JP6965853B2 - 予混合圧縮着火式エンジン - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態にかかる予混合圧縮着火式エンジン(以下、単にエンジンともいう)の構成を示す概略平面図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された4サイクルのガソリン直噴エンジンであり、列状に並ぶ4つの気筒2を含む直列多気筒型のエンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路50と、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路60と、排気通路60を流通する排気ガスの一部を吸気通路50に還流するEGR装置70を備えている。
図8は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるPCM100は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。なお、PCM100は、請求項にいう「制御装置」の一例に該当する。
図11は、エンジンの運転条件(負荷/回転速度)に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示される運転マップは、所定負荷Ts未満の低負荷域A1と、所定負荷Ts以上の高負荷域A2とに大別される。PCM100は、エンジンの運転ポイントが低負荷域A1および高負荷域A2のいずれに含まれるかを各センサSN1〜SN3の検出値等に基づいて都度判定し、判定された運転領域に適合する燃焼が実現されるようにエンジンの各部を制御する。例えば、高負荷域A2での運転時、PCM100は、燃焼室6のほぼ全体にわたって(キャビティCの内側と外側の双方において)混合気が形成されかつ当該混合気が圧縮着火により燃焼するように、インジェクタ15およびプラズマ生成プラグ16を制御する。一方、低負荷域A1での運転時、PCM100は、キャビティCの内部に限定的に混合気が形成されかつ当該混合気が圧縮着火により燃焼するように、インジェクタ15およびプラズマ生成プラグ16を制御する。
図12は、低負荷域A1での運転時にPCM100により実行される燃焼制御の内容を例示するためのタイムチャートであり、低負荷域A1に含まれる代表的な運転ポイント(例えば1/3負荷、2500rpm)にて実行される燃料噴射およびプラズマ放電のタイミングを示している。本図に示すように、低負荷域A1での運転時、PCM100は、圧縮行程の後半のうち圧縮上死点の近傍を除いた所定のタイミングでインジェクタ15から燃料を噴射させるとともに、この燃料噴射が終了してから混合気が着火するまでの間に、プラズマ生成プラグ16から非平衡プラズマを放電させる。
詳細な図示は省略するが、上記低負荷域A1よりもエンジン負荷が高い(つまり燃料の所要量が増える)高負荷域A2では、インジェクタ15からの燃料噴射が圧縮行程だけでなく吸気行程でも実行され、かつ圧縮上死点の近傍かつ混合気の着火前にプラズマ生成プラグ16から非平衡プラズマが放電される。
以上説明したように、当実施形態では、エンジンが低負荷域A1で運転されているときに、ピストン5のキャビティC内に限定的に混合気が形成されるようにインジェクタ15が制御されるとともに、インジェクタ15による燃料噴射の後、キャビティC内の混合気が着火する前に、プラズマ生成プラグ16の放電電極33からキャビティCの開口縁C1に向けて非平衡プラズマが放電されるように、プラズマ生成プラグ16が制御される。このような構成によれば、予混合圧縮着火式エンジンにおいて、燃焼騒音を適正なレベルに抑えながら燃焼速度を十分に速めることができるという利点がある。
上記実施形態では、低負荷域A1での運転時に、キャビティC内に限定して混合気が形成されるように(つまり混合気の全部または大部分がキャビティC内に存在し、キャビティC外にはほとんど混合気が存在しなくなるように)、圧縮行程の1/2〜3/4においてインジェクタ15から燃料を噴射するようにしたが、少なくとも、キャビティCの内部に形成される混合気の空燃比がキャビティCの外部(キャビティCの開口縁C1よりも径方向外側の領域)の空燃比よりも小さく(リッチに)なるように燃料を噴射すればよく、その限りにおいて燃料噴射の形態を上記実施形態のものから異ならせてもよい。すなわち、キャビティCの内部に外部よりもリッチな混合気が形成される限りにおいて、インジェクタ15の位置や当該インジェクタ15からの燃料の噴射時期等を適宜変更してもよい。
5 ピストン
6 燃焼室
S (ピストンの)冠面
C (ピストンの)キャビティ
C1 (キャビティの)開口縁
15 インジェクタ
16,116 プラズマ生成プラグ
33,133 放電電極
54 スロットル弁
100 PCM(制御装置)
A1 低負荷域
Claims (6)
- 燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、
前記燃焼室の底面を規定する冠面を有しかつ当該冠面の中央部にキャビティが形成されたピストンと、
前記キャビティと平面視で重複する前記燃焼室の天井部中央付近に電極を有しかつ当該電極から非平衡プラズマを放電するプラズマ生成プラグと、
前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ圧縮着火させる予混合圧縮着火燃焼が実現されるように前記インジェクタおよび前記プラズマ生成プラグを制御する制御装置とを備え、
前記ピストンの冠面には、当該ピストンよりも熱伝導率が小さい遮熱層が設けられ、
前記遮熱層は、前記キャビティの開口縁を除く前記冠面を覆うように形成され、
前記制御装置は、前記インジェクタから噴射された燃料の少なくとも一部が前記キャビティ内に留まって当該キャビティ内にキャビティ外よりもリッチな混合気が形成されるように前記インジェクタを制御するとともに、前記インジェクタによる燃料噴射の後、前記キャビティ内の混合気が着火する前に、前記プラズマ生成プラグの電極から前記キャビティの開口縁に向けて非平衡プラズマが放電されるように、前記プラズマ生成プラグを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。 - 請求項1に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記制御装置は、圧縮行程の3/4が経過した時点から前記キャビティ内の混合気が着火するまでの間に前記プラズマ生成プラグに非平衡プラズマを放電させる、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。 - 請求項1または2に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記制御装置は、エンジン負荷が所定負荷未満となる低負荷域でエンジンが運転されているときに、前記キャビティ内に相対的にリッチな混合気を形成しかつ前記非平衡プラズマを生成する前記制御を実行する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。 - 請求項3に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記インジェクタは、前記燃焼室の天井部中央付近から前記キャビティに向けて放射状に燃料を噴射するものであり、
前記制御装置は、前記インジェクタから噴射された燃料の大部分が前記非平衡プラズマの放電時まで前記キャビティ内に留まるように、圧縮行程の1/2が経過した時点から圧縮行程の3/4が経過した時点までの間に前記インジェクタに燃料を噴射させる、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。 - 請求項4に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記制御装置は、圧縮行程の1/2が経過した時点から圧縮行程の3/4が経過した時点までの間に複数回に分けて燃料が噴射されるように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。 - 請求項3〜5のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記燃焼室に導入される空気の流量を調整するスロットル弁をさらに備え、
前記制御装置は、前記低負荷域での運転時に、前記燃焼室内の空気過剰率が2よりも大きくなるように前記スロットル弁および前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。
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