JP7167831B2 - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
図1および図2は、本発明の制御装置が適用された圧縮着火式エンジン(以下、単にエンジンともいう)の好ましい実施形態を示す図である。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、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30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40と、排気通路40を流通する排気ガスの一部を吸気通路30に還流する外部EGR装置50を備えている。
図4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、エンジン等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。
図5は、エンジン水温Tが予め定められた第1閾値T1以上の条件で使用される運転マップであり、エンジンの回転速度/負荷に応じた制御の相違を示す図である。なお、当実施形態において、第1閾値T1は70℃に設定される。
低速かつ低負荷の第1運転領域A1では、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼(以下、これをSPCCI燃焼という)が実行される。SI燃焼とは、点火プラグ16から発生する火花により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる燃焼形態のことであり、CI燃焼とは、ピストン5の圧縮等により十分に高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる燃焼形態のことである。そして、これらSI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室6内の混合気の一部をSI燃焼させ、当該SI燃焼の後に(SI燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により)燃焼室6内の他の混合気を自着火によりCI燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「SPCCI」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
第1速度N1以上かつ第3速度N3未満の速度域(低・中速領域)のうち上記第1運転領域A1を除いた領域である第2運転領域A2でも、混合気をSPCCI燃焼により燃焼させる制御が実行される。ただし、第2運転領域A2では、上記第1運転領域A1のときと異なり、燃焼室6内の空燃比(A/F)が理論空燃比の近傍に設定されるとともに、点火プラグ16による火花点火の回数が1サイクル当たり1回に制限される。
エンジン回転速度が第1速度N1よりも低い第3運転領域A1(極低速域)、およびエンジン回転速度が第3速度N3以上の第4運転領域A4(高速域)では、混合気をSI燃焼により燃焼させる制御が実行される。例えば、1サイクル中に噴射すべき燃料の全量がインジェクタ15から吸気行程中に噴射されるとともに、圧縮上死点の近傍で点火プラグ16による火花点火が実行される。そして、この火花点火をきっかけにSI燃焼が開始され、燃焼室6内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。
次に、図7および図8を用いて、第1運転領域A1でのより具体的な制御例、特に燃料噴射および火花点火に関する制御例について説明する。図7のフローチャートに示す制御がスタートすると、PCM100の判定部101は、ステップS1において、水温センサSN2により検出されたエンジン水温Tが第1閾値T1(70℃)以上であるか否かを判定する。
以上説明したように、当実施形態では、エンジン負荷が低い第1運転領域A1でエンジンが運転されているときに、燃焼室6内の空燃比が理論空燃比よりも大きくなるA/Fリーン環境下で混合気がSPCCI燃焼するように、インジェクタ15および点火プラグ16等の各部が制御されるとともに、この第1運転領域A1でのインジェクタ15による燃料噴射の態様が、エンジン水温Tに応じて可変的に設定される。具体的に、第1運転領域A1でエンジンが運転されかつエンジン水温Tが第1閾値T1以上かつ第2閾値T2未満(70~90℃)であるという第1リーン燃焼条件が成立した場合には、吸気行程中に燃料を噴射する早期噴射Fa(第1~第3早期噴射Fa1~Fa3)と圧縮行程後半に燃料を噴射するリタード噴射Fbとがインジェクタ15によって実行される。一方、第1運転領域A1でエンジンが運転されかつエンジン水温Tが第2閾値T2以上かつ第3閾値T3未満(90~116℃)であるという第2リーン燃焼条件が成立した場合には、上記第1リーン燃焼条件の成立時に比べて早期噴射Faの噴射量割合が増えかつリタード噴射Fbの噴射量割合が減るようにインジェクタ15が制御される。このような構成によれば、空燃比のリーン化による燃費性能の向上と燃焼安定性の確保とを両立できるという利点がある。
上記実施形態では、圧縮行程後半に燃料を噴射するリタード噴射Fbを第1リーン燃焼条件の成立時にのみ実行したが、第1リーン燃焼条件に加えて第2リーン燃焼条件の成立時にもリタード噴射を実行することが可能である。ただし、このように第2リーン燃焼条件の成立時にもリタード噴射を実行する場合、その噴射量割合は、第1リーン燃焼条件の成立時におけるリタード噴射の噴射量割合よりも減らすべきである。
15 インジェクタ
16 点火プラグ
17 燃圧レギュレータ(燃圧調整部)
32 スロットル弁(空気量調整部)
102 燃焼制御部
A1 第1運転領域(低負荷域)
Fa(Fa1~Fa3) 早期噴射
Fb リタード噴射
Sa 主点火
Sb 先行点火
SN2 水温センサ(温度取得部)
T1 第1閾値
T2 第2閾値(所定値)
T3 第3閾値
Claims (7)
- 燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、インジェクタから噴射された燃料と空気とが混合された混合気に点火する点火プラグとを備え、前記混合気の一部を前記点火プラグを用いた火花点火によりSI燃焼させるとともにその他の混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、
前記燃焼室への空気の導入量を調整する空気量調整部と、
エンジンの暖機が進行するほど高くなる所定の温度パラメータを取得する温度取得部と、
前記温度取得部により取得される温度パラメータと、エンジンの負荷および回転速度とに基づいて、前記インジェクタ、点火プラグ、および空気量調整部を制御する燃焼制御部とを備え、
前記燃焼制御部は、
エンジン負荷が低い低負荷域でエンジンが運転されかつ前記温度パラメータが予め定められた所定値未満であるという第1リーン燃焼条件が成立した場合に、吸気行程中に燃料を噴射する早期噴射と圧縮行程後半に燃料を噴射するリタード噴射とを前記インジェクタに実行させるとともに、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するA/Fリーンの混合気が前記燃焼室内に形成されかつ当該混合気が部分圧縮着火燃焼するように前記空気量調整部および点火プラグを制御し、
前記低負荷域でエンジンが運転されかつ前記温度パラメータが前記所定値以上であるという第2リーン燃焼条件が成立した場合に、前記第1リーン燃焼条件の成立時に比べて前記早期噴射の噴射量割合が増えかつ前記リタード噴射の噴射量割合が減るように前記インジェクタを制御するとともに、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するA/Fリーンの混合気が前記燃焼室内に形成されかつ当該混合気が部分圧縮着火燃焼するように前記空気量調整部および点火プラグを制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記第2リーン燃焼条件が成立した場合に、前記リタード噴射による噴射量がゼロになるように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1または2に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記インジェクタからの燃料の噴射圧力を調整する燃圧調整部をさらに備え、
前記燃焼制御部は、前記第1リーン燃焼条件の成立時の前記インジェクタの噴射圧力が前記第2リーン燃焼条件の成立時の噴射圧力よりも高くなるように前記燃圧調整部を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記第1リーン燃焼条件が成立した場合、および前記第2リーン燃焼条件が成立した場合に、前記早期噴射が複数回に分けて実行されるように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項4に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記第2リーン燃焼条件が成立した場合に、前記第1リーン燃焼条件の成立時に比べて、前記早期噴射における最初の燃料噴射の噴射量割合が増えかつ前記リタード噴射の噴射量割合が減るように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項5に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記第1リーン燃焼条件は、前記低負荷域でエンジンが運転されかつ前記温度パラメータが第1閾値以上かつ第2閾値未満である場合に成立する条件であり、
前記第2リーン燃焼条件は、前記低負荷域でエンジンが運転されかつ前記温度パラメータが前記第2閾値以上かつ第3閾値未満である場合に成立する条件であり、
前記燃焼制御部は、前記低負荷域でエンジンが運転されかつ前記温度パラメータが前記第3閾値以上であるという第3リーン燃焼条件が成立した場合に、前記早期噴射が複数回に分けて実行されかつ前記リタード噴射が停止されるように前記インジェクタを制御するとともに、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するA/Fリーンの混合気が前記燃焼室内に形成されかつ当該混合気が部分圧縮着火燃焼するように前記空気量調整部および点火プラグを制御し、
前記第3リーン燃焼条件の成立時は、前記第2リーン燃焼条件の成立時に比べて、前記早期噴射における最初の燃料噴射の噴射量割合が増やされかつ当該最初の燃料噴射の噴射時期が進角される、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記第1リーン燃焼条件が成立した場合、および前記第2リーン燃焼条件が成立した場合に、圧縮上死点の近傍で火花を発生させてSI燃焼を開始させる主点火と、主点火よりも早いタイミングで火花を発生させる先行点火とを前記点火プラグに実行させ、
前記先行点火のエネルギーは、混合気の火炎伝播が生じないような小さいエネルギーに設定され、前記主点火のエネルギーは、混合気の火炎伝播が生じるような大きいエネルギーに設定される、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
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