JP7223269B2 - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
図1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、単にエンジンという)の好ましい実施形態を示す図である。図1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と、を備えている。
図3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ECU100(コントローラ)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。
図4は、エンジンの温間時に使用される運転マップであり、エンジンの運転領域を燃焼形態の制御の相違により区分けした図である。以下の説明において、エンジンの負荷が高い(低い)とは、エンジンの要求トルクが高い(低い)ことと等価である。
低・中速/低負荷の第1運転領域A1および低・中速/高負荷の第2運転領域A2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る。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。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、この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燃焼させる燃焼形態である。なお、「SPCCI」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
第1、第2運転領域A1、A2よりも回転数が高い第3運転領域A3では、通常のSI燃焼が実行される。例えば、少なくとも吸気行程の一部と重複する所定期間にわたりインジェクタ15から燃料が噴射されるとともに、圧縮行程後期に点火プラグ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。
上記エンジンでは、気筒間のトルクのばらつきを抑制するために、エンジンの運転状態(回転速度/負荷)に応じて各気筒2a~2dの燃焼制御を行う必要がある。この場合、各気筒2a~2dの燃焼の条件が同じであれば、エンジンの各気筒2a~2dの空燃比(A/F)が揃うように燃料の噴射量/噴射時期等を制御する(A/F合わせ制御)ことが考えられる。しかし、実際には各気筒2a~2dの燃焼条件は必ずしも同一ではなく、A/F合わせ制御では、エンジンの運転状態によっては、燃費性の悪化やNOxの増加を招くおそれがある。特に、空燃比が理論空燃比よりも大きくなる(λ>1)前記第1運転領域A1においてその傾向が認められる。その要因の一つとして内部EGR率(内部EGRの量)のばらつき等の影響が考えられる。例えば上記エンジンの場合、各気筒2a~2dの内部EGR率は、上記の通り所定のモデル式を用いた演算により一律に決定され、決定された内部EGR率を実現するように各気筒2a~2dにおける吸気弁11および排気弁12のバルブオーバーラップ期間が制御される。しかし、モデル式に基づく内部EGR率と実際の内部EGR率とにはずれがあり、そのずれの程度は気筒2a~2d間でもばらつきがある。具体的に、当実施形態では、#1番気筒2aのEGR率が他の各気筒2b~2dのEGR率に比べて多くなる傾向がある。これは、図2に示したように、排気マニホールド42の#1番気筒2aが集合部44に最も近く、内部EGRが実行される際(前記バルブオーバーラップ期間中)に既燃ガスが#1番気筒2aに引き戻され易いことに起因するものと推測される。
以上説明した通り、上記実施形態では、SPCCI燃焼が実行される運転領域のうち、A/Fが理論空燃比よりも大きくなる(λ>1)第1運転領域A1においては、点火プラグ16による点火開始θigから燃焼重心時期θmfb50までの期間(50%燃焼期間θt)が揃うように各気筒2a~2dの目標燃料噴射量が制御される。50%燃焼期間θtとG/Fとの間には相関関係があることは上述した通りであり、よって、上記実施形態によれば、各気筒2a~2dのG/Fを実質的に揃えることが可能と言える。
なお、上述した実施形態のエンジン及びECU100は、本発明に係る圧縮着火式エンジン及びその制御装置の好ましい実施形態の一例であって、圧縮着火式エンジン及びその制御装置の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば以下のような構成を採用してもよい。
2 気筒
2a #1番気筒
2b #2番気筒
2c #3番気筒
2d #4番気筒
100 ECU
Claims (6)
- 複数の気筒と、気筒に燃料を噴射するインジェクタと、前記気筒内で火花を発生する点火プラグとを備え、気筒内の燃料と空気の混合気の一部を火花点火によりSI燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
各気筒内の圧力を各々検出する複数の筒内圧センサと、
予め定められた所定の燃焼時期が目標時期となるように前記点火プラグの点火時期を制御するとともに、各気筒の燃料噴射量が目標燃料噴射量となるように前記インジェクタによる燃料噴射量を制御する燃焼制御部と、を備え、
前記点火プラグによる点火時期から所定の質量割合の燃料が燃焼する時期までの期間であって予め設定された燃焼モデルに基づき求められる燃焼期間を予測燃焼期間とし、前記筒内圧センサが検出する筒内圧力に基づき求められる、前記点火プラグによる点火時期から実際の燃焼時期までの期間を実燃焼期間とするとき、
前記燃焼制御部は、
前記エンジンの内部EGR率の大きさに応じて気筒毎に予め設定された燃料補正量に基づいて各気筒の目標燃料噴射量を補正する第1補正処理と、
前記予測燃焼期間と前記実燃焼期間とが揃うように、前記予測燃焼期間と前記実燃焼期間との偏差に応じて目標燃料噴射量の補正量に対する当該偏差の反映度合を決定し、当該反映度合に基づき前記第1補正処理後の各気筒の目標燃料噴射量を補正する第2補正処理と、を実行し、当該第2補正処理後の目標燃料噴射量に基づき前記インジェクタによる燃料噴射量を制御する、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、
前記反映度合は、前記予測燃焼期間と前記実燃焼期間との偏差が相対的に大きいほど目標燃料噴射量の補正量が多くなるように設定されている、ことを特徴とする圧縮着火エンジンの制御装置。 - 請求項1又は2に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記第2補正処理では、気筒毎の前記予測燃焼期間と前記実燃焼期間との偏差である個別差の平均値を目標値として設定し、この目標値と前記個別差との偏差がゼロに向かうように各気筒の目標燃料噴射量を補正する、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乃至3の何れか一項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンは、少なくとも一部の運転領域で、気筒内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも高いリーン運転が実行されるものであり、
前記燃焼制御部は、前記一部の運転領域において、前記第2補正処理を実行する、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、
前記エンジンは、前記複数の気筒から排出される排気ガスを案内する排気マニホールドを備え、
前記排気マニホールドは、前記複数の気筒の配列方向における特定の気筒に最も近い位置に各気筒からの排気ガスが集合する集合部を備えるものであり、
前記複数の気筒のうち前記特定の気筒についての前記燃料補正量は、それ以外の気筒の前記燃料補正量に比して相対的に補正の割合が大きくなるように設定されている、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 複数の気筒と、気筒に燃料を噴射するインジェクタと、前記気筒内で火花を発生する点火プラグと、前記複数の気筒から排出される排気ガスを案内する排気マニホールドであってかつ前記複数の気筒の配列方向における特定の気筒に最も近い位置に各気筒からの排気ガスが集合する集合部を備えた排気マニホールドとを備え、気筒内の燃料と空気の混合気の一部を火花点火によりSI燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
前記エンジンは、少なくとも一部の運転領域で、気筒内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも高いリーン運転が実行されるものであり、
前記制御装置は、予め定められた所定の燃焼時期が目標時期となるように前記点火プラグの点火時期を制御するとともに、前記一部の運転領域において、前記点火プラグによる点火時期から所定の質量割合の燃料が燃焼する時期である所定質量燃焼時期までの期間が各気筒で揃うように、当該所定質量燃焼時期の予測値である予測燃焼時期と実際の燃焼時期である実燃焼時期との偏差に応じて、目標燃料噴射量の補正量に対する当該偏差の反映度合を決定し、当該反映度合に基づき前記インジェクタによる各気筒の燃料噴射量を補正する、燃焼制御部を備え、
前記燃焼制御部は、前記リーン運転時、前記エンジンの内部EGR率の大きさに応じて気筒毎に予め設定された燃料補正量に基づいて各気筒の燃料噴射量を補正し、
前記複数の気筒のうち前記特定の気筒についての前記燃料補正量は、それ以外の気筒の前記燃料補正量に比して相対的に補正の割合が大きくなるように設定されている、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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