薄化されているので、このような混合気の希薄化によりトルクダウンを図る場合でも、やはり燃焼状態が所望以上に悪化したり失火したりするため、この方法にあっても運転特性や排気特性が悪化してしまい易い、という課題を有していた。
【0004】
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするところは、上記内燃機関におけるトルクダウンの要求が生じた場合、点火時期を正規のタイミングより遅らせても、可燃混合気塊に近い点火プラグで確実に着火することができ、その結果、成層燃焼による燃費の向上を図る内燃機関における運転特性や排気特性を大幅に向上させることができる内燃機関の制御装置を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にあっては、吸気行程において燃焼室内に渦流を形成させ、該燃焼室内の特定領域に可燃混合気を形成して、この可燃混合気を点火プラグにより着火することで希薄燃焼を実現する内燃機関の制御装置を、現在のエンジントルクに対して変更を指示するトルク変更指示手段と、上記燃焼室内の可燃混合気の移動経路に配置され正規の点火時期において可燃混合気が周辺に到達する位置に配置された第1の点火プラグと、該第1の点火プラグより下流の可燃混合気移動経路上に前記正規の点火時期より所定の遅角された点火時期において可燃混合気が周辺に到達する位置に配置された第2の点火プラグと、上記トルク変更指示手段に応じてエンジントルクが現在値より低い値に変更されるときに点火時期を現在値よりトルク指示値に応じて遅らせ、或は、エンジントルクが現在値より高い値に変更されるときは点火時期を現在値よりトルク指示値に応じて進ませる点火時期設定手段と、該点火時期設定手段により設定された点火時期が所定の点火時期より進角側である場合は第1の点火プラグを選択し、遅角側である場合は第2の点火プラグを選択する点火プラグ選択手段と、で構成したことを特徴とするものである。
【0006】
【発明の実施の形態例】
以下、添付図面に示す発明の実施の一形態例に基づき、この発明を詳細に説明する。
【0007】
図1は、本形態例に係る制御装置が適用されるエンジンの基本構成を示す図であり、同図中、符号1は燃料噴射弁を、符号2はシリンダ壁面を、符号3は制御弁を、符号4,5は吸気管を、符号6は吸気弁を、符号7は可燃混合気塊を、符号8は排気管を、符号9は排気弁を、符号10は第1の点火プラグを、符号11は第2の点火プラグを夫々示している。また、図2は、ピストンの渦流形成のために形成された凹部12を示す図1X−X線断面図である。
【0008】
次に、上記構成からなるエンジンの作用について説明する。
【0009】
点火時期と燃焼により発生するトルクである「図示平均有効圧Pi 」の間には図3に示すような関係がある。
【0010】
正規、即ち、熱効率の最良点を与える点火時期の状態では、図4のように、筒内圧力最大時期θpmaxが所定目標値(θtarg:MBT或はノツク限界点)となるように、点火時期と燃料噴射時期を第1の点火プラグ10の位置に対して設定している。
【0011】
そして、上記「図示平均有効圧Pi 」は、図4に示す筒内圧力Pcyl と容積変化率dVを1サイクルにわたって積分し、その結果を行程容積で割ることで得られる。
【0012】
筒内圧力Pcyl のピーク時期が後にずれてピーク値が下がれば、発生トルクが減少するので、一般に筒内圧力Pcyl のピーク位置と図示平均有効圧Pi には図3に示すような関係になる。
【0013】
従って、この燃料噴射時期や点火時期を制御して、筒内圧力Pcyl のピーク時期を変えてやれば、空燃比を変えることなくトルクの低下を実現することができる。噴射時期や点火時期は1燃焼ごとに変更できるので、極めて応答性が良好なトルク変化を実現することができる。
【0014】
このような成層燃焼を行うメリットとしては、空燃比の希薄化による大幅な燃費の向上が挙げられる。図1に示す内燃機関では、運転状態により成層燃焼成と均質燃焼とに切り替えられる。
【0015】
例えば、均質燃焼時には制御弁3は全開であるが、成層燃焼時には制御弁3は全閉となる。このとき、吸入空気は、吸気管5からだけ燃焼室内に吸入されるので、ピストンに設けられた凹部12の効果と相俟って、燃焼室の吸気弁6側の半分に反時計回りの渦流がピストン運動方向垂直平面内に形成される。
【0016】
この渦流が形成されたところで、上記燃料噴射弁1より燃料を噴射すると、着火可能な濃い混合気の塊である可燃混合気塊7が形成され、可燃混合気塊7は渦流に乗って運動する。
【0017】
成層燃焼を行うエンジンで良好な燃焼を実現するためには、可燃混合気塊7が点火プラグ周辺に到達したときに点火を行う必要がある。今、燃料噴射時期が一定であるとする。通常のエンジンでは、点火プラグは、上記正規点火時期で可燃混合気塊7が丁度点火プラグの周辺に到達するように配置されている。このため正規点火時期より大きく点火時期を遅らせてトルクダウン要求に応じようとすると、可燃混合気塊7は点火の周辺を通りすぎてしまい、確実に燃焼されなくなることがある。
【0018】
この形態例では、これに対して、正規点火時期に対応する第1の点火プラグ10と、それより時間的に後に可燃混合気塊7が通過する位置に第2の点火プラグ11を配設しているので、点火時期を正規より遅らせても確実に可燃混合気塊7に着火することができる。
【0019】
図5と図6は、これを実現するための制御装置の基本的な構成を示すブロック図であり、同図中、符号21はトルク変更指示手段を、符号22は点火時期設定手段を、符号23は点火プラグ選択手段を、符号24は点火コイルを、符号25は点火回路を、符号26はプラグ切替スイッチを、符号27は点火スイッチを、符号28は電池を、符号29はクランク角センサを夫々示している。
【0020】
即ち、上記トルク変更指示手段21は、エンジンの1サイクルの開始にあたって起動され、スロットル開度やトルクコンバータのシフト信号等のエンジン運転状態信号やトランスミッションの運転状態信号を入力し、トルクの変化分を演算するものである。
【0021】
また、上記点火プラグ選択手段23は、点火時期Tの設定に応じて、点火時期Tが予め設定されている所定値TO より小さく進角していれば第1の点火プラグ10を点火回路25に接続し、点火時期Tが所定値TO と同じか、或は、より大きい(遅角)とき、第2の点火プラグ11を点火回路25に接続する。
【0022】
実際には、プラグ切替スイッチ26は、トランジスタ等の電気的なスイッチ回路として構成されており、点火プラグ選択手段23の電気的な信号に応じて第1の点火プラグ10と第2の点火プラグ11とを切り換える。所定値Toは渦流の速度や、第1の点火プラグ10と第2の点火プラグ11との間隔及び噴射される燃料の量等に対応させて予め設定される。
【0023】
点火時期設定手段22は、トルク変化分を入力して点火時期Tを演算する。この点火時期Tは、トルク変化分に対してマツプとして予め記憶しておくことができる。
【0024】
即ち、点火時期Tは、クランク角信号と比較され、クランク角が点火時期Tと一致したときに点火スイッチ27のON‐OFFが行われる。実際には点火スイッチ27はトランジスタ等の電気的なスイッチ回路として構成されており、噴射時期設定手段(図示せず)の点火スイッチのON‐OFFの信号に応じて点火プラグ10.11が点火回路25を介して電池28と接続され、第1の点火プラグ10または第2の点火プラグ11に火花が生じる。
【0025】
以上の説明は、ピストン運動面に対して垂直方向に渦流が形成されるエンジンを例にとり説明したが、例えば、渦流がピストン運動方向の面内に形成されるタンブル渦流式内燃機関では、第1の点火プラグ10と第2の点火プラグ11は、図7,8に示すように、渦流が形成される面とシリンダヘッドの断面の交わる曲線に配置すればよい。尚、本形態例において、図1乃至図6に記載された形態例と同様の構成部分については、図7と図8において図1乃至図6に記載された形態例と同一の符号を付して、その詳細な説明をここでは省略する。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る内燃機関の制御装置にあっては、成層燃焼によって燃費の向上をねらう内燃機関において、トルク変更の要求が生じた場合、点火時期を正規のタイミングより遅らせても可燃混合気塊に近い点火プラグで確実に着火することができるので、成層燃焼による燃費の向上を図る内燃機関における運転特性や排気特性を大幅に向上させることができる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の一形態例に係る制御装置が適用されるエンジンの基本的な構成を示す説明図である。
【図2】図1X−X線断面説明図である。
【図3】同制御装置による図示平均有効圧と点火時期の関係を示すグラフである。
【図4】同制御装置による筒内圧力変化と容積変化率及びクランク角度の関係を示すグラフである。
【図5】この発明の実施の一形態例に係る制御装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図6】同制御装置の制御ステップ例を示すフローチャートである。
【図7】この発明をタンブル渦流式エンジンに適用した場合の点火プラグの配置状態を示す説明図である。
【図8】図7X−X線断面説明図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射弁
4,5 吸気管
7 可燃混合気塊
8 排気管
10 第1の点火プラグ
11 第2の点火プラグ
21 トルク変更指示手段
22 点火時期設定手段
23 点火プラグ選択手段
25 点火回路
26 プラグ切替スイッチ
27 点火スイッチ
28 電池
29 クランク角センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine of an automobile or the like, and more particularly to a control device for an internal combustion engine capable of burning a rare air-fuel ratio by stratifying supply fuel.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine provided with a fuel injection valve that injects fuel directly into a cylinder, when a torque reduction is required at the time of shifting of an automatic transmission or the like, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-301153, A control device for an internal combustion engine that realizes torque reduction by delaying the injection timing from a direct injection type fuel injection valve so that thermal efficiency deteriorates, and aims to reduce the fuel supply amount to dilute the mixture to reduce the torque. Methods are known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional control method for an internal combustion engine in which the torque is changed according to the fuel injection timing, in order to improve the fuel efficiency by realizing a lean air-fuel ratio by stratified combustion, if the injection timing is largely changed, the combustible air-fuel mixture is changed to the ignition plug Since the sparks fly after passing through the position, the combustion state deteriorates or misfires occur, and there is a possibility that the operating characteristics and the exhaust characteristics may be reduced. Also, in stratified charge combustion, since the air-fuel mixture is preliminarily diluted to near the limit at which combustion becomes unstable in order to improve fuel efficiency, even when the torque is reduced by such a lean air-fuel mixture, the combustion state still remains. This method has a problem that the operating characteristics and the exhaust characteristics are liable to be deteriorated even in this method because the deterioration is caused more than desired or a misfire occurs.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has as its object the purpose of making a request for a torque reduction in the internal combustion engine, even if the ignition timing is delayed from a normal timing. It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can reliably ignite with a spark plug close to a lump and, as a result, significantly improve the operating characteristics and exhaust characteristics of the internal combustion engine, which aims to improve fuel efficiency by stratified combustion. Is what you do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a vortex is formed in a combustion chamber in an intake stroke, a combustible mixture is formed in a specific region in the combustion chamber, and the combustible mixture is ignited by a spark plug. the control apparatus for an internal combustion engine realizing the lean burn by a torque change instruction means for instructing a change to the current engine torque, combustible at the ignition timing of the normal is disposed in the moving path of the combustible mixture in the combustion chamber A first ignition plug arranged at a position where the mixture reaches the periphery, and a ignition timing at a predetermined retarded timing from the regular ignition timing on a combustible mixture movement path downstream of the first ignition plug . a second spark plug combustible mixture is placed in a position to reach the neighborhood, the ignition timing when the engine torque in response to the torque change instructing means is changed to a less than the current value the value current Ignition timing setting means for delaying the ignition timing from the current value in accordance with the torque instruction value or, when the engine torque is changed to a value higher than the current value, causing the ignition timing to advance from the current value in accordance with the torque instruction value; Spark plug selection means for selecting the first spark plug when the ignition timing set by the setting means is on the advance side of the predetermined ignition timing, and selecting the second spark plug when the ignition timing is on the retard side ; , Is characterized by the following.
[0006]
Embodiments of the present invention
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment of the invention shown in the accompanying drawings.
[0007]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an engine to which a control device according to the present embodiment is applied. In the figure,
[0008]
Next, the operation of the engine having the above configuration will be described.
[0009]
The relationship shown in FIG. 3 exists between the ignition timing and the “indicated average effective pressure P i ” that is the torque generated by combustion.
[0010]
Normal, i.e., in the state of an ignition timing which gives the best point of thermal efficiency, as shown in FIG. 4, cylinder pressure maximum timing theta pmax is a predetermined target value: such that (theta targ MBT or Notsuku limit point), the ignition The timing and the fuel injection timing are set with respect to the position of the
[0011]
The “indicated average effective pressure P i ” is obtained by integrating the in-cylinder pressure P cyl and the volume change rate dV shown in FIG. 4 over one cycle, and dividing the result by the stroke volume.
[0012]
If the peak timing of the in-cylinder pressure P cyl shifts later and the peak value decreases, the generated torque decreases. Therefore, in general, the peak position of the in-cylinder pressure P cyl and the indicated mean effective pressure P i have a relationship as shown in FIG. become.
[0013]
Therefore, if the peak timing of the in-cylinder pressure P cyl is changed by controlling the fuel injection timing and the ignition timing, it is possible to reduce the torque without changing the air-fuel ratio. Since the injection timing and the ignition timing can be changed for each combustion, it is possible to realize a torque change with extremely good responsiveness.
[0014]
As an advantage of performing such stratified combustion, there is a significant improvement in fuel efficiency due to a lean air-fuel ratio. In the internal combustion engine shown in FIG. 1, the mode is switched between stratified combustion and homogeneous combustion depending on the operation state.
[0015]
For example, the
[0016]
When this vortex is formed, when fuel is injected from the
[0017]
In order to achieve good combustion in an engine that performs stratified combustion, it is necessary to ignite when the
[0018]
In this embodiment, on the other hand, the
[0019]
5 and 6 are block diagrams showing a basic configuration of a control device for realizing this. In FIG. 5,
[0020]
That is, the torque change instruction means 21 is started at the start of one cycle of the engine, inputs an engine operation state signal such as a throttle opening and a shift signal of a torque converter, and an operation state signal of a transmission, and detects a change in torque. It is to calculate.
[0021]
Further, the ignition
[0022]
Actually, the
[0023]
The ignition timing setting means 22 calculates the ignition timing T by inputting the torque change. This ignition timing T can be stored in advance as a map for the amount of change in torque.
[0024]
That is, the ignition timing T is compared with the crank angle signal, and the
[0025]
In the above description, an engine in which a vortex is formed in a direction perpendicular to the piston movement surface has been described as an example. For example, in a tumble vortex type internal combustion engine in which a vortex is formed in a plane in the piston movement direction, the first is As shown in FIGS. 7 and 8, the
[0026]
【The invention's effect】
As described above, in the control device for an internal combustion engine according to the present invention, in the internal combustion engine that aims to improve fuel efficiency by stratified combustion, when a request for changing the torque occurs, the ignition timing is delayed from the normal timing. Can reliably ignite with an ignition plug close to the combustible air-fuel mass, so that it is possible to greatly improve the operating characteristics and exhaust characteristics of the internal combustion engine, which aims to improve fuel efficiency by stratified combustion. Can be
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a basic configuration of an engine to which a control device according to an embodiment of the present invention is applied;
FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an indicated average effective pressure and an ignition timing by the control device.
FIG. 4 is a graph showing a relationship among a cylinder pressure change, a volume change rate, and a crank angle by the control device.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a basic configuration of a control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing an example of control steps of the control device.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the arrangement of spark plugs when the present invention is applied to a tumble swirl type engine.
FIG. 8 is an explanatory sectional view taken along line XX of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
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