JP7044052B2 - エンジンの吸気温度制御装置 - Google Patents
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Description
エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを有するエンジン本体10を備えている。エンジン本体10は、シリンダブロック12の内部に複数の気筒11が形成された多気筒エンジンである。図1では、一つの気筒11のみを示す。エンジン本体10の他の気筒11は、図1の紙面に垂直な方向に並んでいる。
次に、エンジン1の冷却システムについて説明する。図2に示すように、エンジン1の冷却システムは、エンジン本体10にエンジン冷却液を流通させてエンジン本体10を冷却する第1冷却経路60と、インタークーラー46にインタークーラー冷却液を流通させて、過給機44を通過した後の吸気を冷却する第2冷却経路70と有する。
前述のように、本実施形態において、吸気通路40は、第1及び第2空気取入部141,142の2つの空気取入部を有する。図2に示すように、第1空気取入部141は、各ラジエータ62,72よりも車両前側、具体的には、グリルシャッタ81よりも車両前側に位置している。第1空気取入部141は、外気そのもの(加熱等されていない空気)を吸気通路40に取り入れる。一方、第2空気取入部142は、各ラジエータ62,72よりも車両後側、具体的には、ラジエータファン82の車両後側に位置している。第2空気取入部142は、第1及び第2ラジエータ62,72を通って、ラジエータファン82の車両後側に流れた空気(走行風)を吸気通路40に取り入れる。つまり、第2空気取入部142は、第1及び第2ラジエータ62,72を流れる冷却液と熱交換した後の空気を吸気通路40に取り入れる。このため、第2空気取入部142は、外気温よりも温度の高い空気を吸気通路40に取り入れる。
エンジン1の制御装置は、エンジン1を運転するためのECU(Engine Control Unit)100を備えている。ECU100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ーであって、図4に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)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102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU100は、制御部の一例である。
図5は、温間時(つまりエンジン本体10の暖機後)における、エンジン1の運転領域マップを例示している。エンジン1の運転領域マップは、負荷及び回転数によって定められており、負荷の高低及び回転数の高低に対し、三つの領域に分けられている。具体的に、三つの領域は、アイドル運転を含みかつエンジン回転数が所定回転数Ne未満の低回転でかつエンジン負荷が所定負荷Tq未満の低い領域A、エンジン回転数が所定回転数Ne以上の高回転でかつエンジン負荷が所定負荷Tq未満の領域B、エンジン負荷が所定負荷Tq以上の領域Cである。ここで、所定回転数Neは、例えば3500rpm程度としてもよい。本実施形態において、エンジン本体10の暖機後とは、液温センサSW6で検知されるエンジン冷却液の温度が80℃以上でかつ吸気温度センサSW2で検知される吸気の温度が25℃以上の状態をいう。
エンジン本体10が領域Aにおいて運転しているときには、エンジン1は、気筒11(燃焼室17)内の混合気のA/F又はG/Fが、理論空燃比よりも大きい状態でSPCCI燃焼を行う。具体的には、A/F又はG/Fが25以上となるようにインジェクタ6から燃料を噴射して、所望のタイミングで点火プラグ25を作動させる。つまり、領域Aは、気筒11内に形成される混合気の空燃比A/F、若しくは、気筒11内の全ガス重量Gと該気筒11内に供給される燃料の重量Fとの関係であるG/Fが相対的に低いリーン運転領域に相当する。リーン状態でSPCCI燃焼(特に、CI燃焼)を安定して行うためには、圧縮開始時における気筒11内の混合気の温度を高くすることが好ましい。そこで、ECU100は、第1吸気温度Ta1以上の吸気がエンジン本体10に導入されるように、各デバイスを作動制御する。尚、第1吸気温度Ta1は、例えば80℃程度である。
エンジン本体10が領域Bにおいて運転しているときには、エンジン1は、気筒11(燃焼室17)内の混合気のA/F又はG/Fが理論空燃比付近となる状態でSPCCI燃焼を行う。具体的には、A/F又はG/Fが14.5~15.0となるようにインジェクタ6から燃料を噴射して、所望のタイミングで点火プラグ25を作動させる。つまり、領域Bは、A/F又はG/Fが相対的に高いリッチ運転領域に相当する。領域Bでは、エンジン回転数が高いため、SPCCI燃焼(特に、CI燃焼)を安定して行うためには、圧縮端温度を高くして、圧縮着火を発生しやすくしておく必要がある。そこで、ECU100は、エンジン本体10が領域Bにおいて運転しているときにも、第1吸気温度Ta1以上の吸気がエンジン本体10に導入されるように、各デバイスを作動制御する。
エンジン本体10が領域Cで運転しているときに、エンジン1は、燃焼室17内の混合気のA/F又はG/Fが理論空燃比付近の状態でSPCCI燃焼を行う。具体的には、A/F又はG/Fが14.5~15.0となるようにインジェクタ6から燃料を噴射して、所望のタイミングで点火プラグ25を作動させる。つまり、領域Cは、A/F又はG/Fが相対的に高いリッチ運転領域に相当する。エンジン負荷が高負荷の状態では、燃料の噴射量が多いため、適切な燃焼トルクを得るためには、出来る限り多くの吸気(新気)が必要となる。また、エンジン負荷が高負荷の状態では、燃料の噴射量が多いため、エンジン本体10の温度が高すぎると、圧縮の途中で混合気が自着火して、意図しないタイミングでの燃料の早期着火が発生してしまう。このため、エンジン本体10の運転状態が領域Cであるときには、SPCCI燃焼を安定して行うために、温度が低く密度の高い吸気(特に新気)をエンジン本体10に導入する必要がある。エンジン本体10を適切に冷却する必要がある。そこで、ECU100は、第2吸気温度Ta2以下の吸気がエンジン本体10に導入されるとともに、エンジン本体10が適切に冷却されるように、各デバイスを作動制御する。尚、第2吸気温度Ta2は、第1吸気温度Ta1よりも低い温度であり、例えば60℃程度である。
図11は、エンジン本体10の運転状態の変化に伴う各デバイスの作動状態の変化を示すタイムチャートである。尚、図11のタイムチャートでは、グリルシャッタ81の開度等、図8のタイムチャートとは縦軸のスケールが異なるものがある。また、図11のタイムチャートにおいて、吸気温度は、吸気温度センサSW2の検知結果であって、第1及び第2空気通路141,142から吸気通路40に取り入れられる空気の温度とは異なることがある。
以上のように、本実施形態では、ECU100は、エンジン本体10がCI燃焼を行う運転領域(領域A~C)において、エンジン本体10の運転状態がリーン運転領域(領域A)であるときには、エンジン本体10の運転状態がリッチ運転領域(領域B,C)であるときと比較して、空気取入部(第1及び第2空気取入部141,142)から吸気通路40に取り入れる空気の温度が高くなるように、各デバイス(流量コントロール弁63、グリルシャッタ81、ラジエータファン82、吸気調整弁143)に制御信号を出力する。これにより、エンジン本体の運転状態が領域Aであるときには、出来る限り温度の高い空気を吸気通路40に取り入れることができる。このため、エンジン本体10の運転状態が領域Aであるときには、出来る限り温度の高い吸気がエンジン本体10に導入されるため、圧縮開始時の混合気の温度を高くすることができる。この結果、リーン運転領域(領域A)での燃焼安定性を向上させることができる。
10 エンジン本体
40 吸気通路
62 第1ラジエータ
63 流量コントロール弁(吸気温度調整手段、液温調整部)
81 グリルシャッタ(吸気温度調整手段、液温調整部)
82 ラジエータファン(吸気温度調整手段、液温調整部)
100 ECU(制御部)
141 第1空気取入部
142 第2空気取入部
143 吸気調整弁(吸気温度調整手段、吸気調整部)
Claims (3)
- 気筒を有するエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路とを有し、少なくとも前記エンジン本体の暖機後における運転領域として、燃料と吸気との混合気を圧縮自着火させるCI燃焼を行う運転領域を有し、該CI燃焼を行う運転領域において、前記気筒内に形成される混合気の空燃比A/F、若しくは、前記気筒内の全ガス重量Gと該気筒内に供給される燃料の重量Fとの関係であるG/Fが相対的に低いリーン運転領域と、前記A/F若しくは前記G/Fが相対的に高いリッチ運転領域とを有するエンジンの吸気温度制御装置であって、
前記吸気通路に空気を取り込む空気取入部と、
前記空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気の温度を調整する吸気温度調整手段と、
前記エンジン本体を冷却するための冷却液が流通するラジエータと、
前記吸気温度調整手段を作動制御する制御部とを備え、
前記空気取入部は、前記ラジエータよりも車両前側に位置する第1空気取入部と、前記ラジエータよりも車両後側に位置しかつ前記ラジエータを通過して前記冷却液と熱交換した後の空気を前記吸気通路に取り入れる第2空気取入部とを有し、
前記吸気温度調整手段は、前記第1空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気量と、前記第2空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気量との割合を調整する吸気調整部を含み、
前記制御部は、前記エンジン本体が前記CI燃焼を行う運転領域において、前記エンジン本体の運転状態が前記リーン運転領域であるときには、前記エンジン本体の運転状態が前記リッチ運転領域であるときと比較して、前記空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気の温度を高くすべく、前記第2空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気量の割合が多くなるように、前記吸気調整部に制御信号を出力し、
前記吸気温度調整手段は、前記ラジエータに流入する前記冷却液の温度を調整する液温調整部を更に含み、
さらに前記制御部は、前記エンジン本体が前記CI燃焼を行う運転領域において、前記エンジン本体の運転状態が前記リーン運転領域であるときには、前記エンジン本体の運転状態が前記リッチ運転領域であるときと比較して、前記ラジエータに流通させる冷却液の温度が高くなるように、前記液温調整部に制御信号を出力することを特徴とする、エンジンの吸気温度制御装置。 - 気筒を有するエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路とを有し、少なくとも前記エンジン本体の暖機後における運転領域として、燃料と吸気との混合気を圧縮自着火させるCI燃焼を行う運転領域を有し、該CI燃焼を行う運転領域において、前記気筒内に形成される混合気の空燃比A/F、若しくは、前記気筒内の全ガス重量Gと該気筒内に供給される燃料の重量Fとの関係であるG/Fが相対的に低いリーン運転領域と、前記A/F若しくは前記G/Fが相対的に高いリッチ運転領域とを有するエンジンの吸気温度制御装置であって、
前記吸気通路に空気を取り込む空気取入部と、
前記空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気の温度を調整する吸気温度調整手段と、
前記エンジン本体を冷却するための冷却液が流通するラジエータと、
前記吸気温度調整手段を作動制御する制御部とを備え、
前記空気取入部は、前記ラジエータよりも車両前側に位置する第1空気取入部と、前記ラジエータよりも車両後側に位置しかつ前記ラジエータを通過して前記冷却液と熱交換した後の空気を前記吸気通路に取り入れる第2空気取入部とを有し、
前記吸気温度調整手段は、前記第1空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気量と、前記第2空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気量との割合を調整する吸気調整部を含み、
前記制御部は、前記エンジン本体が前記CI燃焼を行う運転領域において、前記エンジン本体の運転状態が前記リーン運転領域であるときには、前記エンジン本体の運転状態が前記リッチ運転領域であるときと比較して、前記空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気の温度を高くすべく、前記第2空気取入部から前記吸気通路に取り入れる空気量の割合が多くなるように、前記吸気調整部に制御信号を出力し、
前記吸気温度調整手段は、前記ラジエータの車両前側に設けられ、エンジンルーム内に取り入れる空気の流量を調整するグリルシャッタと、前記ラジエータの車両後側でかつ前記第2空気取入部よりも車両前側に設けられ、前記エンジンルーム内に空気を引き込むためのファンとを更に含み、
さらに前記制御部は、前記エンジン本体が前記CI燃焼を行う運転領域において、前記エンジン本体の運転状態が前記リーン運転領域であるときには、前記エンジン本体の運転状態が前記リッチ運転領域であるときと比較して、前記グリルシャッタの開度及び前記ファンの回転数の少なくとも一方を低くするように、前記グリルシャッタ及び前記ファンの少なくとも一方に制御信号を出力することを特徴とする、エンジンの吸気温度制御装置。 - 請求項1に記載のエンジンの吸気温度制御装置において、
前記吸気温度調整手段は、前記ラジエータの車両前側に設けられ、エンジンルーム内に取り入れる空気の流量を調整するグリルシャッタと、前記ラジエータの車両後側でかつ前記第2空気取入部よりも車両前側に設けられ、前記エンジンルーム内に空気を引き込むためのファンとを更に含み、
前記制御部は、前記エンジン本体が前記CI燃焼を行う運転領域において、前記エンジン本体の運転状態が前記リーン運転領域であるときには、前記エンジン本体の運転状態が前記リッチ運転領域であるときと比較して、前記グリルシャッタの開度及び前記ファンの回転数の少なくとも一方を低くするように、前記グリルシャッタ及び前記ファンの少なくとも一方に制御信号を出力することを特徴とする、エンジンの吸気温度制御装置。
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