JP7123923B2 - 直噴エンジンの制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の別の態様によれば、点火プラグと、筒内に燃料を直接噴射可能に設けられた燃料噴射弁と、を備え、圧縮比を変更可能に構成されるとともに、混合気の空気過剰率が空燃比換算で28~32の範囲となる空気過剰率に設定される運転領域を有し、当該運転領域において、点火プラグによる火花点火燃焼を行う直噴エンジンの制御方法であって、上記運転領域のうち、低負荷域である第1領域では、空気過剰率を空燃比換算で28~32の第1所定値とする均質混合気を形成して火花点火燃焼を行う一方、第1領域よりも高負荷側の第2領域では、同一の運転状態のもとで均質混合気を形成して燃焼を行わせた場合にノッキングを抑制可能な圧縮比よりも高い圧縮比に設定し、空気過剰率を空燃比換算で28~32の第2所定値とする成層混合気を形成するとともに、当該成層混合気を形成するにあたっては、混合気の空気過剰率を第2所定値とする燃料の一部を第1時期に噴射し、当該燃料の残りの少なくとも一部を第1時期よりも後の第2時期に噴射して、点火プラグ近傍に燃料が濃い第1混合気を偏在させ、その周囲に第1混合気よりも燃料が薄い第2混合気を分散させ、また、圧縮行程中に点火時期を設定して火花点火燃焼を行う直噴エンジンの制御方法が提供される。
本発明のさらに別の態様によれば、上記直噴エンジンの制御方法それぞれに対応する直噴エンジンの制御装置それぞれが提供される。
図1は、本発明の一実施形態に係る直噴エンジン(火花点火エンジンであり、以下「エンジン」という)1の構成図である。
図2は、エンジン1に備わる可変圧縮比機構の構成図である。
エンジン1の運転は、エンジンコントローラ101により制御される。
本実施形態では、混合気の空気過剰率λを2近傍としてエンジン1を運転する。「空気過剰率」とは、空燃比を理論空燃比で除した値であり、空気過剰率が「2近傍」というときは、2およびその近傍の空気過剰率を含み、本実施形態では、空燃比換算で28~32の範囲となる空気過剰率、好ましくは、空燃比換算で30となる空気過剰率を採用する。「混合気の空気過剰率」とは、筒内全体での空気過剰率をいい、具体的には、エンジン1に対して一燃焼サイクル当たりに供給される燃料の燃焼に理論上必要な最小空気量(質量)を基準として、実際に供給される空気量をこの最小空気量で除した値をいう。
図5は、燃料噴射弁7の噴霧ビーム重心線AFを示している。
図7は、本実施形態に係る燃焼制御の全体的な流れをフローチャートにより示している。
上式(1)において、燃料噴射量をFQ、燃料密度をρ、噴射ノズル総面積をA、ノズル流量係数をCd、燃料噴射圧力または燃料圧力をPf、筒内圧力をPaとする。
第1に、本実施形態では、混合気の空気過剰率λを2近傍に設定することで、熱効率の高い燃焼を実現し、燃費を削減することが可能である。そして、エンジン1の運転領域のうち、低負荷側の第1領域Rlでは、空気過剰率λを2近傍とする均質混合気を形成して燃焼を行う一方、高負荷側の第2領域Rhでは、燃焼形態を切り換え、空気過剰率λを2近傍とする成層混合気を形成して燃焼を行うことで、均質混合気による燃焼よりも燃焼速度(火炎伝播速度)が高まって、燃焼の耐ノッキング性が向上するため、点火時期の遅角に頼ることなくノッキングを抑制することが可能となる。つまり、本実施形態によれば、特に高負荷域での熱効率の改善を通じて、運転領域全体に亘って高い熱効率を実現することができる。さらに、空気過剰率λを空燃比換算で28~32、特に30前後の値とすることで、熱効率を改善するうえで好適な混合気を形成することができる。
Claims (7)
- 点火プラグと、
筒内に燃料を直接噴射可能に設けられた燃料噴射弁と、
を備え、
圧縮比を変更可能に構成されるとともに、混合気の空気過剰率が空燃比換算で28~32の範囲となる空気過剰率に設定される運転領域を有し、前記運転領域において、前記点火プラグによる火花点火燃焼を行う直噴エンジンの制御方法であって、
前記運転領域のうち、低負荷域である第1領域では、空気過剰率を空燃比換算で28~32の第1所定値とする均質混合気を形成して火花点火燃焼を行う一方、
前記運転領域のうち、前記第1領域よりも高負荷側の第2領域では、
前記第1領域よりも低い圧縮比を設定し、
空気過剰率を空燃比換算で28~32の第2所定値とする成層混合気を形成するとともに、前記成層混合気を形成するにあたっては、混合気の空気過剰率を前記第2所定値とする燃料の一部を第1時期に噴射し、前記燃料の残りの少なくとも一部を前記第1時期よりも後の第2時期に噴射して、前記点火プラグ近傍に燃料が濃い第1混合気を偏在させ、その周囲に前記第1混合気よりも燃料が薄い第2混合気を分散させ、また、
圧縮行程中に点火時期を設定して火花点火燃焼を行う、
直噴エンジンの制御方法。 - 点火プラグと、
筒内に燃料を直接噴射可能に設けられた燃料噴射弁と、
を備え、
圧縮比を変更可能に構成されるとともに、混合気の空気過剰率が空燃比換算で28~32の範囲となる空気過剰率に設定される運転領域を有し、前記運転領域において、前記点火プラグによる火花点火燃焼を行う直噴エンジンの制御方法であって、
前記運転領域のうち、低負荷域である第1領域では、空気過剰率を空燃比換算で28~32の第1所定値とする均質混合気を形成して火花点火燃焼を行う一方、
前記運転領域のうち、前記第1領域よりも高負荷側の第2領域では、
同一の運転状態のもとで均質混合気を形成して燃焼を行わせた場合にノッキングを抑制可能な圧縮比よりも高い圧縮比に設定し、
空気過剰率を空燃比換算で28~32の第2所定値とする成層混合気を形成するとともに、前記成層混合気を形成するにあたっては、混合気の空気過剰率を前記第2所定値とする燃料の一部を第1時期に噴射し、前記燃料の残りの少なくとも一部を前記第1時期よりも後の第2時期に噴射して、前記点火プラグ近傍に燃料が濃い第1混合気を偏在させ、その周囲に前記第1混合気よりも燃料が薄い第2混合気を分散させ、また、
圧縮行程中に点火時期を設定して火花点火燃焼を行う、
直噴エンジンの制御方法。 - 請求項1又は2に記載の直噴エンジンの制御方法であって、
前記第1所定値と前記第2所定値とが等しい、
直噴エンジンの制御方法。 - 請求項1又は2に記載の直噴エンジンの制御方法であって、
前記第1時期を吸気行程から圧縮行程前半に設定し、前記第2時期を前記点火プラグの点火時期直前に設定する、
直噴エンジンの制御方法。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の直噴エンジンの制御方法であって、
前記点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間に配置し、
前記燃料噴射弁を前記吸気ポートと前記点火プラグとの間に配置し、
前記燃料噴射弁の噴射方向を、噴霧の少なくとも一部が前記点火プラグのプラグギャップ近傍を通過するように設定する、
直噴エンジンの制御方法。 - 点火プラグと、
筒内に燃料を直接噴射可能に設けられた燃料噴射弁と、
前記点火プラグおよび前記燃料噴射弁の動作を制御するコントローラと、
を備え、
圧縮比を変更可能に構成されるとともに、混合気の空気過剰率が空燃比換算で28~32の範囲となる空気過剰率に設定される運転領域を有し、前記運転領域において、前記点火プラグによる火花点火燃焼を行う直噴エンジンの制御装置であって、
前記コントローラは、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記エンジンの運転状態をもとに、前記燃料噴射弁の噴射量および噴射時期を設定する燃料噴射制御部と、
前記点火プラグの点火時期を設定する点火制御部と、
を備え、
前記燃料噴射制御部は、
前記エンジンの運転状態が前記運転領域の低負荷域である第1領域にある場合に、混合気の空気過剰率が空燃比換算で28~32の第1所定値である均質混合気を形成する噴射量および噴射時期を設定するとともに、
前記エンジンの運転状態が前記運転領域のうち、前記第1領域よりも高負荷側の第2領域であって前記第1領域よりも低い圧縮比が設定される第2領域にある場合に、混合気の空気過剰率が空燃比換算で28~32の第2所定値である成層混合気を形成する噴射量および噴射時期を設定するとともに、混合気の空気過剰率を前記第2所定値とする燃料の一部を第1時期に噴射し、前記燃料の残りの少なくとも一部を前記第1時期よりも後の第2時期に噴射して、前記点火プラグ近傍に燃料が濃い第1混合気を偏在させ、その周囲に前記第1混合気よりも燃料が薄い第2混合気を分散させて、前記成層混合気を形成し、
前記点火制御部は、前記エンジンの運転状態が前記第2領域にある場合に、圧縮行程中に点火時期を設定する、
直噴エンジンの制御装置。 - 点火プラグと、
筒内に燃料を直接噴射可能に設けられた燃料噴射弁と、
前記点火プラグおよび前記燃料噴射弁の動作を制御するコントローラと、
を備え、
圧縮比を変更可能に構成されるとともに、混合気の空気過剰率が空燃比換算で28~32の範囲となる空気過剰率に設定される運転領域を有し、前記運転領域において、前記点火プラグによる火花点火燃焼を行う直噴エンジンの制御装置であって、
前記コントローラは、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記エンジンの運転状態をもとに、前記燃料噴射弁の噴射量および噴射時期を設定する燃料噴射制御部と、
前記点火プラグの点火時期を設定する点火制御部と、
を備え、
前記燃料噴射制御部は、
前記エンジンの運転状態が前記運転領域の低負荷域である第1領域にある場合に、混合気の空気過剰率が空燃比換算で28~32の第1所定値である均質混合気を形成する噴射量および噴射時期を設定するとともに、
前記エンジンの運転状態が前記運転領域のうち、前記第1領域よりも高負荷側の第2領域であって同一の運転状態のもとで均質混合気を形成して燃焼を行わせた場合にノッキングを抑制可能な圧縮比よりも高い圧縮比が設定される第2領域にある場合に、混合気の空気過剰率が空燃比換算で28~32の第2所定値である成層混合気を形成する噴射量および噴射時期を設定するとともに、混合気の空気過剰率を前記第2所定値とする燃料の一部を第1時期に噴射し、前記燃料の残りの少なくとも一部を前記第1時期よりも後の第2時期に噴射して、前記点火プラグ近傍に燃料が濃い第1混合気を偏在させ、その周囲に前記第1混合気よりも燃料が薄い第2混合気を分散させて、前記成層混合気を形成し、
前記点火制御部は、前記エンジンの運転状態が前記第2領域にある場合に、圧縮行程中に点火時期を設定する、
直噴エンジンの制御装置。
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