JP6156226B2 - Control device for compression ignition engine - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。 The technology disclosed herein relates to a control device for a compression ignition engine.
圧縮着火式エンジンとは、気筒内の混合気を自己着火させる燃焼方式(圧縮着火燃焼)を用いたエンジンである。この場合、点火プラグにより着火した火炎が燃え広がることによって混合気を燃焼させる方式とは異なり、気筒内の各所で同時多発的に混合気が着火する。よって、燃焼期間が短くなるため、熱効率の向上による燃費の向上が期待される。 A compression ignition engine is an engine that uses a combustion system (compression ignition combustion) that self-ignites an air-fuel mixture in a cylinder. In this case, unlike the system in which the air-fuel mixture is combusted by the flame ignited by the spark plug spreading and spreading, the air-fuel mixture is ignited simultaneously and frequently at various locations in the cylinder. Therefore, since the combustion period is shortened, fuel efficiency is expected to be improved by improving thermal efficiency.
特許文献1には、圧縮着火式エンジンのための制御装置において、減速時などに燃料の噴射を中断する制御(いわゆる燃料カット制御)を実行することにより、燃費等を向上させることが記載されている。 Patent Document 1 describes that in a control device for a compression ignition engine, fuel efficiency is improved by executing control (so-called fuel cut control) that interrupts fuel injection at the time of deceleration or the like. Yes.
ところで、前述のような燃料カット制御を実行可能な制御装置では、燃料カット制御を実行している最中に、エンジン回転数が所定の値まで減少したときには、エンスト等の不都合が生じることのないよう、燃料噴射を再開する(自然復帰する)。 By the way, in the control device capable of executing the fuel cut control as described above, when the engine speed decreases to a predetermined value while the fuel cut control is being performed, there is no inconvenience such as engine stall. The fuel injection is restarted (returns naturally).
ところが、燃料カット制御からの復帰時には、燃料カット制御の間に筒内温度が低下していて安定した圧縮着火燃焼を行うことが出来ないため、特許文献1に記載の制御装置では、燃料カット制御からの復帰直後は火花点火燃焼を行って、筒内温度が高まった後に、圧縮着火燃焼に切り替えるようにしている。 However, when returning from the fuel cut control, the in-cylinder temperature is reduced during the fuel cut control and stable compression ignition combustion cannot be performed. Therefore, the control device described in Patent Document 1 uses the fuel cut control. Immediately after returning from the ignition, spark ignition combustion is performed, and after the in-cylinder temperature is increased, the combustion is switched to compression ignition combustion.
しかしながら、燃料カット制御からの復帰時に火花点火燃焼を行うことは、排気エミッションの性能の低下や、燃費の悪化等を招く。 However, performing spark ignition combustion at the time of return from the fuel cut control causes a reduction in exhaust emission performance, a deterioration in fuel consumption, and the like.
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮着火式エンジンの制御装置において、燃料カット制御からの自然復帰時に、火花点火燃焼を行うことなく、圧縮着火燃焼による復帰を安定させることにある。 The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and the object thereof is to perform spark ignition combustion at the time of natural return from fuel cut control in a control device for a compression ignition engine. It is to stabilize the return due to compression ignition combustion.
ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に係る。この制御装置は、気筒を有するエンジン本体と、前記エンジン本体の運転状態に対応した量の燃料を、該運転状態に対応した噴射タイミングで前記気筒内に噴射する燃料噴射手段と、前記気筒内への吸入空気量を調節するスロットル弁と、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させることにより、前記エンジン本体を駆動させる制御手段と、前記気筒内でオゾンを生成するオゾン生成手段と、を備え、前記燃料噴射手段は、その先端の噴射口を介して、前記気筒内に少なくともガソリンを含む燃料を噴射するインジェクタと、該インジェクタの噴射態様を制御する燃料供給システムと、を有し、前記インジェクタは、前記噴射口の開度を変更可能に構成されている。 The technology disclosed herein relates to a control device for a compression ignition engine. The control device includes an engine main body having a cylinder, fuel injection means for injecting an amount of fuel corresponding to the operating state of the engine main body into the cylinder at an injection timing corresponding to the operating state, and into the cylinder. A throttle valve for adjusting the amount of intake air of the engine, a control means for driving the engine main body by compressing and igniting the air-fuel mixture in the cylinder, and an ozone generating means for generating ozone in the cylinder. The fuel injection means has an injector for injecting fuel containing at least gasoline into the cylinder through an injection port at the tip thereof, and a fuel supply system for controlling an injection mode of the injector, and the injector Is configured to be able to change the opening of the injection port.
前記制御手段は、前記エンジン本体の減速時に所定の条件が成立したときには、前記燃料噴射手段の作動を強制的に中断させる燃料カット制御を実行すると共に、該燃料カット制御を実行している最中は、前記スロットル弁を介して前記吸入空気量を減少させることにより、該吸入空気量を前記エンジン本体の惰性運転に対応した最低限の量に設定する。 The control means performs fuel cut control for forcibly interrupting the operation of the fuel injection means when a predetermined condition is satisfied when the engine body is decelerated, and during the fuel cut control . Decreases the amount of intake air through the throttle valve, thereby setting the amount of intake air to a minimum amount corresponding to the inertial operation of the engine body.
前記制御手段はさらに、前記燃料カット制御を実行している最中に、エンジン回転数が所定の値まで低下したことを検出したときには、前記燃料噴射手段による燃料噴射を再開させると共に、その再開時には、前記燃料噴射手段、及び、前記オゾン生成手段を制御することにより、前記気筒内の燃焼室中央部付近に混合気が偏在するように前記噴射口の開度が変更される主噴射を圧縮行程後半以降に実行しかつ、該主噴射に先立って、該主噴射よりも少量の燃料を噴射する前段噴射を実行すると共に、該前段噴射に同期して前記気筒内でオゾンを生成する。 The control means further restarts fuel injection by the fuel injection means when detecting that the engine speed has decreased to a predetermined value during execution of the fuel cut control. By controlling the fuel injection means and the ozone generation means, the main injection in which the opening of the injection port is changed so that the air-fuel mixture is unevenly distributed near the center of the combustion chamber in the cylinder is compressed. run since late vital, prior to the main injection, and executes a pre-stage injection for injecting a small amount of fuel than the main injection, in synchronization with the front stage injection produces ozone within the cylinder.
この構成によると、制御手段は、エンジン本体が定常運転しているときには、そのエンジン本体の運転状態に対応した量の燃料を、所定の噴射タイミングで気筒内に噴射させる主噴射を実行して、圧縮着火により燃焼させる。 According to this configuration, when the engine body is in steady operation, the control means executes main injection that injects an amount of fuel corresponding to the operating state of the engine body into the cylinder at a predetermined injection timing, Burn by compression ignition.
制御手段はまた、エンジン本体の減速時に所定の条件を満たしたと判定したときに燃料カット制御を実行する。燃料カット制御を実行している最中は、気筒内で燃焼が行われないため、エンジン本体は惰性で動作して、エンジン回転数は単調に減少していく。そうして、エンジン回転数が所定の値まで低下したときには、エンスト等の不都合を阻止すべく、燃料の噴射を再開する(自然復帰する)。つまり、エンジン回転数を少なくとも保持出来る程度の量の燃料を噴射する。 The control means also executes fuel cut control when it is determined that a predetermined condition is satisfied during deceleration of the engine body. During the fuel cut control, combustion is not performed in the cylinder, so the engine body operates by inertia and the engine speed decreases monotonously. Thus, when the engine speed decreases to a predetermined value, the fuel injection is restarted (returns naturally) to prevent inconvenience such as engine stall. That is, an amount of fuel that can at least maintain the engine speed is injected.
しかしながら、燃料カット制御を実行している最中に、気筒内が冷えてしまうため、燃料噴射の再開直後は、気筒内の圧縮着火燃焼が安定しない。そこで、制御手段は、燃料カット制御から自然復帰するときには、主噴射に先だって、主噴射よりも少量の燃料を噴射する前段噴射を行うと共に、該前段噴射と同期して気筒内でオゾンを生成する。ここで、前段噴射とオゾンの生成とを同期するとは、前段噴射を実行しているタイミングに合わせて、オゾンを生成することであり、オゾンの生成時期が、主噴射の時期よりも前段噴射の時期に近いことを意味する。例えば前段噴射を行う期間と、オゾンを生成する期間との少なくとも一部が重なるようにしてもよい。 However, since the inside of the cylinder is cooled while the fuel cut control is being performed, the compression ignition combustion in the cylinder is not stable immediately after the restart of fuel injection. Therefore, when the control means naturally returns from the fuel cut control, prior to the main injection, the control means performs a front injection that injects a smaller amount of fuel than the main injection, and generates ozone in the cylinder in synchronization with the front injection. . Here, to synchronize the front-stage injection and the generation of ozone means to generate ozone in accordance with the timing at which the front-stage injection is executed, and the generation time of the ozone is higher than that of the main injection. Means close to the time. For example, at least a part of the period for performing the pre-injection and the period for generating ozone may overlap.
前段噴射に同期してオゾンを生成することによって、前段噴射により噴射した燃料にオゾンが作用して、燃料を活性化する。また、燃料の低温酸化反応が誘発されて、気筒内の環境を、燃料の着火性が向上する環境にする。ここで、前段噴射の噴射量は、噴射した燃料が、早期に着火しない程度の少量にすることが好ましい。 By generating ozone in synchronization with the pre-injection, the ozone acts on the fuel injected by the pre-injection to activate the fuel. Further, a low temperature oxidation reaction of the fuel is induced, and the environment in the cylinder is changed to an environment in which the ignitability of the fuel is improved. Here, it is preferable that the injection amount of the pre-stage injection is set to a small amount such that the injected fuel does not ignite early.
気筒内で活性化した燃料と、着火性が向上した筒内環境によって、主噴射により、気筒内に噴射した燃料が安定して圧縮着火燃焼するようになる。こうして、筒内温度が低下する燃料カット制御からの自然復帰時に、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。 Due to the fuel activated in the cylinder and the in-cylinder environment with improved ignitability, the fuel injected into the cylinder is stably ignited and combusted by the main injection. In this way, compression ignition combustion is stabilized at the time of natural recovery from the fuel cut control in which the in-cylinder temperature decreases.
前記制御手段はまた、前記前段噴射を吸気行程中に実行すると共に、前記主噴射を圧縮行程後半以降に実行する、としてもよい。 The control means may execute the pre-injection during the intake stroke and execute the main injection after the latter half of the compression stroke.
ここで前段噴射は、吸気行程前半におこなってもよい。「吸気行程前半」とは、吸気行程を前半と後半とに2分したときの前半を意味する。 Here, the front injection may be performed in the first half of the intake stroke. The “first half of the intake stroke” means the first half when the intake stroke is divided into the first half and the second half.
また、「圧縮行程後半以降」とは、圧縮行程を前半と後半とに2分したときの後半と、膨張行程とを含む。 Further, “after the second half of the compression stroke” includes the second half when the compression stroke is divided into the first half and the second half, and the expansion stroke.
この構成によると、前段噴射を吸気行程中に実行することで、前段噴射により噴射された燃料が、オゾンによって活性化される時間を長くすることが可能になると共に、十分に低温酸化反応するようになるから、圧縮行程後半以降に実行する主噴射により噴射された燃料の圧縮着火を安定させる上で有利になる。 According to this configuration, by executing the pre-stage injection during the intake stroke, it becomes possible to lengthen the time that the fuel injected by the pre-stage injection is activated by ozone, and to sufficiently oxidize at a low temperature. Therefore, it is advantageous in stabilizing the compression ignition of the fuel injected by the main injection executed after the latter half of the compression stroke.
また、前記エンジン本体は、複数の気筒を有し、前記制御手段は、前記燃料噴射手段、及び、前記オゾン生成手段を制御することにより、前記燃料噴射を再開してから前記複数の気筒の各々において1回ずつ燃焼を実行した後に、前記前段噴射及び前記オゾンの生成を停止する、としてもよい。 The engine main body has a plurality of cylinders, and the control unit controls the fuel injection unit and the ozone generation unit to restart the fuel injection, and then each of the plurality of cylinders. It is good also as stopping the said front | former injection and the production | generation of the ozone after performing combustion once each .
この構成によると、燃料噴射を再開して、燃焼が行われれば、気筒内の温度が上昇する。その結果、前段噴射及びオゾンの生成を行わなくても、着火性を確保することができる。例えば、燃料噴射を再開してから、所定のサイクル数が経過した後に、又は気筒内の温度状態の推定や、気筒内に設けられた温度センサからの入力等に基づいて、気筒内の温度が十分に高まったと判定したときには、前段噴射、及びオゾンの生成を停止することで、オゾンの生成に必要なエネルギーの消費が抑えられて、燃費を改善させる上で有利になる。 According to this configuration, if the fuel injection is resumed and combustion is performed, the temperature in the cylinder rises. As a result, ignitability can be ensured without performing front-stage injection and ozone generation. For example, after a predetermined number of cycles has elapsed after restarting fuel injection, or based on estimation of the temperature state in the cylinder, input from a temperature sensor provided in the cylinder, or the like, the temperature in the cylinder When it is determined that the fuel consumption has been sufficiently increased, by stopping the pre-injection and the generation of ozone, consumption of energy necessary for the generation of ozone is suppressed, which is advantageous in improving the fuel consumption.
以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンの制御装置は、燃料カット制御からの自然復帰時に、筒内温度が低下することに対応して、主噴射に先立って、前段噴射、及びこの前段噴射に同期してオゾンの生成を実行するようにしたから、圧縮着火燃焼の安定化を図ることができる。 As described above, the control device for the compression ignition engine responds to the fact that the in-cylinder temperature decreases at the time of natural recovery from the fuel cut control. Since the generation of ozone is executed in synchronization with the injection, the compression ignition combustion can be stabilized.
以下、圧縮着火式エンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態の説明は、例示である。
(エンジンシステムの全体構成)
図1〜2は、実施形態に係るエンジンシステム1の構成を示している。このエンジンシステム1は、車両に搭載されるシステムであり、エンジン本体(以下では、単にエンジンと記載)10と、エンジン10に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及び該センサからの信号に基づきアクチュエータを制御する、制御手段としてのPCM(Powertrain Control Module)100を含む。
Hereinafter, an embodiment of a control device for a compression ignition engine will be described with reference to the drawings. The description of the following embodiment is an example.
(Overall configuration of engine system)
FIGS. 1-2 has shown the structure of the engine system 1 which concerns on embodiment. The engine system 1 is a system mounted on a vehicle, and is based on an engine body (hereinafter simply referred to as an engine) 10, various actuators associated with the
以下では、エンジン10、エンジン10に付随する様々なアクチュエータ及びセンサについて、それぞれの構成の主要部について説明するが、周知のものを採用している部分については、一部を除き図示及び説明しないものとする。
In the following, the main parts of the respective configurations of the
このエンジン10は、自動車等の車両に搭載されるように構成されていて、少なくともガソリンを含む燃料が供給される圧縮着火式エンジンである。
The
図1に示すように、エンジン10は、シリンダブロック11と、その上に載置されて固定されるシリンダヘッド12と、を備えている。シリンダブロック11の内部には、複数の気筒(図1ではただ1つのみを示すが、実際は、複数の気筒が直列に並んでいる)13が形成されていると共に、気筒13の並びに沿って延びるように、クランクシャフト14が回転自在に支持されている。このクランクシャフト14は、コネクティングロッド15を介してピストン16に連結されている。
As shown in FIG. 1, the
ピストン16は、各気筒13内に、それぞれ摺動可能に嵌挿されていて、このピストン16の頂面16aと、気筒13の壁面13aと、シリンダヘッド12の下面12aとによって、燃焼室17が区画されている。この実施形態では、ピストン16は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連のサイクルの過程で、ピストン16の頂面16aがシリンダヘッド12の下面12aに最も接近する上死点(TDC)と、ピストン16の頂面16aがシリンダヘッド12の下面12aから最も離れる下死点(BDC)との間を往復移動する。図1は、ピストン16が上死点から下死点に移動している状態を概略的に示している。
The
燃焼室17の上側の内面(上面)としてのシリンダヘッドの下面12aは、例えば図2に示すように、図2の紙面上方に膨出したドーム状に形成されている。この形状に対応して、ピストン16の頂面16aもドーム状に形成されている。このピストン16の頂面16aの中央部には、円盤状の凹部が形成されている。
The
エンジン10は、燃料供給手段としての燃料供給装置20を備えていて、この燃料供給装置20は、インジェクタ21と、燃料供給システム22と、を含む。インジェクタ21は、シリンダヘッド12の燃焼室17毎に取り付けられていて、各燃焼室17内に燃料を直接噴射する(直噴)。このインジェクタ21は、その先端の噴射口がシリンダヘッド12の下面12aの中央部から、燃焼室17の内部に向けて臨むように配設されており、当該中央部から、燃焼室17の内部に向かって放射状に広がるようにガソリンを噴射する。インジェクタ21としては、外開弁式のインジェクタや、多噴口型のインジェクタを採用することが可能である。
The
この実施形態では、インジェクタ21として、ピアゾ素子を用いて構成され、噴射口の高度な開度制御が可能なピアゾインジェクタ21が用いられている。従って、この構成によると、エンジン10の回転数が非常に大きい場合でも、単位時間当たりの噴射量や噴射タイミングなどを精度良く制御できるようになっている。
In this embodiment, a
こうしたインジェクタ21を作動させる燃料供給システム22は、例えば、インジェクタ21の開度を変更するための電気回路と、インジェクタ21に燃料を供給する燃料供給系とを備えており、PCM100からの制御信号に従って、所定量の燃料を、所定のタイミングで燃焼室17内に噴射するよう、燃料供給装置20の作動を制御する。
The
ここで、エンジン10の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む燃料(液体燃料)であれば、どのような燃料であってもよい。
Here, the fuel of the
ここで、シリンダヘッド12の下面12a側(燃焼室17の上面側)にはさらに、オゾン生成手段としてのオゾン発生器30が配設されている。このオゾン発生器30は、例えばねじ止めなどの周知の構造によって、シリンダヘッド12に取り付けられており、放電プラグ31とオゾン発生システム32とを備えている。
Here, an
放電プラグ31の先端部は、インジェクタ21の噴射口の近傍から燃焼室17に突出しており、碍子31aによって周囲が電気的に絶縁された棒状の電極31bが設けられている。この構成によって、電極31bは、シリンダヘッド12やシリンダブロック11などから電気的に絶縁された状態で、燃焼室17内に突出している。シリンダブロック11、シリンダヘッド12及びピストン16等は、接地(アース)処理が施されている。
The distal end portion of the
オゾン発生システム32は、高電圧に対応した電気回路を有しており、PCM100からの制御信号に従って、パルス状の高電圧を電極31bに印加して、オゾンを発生させる。この電圧の大きさ、印加期間及びパルス幅等を適宜変更することによって、燃焼室17内に生成するオゾンの濃度等を調整することができる。
The
シリンダヘッド12にはまた、気筒13毎に、インジェクタ21に隣接して吸気ポート18及び排気ポート19が開口していて、それぞれが燃焼室17に連通している。これら吸気ポート18及び排気ポート19には、燃焼室17側から開口を閉塞することができるように、吸気弁41及び排気弁42がそれぞれに配設されている。吸気弁41は吸気弁駆動機構により、排気弁42は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動され、それによって所定のタイミングで往復移動して、各ポート18,19を開閉し、燃焼室17内のガス交換を行う。
The
吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、それぞれ吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有する。これらのカムシャフトは、周知の動力伝達機構を介して前記クランクシャフト14に駆動連結されていて、クランクシャフト14の回転に連動して回転する。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、例えばスイングアームを備えたロッカーアーム式に構成されている。
The intake valve drive mechanism and the exhaust valve drive mechanism each have an intake camshaft and an exhaust camshaft. These camshafts are drivingly connected to the
この実施形態では、少なくとも吸気弁駆動機構は、吸気カムシャフトの位相、ひいては吸気弁41の開閉時期を変更可能な、例えば電動式のバルブ位相可変機構(Variable Valve Timing:VVT)43を含んで構成されている。吸気弁駆動機構はさらに、VVT43に加えて、吸気弁41の移動量(弁リフト量)を連続的に変更可能な、連続可変バルブリフト機構(Continuous Variable Valve Lift:CVVL)44も含んで構成されている。VVT43及びCVVL44は、PCM100からの制御信号に従って、所定量のガスを所定のタイミングで燃焼室17内に導入するよう、吸気弁41の開閉量及び開閉タイミングを調整する。
In this embodiment, at least the intake valve drive mechanism includes, for example, an electric valve phase variable mechanism (VVT) 43 that can change the phase of the intake camshaft and thus the opening / closing timing of the
各燃焼室17の吸気ポート18は、図1に示すように、吸気通路50に連通している。一方で、各燃焼室17の排気ポート19は、排気通路60に連通している。
The
吸気通路50の上流側端部には、外部から吸入した空気を濾過するエアクリーナが配設されている一方で、吸気通路50における下流端近傍には、サージタンク51が配設されている。このサージタンク51よりもさらに下流側の吸気通路50は、燃焼室17毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各燃焼室17の吸気ポート18にそれぞれ接続されている。
An air cleaner that filters air sucked from outside is disposed at the upstream end of the
吸気通路50におけるエアクリーナとサージタンク51との間には、各燃焼室17への吸入空気量を調節するスロットル弁52が配設されていて、PCM100からの制御信号に従って、所定量の新気を導入するように、スロットル弁52の開閉量を調整する。
Between the air cleaner and the
排気通路60の上流側の部分は、燃焼室17毎に分岐して排気ポート19の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有するよう構成されている。この排気通路60における集合部よりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置が接続されていて、この排気浄化装置としては、例えば、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。この排気浄化装置のさらに下流側には、例えばマフラーが接続されていて、浄化した排気ガスを外部に排出する。
The upstream portion of the
吸気通路50におけるサージタンク51とスロットル弁52との間の部分と、排気通路60における排気浄化装置よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路50に還流するための、EGR手段としてのクールドEGR70を介して接続されている。このクールドEGR70は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ72が配設されたEGR通路71を含んで構成されていて、このEGR通路71には、排気ガスの吸気通路50への還流量を調整するためのEGR弁73が配設されている。PCM100からの制御信号に従って、このEGR弁73の開閉量を調整することによって、スロットル弁52と協働して所定のEGR率(気筒13内に吸入する全ガスに対する排気ガスの質量比)を実現するように構成されている。
A portion of the
エンジン10は、その幾何学的圧縮比が高く設定されている。幾何学的圧縮比εは、例えば20≦ε≦40、好ましくは25≦ε≦35である。エンジン10は、点火プラグによる点火を行わずに、インジェクタ21より燃焼室17内に噴射した燃料を、圧縮着火によって燃焼させる。
The
具体的には、この実施形態では、圧縮上死点の手前40度から180度付近(BTDC40〜180度付近)にて、吸気弁41が吸気ポート18を閉塞するようになっている。
Specifically, in this embodiment, the
そして、圧縮行程において、ピストン16が図1の紙面上方に移動することによって、取り込んだガスを断熱的に圧縮する。吸気行程から圧縮行程の期間内で、インジェクタ21が作動して、例えば図3に示すように、インジェクタ21の先端部から、紙面下方に向けて放射状に広がるように燃料を噴射する。こうして、燃焼室17内に、ガスと燃料とが混合した混合気を生成する。
Then, in the compression stroke, the
具体的に、このエンジン10は、燃料の噴射量が比較的少ないとき、例えばエンジン負荷が比較的低いときには、燃料を噴射するときに、燃焼室17内部の中央部付近に混合気が偏在するよう、インジェク21の開度を制御する。一例として、図4に示すように、ピストン16が上死点付近に位置しているときには、インジェクタ21から噴射した燃料がピストン16の凹部とシリンダヘッドの下面12aとで区画される空間に収まるように噴射される。
Specifically, in the
このように偏在させることで、混合気層と、燃焼室17を区画する内面11a、12a、16aと、の間に、実質的に空気からなる断熱層(空気断熱層)を介在させることができ、混合気が燃焼したときの火炎が、燃焼室17の内面11a、12a、16aに接触することを抑制して、熱が内面11a、12a、16aを通じて外部に逃げるのを妨げることができるから、冷却損失を低減させて、燃費を向上させる上で有利になる。
By being unevenly distributed in this way, a heat insulation layer (air heat insulation layer) consisting essentially of air can be interposed between the air-fuel mixture layer and the
生成した混合気は、気体の圧力等により定まる発火点に達し次第、自発火(圧縮着火)して、それによって燃焼する。具体的には、図4に示すように、圧縮上死点付近において発火点に達し、燃焼室17内の各所において、同時多発的に自己着火する。着火した混合気は、燃焼の進行に伴って、所定の高さ及び幅を有するような熱量を発生する。このときの燃焼重心は、この実施形態では、膨張行程前期、具体的には、圧縮上死点を通過した後の5度付近(ATDC5度付近)になるように設定されている。そして、この熱量によって急激に膨張したガスがピストン16を図4の紙面下方に押し動かすことによって、クランクシャフト14が回転し、その回転によるトルクが駆動力としてエンジン10から出力される。エンジン10からの出力を、変速機を介して連結された駆動輪に伝達することによって、車両が推進する。
The generated air-fuel mixture is self-ignited (compression ignition) as soon as it reaches the ignition point determined by the pressure of the gas, and burns. Specifically, as shown in FIG. 4, the ignition point is reached in the vicinity of the compression top dead center, and self-ignition occurs simultaneously and frequently at various locations in the
その後、排気弁42が動作して排気ポート19が開口し、気筒13内のガスを当該ポート19より排気ガスとして排出する。
Thereafter, the
このとき排出されるガスの一部は、EGR弁73の開度に応じて、EGR通路71を経由して、冷却された上でサージタンク51に流入する。そして、外部から新たに導入された新気と混合して、吸気ポート18から再び燃焼室17内に導入され、混合気として再利用される。その一方で、排出される他のガスは、排気浄化装置を通過して、外部に排気される。
A part of the gas discharged at this time flows into the
以下では、このように駆動するよう構成されたエンジン10の作動を制御するPCM100の構成の主要部について説明するが、周知のものを採用している部分については、一部を除き図示しないことにする。
In the following, the main part of the configuration of the
PCM100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(CPU)と、例えばRAMやROM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と、電気信号の入出力をする入出力(I/O)バスと、を備えている。
The
PCM100には、図2に示すように、少なくとも、車両の推進速度(車速)を検出する車速センサSW1、アクセルペダルPの踏み込み量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSW2、及びエンジン10の出力回転(エンジン回転数)を検出するエンジン回転数センサSW3が接続されていて、各センサの検出値をPCM100に入力する。
As shown in FIG. 2, the
PCM100にはまた、吸気通路50内の上流側に設けられ、吸気通路50を流れる新気の流量を検出するエアフローセンサSW4等が接続されている。
The
PCM100は、前述した各センサ等からの入力に基づいて、エンジン10や車両の状態を判断し、それに対応した燃料噴射、吸気及び放電等が行われるように、エンジン10の制御パラメータを設定する。そしてPCM100は、設定した各制御パラメータに基づいた制御信号を、燃料供給システム22、オゾン発生システム32、VVT43、CVVL44、スロットル弁52及びEGR弁73等に出力して、エンジン10を作動させる。
The
PCM100は、エンジン10を作動させるとき、アクセルペダルPの踏み込み量(アクセル開度)に応じて定まるエンジン負荷と、エンジン10のエンジン回転数とに応じて、空燃比(A/F)、吸入空気量、燃料噴射量、EGR率、噴射タイミング(インジェクタ21からの主噴射を開始するタイミング)、吸気弁41の開閉タイミング、及び電極21bへの印加を開始するタイミング等を設定し、その設定値に向けて種々のアクチュエータを作動させる。
When the
なお、エンジン負荷は、図5に示すように、当該図面において実線で示す所定の負荷よりも高い運転領域R1と、それよりも低負荷側の運転領域R2とに区分される。 As shown in FIG. 5, the engine load is divided into an operation region R1 higher than a predetermined load indicated by a solid line in the drawing and an operation region R2 on the lower load side.
この実施形態では、高負荷側の運転領域R1において、空気過剰率λを1(つまり、A/Fを約14.7に設定する)に設定する。この運転領域R1は、比較的多量の燃料を燃焼させる領域であって、以下ではλ1領域とも記載する。λ1領域では、インジェクタ6が燃料噴射を開始する噴射開始タイミング(以下では、こうした噴射開始タイミングを噴射タイミングとも記載)が、圧縮行程終期から膨張行程初期に設定される。ここでいう、圧縮行程終期は、圧縮行程を、初期、中期、及び終期の3つに3等分したときの初期に相当する。λ1領域では、燃料噴射量が相対的に多くかつ、混合気の空燃比を理論空燃比に設定していることで、圧縮着火燃焼による気筒13内の圧力上昇が急峻になって、燃焼騒音が増大してしまう可能性が有る。そのため、λ1領域では、燃料の噴射タイミングを比較的遅く設定することで、圧縮着火のタイミングを、圧縮上死点から離れた膨張行程内にして、それによって、圧縮着火燃焼を、気筒13内の圧力が低下する膨張行程中に設定する。λ1領域での燃料噴射は、一括で行ってもよいし、エンジントルクを生成する主燃焼(1サイクル中で最も大きな熱量を発生させる燃焼)を生じさせるための主噴射と、その主噴射の前に行う前段噴射とに分けて行ってもよい。λ1領域では、エンジン10の運転状態に応じて燃焼の噴射開始タイミング(この噴射開始タイミングは、主噴射の噴射開始タイミングに相当する)が設定される。
In this embodiment, the excess air ratio λ is set to 1 (that is, A / F is set to about 14.7) in the operation region R1 on the high load side. This operation region R1 is a region where a relatively large amount of fuel is combusted, and is hereinafter also referred to as a λ1 region. In the λ1 region, the injection start timing at which the injector 6 starts fuel injection (hereinafter, this injection start timing is also referred to as injection timing) is set from the end of the compression stroke to the beginning of the expansion stroke. Here, the end of the compression stroke corresponds to the initial stage when the compression stroke is divided into three equal parts of the initial stage, the middle stage, and the final stage. In the λ1 region, the fuel injection amount is relatively large and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio, so that the pressure rise in the
その一方で、低〜中負荷側の運転領域R2においては、燃焼室17内の空気過剰率λを例えば、2.0以上(つまり、A/Fが30以上)に設定する。この運転領域R2は、以下では、リーン領域とも記載する。前述した空気断熱層の形成は、主に、このリーン領域で行われる。リーン領域では、インジェクタ6による燃焼噴射の開始タイミングが、例えば圧縮行程終期に設定される。これにより、燃焼室17内部の中央部付近に混合気を偏在させることが可能になる。リーン領域では、燃料噴射量が相対的に少なくかつ、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定していることで、圧縮着火燃焼による気筒13内の圧力上昇が抑制される。そのため、リーン領域では、燃料の噴射開始タイミングを相対的に早く設定する。リーン領域での燃料噴射は、一括で行ってもよいし、分割で行ってもよい。リーン領域でも、エンジン10の運転状態に応じて燃料の噴射開始タイミングが設定される。
On the other hand, in the operation region R2 on the low to medium load side, the excess air ratio λ in the
PCM100は、車両が減速している最中に所定の条件(燃料カット条件)が成立したとき、例えばアクセルペダルPが踏みこまれておらず(アクセル開度がゼロ)且つ、エンジン回転数が所定の回転数以上である、と判断したときには、インジェクタ21による燃焼室17内への燃料噴射を中断する燃料カット制御を実行する。
When a predetermined condition (fuel cut condition) is satisfied while the vehicle is decelerating, for example, the accelerator pedal P is not depressed (the accelerator opening is zero), and the
燃料カット制御を実行している最中、エンジン10は惰性によって動作を継続する。このとき、燃焼室17内では燃焼が生じないため、気筒13内の温度は次第に低下する。当該制御を実行すると、EGR率は、ゼロに向けて減少していくが、吸気通路50及びEGR通路71に残存する排気ガス等により、実際のEGR率は、燃料カット制御を実行した後、やや遅れてゼロに達する。
While the fuel cut control is being executed, the
そして、燃料カット制御を実行している最中に、アクセルペダルPを踏みこんで再加速をするか、エンジン回転数が所定の回転数を下回るかをすると、PCM100は、燃料カット制御を終了して、燃料噴射を再開する。
Then, when the fuel cut control is being executed, if the accelerator pedal P is depressed to re-accelerate or the engine speed falls below a predetermined speed, the
特に、後者のような自然復帰の場合は、所定のエンジン10の運転状態を実現するように、A/F、吸入空気量、燃料噴射量、噴射時期(噴射タイミング、又は噴射開始タイミングとも記載)、EGR率等を設定し、設定に基づいてエンジン10を運転する。
In particular, in the case of the natural return such as the latter, the A / F, the intake air amount, the fuel injection amount, the injection timing (also described as the injection timing or the injection start timing) so as to realize a predetermined operating state of the
しかしながら、燃料噴射を再開した直後の数サイクルについては、それまで燃焼が行われておらず、排気ガスが存在しないため、後述するように、実際のEGR率は、自然復帰制御を実行した後、やや遅れて所定の設定値に達する。
(燃料カット制御からの自然復帰に係るエンジンの燃料噴射制御)
PCM100は、燃料カット制御からの自然復帰時には、燃焼室17内の混合気の着火性を向上させるべく、主噴射に先立って前段噴射を実行させると共に、この前段噴射に同期して、気筒13内にオゾンを生成させる。
However, for several cycles immediately after resuming fuel injection, combustion has not been performed so far and exhaust gas does not exist. Therefore, as described later, the actual EGR rate is A certain delay is reached after a certain delay.
(Engine fuel injection control for natural recovery from fuel cut control)
The
以下では、こうした制御について詳細に説明する。ここで説明する例は、図5にA1、A2の矢印で示すように、λ1領域内で定常運転をしている状態から、アクセルペダルPの踏み込みを解除して減速している最中に燃料カット制御を実行して、その後、エンジン回転数が所定の回転数を下回った時に、燃料噴射を再開するまでの、エンジン10の振る舞いである。
Hereinafter, such control will be described in detail. In the example described here, as indicated by arrows A1 and A2 in FIG. 5, the fuel is being released while the accelerator pedal P is released and the vehicle is decelerating from the state of steady operation in the λ1 region. This is the behavior of the
初めに、エンジン10が定常運転しているものとする。つまり、この状態では、アクセル開度は一定に保持されており、そのアクセル開度に応じて設定されたエンジン負荷に基づいて、運転領域R1(λ1領域)が選択される。そして、前記したように、PCM100によって、エンジン負荷と、エンジン回転数と、に応じて、その運転領域R1に対応するように、EGR率、吸入空気量、燃料噴射量及び噴射タイミングが設定される。例えば、噴射タイミングについては、圧縮上死点前5度に選ばれている。
First, it is assumed that the
次に、車両を減速すべく、アクセルペダルPの踏み込みが解除されて、アクセル開度が単調に減少したとする。この状態では、アクセル開度の減少に応じて燃料噴射量が減少すると共に、空気過剰率λを一定に保つべく、吸入空気量も減少する。 Next, it is assumed that in order to decelerate the vehicle, the depression of the accelerator pedal P is released, and the accelerator opening decreases monotonously. In this state, the fuel injection amount decreases as the accelerator opening decreases, and the intake air amount also decreases to keep the excess air ratio λ constant.
PCM100は、回転数センサSW2及びアクセル開度センサSW3からの入力に基づいて、アクセル開度が減少してゼロに達したとき、エンジン回転数が所定値以上にあると判定したときには、燃料カット条件を満たしたとして、燃料カット制御を実行する。PCM100は、インジェクタ21から燃焼室17内への燃焼噴射を中断するよう制御信号を出力する。
When the
また、車両の減速に伴って、エンジン10の運転領域は、図5の矢印A1に示すように、運転領域R1から運転領域R2(リーン領域)に移行する。エンジン1のエンジン負荷及びエンジン回転数は、矢印A1に沿って単調に減少する。
Further, as the vehicle decelerates, the operation region of the
そして、燃料カット制御を実行している最中は、エンジン10は、燃料の燃焼を伴わずに、最低限の吸入空気量の下で、惰性で運転する。この期間では、エンジン回転数は、図5の矢印A2に沿って、単調に減少する。
While the fuel cut control is being performed, the
PCM100は、回転数センサSW2からの入力に基づいて、エンジン回転数が所定値まで減少したと判定したときには、自然復帰条件を満たしたとして、エンジン回転数を所定値以上に保持するよう燃料噴射を再開する(自然復帰を実行する)。
When it is determined that the engine speed has decreased to a predetermined value based on the input from the rotational speed sensor SW2, the
PCM100は、燃料の噴射を再開して、所定のエンジン10の運転状態となるように、A/F、EGR率、吸入空気量、燃料噴射量及び噴射タイミングを設定して、その設定を実現するよう、EGR弁73、スロットル弁52,燃料供給システム22等に制御信号を出力する。この制御信号によって、吸入空気量及び燃料噴射量が増加を始め、燃料の燃焼が再開する。
The
PCM100は、こうした自然復帰を実行するとき、燃料を圧縮行程後半以降、例えば圧縮上死点前付近で噴射する主噴射に加えて、前段噴射を実行する。前段噴射は、吸入行程を、初期、中期、及び終期の3つに3等分したときの吸入行程初期から中期にかけての期間において、例えば、主噴射よりも少量で、早期に着火しない程度の量の燃料を噴射する。また、図3及び6に示すように、この前段噴射に同期して、燃焼室17内でオゾンを生成するよう、オゾン発生システム32に制御信号を出力する。
When performing such a natural return, the
吸気行程中の前段噴射に同期して、気筒13内にオゾンを生成することにより、その前段噴射により噴射した燃料にオゾンが作用して、燃料を活性化する。圧縮行程中に燃料の低温酸化反応が誘発され、圧縮上死点付近においては、気筒13内の環境が、燃料の着火性が向上する環境になる。前段噴射による燃料がオゾンによって活性化する時間を長く確保するために、前段噴射は、吸気行程の前半に行うことが好ましい。
By generating ozone in the
そうして、圧縮上死点付近で行われる主噴射によって供給される燃料の圧縮着火が促進される。つまり、自然復帰直後であって、気筒13内の温度が低いときでも、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。
Thus, compression ignition of the fuel supplied by the main injection performed near the compression top dead center is promoted. That is, compression ignition combustion is stabilized even immediately after the natural return and even when the temperature in the
また、主噴射において供給される燃料は、燃焼室17の中央部付近に偏在する混合気を形成して、その周囲には、前段噴射によって供給される燃料を含むガス層が形成される。このガス層は、前段噴射が少量のためリーンであり、前述した空気断熱層と同様に、冷却損失の低減に寄与する。自然復帰を実行した直後は、気筒13内の壁面温度が低いので、冷却損失の低減効果も高くなる。
Further, the fuel supplied in the main injection forms an air-fuel mixture that is unevenly distributed near the center of the
自然復帰を実行している最中、エンジン10の運転状態は、図5の矢印A2に沿って、運転領域R2内を移動する。
While the natural return is being executed, the operating state of the
PCM100は、自然復帰を実行するとき、エンジン10の構成に応じて定められるサイクル数、例えば、各気筒13につき1回ずつ燃焼を実行すると、各気筒13の内部が十分に暖められて、前段噴射及びオゾンの供給を行わなくても、圧縮着火燃焼の安定性が確保可能であると判定して、オゾンの生成を伴う前段噴射を終了する。
When the
以上より、PCM100は、燃料カット制御から自然復帰するときには、気筒13内の温度の低下に対応すべく、燃料の主噴射に先だって、燃料供給装置20及びオゾン発生器30を作動させて、前段噴射と、この前段噴射に同期したオゾンの生成とを実行するようにした。前段噴射を実行するタイミングに合わせてオゾンを生成することによって、前段噴射により噴射した燃料の低温酸化反応が誘発されて、燃料の着火性が向上する。そうした中で主噴射を実行すると、気筒13内が低温であっても、燃料が安定して圧縮着火燃焼するようになる。こうして、筒内温度が低下する燃料カット制御からの自然復帰時であっても、圧縮着火燃焼が安定する。
As described above, when the
PCM100はまた、前段噴射、及び前段噴射に同期したオゾンの生成を吸気行程初期から中期にかけての期間に実行することで、前段噴射により噴射された燃料が十分に気化するようになって、その上、オゾンにより誘発される低温酸化反応を行う時間を比較的長くとることができるから、圧縮上死点前付近で行われる主噴射による圧縮着火を安定させる上で有利になる。
The
PCM100はまた、例えば、所定のサイクル数が経過した後には、気筒13内の温度が十分に高まったと判定して、前段噴射、及び前段噴射に同期したオゾンの生成を停止するから、前段噴射に要する燃料や、電極31bへの印加に要求される電力の消費が抑えられて、燃費を改善させる上で有利になる。
<他の実施形態>
自然復帰の際に、各気筒13につき1回ずつ、オゾンの生成を伴う前段噴射を実行する前段噴射を実行する構成について説明したが、必ずしもこれに限定されるわけではない。エンジン10の構成等に応じて前段噴射を2回以上実行してもよいし、気筒13の内壁面の温度を測定するセンサを配設して、このセンサからの信号に基づいて、前段噴射を継続又は終了するように構成してもよい。また、種々のセンサからの入力に基づいて、自然復帰してからの内壁面の温度の推移を推定して、該推定に基づいて、オゾンの生成を伴う前段噴射を行う回数を決めるようにしてもよい。
The
<Other embodiments>
Although the description has been given of the configuration in which the pre-injection in which the pre-injection with the generation of ozone is performed once for each
吸気通路50、及び排気通路60の構成についても変更することができる。例えば、クールドEGR70において、EGRクーラ72をバイパスするためのバイパス通路を設けることができる。そうした場合、EGRガスの温度、ひいては混合気の着火性をより高度に制御できるようになる。
The configurations of the
ここに開示する技術は、ターボ過給機付きエンジンに適用することも可能である。 The technology disclosed herein can also be applied to an engine with a turbocharger.
吸気弁駆動機構にCVVL44を含む構成は、必須ではない。
The configuration including the
以上の様に、圧縮着火式エンジンの制御装置において、燃料カット制御からの自然復帰時に、圧縮着火燃焼を安定させることができるものであり、産業上の利用可能性はある。 As described above, in the control device for the compression ignition type engine, the compression ignition combustion can be stabilized at the time of natural return from the fuel cut control, and there is industrial applicability.
10 エンジン本体
13 気筒
100 PCM(制御手段)
20 燃料供給装置(燃料供給手段)
30 オゾン発生器(オゾン生成手段)
10
20 Fuel supply device (fuel supply means)
30 Ozone generator (Ozone generating means)
Claims (2)
前記エンジン本体の運転状態に対応した量の燃料を、該運転状態に対応した噴射タイミングで前記気筒内に噴射する燃料噴射手段と、
前記気筒内への吸入空気量を調節するスロットル弁と、
前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させることにより、前記エンジン本体を駆動させる制御手段と、
前記気筒内でオゾンを生成するオゾン生成手段と、を備え、
前記燃料噴射手段は、その先端の噴射口を介して、前記気筒内に少なくともガソリンを含む燃料を噴射するインジェクタと、該インジェクタの噴射態様を制御する燃料供給システムと、を有し、
前記インジェクタは、前記噴射口の開度を変更可能に構成されており、
前記制御手段は、前記エンジン本体の減速時に所定の条件が成立したときには、前記燃料噴射手段の作動を強制的に中断させる燃料カット制御を実行すると共に、該燃料カット制御を実行している最中は、前記スロットル弁を介して前記吸入空気量を減少させることにより、該吸入空気量を前記エンジン本体の惰性運転に対応した最低限の量に設定し、
前記制御手段はさらに、前記燃料カット制御を実行している最中に、エンジン回転数が所定の値まで低下したことを検出したときには、前記燃料噴射手段による燃料噴射を再開させると共に、その再開時には、前記燃料噴射手段、及び、前記オゾン生成手段を制御することにより、前記気筒内の燃焼室中央部付近に混合気が偏在するように前記噴射口の開度が変更される主噴射を圧縮行程後半以降に実行しかつ、該主噴射に先立って、該主噴射よりも少量の燃料を噴射する前段噴射を実行すると共に、該前段噴射に同期して前記気筒内でオゾンを生成する圧縮着火式エンジンの制御装置。 An engine body having a cylinder;
Fuel injection means for injecting an amount of fuel corresponding to the operating state of the engine body into the cylinder at an injection timing corresponding to the operating state;
A throttle valve for adjusting the amount of intake air into the cylinder;
Control means for driving the engine body by subjecting the air-fuel mixture in the cylinder to compression ignition combustion;
Ozone generating means for generating ozone in the cylinder,
The fuel injection means includes an injector that injects fuel containing at least gasoline into the cylinder through an injection port at a tip thereof, and a fuel supply system that controls an injection mode of the injector ,
The injector is configured to be able to change the opening of the injection port,
The control means performs fuel cut control for forcibly interrupting the operation of the fuel injection means when a predetermined condition is satisfied when the engine body is decelerated, and during the fuel cut control . Is configured to set the intake air amount to a minimum amount corresponding to the inertial operation of the engine body by reducing the intake air amount via the throttle valve,
The control means further restarts fuel injection by the fuel injection means when detecting that the engine speed has decreased to a predetermined value during execution of the fuel cut control. By controlling the fuel injection means and the ozone generation means, the main injection in which the opening of the injection port is changed so that the air-fuel mixture is unevenly distributed near the center of the combustion chamber in the cylinder is compressed. A compression ignition method that is executed after the second half and performs preceding injection that injects a smaller amount of fuel than the main injection, and generates ozone in the cylinder in synchronization with the preceding injection. Engine control device.
前記エンジン本体は、複数の気筒を有し、
前記制御手段は、前記燃料噴射手段、及び、前記オゾン生成手段を制御することにより、前記燃料噴射を再開してから前記複数の気筒の各々において1回ずつ燃焼を実行した後に、前記前段噴射及び前記オゾンの生成を停止する圧縮着火式エンジンの制御装置。 The control apparatus for a compression ignition engine according to claim 1 ,
The engine body has a plurality of cylinders,
The control unit controls the fuel injection unit and the ozone generation unit to restart the fuel injection and then perform combustion once in each of the plurality of cylinders. A control device for a compression ignition engine that stops generation of ozone.
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