JP5644123B2 - エンジンの制御方法および制御装置 - Google Patents
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Description
(1−1)空燃比に関する考察
本発明の課題を説明する際にも述べた通り、エンジンの熱効率を向上させて燃費性能を改善するには、理論空燃比よりもリーンな空燃比下で混合気を燃焼させればよい。空燃比をリーンにすることで、混合気の燃焼温度が低下し、排気損失および冷却損失が低減され、熱効率が向上する。
ガソリンエンジンにおける圧縮自己着火燃焼は、図2に示すように、燃料(ガソリン)と酸素が自主的に化学反応する現象である。燃料と酸素の化学反応が起きると、水と二酸化炭素が生成されるとともに、内部エネルギー差による熱が発生する。このような化学反応が起きるか否かは、混合気の温度、圧力、高温高圧時間(高温・高圧に晒される時間)によって決まる。具体的には、温度が高いほど分子速度が速くなり、圧力が高いほど(つまり分子密度が高いほど)分子の衝突頻度が多くなるため、温度および圧力が高いほど、燃料と酸素の衝突によるエネルギーが増大し、化学反応が起き易くなる。そして、温度および圧力が高い時間(高温高圧時間)がある程度継続したところで、燃料と酸素の化学反応が始まり、その後は、化学反応が連鎖的に進行して混合気の燃焼が完了する。
そこで、本願発明者は、エンジンの圧縮比を18以下の範囲で変化させながら、過給や内部EGRを合わせて行うことにより、適正な圧縮自己着火燃焼の条件を示す領域Sと実質的に同じ条件をつくり出すことを考えた。
(2−1)全体構成
図6は、以上のような基礎理論を基に考案された本発明の一実施例にかかるエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、紙面に直交する方向に配置された複数の気筒2(図中ではそのうちの1つのみを示す)を有したシリンダブロック3と、シリンダブロック3上に配置されたシリンダヘッド4とを備えた多気筒ガソリンエンジンからなるエンジン本体1を有している。なお、エンジン本体1に供給される燃料は、ガソリンを主成分とするものであればよく、その中身は、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール(エチルアルコール)等を含有させたものでもよい。
以上のように構成されたエンジンには、その動作を統括的に制御する制御手段として、従来周知のCPUやメモリー等からなるECU(Engine Control Unit)40が設けられている。
次に、以上のように構成されたECU40により、エンジンが負荷および回転速度に応じてどのように制御されるかを具体的に説明する。以下の説明では、エンジンの回転速度が1000rpmで、負荷が1/3負荷(IMEP=500kPa)であるときの運転状態(図5の点R0)を代表点としたときに、この代表点R0から負荷または回転速度が変化した場合の制御の具体例について説明する。
以上説明したように、当実施例のエンジンでは、理論空燃比に対する空気過剰率λを全ての運転領域でλ=2.4に設定したエンジンにおいて、その運転状態が回転方向に変化したときに、例えば図11に示したように、高回転側では低回転側に対して、内部EGR量(筒内に残留させる既燃ガスの量)を増大させ、圧縮初期温度T0を上昇させるようにした。このような構成によれば、より広範な回転域でリーン空燃比下での圧縮自己着火燃焼を行わせることができ、エンジンの熱効率をより効果的に向上させることができるという利点がある。
上記実施例では、例えば図11に示したように、エンジン回転速度が上昇したときに、回転速度が速い(つまり高温高圧時間が短い)状況でも混合気を確実に自着火させるために、内部EGRによる既燃ガスの残留量(内部EGR量)を増大させ、筒内の圧縮初期温度T0を高めることにより、着火直前の圧縮端温度Txを高めるようにしたが、圧縮端温度Txを高める方法は、上記のような内部EGRによるものに限られない。例えば、新気を吸気通路の途中で強制的に加熱し、この加熱された空気を筒内に導入するにより、圧縮初期温度T0および圧縮端温度Txを上昇させることが考えられる。
25 過給機
40 ECU(制御手段)
Claims (6)
- 新気を過給する過給機を備えたエンジンの制御方法であって、
少なくともエンジンの部分負荷域で、理論空燃比よりもリーンな空燃比下での圧縮自己着火燃焼を行わせ、
上記圧縮自己着火燃焼を行わせる運転領域のうち所定の負荷よりも低負荷側では、既燃ガスを燃焼室に残留させる内部EGRを行いかつその内部EGRの量を負荷が低下するほど高め、上記圧縮自己着火燃焼を行わせる運転領域のうち上記所定の負荷よりも高負荷側では、負荷が増大するほど上記過給機による過給圧を高め、
上記圧縮自己着火燃焼が行われかつ内部EGRが行われる運転領域内で、負荷が同一で回転速度が異なる場合に、高回転側では低回転側に対して上記内部EGR量を増大させるとともに、内部EGRに伴う温度上昇により新気の密度が低下するのを補うように上記過給機による過給を行うことを特徴とするエンジンの制御方法。 - 請求項1記載のエンジンの制御方法において、
エンジンの幾何学的圧縮比を16以上に設定することを特徴とするエンジンの制御方法。 - 請求項1または2記載のエンジンの制御方法において、
上記圧縮自己着火燃焼を行わせる運転領域の全域で、理論空燃比に対する空気過剰率λをλ≧2に設定することを特徴とするエンジンの制御方法。 - 新気を過給する過給機を備えたエンジンの制御装置であって、
少なくともエンジンの部分負荷域で、理論空燃比よりもリーンな空燃比下での圧縮自己着火燃焼を行わせるようにエンジンの各部を制御する制御手段を備え、
上記制御手段は、
上記圧縮自己着火燃焼を行わせる運転領域のうち所定の負荷よりも低負荷側では、既燃ガスを燃焼室に残留させる内部EGRを行いかつその内部EGRの量を負荷が低下するほど高め、上記圧縮自己着火燃焼を行わせる運転領域のうち上記所定の負荷よりも高負荷側では、負荷が増大するほど上記過給機による過給圧を高め、
上記圧縮自己着火燃焼が行われかつ内部EGRが行われる運転領域内で、負荷が同一で回転速度が異なる場合に、高回転側では低回転側に対して上記内部EGR量を増大させるとともに、内部EGRに伴う温度上昇により新気の密度が低下するのを補うように上記過給機による過給を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項4記載のエンジンの制御装置において、
エンジンの幾何学的圧縮比が16以上に設定されたことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項4または5記載のエンジンの制御装置において、
上記制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼を行わせる運転領域の全域で、理論空燃比に対する空気過剰率λをλ≧2に設定することを特徴とするエンジンの制御装置。
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