JP4107099B2 - High compression ratio supercharging lean burn engine operation mode controller - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧縮比過給式のリーンバーンエンジンに係り、更に詳細には高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
自動車等の車輌のエンジンの一つとして、例えば本願出願人の出願にかかる下記の特許文献1に記載されている如く、給気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備え、軽負荷域に於いてはポート噴射のみを使用しバルブオーバラップにより自着火域を拡大し、高負荷域に於いては筒内燃料噴射量を低減し、安定燃焼域を拡大するよう構成された圧縮点火式エンジンが従来より知られている。
【特許文献1】
特開平10−252512号公報
【特許文献2】
特開2002−130006号公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高負荷時にもリーンバーンを行わせて高効率及び低燃費を達成すべく、圧縮比が高く設定され給気の過給が行われる高圧縮比過給式リーンバーンエンジンに於いては、高負荷域では圧縮比が高く且つ高トルクを得るための過給により空気量が多いため、たとえ空燃比がリーンであってもノックや自着火が生じ易く、そのため燃焼騒音やエンジン損傷の問題が生じ易く、筒内直噴を行って混合気温度を下げるだけでは、これらの問題を解消することができない。
【0004】
また従来の火花点火式エンジンに於いては、高負荷域に於けるノックや自着火を防止すべく点火時期を遅角することが行われているが、点火時期の遅角によりエンジンの出力トルクが低下したり燃費が悪化することが避けられないという問題がある。
【0005】
本発明は、従来の高圧縮比過給式リーンバーンエンジンや火花点火式エンジンに於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、拡散燃焼(圧縮点火による燃焼)によれば予混合火花点火の場合に比して空燃比のリーン化が可能であり、また高負荷域に於いて拡散燃焼をさせることによりノックフリーを実現できることに着目し、エンジン負荷に応じて火花点火による燃焼及び拡散燃焼を使い分けることにより、出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於けるノックや自着火を防止し燃費を向上させることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項1の構成、即ち高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置にして、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性を示す複数のパラメータに基づいて複数の所定値を設定し、エンジン負荷が何れかの所定値以下であるときには燃料を火花点火により燃焼させる火花点火モードにてエンジンを運転し、エンジン負荷が全ての所定値よりも高いときには燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジンを運転することを特徴とする高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置によって達成される。
【0007】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1の構成に於いて、前記運転モード制御装置は各パラメータにより示される燃焼容易性が高いほど前記所定値が低くなるよう前記燃焼容易性に応じて前記所定値を可変設定するよう構成される(請求項2の構成)。
【0010】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1又は2の構成に於いて、前記運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも二つのパラメータに基づいて複数の所定値を設定するよう構成される(請求項3の構成)。
【0011】
【発明の作用及び効果】
上記請求項1の構成によれば、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性を示す複数のパラメータに基づいて複数の所定値が設定され、エンジン負荷が何れかの所定値以下であるときには燃料を火花点火により燃焼させる火花点火モードにてエンジンを運転し、エンジン負荷が全ての所定値よりも高いときには燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジンを運転するので、エンジンの高負荷域に於いて拡散燃焼により空燃比をリーン化すると共にノックフリーを達成することができ、従って点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於ける燃費を向上させることができ、特にエンジンに於ける燃料の燃焼容易性が確実に高い状況に於いてエンジンを拡散燃焼モードにて運転することができ、これにより失火の如きエンジンの運転状態が不安定になることを確実に防止することができる。
【0012】
また上記請求項2の構成によれば、各パラメータにより示される燃焼容易性が高いほど所定値が低くなるよう燃焼容易性に応じて所定値を可変設定するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性に応じて火花点火モードと拡散燃焼モードとの間に於けるエンジンの運転モードの切り替えを適正に行うことができ、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性が高いほどエンジン負荷が低い領域より拡散燃焼モードにてエンジンを運転することができることにより、燃費を更に一層向上させることができる。
【0015】
また上記請求項3の構成によれば、運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも二つのパラメータに基づいて複数の所定値を設定するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性が高い状況であるか否かを確実に判定することができる。
【0016】
【課題解決手段の好ましい態様】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項1乃至3の何れか一つの構成に於いて、運転モード制御装置は火花点火モードに於いてはエンジンの給気ポートに燃料を噴射するよう構成される(好ましい態様1)。
【0017】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項1乃至3の何れか一つの構成に於いて、運転モード制御装置は拡散燃焼モードに於いてはエンジンの燃焼室内に燃料を噴射するよう構成される(好ましい態様2)。
【0020】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項2の構成に於いて、運転モード制御装置はエンジン回転数及び各パラメータに応じて対応する所定値を可変設定するよう構成される(好ましい態様3)。
【0021】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項1乃至3の何れか一つの構成に於いて、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にもスロットル開度が全開状態にない場合には、運転モード制御装置はエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後にスロットル開度の増大率を漸次増大させつつスロットル開度を速やかに全開状態にもたらすよう構成される(好ましい態様4)。
【0022】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項1乃至3の何れか一つの構成に於いて、エンジンの運転モードが拡散燃焼モードより火花点火モードへ切り替わる際の所定値はエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際の所定値よりも低いよう構成される(好ましい態様5)。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施の形態(以下単に実施形態という)について詳細に説明する。
【0024】
第一の参考例
図1は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された燃焼モード制御装置の第一の参考例を示す概略構成図である。
【0025】
図1に於いて、10は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンを示しており、エンジン10は各気筒に設けられた複数のピストン12と、ピストン12を往復動可能に支持するシリンダブロック14と、各気筒毎にピストン12及びシリンダブロック14と共働して燃焼室16を郭定するシリンダヘッド18とを有している。尚エンジン10の圧縮比は例えば15以上20以下程度の高圧縮比に設定されている。
【0026】
シリンダヘッド18には燃焼室16と連通する給気ポート20及び排気ポート22が設けられており、給気ポート20及び排気ポート22はそれぞれ給気バルブ24及び排気バルブ26により開閉される。またシリンダヘッド18には火花点火を行う点火プラグ28及び燃焼室16内に燃料を噴射する筒内噴射弁30が設けられ、給気ポート20には該給気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁32が設けられている。
【0027】
各給気ポート20には給気マニホールドホールド34の枝菅部が接続され、給気マニホールドホールド34の集合管部は吸気管36によりエアーフローメータ38及びエアークリーナ40に接続されている。吸気管36にはスロットルバルブ42が設けられており、スロットルバルブ42の開度はアクチュエータ44により制御される。
【0028】
各排気ポート22には排気マニホールドホールド46の枝菅部が接続され、排気マニホールドホールド46の集合管部は排気管48により図1には示されていない排気ガス浄化装置及びマフラーに接続されている。排気管48及び吸気管36にはそれぞれターボチャージャ50のタービン52及びコンプレッサ54が設けられ、これにより例えば1.1以上の過給圧比にて吸気の過給が行われるようになっている。
【0029】
点火プラグ28は図1には示されていないディストリビュータを介して電子制御装置56により制御され、筒内噴射弁30及びポート噴射弁32も電子制御装置56により制御され、スロットルバルブ42もアクチュエータ44を介して電子制御装置56により制御される。
【0030】
図1に示されている如く、電子制御装置56にはエアーフローメータ38より吸入空気量Ainを示す信号、アクセル開度センサ58よりアクセル開度(運転者によるアクセルペダル踏み込み量)θを示す信号、エンジン回転数センサ60よりエンジン回転数Neを示す信号が入力され、また図1には示されていないが、エンジン冷却水温の如き他のエンジン運転パラメータを示す信号が入力される。
【0031】
尚図1には詳細に示されていないが、電子制御装置56はCPUとROMとRAMと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続された一般的な構成のマイクロコンピュータ及び駆動回路よりなっていてよい。
【0032】
電子制御装置56は後述の図3に示されたフローチャートに従ってエンジン10の燃焼モードを制御する。特に第一の参考例に於いては、電子制御装置56はエンジン回転数Neに基づき図2に示されたグラフに対応するマップより基準値Ainoを演算し、エンジン負荷としての吸入空気量Ainが基準値Aino以下であるときには、ポート噴射弁32により給気ポート20を経て燃焼室16内に燃料を噴射すると共に、点火プラグ28により混合気を点火する火花点火モードにてエンジン10を運転する。
【0033】
これに対し電子制御装置56は、吸入空気量Ainが基準値Ainoを越えているときには、筒内噴射弁30により燃焼室16内に直接燃料を噴射すると共に、点火プラグ28による点火を行うことなく圧縮点火により混合気を点火し拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジン10を運転する。
【0034】
尚上記二つの運転モードに於ける燃料噴射量やスロットル開度の制御及び火花点火モードに於ける点火時期の制御等は当技術分野に於いて公知の要領にて行われ、これらの制御は本発明の要旨をなすものではないので、これらの制御の説明については省略するが、何れの運転モードの場合にも燃料噴射量は空燃比がエンジン10の運転状態に応じた所定のリーンの空燃比になるよう制御される。
【0035】
また図5に示されている如く、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が既に全開状態になっている場合には、スロットル開度は拡散燃焼モードに於いてもそのまま全開状態に維持される。
【0036】
これに対し図6に示されている如く、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態になっていない場合に、拡散燃焼モード時のポンプ損を低減すべく、図6に於いて仮想線にて示されている如く運転モードの切り替わりと同時にスロットル開度が全開に制御されると、吸入空気量の変化が大きくなり、出力トルクに段差が生じたりノックや自着火を起こしやすくなってしまう。
【0037】
従って図6に於いて実線にて示されている如く、運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後のエンジン負荷の増大に伴いスロットル開度はその増大率を漸次増大させることにより速やかに全開状態にもたらされるよう制御される。尚このスロットル開度の制御は後述の他の参考例及び実施形態に於いても同様である。
【0038】
次に図3に示されたフローチャートを参照して第一の参考例に於ける燃焼モード制御ルーチンについて説明する。尚図3に示されたフローチャートによる制御は図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。
【0039】
まずステップ50に於いてはエアーフローメータ38により検出された吸入空気量Ainを示す信号等の読み込みが行われ、ステップ100に於いてはエンジン回転数Neに基づき図2に示されたグラフに対応するマップより基準値Ainoが演算される。
【0040】
ステップ150に於いては吸入空気量Ainが基準値Ainoを越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときには、即ちエンジン負荷が基準値以下であるときには、ステップ200に於いてエンジン10の運転モードを火花点火モードに設定し、肯定判別が行われたときには、即ちエンジン負荷が基準値を越えているときには、ステップ250に於いてエンジン10の運転モードを拡散燃焼モードに設定する。
【0041】
ステップ300に於いては設定された運転モードが火花点火モードにであるときには、ポート噴射弁32により給気ポート20を経て燃焼室16内に燃料を噴射すると共に、点火プラグ28により混合気を点火する火花点火モードにてエンジン10を運転制御し、設定された運転モードが拡散燃焼モードにであるときには、筒内噴射弁30により燃焼室16内に直接燃料を噴射すると共に、点火プラグ28による点火を行うことなく圧縮点火により混合気を点火し拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジン10を運転制御する。
【0042】
かくして図示の第一の参考例によれば、吸入空気量Ainが基準値Aino未満でありエンジン負荷が基準値以下であるときには、ステップ150に於いて否定判別が行われ、ステップ200に於いてエンジン10の運転モードが火花点火モードに設定されるが、吸入空気量Ainが基準値Ainoを越えておりエンジン負荷が基準値以上であるときには、ステップ150に於いて肯定判別が行われ、ステップ250に於いてエンジン10の運転モードが拡散燃焼モードに設定される。
【0043】
従って図4に示されている如く、エンジン負荷が高いときにはエンジンを拡散燃焼モードにて運転し、拡散燃焼により空燃比をリーン化すると共にノックの発生を効果的に防止することができ、これにより点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於ける燃費を向上させることができる。
【0044】
特に図示の参考例によれば、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態になっていない場合には、運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後のエンジン負荷の増大に伴いスロットル開度はその増大率を漸次増大させることにより速やかに全開状態にもたらされるよう制御されるので、運転モードの切り替わりと同時にスロットル開度が全開に制御される場合に生じる出力トルクの段差的上昇及びノックや自着火の発生を効果的に防止することができる(尚この効果は後述の他の参考例及び実施形態に於いても同様に得られる)。
【0045】
第二の参考例
図7は多種類の燃料を使用可能な高圧縮比過給式リーンバーンエンジンに適用された燃焼モード制御装置の第二の参考例に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。尚図6に於いて図3に示されたステップと同一のステップには図3に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている(このことは後述の実施形態についても同様である)。
【0046】
尚この第二の参考例に於いては、図には示されていないが、エンジン10は軽油、レギュラーガソリン、ハイオクタンガソリン、エタノールの如く多種類の燃料にて運転可能であり、電子制御装置56には運転者により操作されるスイッチにより使用される燃料を示す信号が入力される。
【0047】
この第二の参考例に於いては、ステップ50の次に実行されるステップ55に於いて、使用される燃料が軽油であるか否かの判別が行われ、肯定判別が行われたときにはそのままステップ250へ進み、否定判別が行われたときにはステップ60に於いて図8に示されている如く使用される燃料の種類(着火性)に応じて基準値Ainoを演算するためのマップが選択される。
【0048】
尚燃料の着火性は運転者により操作されるスイッチより入力される燃料を示す信号に基づいて判定されるが、一般に、燃料のオクタン価が高いほど燃料の着火性が低いと判定され、燃料のセタン価が高いほど燃料の着火性が高いと判定される。
【0049】
ステップ100に於いてはステップ60に於いて選択されたマップ(図8)よりエンジン回転数Neに基づき基準値Ainoが演算され、しかる後上述の第一の参考例の場合と同様の要領にてステップ150〜300が実行される。
【0050】
かくしてこの第二の参考例によれば、軽油を含む様々な燃料にてエンジンを運転することができると共に、使用される燃料の種類(着火性)及びエンジンの負荷に応じてエンジンの運転モードを火花点火モードと拡散燃焼モードとの間に適正に切り替えることができ、これにより様々な燃料が使用される場合にも点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於ける燃費を向上させることができる。
【0051】
第一の実施形態
図9は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第一の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【0052】
この第一の実施形態に於いては、ステップ50の次に実行されるステップ70に於いて、エンジンの暖機状態、燃料の性状(着火性)、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無に応じてエンジン10に於ける燃料の燃焼容易性の指標値K1〜K6が演算される。
【0053】
この場合、エンジン冷却水温Trwが低いほど大きくなるよう、換言すればエンジンの暖機状態が低いほど大きくなるようエンジン10の暖機状態に基づく燃焼容易性の指標値K1が演算され、燃料の着火性が高いほど小さくなるよう燃料の性状に基づく燃焼容易性の指標値K2が演算され、可変バルブタイミングの制御により変動するエンジン10の実圧縮比が高いほど小さくなるようエンジンの実圧縮比に基づく燃焼容易性の指標値K3が演算される。
【0054】
また吸気温度が低く吸気圧力が低く湿度が高いほど大きくなるようエンジンの運転環境条件に基づく燃焼容易性の指標値K4が演算され、筒内圧の検出又はイオン電流計の計測により筒内の燃焼状態が計測され、燃焼時間が長いほど大きくなるよう、またエンジン10の軸トルクが予測値よりも小さくトルク変動が大きいほど大きくなるよう、燃料の燃焼状態に基づく燃焼容易性の指標値K5が演算され、火花点火運転モードに於いてノックの発生が検出されたときには小さくなるようノック発生の有無に基づく燃焼容易性の指標値K6が演算される。
【0055】
ステップ75に於いては燃焼容易性の指標値K1〜K6の和が燃焼容易性の指標値Kとして演算されると共に、図10に示されている如く燃焼容易性の指標値Kに応じて基準値Ainoを演算するためのマップが選択され、ステップ100に於いてはステップ75に於いて選択されたマップ(図10)よりエンジン回転数Neに基づき基準値Ainoが演算され、しかる後上述の第一の参考例の場合と同様の要領にてステップ150〜300が実行される。
【0056】
かくしてこの第一の実施形態によれば、エンジン冷却水温Trwに基づくエンジンの暖機状態、燃料の着火性、エンジンの実圧縮比、吸気温度や吸気圧力や湿度に基づくエンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無に基づいて燃焼容易性の指標値Kが演算され、燃焼容易性の指標値K及びエンジン回転数Neに基づき基準値Ainoが演算される。
【0057】
従ってこの実施形態によれば、エンジン10に於ける燃焼容易性及びエンジンの負荷に応じて最適にエンジンの運転モードを火花点火モードと拡散燃焼モードとの間に切り替えることができ、上述の第一及び第二の参考例の場合よりも適正にエンジンの運転モードを切り替え設定することができる。
【0058】
第二の実施形態
図11は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第二の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【0059】
この第二の実施形態に於いては、ステップ50の次に実行されるステップ80に於いてエンジンの暖機状態を示すエンジン冷却水温Trwに応じて可変設定される図12に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Neに基づきエンジンの暖機状態に基づく判定の基準値Aino1が演算され、ステップ85に於いて吸入空気量Ainが基準値Aino1を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ200へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ90へ進む。
【0060】
ステップ90に於いては燃料の着火性に応じて可変設定される図13に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Neに基づき燃料の性状に基づく判定の基準値Aino2が演算され、ステップ95に於いては吸入空気量Ainが基準値Aino2を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ200へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ100へ進む。
【0061】
ステップ100に於いてはエンジンの実圧縮比に応じて可変設定される図14に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Neに基づきエンジンの実圧縮比に基づく判定の基準値Aino3が演算され、ステップ105に於いては吸入空気量Ainが基準値Aino3を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ200へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ110へ進む。
【0062】
ステップ110に於いてはエンジンの運転環境条件に応じて可変設定される図15に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Neに基づきエンジンの運転環境条件に基づく判定の基準値Aino4が演算され、ステップ115に於いては吸入空気量Ainが基準値Aino4を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ200へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ120へ進む。
【0063】
ステップ120に於いては燃料の燃焼状態に応じて可変設定される図16に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Neに基づき燃料の燃焼状態に基づく判定の基準値Aino5が演算され、ステップ125に於いては吸入空気量Ainが基準値Aino5を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ200へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ130へ進む。
【0064】
ステップ130に於いては火花点火運転モードに於けるノック発生の有無に応じて可変設定される図17に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Neに基づきノック発生の有無に基づく判定の基準値Aino6が演算され、ステップ135に於いては吸入空気量Ainが基準値Aino6を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはステップ200へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ250へ進む。尚この実施形態に於いてもステップ200〜300は上述の第一の参考例の場合と同様に実行される。
【0065】
かくしてこの第二の実施形態によれば、エンジンの暖機状態、燃料の性状(着火性)、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の各パラメータについてエンジンの運転モードを判定するための基準値Aino1〜Aino6が演算され、全てのパラメータについて吸入空気量Ainが基準値を越えている場合にエンジン10の運転モードが拡散燃焼モードに設定される。
【0066】
従ってこの実施形態によれば、エンジン10に於ける燃料の燃焼容易性が確実に高い状況に於いてエンジンを拡散燃焼モードにて運転することができ、これにより失火の如きエンジンの運転状態が不安定になることを確実に防止することができると共に、点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化をできるだけ回避しつつ高負荷域に於ける燃費を確実に向上させることができる。
【0067】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【0068】
例えば上述の各参考例及び実施形態に於いては、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態になっていない場合には、図6に於いて実線にて示されている如く、運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後のエンジン負荷の増大に伴いスロットル開度はその増大率を漸次増大させることにより速やかに全開状態にもたらされるようになっているが、エンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態に近い開度である場合には、直ぐに全開に制御されてもよい。
【0069】
また上述の第二の参考例に於いては、燃料として軽油も使用可能であり、軽油が使用される場合にはエンジンの運転モードがエンジン負荷に拘らず拡散燃焼モードに設定されるようになっているが、軽油は使用されないよう修正されてもよい。
【0070】
また上述の第一の実施形態に於いては、燃焼容易性の指標値K1〜K6の和が燃焼容易性の指標値Kとして演算されるようになっているが、燃焼容易性の指標値Kは例えば燃焼容易性の指標値K1〜K6の各々に重み係数が乗算された値の和として演算されてもよく、指標値K1〜K6の積として演算されてもよく、燃焼容易性の指標値K1〜K6の各々に重み係数が乗算された値の積として演算されてもよい。
【0071】
更に上述の第一及び第二の実施形態に於いては、エンジン負荷判定のためのパラメータとしてエンジンの暖機状態、燃料の性状(着火性)、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無のパラメータが考慮されるようになっているが、これらのパラメータの何れかが省略されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された燃焼モード制御装置の第一の参考例を示す概略構成図である。
【図2】 エンジン回転数Neと基準値Ainoとの間の関係を示すグラフである。
【図3】 第一の参考例に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図4】 エンジン回転数Ne及び吸入空気量Ainとエンジンの運転モードとの間の関係を示すグラフである。
【図5】 エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火運転モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が既に全開状態になっている場合を示す説明図である。
【図6】 エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火運転モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が既に全開状態になっていない場合のスロットル開度の制御を示す説明図である。
【図7】 多種類の燃料を使用可能な高圧縮比過給式リーンバーンエンジンに適用された燃焼モード制御装置の第二の参考例に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図8】 エンジン回転数Ne及び燃料の種類(着火性)と基準値Ainoとの間の関係を示すグラフである。
【図9】 高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第一の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図10】 エンジン回転数Ne及びエンジンに於ける燃料の燃焼容易性の指標値Kと基準値Ainoとの間の関係を示すグラフである。
【図11】 高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第二の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図12】 エンジン回転数Ne及びエンジン冷却水温Trwと基準値Aino1との間の関係を示すグラフである。
【図13】 エンジン回転数Ne及び燃料の性状(着火性)と基準値Aino2との間の関係を示すグラフである。
【図14】 エンジン回転数Ne及びエンジンの実圧縮比と基準値Aino3との間の関係を示すグラフである。
【図15】 エンジン回転数Ne及びエンジンの運転環境条件(吸気温度、吸気圧力、湿度)と基準値Aino4との間の関係を示すグラフである。
【図16】 エンジン回転数Ne及び燃料の燃焼状態と基準値Aino5との間の関係を示すグラフである。
【図17】 エンジン回転数Ne及びノック発生の有無と基準値Aino6との間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10…エンジン
12…ピストン
14…シリンダブロック
18…シリンダヘッド
20…給気ポート
22…排気ポート
28…点火プラグ
30…筒内噴射弁
32…ポート噴射弁
38…エアーフローメータ
50…ターボチャージャ
56…電子制御装置
58…アクセル開度センサ
60…エンジン回転数センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high compression ratio supercharged lean burn engine, and more particularly to an operation mode control device for a high compression ratio supercharged lean burn engine.
[0002]
[Prior art]
As one of the engines of vehicles such as automobiles, for example, as described in the following
[Patent Document 1]
JP-A-10-252512
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-130006
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In general, in a high compression ratio supercharging lean burn engine in which the compression ratio is set high and the air supply is supercharged to achieve high efficiency and low fuel consumption by performing lean burn even at high loads, In the high load range, the compression ratio is high and the amount of air is large due to supercharging to obtain a high torque. These problems are likely to occur, and these problems cannot be solved simply by performing direct in-cylinder injection to lower the mixture temperature.
[0004]
In the conventional spark ignition type engine, the ignition timing is retarded to prevent knocking and self-ignition in a high load range, but the engine output torque is delayed by the retarded ignition timing. However, there is a problem that the fuel consumption is inevitably lowered or the fuel consumption is deteriorated.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in conventional high compression ratio supercharged lean burn engines and spark ignition engines. The main problem of the present invention is diffusion combustion (due to compression ignition). Focusing on the fact that the air-fuel ratio can be made leaner than in the case of premixed spark ignition, and that knock-free can be achieved by diffusing combustion in the high load range. Accordingly, by properly using combustion by spark ignition and diffusion combustion, knocking and self-ignition in a high load range can be prevented and fuel consumption can be improved without causing a decrease in output torque and deterioration in fuel consumption.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the main problem described above is the operation mode control device of the configuration of
[0007]
According to the present invention, in order to effectively achieve the main problems described above, the operation mode control device according to the configuration of
[0010]
According to the present invention, in order to effectively achieve the main problems described above,1 or 2In the configuration, the operation mode control device is in the fuel type, engine warm-up state, fuel property, engine actual compression ratio, engine operating environment condition, fuel combustion state, and spark ignition operation mode. A plurality of predetermined values are configured to be set based on at least two parameters indicating whether knock has occurred or not.3Configuration).
[0011]
[Action and effect of the invention]
According to the configuration of
[0012]
According to the configuration of
[0015]
And the above claims3According to the configuration, the operation mode control device is a knock type in the fuel type, engine warm-up state, fuel property, engine actual compression ratio, engine operating environment condition, fuel combustion state, and spark ignition operation mode. Since a plurality of predetermined values are set based on at least two parameters indicating whether or not there is occurrence, it is possible to reliably determine whether or not the fuel is easily combusted in the engine.
[0016]
[Preferred embodiment of the problem solving means]
According to one preferred embodiment of the present invention, the
[0017]
According to another preferred embodiment of the present invention, the
[0020]
According to another preferred embodiment of the present invention, the aboveClaim 2In this configuration, the operation mode control device is configured to variably set a predetermined value corresponding to the engine speed and each parameter (preferred embodiment).3).
[0021]
According to another preferred embodiment of the present invention, the
[0022]
According to another preferred embodiment of the present invention, the above claims 1 toAny one of 3The predetermined value when the engine operation mode is switched from the diffusion combustion mode to the spark ignition mode is lower than the predetermined value when the engine operation mode is switched from the spark ignition mode to the diffusion combustion mode. (Preferred embodiment5).
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings with respect to several preferred embodiments (hereinafter simply referred to as embodiments).
[0024]
First reference example
Figure 1 applies to a high compression ratio supercharged lean burn gasoline engine.BurningFirst of the firing mode control deviceReference exampleIt is a schematic block diagram which shows.
[0025]
In FIG. 1,
[0026]
The
[0027]
Each
[0028]
A branch portion of an exhaust manifold hold 46 is connected to each
[0029]
The
[0030]
As shown in FIG. 1, the
[0031]
Although not shown in detail in FIG. 1, the
[0032]
The
[0033]
In contrast, when the intake air amount Ain exceeds the reference value Aino, the
[0034]
The control of the fuel injection amount and throttle opening in the above two operation modes and the control of the ignition timing in the spark ignition mode are performed in a manner known in the art. The description of these controls is omitted because it does not form the gist of the invention, but in any of the operation modes, the fuel injection amount is a predetermined lean air-fuel ratio corresponding to the operating state of the
[0035]
Further, as shown in FIG. 5, when the engine opening mode is switched from the spark ignition mode to the diffusion combustion mode as the engine load increases, the throttle opening is already fully opened. Is maintained as it is even in the diffusion combustion mode.
[0036]
On the other hand, as shown in FIG. 6, when the throttle opening is not fully open when the engine operation mode is switched from the spark ignition mode to the diffusion combustion mode as the engine load increases, the diffusion combustion mode is set. In order to reduce the pump loss at the time, if the throttle opening is controlled to be fully open simultaneously with the switching of the operation mode as shown by the phantom line in FIG. Steps in the torque are likely to occur and knocking and self-ignition are likely to occur.
[0037]
Accordingly, as shown by the solid line in FIG. 6, the throttle opening is quickly increased by gradually increasing the increase rate with the increase in engine load immediately after the operation mode is switched from the spark ignition mode to the diffusion combustion mode. To be brought to a fully open state. In addition, this throttle opening control is the otherReference examples andThe same applies to the embodiments.
[0038]
Next, referring to the flowchart shown in FIG.Reference exampleA combustion mode control routine will be described. The control according to the flowchart shown in FIG. 3 is started by closing an ignition switch (not shown), and is repeatedly executed at predetermined time intervals.
[0039]
First, in
[0040]
In step 150, it is determined whether or not the intake air amount Ain exceeds the reference value Aino. If a negative determination is made, that is, if the engine load is equal to or less than the reference value, in step 200. When the operation mode of the
[0041]
In
[0042]
Thus the first shownReference exampleWhen the intake air amount Ain is less than the reference value Aino and the engine load is less than the reference value, a negative determination is made at step 150, and the operation mode of the
[0043]
Therefore, as shown in FIG. 4, when the engine load is high, the engine is operated in the diffusion combustion mode, the air-fuel ratio is made lean by diffusion combustion, and knocking can be effectively prevented. The fuel consumption in the high load region can be improved without causing a reduction in output torque or deterioration in fuel consumption due to the retard of the ignition timing.
[0044]
Especially illustratedReference exampleAccording to the above, when the throttle opening is not fully opened when the engine operation mode is switched from the spark ignition mode to the diffusion combustion mode as the engine load increases, the operation mode is changed from the spark ignition mode to the diffusion combustion mode. As the engine load increases immediately after switching to the throttle opening, the throttle opening is controlled to be brought into the fully open state quickly by gradually increasing the increase rate, so the throttle opening is controlled to be fully opened at the same time as the operation mode is switched. Can effectively prevent the stepped increase in output torque and the occurrence of knocking and self-ignition (this effect is another effect described later).Reference examples andThe same applies to the embodiment).
[0045]
Second reference example
Figure 7 applies to a high compression ratio supercharged lean burn engine that can use many types of fuel.BurningSecond of the firing mode control deviceReference example5 is a flowchart showing a combustion mode control routine in FIG. In FIG. 6, the same steps as those shown in FIG. 3 are assigned the same step numbers as those shown in FIG. 3 (this will be described later).The fruitThe same applies to the embodiment).
[0046]
This secondReference exampleAlthough not shown in the figure, the
[0047]
This secondReference exampleIn step 55, which is executed after
[0048]
The ignitability of the fuel is determined based on a signal indicating the fuel input from a switch operated by the driver. Generally, it is determined that the higher the octane number of the fuel, the lower the ignitability of the fuel. It is determined that the higher the value, the higher the ignitability of the fuel.
[0049]
In step 100, the reference value Aino is calculated based on the engine speed Ne from the map selected in step 60 (FIG. 8).Reference exampleSteps 150 to 300 are executed in the same manner as in the above case.
[0050]
Thus this secondReference exampleAccording to the engine, the engine can be operated with various fuels including light oil, and the operation mode of the engine is changed to the spark ignition mode and the diffusion combustion mode according to the type of fuel used (ignitability) and the engine load. In this way, even when various fuels are used, the output torque is reduced and the fuel consumption is not deteriorated due to the retarded ignition timing. Fuel consumption can be improved.
[0051]
First embodiment
FIG. 9 shows a first embodiment of the combustion mode control device according to the present invention applied to a high compression ratio supercharging lean burn gasoline engine.oneIt is a flowchart which shows the combustion mode control routine in this embodiment.
[0052]
This firstoneIn this embodiment, in
[0053]
In this case, the index value K1 of the ease of combustion based on the warm-up state of the
[0054]
Also, an index value K4 of the ease of combustion based on the engine operating environment conditions is calculated so that the intake air temperature is low and the intake pressure is low and the humidity is high, and the in-cylinder combustion state is detected by detecting the in-cylinder pressure or measuring an ion ammeter. The combustion ease index value K5 based on the combustion state of the fuel is calculated such that the longer the combustion time is, the larger the axial torque of the
[0055]
In step 75, the sum of the index values K1 to K6 of the ease of combustion is calculated as the index value K of the ease of combustion, and a reference is made according to the index value K of the ease of combustion as shown in FIG. A map for calculating the value Aino is selected, and in step 100, the reference value Aino is calculated based on the engine speed Ne from the map selected in step 75 (FIG. 10). OneReference exampleSteps 150 to 300 are executed in the same manner as in the above case.
[0056]
Thus this firstoneAccording to the embodiment, the engine warm-up state based on the engine coolant temperature Trw, the ignitability of the fuel, the actual compression ratio of the engine, the operating environment conditions of the engine based on the intake air temperature, intake air pressure and humidity, the combustion state of the fuel, An index value K for the ease of combustion is calculated based on the presence or absence of knocking in the spark ignition operation mode, and a reference value Aino is calculated based on the index value K for the ease of combustion and the engine speed Ne.
[0057]
Therefore, according to this embodiment, the engine operation mode can be optimally switched between the spark ignition mode and the diffusion combustion mode according to the ease of combustion in the
[0058]
Second embodiment
FIG. 11 shows a first embodiment of the combustion mode control device according to the present invention applied to a high compression ratio supercharging lean burn gasoline engine.twoIt is a flowchart which shows the combustion mode control routine in this embodiment.
[0059]
This firsttwoIn this embodiment, the map corresponding to the graph shown in FIG. 12 variably set in accordance with the engine coolant temperature Trw indicating the engine warm-up state in step 80 executed after
[0060]
In
[0061]
In step 100, a reference value Aino3 for determination based on the actual compression ratio of the engine is calculated based on the engine speed Ne from the map corresponding to the graph shown in FIG. 14 variably set in accordance with the actual compression ratio of the engine. In
[0062]
In step 110, a reference value Aino4 for determination based on the engine operating environment condition is calculated based on the engine speed Ne from the map corresponding to the graph shown in FIG. 15 which is variably set according to the engine operating environment condition. In
[0063]
In step 120, a reference value Aino5 for determination based on the combustion state of the fuel is calculated based on the engine speed Ne from a map corresponding to the graph shown in FIG. 16 variably set according to the combustion state of the fuel. In step 125, it is determined whether or not the intake air amount Ain exceeds the reference value Aino5. If a negative determination is made, the process proceeds directly to step 200. If an affirmative determination is made, the process proceeds to step 130. .
[0064]
In step 130, the determination based on the presence or absence of the occurrence of knock based on the engine speed Ne from the map corresponding to the graph shown in FIG. 17 which is variably set according to the presence or absence of the occurrence of knock in the spark ignition operation mode. The reference value Aino6 is calculated. In step 135, it is determined whether or not the intake air amount Ain exceeds the reference value Aino6. If a negative determination is made, the process proceeds to step 200, where an affirmative determination is made. If YES, go to step 250. In this embodiment, steps 200 to 300 are the same as those in the first step.Reference exampleIt is executed in the same way as in
[0065]
Thus this firsttwoAccording to the embodiment, the engine warm-up state, the fuel property (ignitability), the actual compression ratio of the engine, the engine operating environment condition, the fuel combustion state, the presence or absence of knock occurrence in the spark ignition operation mode Reference values Aino1 to Aino6 for determining the engine operation mode for each parameter are calculated, and when the intake air amount Ain exceeds the reference value for all parameters, the operation mode of the
[0066]
Therefore, according to this embodiment, the engine can be operated in the diffusion combustion mode in a situation in which the fuel is easily combusted in the
[0067]
Although the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.
[0068]
For example, each of the aboveReference examples andIn the embodiment, when the throttle opening is not fully opened when the engine operation mode is switched from the spark ignition mode to the diffusion combustion mode as the engine load increases, a solid line in FIG. As shown in the figure, as the engine load increases immediately after the operation mode is switched from the spark ignition mode to the diffusion combustion mode, the throttle opening is quickly brought into the fully open state by gradually increasing the increase rate. However, when the throttle opening is close to the fully open state when the engine operation mode is switched from the spark ignition mode to the diffusion combustion mode, it may be immediately controlled to fully open.
[0069]
Also the second mentioned aboveReference exampleIn this case, light oil can be used as fuel. When light oil is used, the engine operation mode is set to the diffusion combustion mode regardless of the engine load, but light oil is not used. It may be modified as follows.
[0070]
Also the above mentionedoneIn the embodiment, the sum of the index values K1 to K6 of the ease of combustion is calculated as the index value K of the ease of combustion. May be calculated as a sum of values obtained by multiplying each of the index values K1 to K6 by a weighting factor, or may be calculated as a product of the index values K1 to K6. May be calculated as a product of values obtained by multiplying by a weight coefficient.
[0071]
Furthermore, the first and the above mentionedIn the second embodiment, engine warm-up conditions, fuel properties (ignitability), engine actual compression ratio, engine operating environment conditions, fuel combustion status, spark ignition as parameters for determining the engine load. Although parameters regarding whether or not knocking occurs in the operation mode are considered, any of these parameters may be omitted.
[Brief description of the drawings]
[Fig. 1] Applicable to high compression ratio supercharged lean burn gasoline engineBurningFirst of the firing mode control deviceReference exampleIt is a schematic block diagram which shows.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne and a reference value Aino.
[Figure 3] FirstReference example5 is a flowchart showing a combustion mode control routine in FIG.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne and an intake air amount Ain and an engine operation mode.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a case where the throttle opening is already fully open when the engine operation mode is switched from the spark ignition operation mode to the diffusion combustion mode with an increase in engine load.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing control of the throttle opening when the throttle opening is not already fully open when the engine operation mode is switched from the spark ignition operation mode to the diffusion combustion mode with an increase in engine load. is there.
FIG. 7 is applied to a high compression ratio supercharged lean burn engine that can use various types of fuel.BurningSecond of the firing mode control deviceReference example5 is a flowchart showing a combustion mode control routine in FIG.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne and a fuel type (ignitability) and a reference value Aino.
FIG. 9 shows a first embodiment of a combustion mode control device according to the present invention applied to a high compression ratio supercharged lean burn gasoline engine.oneIt is a flowchart which shows the combustion mode control routine in this embodiment.
FIG. 10 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne and an index value K of the ease of combustion of fuel in the engine and a reference value Aino.
FIG. 11 is a schematic diagram of a combustion mode control device according to the present invention applied to a high compression ratio supercharged lean burn gasoline engine.twoIt is a flowchart which shows the combustion mode control routine in this embodiment.
FIG. 12 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne, an engine coolant temperature Trw, and a reference value Aino1.
FIG. 13 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne and fuel properties (ignitability) and a reference value Aino2.
FIG. 14 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne, an actual compression ratio of the engine, and a reference value Aino3.
FIG. 15 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne and an engine operating environment condition (intake air temperature, intake air pressure, humidity) and a reference value Aino4.
FIG. 16 is a graph showing a relationship between an engine speed Ne, a combustion state of fuel, and a reference value Aino5.
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the engine speed Ne, the presence / absence of knocking, and a reference value Aino6.
[Explanation of symbols]
10 ... Engine
12 ... Piston
14 ... Cylinder block
18 ... Cylinder head
20 ... Air supply port
22 ... Exhaust port
28 ... Spark plug
30 ... In-cylinder injection valve
32 ... Port injection valve
38 ... Air flow meter
50 ... Turbocharger
56 ... Electronic control unit
58 ... accelerator opening sensor
60 ... Engine speed sensor
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