JP6084941B2 - Combustion control device for internal combustion engine - Google Patents
Combustion control device for internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP6084941B2 JP6084941B2 JP2014046308A JP2014046308A JP6084941B2 JP 6084941 B2 JP6084941 B2 JP 6084941B2 JP 2014046308 A JP2014046308 A JP 2014046308A JP 2014046308 A JP2014046308 A JP 2014046308A JP 6084941 B2 JP6084941 B2 JP 6084941B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- fuel
- fuel ratio
- ignition
- mixture
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、特に均質かつ希薄な混合気を火花点火することによって燃焼させる燃焼制御装置に関する。 The present invention relates to a combustion control device for an internal combustion engine, and more particularly to a combustion control device for burning a homogeneous and lean air-fuel mixture by spark ignition.
希薄な(空燃比の大きい)混合気を火花点火する希薄混合気燃焼技術は例えば特許文献1に示されるように広く知られている。この希薄混合気燃焼技術においては、排気に含まれるNOxを三元触媒で浄化することができないため、燃焼限界空燃比を高めることが重要である。特許文献1には、点火プラグ近傍に比較的濃い(空燃比の小さい)混合気を成層配置することにより、燃焼室内全体の混合気の平均空燃比を高くしつつ安定的に燃焼させる技術が示されている。
しかしこの技術では、点火プラグ近傍における燃焼によって発生するNOx量が多いため、NOx排出量をより低減することが求められている。
A lean mixture combustion technique for spark-igniting a lean (high air-fuel ratio) mixture is widely known, for example, as shown in
However, in this technique, since the amount of NOx generated by the combustion in the vicinity of the spark plug is large, it is required to further reduce the NOx emission amount.
そこで、本発明の発明者は均質かつ希薄な混合気を火花点火することによって燃焼させ、安定した燃焼を確保しつつNOx排出量を低減することができる均質希薄混合気の火花点火燃焼を提案している(非特許文献1)。この非特許文献1では、空燃比「30」程度の均質希薄混合気を確実に燃焼させるための手法として、点火時の混合気温度を所望の温度まで高めるように圧縮比設定を行うこと、微粒化型の燃料噴射弁を使用することなどが提案されている。
Therefore, the inventor of the present invention proposed a spark-ignition combustion of a homogeneous lean mixture that can burn a homogeneous and lean mixture by spark ignition and reduce NOx emissions while ensuring stable combustion. (Non-Patent Document 1). In
非特許文献1には、提案した均質希薄混合気の火花点火燃焼によって、空燃比「30」程度の均質な希薄混合気を確実に燃焼させてNOxの排出量を低減できることが示されているが、量産される機関に適用するための具体的な燃焼制御手法については、さらに検討する余地が残されていた。
Non-Patent
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、均質希薄混合気の火花点火燃焼を確実に実現し、高効率であってしかもNOx排出量を低減することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation. Combustion of an internal combustion engine that reliably realizes spark ignition combustion of a homogeneous lean air-fuel mixture, is highly efficient, and can reduce NOx emissions. An object is to provide a control device.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関の燃焼室(1)内の混合気の火花点火を行う火花点火手段と、該火花点火手段を制御する点火制御手段と、前記燃焼室内の混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備える、内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼室内に均質かつ希薄な混合気を形成する均質希薄混合気形成手段を備え、前記火花点火手段は、点火プラグ(8)と、該点火プラグに放電を発生させるための複数の点火コイル対(71,72)とを備え、前記点火プラグにおける放電の開始時期(CAIG)及び継続時間(TSPK)を変更可能なものであり、前記均質希薄混合気形成手段は、燃料を微粒化して噴射可能な燃料噴射弁(6)を用いて、前記機関の吸気通路(2)内に燃料を噴射し、前記空燃比制御手段は、前記空燃比を理論空燃比よりリーン側の所定リーン空燃比(AFL1)よりさらにリーン側の空燃比に制御し、前記点火制御手段は、前記点火プラグにおける放電開始時期(CAIG)及び前記放電継続時間(TSPK)を制御し、前記放電開始時期(CAIG)を、前記点火プラグ近傍における混合気の空燃比が相対的に小さくなるように形成される成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に設定し、前記点火制御手段は、前記所定リーン空燃比(AFL1)よりリーン側の空燃比範囲において、前記空燃比が増加するほど、前記放電開始時期(CAIG)を進角させるとともに前記放電継続時間(TSPK)を長く設定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
この構成によれば、空燃比が理論空燃比よりリーン側の所定リーン空燃比よりさらにリーン側の空燃比に制御され、微粒化された燃料が吸気通路内に噴射されるので、比較的均質な希薄混合気が吸気通路内において形成され、さらに燃焼室内に吸入されることによって、より均質度の高い希薄混合気を形成することができる。また点火プラグにおける放電開始時期及び放電継続時間が変更可能であるため、放電開始時期及び放電継続時間を適切に設定することにより、すなわち、成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に放電開始時期を設定することによって、放電継続時間を長く設定することを可能とし、均質希薄混合気を確実に着火させることができる。また、所定リーン空燃比よりリーン側の空燃比範囲において、空燃比が増加するほど、放電開始時期を進角させるとともに放電継続時間を長く設定する制御が行われ、空燃比の変更に対応して安定した燃焼を実現できる。 According to this configuration, the air-fuel ratio is controlled to be a lean air-fuel ratio that is further leaner than the predetermined lean air-fuel ratio, and the atomized fuel is injected into the intake passage. A lean air-fuel mixture is formed in the intake passage and further sucked into the combustion chamber, whereby a lean air-fuel mixture with higher homogeneity can be formed. In addition, since the discharge start timing and discharge duration in the spark plug can be changed, by appropriately setting the discharge start timing and discharge duration, that is, the lead angle from the discharge start timing when igniting a stratified lean mixture is set. By setting the discharge start time on the side, it is possible to set a long discharge duration, and to reliably ignite a homogeneous lean air-fuel mixture. In addition, in the air-fuel ratio range leaner than the predetermined lean air-fuel ratio, control is performed to advance the discharge start timing and set the discharge duration longer as the air-fuel ratio increases. Stable combustion can be realized.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼室内において、吸入された混合気の流動を生成する流動生成手段(2a,4)をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the combustion control device for an internal combustion engine according to
この構成によれば、燃焼室内において、吸入された混合気の流動が生成されるので、点火プラグの放電継続時間の設定と混合気流動とによって強力な初期火炎核を形成し、高効率の燃焼を実現することが可能となる。 According to this configuration, since the flow of the sucked air-fuel mixture is generated in the combustion chamber, a powerful initial flame nucleus is formed by setting the discharge duration of the spark plug and the air-fuel mixture flow, and high-efficiency combustion Can be realized.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記均質希薄混合気形成手段は、前記機関の吸気弁(21)の閉弁期間において前記燃料噴射弁(6)による第1燃料噴射(FI1)を実行するとともに、前記吸気弁の開弁期間において前記燃料噴射弁による第2燃料噴射(FI2)を実行することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the combustion control device for an internal combustion engine according to the first or second aspect , the homogeneous lean air-fuel mixture forming means is configured to inject the fuel during a closing period of the intake valve (21) of the engine. The first fuel injection (FI1) by the valve (6) is executed, and the second fuel injection (FI2) by the fuel injection valve is executed during the valve opening period of the intake valve.
この構成によれば、吸気弁の閉弁期間における第1燃料噴射及び開弁期間における第2燃料噴射が行われるので、第1燃料噴射によって吸気通路内において均質度の高い希薄混合気を形成し、その後の吸気弁開弁期間において第2燃料噴射を行うことにより、燃焼室内においてさらに均質度を高めた希薄混合気を形成することができる。 According to this configuration, since the first fuel injection in the valve closing period of the intake valve and the second fuel injection in the valve opening period are performed, a lean mixture with high homogeneity is formed in the intake passage by the first fuel injection. By performing the second fuel injection during the subsequent intake valve opening period, it is possible to form a lean air-fuel mixture with higher homogeneity in the combustion chamber.
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか1項に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記所定リーン空燃比(AFL1)は、前記燃焼室から排出されるNOx量が許容上限値以下となるように設定されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the combustion control apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, the predetermined lean air-fuel ratio (AFL1) is determined by an amount of NOx discharged from the combustion chamber. It is set so that it may become below an allowable upper limit.
この構成によれば、所定リーン空燃比は、燃焼室から排出されるNOx量が許容上限値以下となるように設定されるので、所定リーン空燃比よりリーン側の空燃比範囲に空燃比を制御することによって、NOx排出量を許容上限値以下に確実に低減できる。 According to this configuration, the predetermined lean air-fuel ratio is set so that the amount of NOx discharged from the combustion chamber is less than or equal to the allowable upper limit value, so that the air-fuel ratio is controlled to an air-fuel ratio range leaner than the predetermined lean air-fuel ratio. By doing so, the NOx emission amount can be surely reduced below the allowable upper limit value.
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関(以下「エンジン」という)及びその制御装置の構成を示す図であり、例えば4気筒のエンジン1の吸気通路2の途中にはスロットル弁3が配置されている。吸気通路2のスロットル弁3の下流側には、燃料噴射弁6が設けられており、その作動は電子制御ユニット(以下「ECU」という)5により制御される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) and its control device according to an embodiment of the present invention. For example, a
図2に示すように、吸気通路2の、吸気弁21の直ぐ上流側には、隔壁2aと、隔壁2aによって形成される一方の流路に配置されたタンブル流動制御弁4とが設けられており、タンブル流動制御弁4はアクチュエータ4aによって開閉駆動可能に構成されている。アクチュエータ4aはECU5に接続されており、その作動はECU5によって制御される。タンブル流動制御弁4によって、燃焼室1a内に混合気のタンブル流動が生成される。
As shown in FIG. 2, a
エンジン1の各気筒には点火プラグ8が装着されており、点火プラグ8は点火回路ユニット7を介してECU5に接続されている。ECU5は、後述するように点火プラグ8における放電開始時期CAIG及び放電継続時間TSPKの制御を行う。
A
ECU5には、エンジン1の吸入空気流量GAIRを検出する吸入空気流量センサ11、吸気温TAを検出する吸気温センサ12、スロットル弁開度THを検出するスロットル弁開度センサ13、吸気圧PBAを検出する吸気圧センサ14、エンジン冷却水温TWを検出する冷却水温センサ15、及び図示しない他のセンサが接続されており、これらのセンサの検出信号がECU5に供給される。
The ECU 5 includes an intake
ECU5には、エンジン1のクランク軸(図示せず)の回転角度を検出するクランク角度位置センサ16が接続されており、クランク軸の回転角度に応じたパルス信号がECU5に供給される。クランク角度位置センサ16は、クランク角度位置を示す複数のパルス信号を出力するものであり、このパルス信号は、燃料噴射時期、点火時期(点火プラグ8の放電開始時期)等の各種タイミング制御、及びエンジン回転数NEの検出に使用される。
A crank angle position sensor 16 that detects a rotation angle of a crankshaft (not shown) of the
排気通路9には排気浄化用の三元触媒10が設けられている。三元触媒10の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、比例型酸素濃度センサ17(以下「LAFセンサ17」という)が装着されており、このLAFセンサ17は排気中の酸素濃度(空燃比AF)にほぼ比例した検出信号を出力し、ECU5に供給する。
A three-
ECU5は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット(CPU)、該CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁6、点火回路ユニット7、アクチュエータ4aなどに駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
The
燃料噴射弁6による燃料噴射量は、吸入空気流量GAIRに応じて算出される基本燃料量を、LAFセンサ17により検出される空燃比AFに応じた空燃比補正係数KAFによって補正することによって制御される。空燃比補正係数KAFは、検出される空燃比AFが目標空燃比AFCMDと一致するように算出される。
The fuel injection amount by the
図3は、1つの気筒に対応する点火回路ユニット7の構成を示す回路図であり、点火回路ユニット7は、一次コイル71a及び二次コイル71bからなる第1コイル対71と、一次コイル72a及び二次コイル72bからなる第2コイル対72と、バッテリ30の出力電圧VBATを昇圧して昇圧電圧VUPを出力する昇圧回路73と、一次コイル71a,72aの通電制御を行うトランジスタQ1,Q2と、二次コイル71b,72bと点火プラグ8との間に接続されたダイオードD1,D2とを備えている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the ignition circuit unit 7 corresponding to one cylinder. The ignition circuit unit 7 includes a
トランジスタQ1,Q2のベースはECU5に接続されており、ECU5によってオンオフ制御(一次コイルの通電制御)が行われる。2つの一次コイルの通電期間の一部を重複させてつつ交互に通電を行うことによって、点火プラグ8における放電の継続時間(放電継続時間)TSPKをエンジン1の運転状態に応じて変更することができる。また一次コイルの最初の通電終了時期が放電開始時期CAIGに相当し、放電開始時期CAIGもエンジン1の運転状態に応じて変更可能である。
The bases of the transistors Q1 and Q2 are connected to the
燃料噴射弁6は、燃料を微粒化して噴射可能なものであり、SMD(Sauter Mean Diameter:ザウター平均直径)が35μm程度(燃圧350kPaで噴射し、噴射口からの50mm下におけるSMD)の特性を有し、弁の開度(リフト量)を少なくとも2段階に変更可能なものを使用する。図4(a)は、この燃料噴射弁6による燃料の噴射状態(噴射された燃料の拡散状態)を模式的に示し、図4(b)は比較のために示す通常の燃料噴射弁による燃料の噴射状態を示す。通常の燃料噴射弁では、円錐状に分布する燃料の周辺部の燃料濃度が高くなるのに対し、燃料噴射弁6では微粒化した燃料の到達距離が短くなり、かつ拡散領域内における濃度分布の均質度が高く(濃度差が少なく)なる。
The
図5は、燃料噴射弁6の開弁時期、開弁時間TFI及び開弁時のリフト量LFTを示す図であり、横軸はクランク角度CRAである。本実施形態では、1燃焼サイクル内の圧縮行程で第1燃料噴射FI1を実行するとともに吸気行程で第2燃料噴射FI2を実行する。しかも第1燃料噴射FI1は、リフト量LFT1が比較的大きく、かつ開弁時間TFI1が比較的短い燃料噴射とし、第2燃料噴射FI2は、リフト量LFT2をリフト量LFT1より小さく、かつ開弁時間TFI2を開弁時間TFI1より長く設定した燃料噴射とする。第1及び第2燃料噴射FI1,FI2における合計の燃料噴射量が目標空燃比AFCMDに対応する燃料噴射量となるように、リフト量LFT1,LFT2及び開弁時間(燃料噴射時間)TFI1,TFI2が設定される。
FIG. 5 is a diagram showing the valve opening timing, the valve opening time TFI, and the lift amount LFT when the
燃料を微粒化して噴射可能な燃料噴射弁6を、図5に示すように開弁作動させることにより、まず第1燃料噴射FI1によって吸気通路2内で比較的均質な混合気を形成し、さらに第2燃料噴射FI2を実行することによって、検出空燃比AFを目標空燃比AFCMDと一致させるために必要とされる量の燃料を燃焼室に供給し、しかも燃焼室内における空燃比分布がほぼ一様な(均質度の高い)均質希薄混合気を形成することができる。
A
なお、第1燃料噴射FI1は、対象気筒の圧縮行程において実行し、第2燃料噴射FI2は、その終了時期を吸気行程の終了時期の直前に設定することが望ましい。 It is desirable that the first fuel injection FI1 is executed in the compression stroke of the target cylinder, and the end timing of the second fuel injection FI2 is set immediately before the end timing of the intake stroke.
本実施形態では、暖機完了後の目標空燃比AFCMDは、例えば「24」から「35」程度の範囲(以下「超希薄空燃比範囲」という)に設定される。空燃比「24」(所定空燃比AFL1)は、エンジン1からのNOx排出量(排気中のNOx濃度)が許容上限値CNOxHL(例えば120ppm)以下となるように設定される。空燃比「35」は、必要なエンジン出力を得るための限界値として設定される空燃比である。
In the present embodiment, the target air-fuel ratio AFCMD after completion of warm-up is set to a range of, for example, about “24” to “35” (hereinafter referred to as “ultra-lean air-fuel ratio range”). The air-fuel ratio “24” (predetermined air-fuel ratio AFL1) is set so that the NOx emission amount (NOx concentration in the exhaust gas) from the
図6は、空燃比AFと排気中のNOx濃度CNOxとの関係を示す図であり、空燃比AFが「16」以上の範囲では、空燃比AFが増加するほど(リーン化するほど)、NOx濃度CNOxが低下する。したがって、所定空燃比AFL1は、許容上限値CNOxHLが低下するほど増加するように設定する必要がある。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio AF and the NOx concentration CNOx in the exhaust gas. When the air-fuel ratio AF is “16” or more, the NOx increases as the air-fuel ratio AF increases (lean). The concentration CNOx decreases. Therefore, the predetermined air-fuel ratio AFL1 needs to be set to increase as the allowable upper limit value CNOxHL decreases.
点火プラグ8における放電開始時期CAIGは、超希薄空燃比範囲における目標空燃比AFCMDに対応して、上死点前50度から15度の範囲に設定され、放電継続時間TSPKは均質希薄混合気を確実に着火させるべく、1.8〜3msecに設定される。このように放電継続時間TSPKを設定したときの放電エネルギが150〜600mJとなるように昇圧電圧VUPが設定されている。従来の火花点火による希薄混合気燃焼は、点火プラグ近傍の空燃比が相対的に小さくなるように燃焼室内の流動を生成することによって実現される成層混合気燃焼であるのに対し、本実施形態の均質希薄混合気燃焼は、放電継続時間TSPKを比較的長く設定し、その放電継続時間TSPKを確保できるように放電開始時期CAIGは、成層混合気燃焼の点火時期(例えば8.0度)より進角側に設定されている。
The discharge start timing CAIG in the
さらにエンジン1の幾何学的圧縮比(ピストンが下死点に位置するときの燃焼室容積と、上死点に位置するときの燃焼室容積との比)は、最低実効圧縮比が9.0程度となるように、通常の火花点火エンジンの幾何学的圧縮比より若干大きく設定されている。 Furthermore, the geometrical compression ratio of the engine 1 (ratio of the combustion chamber volume when the piston is located at the bottom dead center and the combustion chamber volume when the piston is located at the top dead center) has a minimum effective compression ratio of 9.0. In order to achieve this, it is set slightly larger than the geometric compression ratio of a normal spark ignition engine.
またタンブル流動制御弁4の開度を変更することによって、流速5〜15m/sec程度(エンジン回転数NEが1500rpmであるとき流速)のタンブル流動を発生させるタンブル流動生成制御が行われる。
放電継続時間TSPKを比較的長く設定するとともに、燃焼室内にタンブル流動を生成することによって、強力な初期火炎核を形成し、その火炎核を成長させることによって、圧縮上死点における未燃混合気の温度を1000度K以上の温度まで高めて、燃焼層流速度を支配する素反応を、過酸化水素が分解してOHラジカルを生成する反応に変化させ、圧縮上死点後において燃焼を確実に完結させることが可能となる。
Further, by changing the opening degree of the tumble
By setting the discharge duration TSPK to be relatively long and generating a tumble flow in the combustion chamber, a strong initial flame kernel is formed, and the flame kernel is grown, so that an unburned mixture at the compression top dead center. By raising the temperature to 1000 ° K or higher, the elementary reaction that governs the combustion laminar flow rate is changed to a reaction in which hydrogen peroxide decomposes to generate OH radicals, ensuring combustion after compression top dead center Can be completed.
図7は、圧縮行程及び燃焼行程における筒内圧PCYLの推移を示す図であり、実線L1が本実施形態に対応し、太い破線L2がHCCI(均質混合気圧縮着火)燃焼に対応し、細い破線がストイキ燃焼(空燃比を理論空燃比に設定した場合の燃焼)に対応する。この図において、クランク角度CRAの0度が圧縮上死点に対応する。なお、ストイキ燃焼の場合の点火時期は、圧縮上死点より若干進角側(例えばクランク角度10度以内の範囲)に設定される。
本実施形態の均質希薄混合気の火花点火による燃焼によって、高効率の安定した燃焼が得られることが確認できる。
FIG. 7 is a diagram showing the transition of the in-cylinder pressure PCYL in the compression stroke and the combustion stroke. The solid line L1 corresponds to this embodiment, the thick broken line L2 corresponds to HCCI (homogeneous mixture compression ignition) combustion, and the thin broken line Corresponds to stoichiometric combustion (combustion when the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio). In this figure, the crank angle CRA of 0 degrees corresponds to the compression top dead center. It should be noted that the ignition timing in the case of stoichiometric combustion is set slightly ahead of the compression top dead center (for example, a range within a crank angle of 10 degrees).
It can be confirmed that highly efficient and stable combustion can be obtained by the combustion of the homogeneous lean air-fuel mixture of the present embodiment by spark ignition.
また本実施形態では、エンジン1の暖機完了後は、エンジン1の要求トルクに応じて超希薄空燃比範囲内に目標空燃比AFCMDを設定し、目標空燃比AFCMDに応じて点火プラグ8の放電開始時期CAIG及び放電継続時間TSPKを設定する。
In this embodiment, after the warm-up of the
具体的には、放電開始時期CAIG(圧縮上死点からの進角量で定義される)は、図8(a)に示すように、目標空燃比AFCMDが増加するほど進角するように設定され、放電継続時間TSPKは、図8(b)に示すように目標空燃比AFCMDが増加するほど長くなるように設定される。図8に示すAFL1及びAFL2は、それぞれ例えば「24」及び「35」に設定される所定空燃比であり、図8(a)に示すCAIG1,CAIG2は、それぞれ例えば「15度」及び「50度」に設定される所定進角量であり、図8(b)に示すTSPK1,TSPK2は、それぞれ例えば「1.8msec」及び「3msec」に設定される所定放電時間である。 Specifically, the discharge start timing CAIG (defined by the advance amount from the compression top dead center) is set to advance as the target air-fuel ratio AFCMD increases, as shown in FIG. The discharge duration time TSPK is set so as to increase as the target air-fuel ratio AFCMD increases as shown in FIG. 8B. AFL1 and AFL2 shown in FIG. 8 are predetermined air-fuel ratios set to, for example, “24” and “35”, respectively. CAIG1 and CAIG2 shown in FIG. 8A are, for example, “15 degrees” and “50 degrees, respectively. , And TSPK1 and TSPK2 shown in FIG. 8B are predetermined discharge times set to, for example, “1.8 msec” and “3 msec”, respectively.
なお、放電開始時期CAIGは、上記のように目標空燃比AFCMDに応じて設定するとともに、エンジン回転数NEが高くなるほど進角させることが望ましい。エンジン回転数NEが高くなるほど、放電継続時間TSPKに対応するクランク角度CRAは増加するので、放電開始時期CAIGを進角させることによって、高回転状態においても必要な放電継続時間TSPKを確保し、安定した燃焼を得ることができる。 It is desirable that the discharge start timing CAIG is set according to the target air-fuel ratio AFCMD as described above, and advanced as the engine speed NE increases. As the engine speed NE increases, the crank angle CRA corresponding to the discharge duration TSPK increases, so that the required discharge duration TSPK is secured even in a high rotation state by advancing the discharge start timing CAIG and stable. Combustion can be obtained.
以上のように本実施形態によれば、超希薄空燃比の均質混合気を燃焼室内に形成し、確実に着火させて、燃焼を完結させることができるので、均質希薄混合気を制御性良好な火花点火火炎伝播燃焼させることが可能となり、高効率でかつNOx排出量が少ない燃焼を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, a homogeneous mixture with an ultra lean air / fuel ratio can be formed in the combustion chamber and reliably ignited to complete combustion, so that the homogeneous lean mixture has good controllability. Spark ignition flame propagation combustion can be performed, and combustion with high efficiency and low NOx emission can be realized.
より具体的には、燃料噴射弁6によって微粒化された燃料が吸気通路2内に噴射されるので、比較的均質な希薄混合気が吸気通路2内において先ず形成され、さらに燃焼室1a内に吸入されることによって、より均質度の高い希薄混合気を形成することができる。また点火プラグ8における放電開始時期CAIG及び放電継続時間TSPKが制御可能であるため、放電開始時期CAIG及び放電継続時間TSPKを適切に設定することにより、すなわち、成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に放電開始時期CAIGを設定することによって、放電継続時間TSPKを長く設定することを可能として均質希薄混合気を確実に着火させることができる。
More specifically, since the fuel atomized by the
また図8に示す所定空燃比AFL1からAFL2までの超希薄空燃比範囲において、目標空燃比AFCMDが増加するほど、点火プラグ8の放電開始時期CAIGを進角させるとともに放電継続時間TSPKを長く設定する制御が行われるので、目標空燃比AFCMDの変更に対応して安定した燃焼を実現できる。
Further, in the ultra-lean air-fuel ratio range from the predetermined air-fuel ratio AFL1 to AFL2 shown in FIG. 8, as the target air-fuel ratio AFCMD increases, the discharge start timing CAIG of the
またタンブル流動制御弁4を用いて燃焼室内において混合気の流動が生成されるので、点火プラグ8の放電継続時間TPSKの設定と混合気流動とによって、強力な初期火炎核、すなわち圧縮上死点における燃焼混合気温度を1000度K以上に高めることができる初期火炎核を形成し、高効率の燃焼を実現することができる。すなわち、本実施形態では、燃焼室内の混合気流動は、点火プラグ近傍の空燃比を相対的に小さくするために生成されるものではなく、燃焼の完結をさせる強力な初期火炎核を形成するために生成されるものである。
Further, since the flow of the air-fuel mixture is generated in the combustion chamber using the tumble
また吸気弁21の閉弁期間における第1燃料噴射FI1によって吸気通路2内において均質度の高い希薄混合気を形成し、その後の吸気弁開弁期間において第2燃料噴射FI2を行うことにより、燃焼室1a内においてさらに均質度を高めた希薄混合気を形成することができる。
Further, a lean mixture with high homogeneity is formed in the intake passage 2 by the first fuel injection FI1 during the closing period of the
また超希薄空燃比範囲の下限値である所定空燃比AFL1は、燃焼室から排出されるNOx量が許容上限値以下となるように設定されるので、所定空燃比AFL1よりリーン側の超希薄空燃比範囲に空燃比を制御することによって、NOx排出量を許容上限値以下に確実に低減できる。 The predetermined air-fuel ratio AFL1, which is the lower limit value of the ultra-lean air-fuel ratio range, is set so that the amount of NOx discharged from the combustion chamber is less than or equal to the allowable upper limit value, so that the ultra-lean air on the lean side of the predetermined air-fuel ratio AFL1 is set. By controlling the air-fuel ratio within the fuel ratio range, the NOx emission amount can be reliably reduced below the allowable upper limit value.
本実施形態では、点火回路ユニット7及び点火プラグ8が火花点火手段に相当し、隔壁2a及びタンブル流動制御弁4が流動生成手段に相当する。またECU5が点火制御手段及び空燃比制御手段を構成し、燃料噴射弁6及びECU5が均質希薄混合気形成手段を構成する。
In the present embodiment, the ignition circuit unit 7 and the
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では流動生成手段として、タンブル流動を生成する機構を使用したが、スワール流動を生成する機構を採用してもよい。また、燃焼室1a及びピストン頂部の形状を、スキッシュ流動が生成されるように構成してもよい。また、点火回路ユニット7のコイル対は、1つの点火プラグに対応して2個設けるようにしたが、3個以上設けるようにしてもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, a mechanism that generates a tumble flow is used as the flow generation means, but a mechanism that generates a swirl flow may be employed. Moreover, you may comprise the shape of the
また上述した実施形態では4気筒エンジンの例を示したが、本発明は気筒数に関わらず適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの燃焼制御装置にも適用が可能である。 In the above-described embodiment, an example of a four-cylinder engine is shown, but the present invention can be applied regardless of the number of cylinders. The present invention can also be applied to a combustion control device such as an engine for a marine propulsion device such as an outboard motor having a vertical crankshaft.
1 内燃機関
2 吸気通路
2b 隔壁(流動生成手段)
4 タンブル流動制御弁(流動生成手段)
5 電子制御ユニット(点火制御手段、空燃比制御手段、均質希薄混合気形成手段)
6 燃料噴射弁(均質希薄混合気形成手段)
7 点火回路ユニット(火花点火手段)
8 点火プラグ(火花点火手段)
CAIG 放電開始時期
TSPK 放電継続時間
AFCMD 目標空燃比
DESCRIPTION OF
4 Tumble flow control valve (flow generation means)
5 Electronic control unit (ignition control means, air-fuel ratio control means, homogeneous lean mixture formation means)
6 Fuel injection valve (homogeneous lean mixture formation means)
7 Ignition circuit unit (spark ignition means)
8 Spark plug (spark ignition means)
CAIG Discharge start time TSPK Discharge duration AFCMD Target air-fuel ratio
Claims (4)
前記燃焼室内に均質かつ希薄な混合気を形成する均質希薄混合気形成手段を備え、
前記火花点火手段は、点火プラグと、該点火プラグに放電を発生させるための複数の点火コイル対とを備え、前記点火プラグにおける放電の開始時期及び継続時間を変更可能なものであり、
前記均質希薄混合気形成手段は、燃料を微粒化して噴射可能な燃料噴射弁を用いて、前記機関の吸気通路内に燃料を噴射し、
前記空燃比制御手段は、前記空燃比を理論空燃比よりリーン側の所定リーン空燃比よりさらにリーン側の空燃比に制御し、
前記点火制御手段は、前記点火プラグにおける放電開始時期及び前記放電継続時間を制御し、前記放電開始時期を、前記点火プラグ近傍における混合気の空燃比が相対的に小さくなるように形成される成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に設定し、
前記点火制御手段は、前記所定リーン空燃比よりリーン側の空燃比範囲において、前記空燃比が増加するほど、前記放電開始時期を進角させるとともに前記放電継続時間を長く設定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 Spark ignition means for performing spark ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine, ignition control means for controlling the spark ignition means, and air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber, In a combustion control device for an internal combustion engine,
A homogeneous lean mixture forming means for forming a homogeneous and lean mixture in the combustion chamber;
The spark ignition means includes an ignition plug and a plurality of ignition coil pairs for generating a discharge in the ignition plug, and is capable of changing a discharge start timing and duration in the ignition plug,
The homogeneous lean air-fuel mixture forming means injects the fuel into the intake passage of the engine using a fuel injection valve capable of atomizing and injecting the fuel,
The air-fuel ratio control means controls the air-fuel ratio to a leaner air-fuel ratio than a predetermined lean air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio,
The ignition control means controls the discharge start timing and the discharge duration in the spark plug, and the discharge start timing is formed so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug becomes relatively small. Set to the advance side from the discharge start timing when igniting the lean mixture ,
In the air-fuel ratio range leaner than the predetermined lean air-fuel ratio, the ignition control means advances the discharge start timing and sets the discharge duration time longer as the air-fuel ratio increases. Combustion control device for an internal combustion engine.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014046308A JP6084941B2 (en) | 2014-03-10 | 2014-03-10 | Combustion control device for internal combustion engine |
PCT/JP2015/052676 WO2015137003A1 (en) | 2014-03-10 | 2015-01-30 | Combustion control system for internal combustion engine |
US14/897,884 US9932916B2 (en) | 2014-03-10 | 2015-01-30 | Combustion control apparatus for internal combustion engine |
CN201580000310.6A CN105102797B (en) | 2014-03-10 | 2015-01-30 | The combustion control device of internal combustion engine |
DE112015000119.0T DE112015000119T5 (en) | 2014-03-10 | 2015-01-30 | Combustion control device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014046308A JP6084941B2 (en) | 2014-03-10 | 2014-03-10 | Combustion control device for internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015169170A JP2015169170A (en) | 2015-09-28 |
JP6084941B2 true JP6084941B2 (en) | 2017-02-22 |
Family
ID=54202125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014046308A Expired - Fee Related JP6084941B2 (en) | 2014-03-10 | 2014-03-10 | Combustion control device for internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6084941B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6332345B2 (en) * | 2016-07-05 | 2018-05-30 | トヨタ自動車株式会社 | Control device for internal combustion engine |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0762454B2 (en) * | 1985-08-14 | 1995-07-05 | 株式会社日立製作所 | Air-fuel ratio control method |
JP3252733B2 (en) * | 1996-12-27 | 2002-02-04 | 国産電機株式会社 | Internal combustion engine ignition device |
JP3325231B2 (en) * | 1998-08-03 | 2002-09-17 | マツダ株式会社 | Control device for in-cylinder injection engine |
JP3582423B2 (en) * | 1999-10-26 | 2004-10-27 | 国産電機株式会社 | Internal combustion engine ignition device |
JP4560978B2 (en) * | 2001-03-30 | 2010-10-13 | マツダ株式会社 | Spark ignition direct injection engine with turbocharger |
JP2005030305A (en) * | 2003-07-14 | 2005-02-03 | Toyota Motor Corp | Lean burn internal combustion engine, and method for forming air-fuel mixture for the same |
JP4431168B2 (en) * | 2007-10-30 | 2010-03-10 | 三菱電機株式会社 | Combustion state detection apparatus and combustion state detection method for internal combustion engine |
JP5359590B2 (en) * | 2009-06-19 | 2013-12-04 | 日産自動車株式会社 | Variable compression ratio internal combustion engine |
-
2014
- 2014-03-10 JP JP2014046308A patent/JP6084941B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015169170A (en) | 2015-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6170852B2 (en) | Combustion control device for internal combustion engine | |
WO2015137003A1 (en) | Combustion control system for internal combustion engine | |
US10247156B2 (en) | Internal combustion engine | |
JP6315005B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
US10400706B2 (en) | Control apparatus for internal combustion engine | |
US10358971B2 (en) | Control apparatus for internal combustion engine | |
JP2017186984A (en) | Control device of internal combustion engine | |
JP6252647B1 (en) | Control device for premixed compression ignition engine | |
JP2009293595A (en) | Fuel injection control device for internal combustion engine | |
JP6141801B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP2008184968A (en) | Control device of gasoline engine | |
US10066574B2 (en) | Control apparatus for internal combustion engine | |
US20170284329A1 (en) | Internal combustion engine | |
JP6010642B2 (en) | Combustion control device for internal combustion engine | |
JP2019039362A (en) | Control device for compression ignition engine | |
JP2019039360A (en) | Control device for engine | |
JP2004324577A (en) | Fuel injection control device | |
JP2018040264A (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP2018105150A (en) | Control device of internal combustion engine | |
JP2018040263A (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP6549551B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP6195545B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP2015175249A (en) | Internal combustion engine combustion controller | |
JP6084941B2 (en) | Combustion control device for internal combustion engine | |
JP2006052686A (en) | Control device of internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160823 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160916 |
|
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: 20170124 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170126 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6084941 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |