JP7347171B2 - engine control device - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、車両に搭載されるエンジンの制御装置に関する。 The technology disclosed herein relates to a control device for an engine mounted on a vehicle.
特許文献1には、部分圧縮着火燃焼、具体的にはSPCCI燃焼(詳細は後述)を行うエンジンが開示されている。そのエンジンでは、燃焼室の中に斜めスワール流を発生させ、その流動を調整する。そうすることで、点火時期に、燃焼室の中に所望する混合気の分布を形成し、安定したSPCCI燃焼が行えるようにしている。 Patent Document 1 discloses an engine that performs partial compression ignition combustion, specifically SPCCI combustion (details will be described later). In this engine, a diagonal swirl flow is generated in the combustion chamber and the flow is adjusted. By doing so, a desired air-fuel mixture distribution is formed in the combustion chamber at the ignition timing, and stable SPCCI combustion can be performed.
特許文献2には、レギュラーガソリンを使用できるようにした、ハイオク仕様のエンジンが開示されている。このエンジンでは、ハイオクガソリンとレギュラーガソリンとで、適切な点火時期が異なることを利用して、ノックセンサを用いて、使用された燃料がハイオクガソリンかレギュラーガソリンかを判定する。 Patent Document 2 discloses a high-octane engine that can use regular gasoline. This engine utilizes the fact that high-octane gasoline and regular gasoline have different appropriate ignition timings, and uses a knock sensor to determine whether the fuel used is high-octane gasoline or regular gasoline.
そして、使用された燃料がレギュラーガソリンであり、負荷の増加時であった場合には、吸気行程での一括噴射を、吸気行程及び圧縮行程の各々での2回の分割噴射に切り替える。そうすることで、点火プラグ周りは、空燃比がリッチになって燃料の気化潜熱が増加し、温度上昇が抑制される。それにより、レギュラーガソリンを使用しても、プレイグニッションの発生を抑制できるようにしている。 If the fuel used is regular gasoline and the load is increased, the batch injection in the intake stroke is switched to two split injections in each of the intake stroke and the compression stroke. By doing so, the air-fuel ratio becomes rich around the ignition plug, the latent heat of vaporization of the fuel increases, and a temperature rise is suppressed. This makes it possible to suppress the occurrence of pre-ignition even when using regular gasoline.
市販されている燃料には、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンのように、オクタン価(ノッキングの起き難さの指標)の異なる燃料がある。レギュラーガソリンは、オクタン価が低いので(例えば約91ron)、ノッキングが起き易い。そのため、レギュラーガソリンは、ハイオクガソリンよりも性能を出し難いが、安価で燃費に優れる利点がある。一方、ハイオクガソリンは、高価であるが、オクタン価が高いので(例えば約100ron)、ノッキングが起き難い。そのため、エンジンの性能を十分に引き出すことができ、良好な走行を実現できる利点がある。 Commercially available fuels include fuels with different octane numbers (an indicator of the difficulty of knocking), such as regular gasoline and high-octane gasoline. Regular gasoline has a low octane number (for example, about 91 ron), so knocking is likely to occur. Therefore, regular gasoline has the advantage of being cheaper and more fuel efficient than high-octane gasoline, although it is harder to achieve performance than high-octane gasoline. On the other hand, high-octane gasoline is expensive, but since it has a high octane number (for example, about 100 ron), knocking is less likely to occur. Therefore, there is an advantage that the performance of the engine can be fully brought out and good running can be achieved.
通常、給油するガソリンは、エンジンに合わせて予め指定されている。しかし、オクタン価の異なるガソリンを支障無く給油できれば、走りの良さと燃費の良さとを、好みに合わせて選択することも可能になる。 Usually, the gasoline to be refueled is specified in advance according to the engine. However, if you can refuel with gasoline of different octane numbers without any problems, you will be able to choose between good driving performance and fuel efficiency according to your preferences.
そこで、開示する技術の主たる目的は、オクタン価の異なる燃料が給油できて、良好な運転が実現できるエンジンの制御装置を提供することにある。 Therefore, the main purpose of the disclosed technology is to provide an engine control device that can supply fuel with different octane numbers and achieve good operation.
開示する技術は、燃焼室の中に所定の燃料を噴射するインジェクタと、前記燃料によって前記燃焼室の中に形成される混合気に点火する点火プラグとを具備し、前記点火プラグの点火により、混合気の一部を火炎伝播を伴う燃焼によって燃焼させた後、残りの未燃混合気を自己着火によって燃焼させるエンジンの制御装置に関する。 The disclosed technology includes an injector that injects a predetermined fuel into a combustion chamber, and a spark plug that ignites an air-fuel mixture formed in the combustion chamber by the fuel, and by ignition of the spark plug, The present invention relates to an engine control device that combusts a portion of an air-fuel mixture through combustion accompanied by flame propagation, and then combusts the remaining unburned air-fuel mixture through self-ignition.
前記エンジンの制御装置は、前記燃料のオクタン価の検出が可能なオクタン価検出手段と、前記燃焼室の中に発生するスワール流を調整するスワールコントロール弁と、前記オクタン価検出手段によって検出される検出値を入力するとともに、前記点火プラグ、前記インジェクタ、及び前記スワールコントロール弁の各々を制御する制御部とを備える。そして、前記制御部が、検出されたオクタン価の値が所定値よりも低いと判定された低オクタン価時には、検出されたオクタン価の値が前記所定値以上と判定された高オクタン価時よりも前記スワールコントロール弁の開度を閉じる方向に変更する、スワール強化制御を実行する。 The engine control device includes an octane number detection means capable of detecting the octane number of the fuel, a swirl control valve that adjusts a swirl flow generated in the combustion chamber, and a detection value detected by the octane number detection means. and a control unit that inputs input and controls each of the spark plug, the injector, and the swirl control valve. The control unit controls the swirl control when the detected octane number is lower than the predetermined value, when the octane number is lower than when the detected octane number is higher than the predetermined value. Executes swirl enhancement control that changes the opening degree of the valve in the direction of closing.
すなわち、開示する技術では、上述した部分圧縮着火燃焼、特にSPCCI燃焼を行うエンジンの制御装置を前提としている。そして、このエンジンの制御装置には、燃料のオクタン価を検出してその検出値を制御部に出力するオクタン価検出手段と、燃焼室の中に発生するスワール流を調整するスワールコントロール弁とが備えられている。制御部は、オクタン価検出手段から入力される検出値と所定値とを比較し、燃料のオクタン価が高いか低いかを判定する。そして、その判定結果に基づいて、低オクタン価時に、スワール流が強化されるように、高オクタン価時よりもスワールコントロール弁の開度を閉じる方向に変更する。 That is, the disclosed technology is based on a control device for an engine that performs the above-mentioned partial compression ignition combustion, particularly SPCCI combustion. The engine control device is equipped with an octane number detection means that detects the octane number of the fuel and outputs the detected value to the control unit, and a swirl control valve that adjusts the swirl flow generated in the combustion chamber. ing. The control unit compares the detected value input from the octane number detection means with a predetermined value, and determines whether the octane number of the fuel is high or low. Then, based on the determination result, the opening degree of the swirl control valve is changed to be closer than when the octane number is high so that the swirl flow is strengthened when the octane number is low.
レギュラーガソリンのような低オクタン価の燃料を用いた場合は、ハイオクガソリンのような高オクタン価の燃料を用いた場合に比べて、ノッキング、プリイグニッション等の異常燃焼が発生し易い。そして、SPCCI燃焼では、自己着火が早期に発生し、適切なタイミングでCI燃焼が行えないおそれがある。 When low octane fuel such as regular gasoline is used, abnormal combustion such as knocking and pre-ignition is more likely to occur than when using high octane fuel such as high octane gasoline. In SPCCI combustion, self-ignition occurs early, and CI combustion may not be performed at an appropriate timing.
このエンジンでは、異常燃焼を抑制してSPCCI燃焼を行うために、点火時期を遅角(リタード)させて燃焼を遅らせる制御を行う。同じ燃焼条件の下で比べると、低オクタン価時は、高オクタン価時よりも大きくリタードして、燃焼を遅らせる必要性が増加する。リタードするほど、適切な点火位置からずれるので、燃焼安定性が低下する。従って、低オクタン価時には、高オクタン価時のように、安定したSPCCI燃焼が行えないおそれがある。 In this engine, in order to suppress abnormal combustion and perform SPCCI combustion, control is performed to retard the ignition timing to delay combustion. When compared under the same combustion conditions, when the octane number is low, the need to retard and retard combustion increases to a greater extent than when the octane number is high. The more the engine is retarded, the more it deviates from the appropriate ignition position, resulting in lower combustion stability. Therefore, when the octane number is low, there is a possibility that stable SPCCI combustion cannot be performed as when the octane number is high.
それに対し、このエンジンの制御装置では、制御部が、燃料のオクタン価が低いと判定した時には、スワールコントロール弁の開度を閉じる方向に変更して、スワール流を強化する。スワール流が強化されることで、燃焼室の中に噴射された燃料は燃焼室の中央部分に集まり易くなる。噴射時期の調整により、点火時期に、点火プラグの周囲がリッチになる混合気の分布を形成できる。 In contrast, in this engine control device, when the control section determines that the octane number of the fuel is low, it changes the opening degree of the swirl control valve in the direction of closing to strengthen the swirl flow. By strengthening the swirl flow, fuel injected into the combustion chamber tends to collect in the center of the combustion chamber. By adjusting the injection timing, it is possible to create an air-fuel mixture distribution that is rich around the spark plug at the ignition timing.
それにより、低オクタン価の燃料を用いて点火時期を大きくリタードしても、点火し易くなるので燃焼安定性の低下を抑制できる。また、火炎伝播が促進されるので、SI燃焼も安定化する。その結果、安定したSPCCI燃焼が実現できる。従って、このエンジンの制御装置によれば、オクタン価の異なる燃料が給油できて、良好な運転が実現できるようになる。 As a result, even if the ignition timing is significantly retarded using low octane fuel, it becomes easier to ignite, so it is possible to suppress a decrease in combustion stability. Furthermore, since flame propagation is promoted, SI combustion is also stabilized. As a result, stable SPCCI combustion can be achieved. Therefore, according to this engine control device, fuels with different octane numbers can be supplied, and good operation can be realized.
前記エンジンの制御装置はまた、前記スワール強化制御の実行とともに、吸気行程で噴射される燃料が圧縮行程で噴射されるように、前記制御部が前記インジェクタを制御する、としてもよい。 In the engine control device, the control unit may also control the injector so that the fuel injected in the intake stroke is injected in the compression stroke while executing the swirl enhancement control.
吸気行程で噴射していた燃料を圧縮行程で噴射することで、その燃料のミキシング時間を短縮できる。それにより、スワール流を強化しても、点火時期に、点火プラグの周囲を、よりリッチできる。 By injecting the fuel that was previously injected during the intake stroke during the compression stroke, the mixing time for that fuel can be shortened. Thereby, even if the swirl flow is strengthened, the area around the spark plug can be made richer at the ignition timing.
前記エンジンの制御装置はまた、前記エンジンは、前記高オクタン価時に吸気行程で燃料の一括噴射が行われる所定の運転領域を有し、前記所定の運転領域での前記低オクタン価時に、前記スワール強化制御の実行とともに、前記一括噴射の燃料の一部を圧縮行程で噴射し、吸気行程での前段噴射と圧縮行程での後段噴射とからなる分割噴射が行われる、としてもよい。 The engine control device also includes a predetermined operating region in which the fuel is injected all at once during the intake stroke when the octane number is high, and the swirl enhancement control when the octane number is low in the predetermined operating region. At the same time, part of the fuel in the batch injection may be injected during the compression stroke, and split injection consisting of a front-stage injection in the intake stroke and a second-stage injection in the compression stroke may be performed.
吸気行程で燃料を一括噴射すれば、スワール流を利用して、点火時期までに、その燃料を拡散したり集合したりでき、点火時期にSPCCI燃焼に適した混合気を形成できる。従って、高オクタン価の燃料であれば、エンジンの性能を十分に引き出すことができる。一方、低オクタン価の燃料の場合、高オクタン価の燃料よりも点火時期がリタードされるので、燃焼安定性が低下し、安定したSPCCI燃焼が行えずに失火するおそれがある。 If the fuel is injected all at once during the intake stroke, the swirl flow can be used to diffuse or collect the fuel by the ignition timing, and a mixture suitable for SPCCI combustion can be formed at the ignition timing. Therefore, high octane fuel can bring out the full performance of the engine. On the other hand, in the case of fuel with a low octane number, the ignition timing is retarded compared to fuel with a high octane number, so combustion stability decreases, and there is a risk that stable SPCCI combustion cannot be performed and a misfire occurs.
それに対し、スワール流の強化とともに、一括噴射の燃料の一部を圧縮行程で噴射して、吸気行程での前段噴射と圧縮行程での後段噴射とからなる分割噴射にすれば、前段噴射によって点火時期に成層化した混合気を形成しながら、後段噴射によって燃焼室の中央部分がよりリッチになるように成層化を促進できる。その結果、点火時期を大きくリタードしても、点火し易くなるので、燃焼安定性の低下を抑制できる。火炎伝播し易くなってSI燃焼が促進されるので、安定したSPCCI燃焼を実現できる。 On the other hand, if the swirl flow is strengthened and a part of the bulk injection fuel is injected during the compression stroke, resulting in split injection consisting of a front-stage injection in the intake stroke and a second-stage injection in the compression stroke, ignition can be achieved by the front-stage injection. While forming a stratified air-fuel mixture at the same time, stratification can be promoted so that the central part of the combustion chamber becomes richer by the later injection. As a result, even if the ignition timing is greatly retarded, ignition becomes easier, so deterioration in combustion stability can be suppressed. Since flame propagation becomes easier and SI combustion is promoted, stable SPCCI combustion can be realized.
前記エンジンの制御装置はまた、前記エンジンは、前記高オクタン価時及び前記低オクタン価時の双方で、吸気行程での前段噴射と圧縮行程での後段噴射とからなる分割噴射が行われる所定の運転領域を有し、前記所定の運転領域での前記低オクタン価時に、前記スワール強化制御の実行とともに、前記高オクタン価時よりも前記後段噴射での噴射量の割合を増大させる、としてもよい。 The engine control device also operates in a predetermined operating region in which the engine performs split injection consisting of a front-stage injection in the intake stroke and a rear-stage injection in the compression stroke both at the high octane number and at the low octane number. When the octane number is low in the predetermined operating region, the swirl enhancement control may be executed and the proportion of the injection amount in the latter stage injection may be increased compared to when the octane number is high.
後段噴射での噴射量の割合が増大すれば、それだけ、燃焼室の中央部分がよりリッチになるように成層化を促進できる。従って、点火時期を大きくリタードしても、点火し易くなるので、燃焼安定性の低下を抑制できる。 As the proportion of the injection amount in the post-injection increases, stratification can be promoted so that the central part of the combustion chamber becomes richer. Therefore, even if the ignition timing is greatly retarded, ignition becomes easier, so deterioration in combustion stability can be suppressed.
前記エンジンの制御装置はまた、前記エンジンの回転数が所定回転数以上の時には、前記エンジンの回転数が前記所定回転数未満の時よりも、前記低オクタン価時の前記後段噴射の噴射時期を進角させる、としてもよい。 The engine control device is also configured to advance the injection timing of the post-injection during the low octane number when the engine rotation speed is equal to or higher than the predetermined rotation speed than when the engine rotation speed is less than the predetermined rotation speed. You can also make it corner.
エンジンの回転数が高くなると、燃料の噴射時期から点火時期までの期間が短くなる。そのため、点火時期に近い圧縮行程で燃料を多く噴射すると、燃料の一部が、点火時期でも気化せずにピストン等に付着し、スモークが悪化するおそれがある。 As the engine speed increases, the period from fuel injection timing to ignition timing becomes shorter. Therefore, if a large amount of fuel is injected during the compression stroke close to the ignition timing, some of the fuel may not vaporize even at the ignition timing and may adhere to the piston or the like, resulting in worsening smoke.
それに対し、エンジンの回転数が高い時に後段噴射の噴射時期を進角させれば、回転数が高くなっても、点火時期までの時間を長くできるので、スモークの悪化を抑制できる。 On the other hand, if the injection timing of the post-injection is advanced when the engine speed is high, the time until the ignition timing can be lengthened even if the engine speed is high, so that deterioration of smoke can be suppressed.
前記エンジンの制御装置はまた、前記エンジンは、前記燃焼室の内圧を計測する筒内圧センサを更に具備し、前記オクタン価検出手段が、前記筒内圧センサを用いて構成されている、としてもよい。 In the engine control device, the engine may further include a cylinder pressure sensor that measures the internal pressure of the combustion chamber, and the octane number detection means may be configured using the cylinder pressure sensor.
筒内圧センサであれば、部分圧縮着火燃焼の燃焼制御と、スワール強化制御とに共用できるので、部材コストが削減できるし、効率的である。燃焼状態から燃料のオクタン価が検出できるので、高精度なスワール強化制御が適時に行える。 If the in-cylinder pressure sensor is used, it can be used for both combustion control of partial compression ignition combustion and swirl enhancement control, so component costs can be reduced and it is efficient. Since the octane number of the fuel can be detected from the combustion state, highly accurate swirl enhancement control can be performed in a timely manner.
開示する技術を適用したエンジンの制御装置によれば、オクタン価の異なる燃料が給油できて、良好な運転が実現できるようになる。 According to the engine control device to which the disclosed technology is applied, fuels with different octane numbers can be supplied, and good operation can be achieved.
以下、開示する技術を適用したエンジン1、及びその制御装置について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジン1、制御装置は例示である。 Hereinafter, an engine 1 to which the disclosed technology is applied and a control device thereof will be described with reference to the drawings. The engine 1 and control device described here are merely examples.
図1は、エンジン1を例示する図である。図2は、エンジン1の燃焼室を例示する図である。図3は、燃焼室17及び吸気通路40を例示する図である。尚、図1における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図2及び図3における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図4は、エンジン1の制御装置を例示するブロック図である。図5は、エンジン1の制御マップを例示する図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating an engine 1. As shown in FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a combustion chamber of the engine 1. FIG. 3 is a diagram illustrating the combustion chamber 17 and the intake passage 40. Note that the intake side in FIG. 1 is on the left side of the paper, and the exhaust side is on the right side of the paper. The intake side in FIGS. 2 and 3 is on the right side of the page, and the exhaust side is on the left side of the page. FIG. 4 is a block diagram illustrating a control device for the engine 1. As shown in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a control map for the engine 1.
エンジン1は、燃料及び空気を含む混合気の燃焼が行われる燃焼室17を有している。燃焼室17は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返す。エンジン1は、4ストロークエンジンである。エンジン1は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン1が運転することによって自動車は走行する。 The engine 1 has a combustion chamber 17 in which a mixture containing fuel and air is combusted. The combustion chamber 17 repeats an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. Engine 1 is a four-stroke engine. Engine 1 is installed in a four-wheeled vehicle. The automobile travels as the engine 1 operates.
<燃料>
エンジン1の燃料の主体は、ガソリンである。エンジン1の燃料は、ガソリンのみであってもよいし、例えばバイオエタノール等の付加的な燃料及び/又は添加剤等を含むものであってもよい。
<Fuel>
The main fuel for the engine 1 is gasoline. The fuel for the engine 1 may be only gasoline, or may contain additional fuel such as bioethanol and/or additives.
また、ガソリンには、オクタン価(例えば、リサーチ法オクタン価、いわゆるron)の異なる様々なタイプがあるが、エンジン1の燃料は、オクタン価の異なるガソリンであってもよい。エンジン1の燃料はまた、オクタン価の異なるガソリンが混合した状態であってもよい。 Further, there are various types of gasoline with different octane numbers (for example, research octane numbers, so-called RON), and the fuel for the engine 1 may be gasoline with different octane numbers. The fuel for the engine 1 may also be a mixture of gasolines with different octane numbers.
すなわち、このエンジン1では、従来のように、予め指定された燃料のみを給油する必要はない。レギュラーガソリン又はハイオクガソリンのように、オクタン価が異なるガソリンであっても、ノッキング等の異常燃焼を抑制しながら、エンジン1を安定して運転することができる。 That is, in this engine 1, there is no need to refuel only a pre-specified fuel as in the conventional case. Even if the gasoline has a different octane number, such as regular gasoline or high-octane gasoline, the engine 1 can be stably operated while suppressing abnormal combustion such as knocking.
従って、好みに応じて燃料を給油できる。例えば、高オクタン価の燃料をエンジン1に給油すれば、ノッキングが発生し難いので、エンジン1の性能を十分に引き出した状態で運転できる。それにより、自動車を、スポーツ走行等、走りを優先した仕様に調整できる。 Therefore, you can refuel according to your preference. For example, if the engine 1 is refueled with a high octane fuel, knocking is less likely to occur, so the engine 1 can be operated to its full potential. This allows the car to be adjusted to specifications that prioritize driving, such as sports driving.
また、低オクタン価の燃料をエンジン1に給油すれば、安価で燃費に優れた走行が行える。ただし、低オクタン価の燃料はノッキングし易いので、高オクタン価の燃料と同じ条件で制御を行うと、異常燃焼が発生して適切に運転できない場合がある。 Furthermore, by refueling the engine 1 with a low octane fuel, it is possible to run the vehicle at low cost and with excellent fuel efficiency. However, since fuel with a low octane number is prone to knocking, if it is controlled under the same conditions as fuel with a high octane number, abnormal combustion may occur and proper operation may not be possible.
しかも、このエンジン1は、後述するように、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼では、高度な燃焼制御が要求される。そのため、オクタン価の異なる燃料が用いられると、燃焼が不安定になり易い。 Moreover, this engine 1 performs SPCCI combustion, which is a combination of SI combustion and CI combustion, as described later. SPCCI combustion requires sophisticated combustion control. Therefore, when fuels with different octane numbers are used, combustion tends to become unstable.
それに対し、このエンジン1では、オクタン価の異なる燃料であっても、ノッキング等の異常燃焼を抑制しながら、エンジン1を安定して運転できるように、燃焼制御が工夫されている(詳細は後述)。尚、説明では、便宜上、オクタン価の低い燃料の例としてレギュラーガソリンを、オクタン価の高い燃料の例としてハイオクガソリンを、それぞれ用いる場合がある。 In contrast, in this engine 1, combustion control is devised so that even if fuels with different octane numbers are used, the engine 1 can be operated stably while suppressing abnormal combustion such as knocking (details will be described later). . In the description, for convenience, regular gasoline may be used as an example of fuel with a low octane number, and high-octane gasoline may be used as an example of fuel with a high octane number.
<エンジン1>
エンジン1は、シリンダブロック12と、シリンダヘッド13とを備えている。シリンダヘッド13は、シリンダブロック12の上に載置される。シリンダブロック12に、複数のシリンダ11が形成されている。エンジン1は、多気筒エンジンである。図1及び図2では、一つのシリンダ11のみを示す。
<Engine 1>
The engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13. Cylinder head 13 is placed on cylinder block 12 . A plurality of cylinders 11 are formed in the cylinder block 12. Engine 1 is a multi-cylinder engine. In FIGS. 1 and 2, only one cylinder 11 is shown.
(燃焼室17)
各シリンダ11には、ピストン3が内挿されている。ピストン3は、コネクティングロッド14を介してクランクシャフト15に連結されている。ピストン3は、シリンダ11の内部を往復動する。ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13は、燃焼室17を形成する。尚、「燃焼室」は、ピストン3の位置に関わらず、ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13によって形成される空間を意味する。
(Combustion chamber 17)
A piston 3 is inserted into each cylinder 11. The piston 3 is connected to a crankshaft 15 via a connecting rod 14. The piston 3 reciprocates inside the cylinder 11. The piston 3, cylinder 11 and cylinder head 13 form a combustion chamber 17. Note that the term "combustion chamber" refers to a space formed by the piston 3, the cylinder 11, and the cylinder head 13, regardless of the position of the piston 3.
シリンダヘッド13の下面は、燃焼室17の上部を構成する。燃焼室17の上部は、図2の下図に示すように、二つの傾斜面によって構成されている。燃焼室17は、いわゆるペントルーフ型である。 The lower surface of the cylinder head 13 constitutes the upper part of the combustion chamber 17. The upper part of the combustion chamber 17 is constituted by two inclined surfaces, as shown in the lower diagram of FIG. The combustion chamber 17 is of a so-called pent roof type.
ピストン3の上面は、燃焼室17の下部を構成する。ピストン3の上面には、キャビティ31が形成されている。キャビティ31は、ピストン3の上面から凹んでいる。キャビティ31は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ31の中心は、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側にずれている。 The upper surface of the piston 3 constitutes the lower part of the combustion chamber 17. A cavity 31 is formed in the upper surface of the piston 3. The cavity 31 is recessed from the top surface of the piston 3. In this configuration example, the cavity 31 has a shallow dish shape. The center of the cavity 31 is shifted from the center axis X1 of the cylinder 11 toward the exhaust side.
エンジン1の幾何学的圧縮比は、オクタン価の異なる主な燃料に対応できるように、14以上18以下(好ましくは15±1)に設定されている。後述するようにエンジン1は、一部の運転領域において、SI(Spark Ignition)燃焼とCI(Compression Ignition)燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱及び/又は圧力上昇によって、CI燃焼をコントロールする。エンジン1は、圧縮着火式エンジンである。 The geometric compression ratio of the engine 1 is set to 14 or more and 18 or less (preferably 15±1) so as to be compatible with main fuels having different octane numbers. As will be described later, the engine 1 performs SPCCI combustion, which is a combination of SI (Spark Ignition) combustion and CI (Compression Ignition) combustion, in some operating regions. SPCCI combustion controls CI combustion by heat generation and/or pressure increase due to SI combustion. Engine 1 is a compression ignition engine.
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、吸気ポート18が形成されている。吸気ポート18は、図3に示すように、第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182を有している。吸気ポート18は、燃焼室17に連通している。吸気ポート18は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート18は、燃焼室17の中にタンブル流が発生するような形状を有している。 An intake port 18 is formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. The intake port 18 has a first intake port 181 and a second intake port 182, as shown in FIG. Intake port 18 communicates with combustion chamber 17 . Although detailed illustration is omitted, the intake port 18 is a so-called tumble port. That is, the intake port 18 has a shape that causes a tumble flow to occur within the combustion chamber 17.
吸気ポート18には、吸気弁21が配設されている。吸気弁21は、動弁機構により、所定のタイミングで吸気ポート18を開閉する。その動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。 An intake valve 21 is provided in the intake port 18 . The intake valve 21 opens and closes the intake port 18 at predetermined timing using a valve operating mechanism. The valve mechanism may be a variable valve mechanism that makes valve timing and/or valve lift variable.
図4に示すように、動弁機構は、吸気電動S-VT(Sequential-Valve Timing)23を有している。吸気電動S-VT23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁21の開弁角は変化しない。吸気弁21の開弁角は、例えば240°CAである。尚、動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有してもよい。 As shown in FIG. 4, the valve mechanism includes an intake electric S-VT (Sequential-Valve Timing) 23. The electric intake S-VT 23 continuously changes the rotational phase of the intake camshaft within a predetermined angular range. The opening angle of the intake valve 21 does not change. The opening angle of the intake valve 21 is, for example, 240° CA. Note that the valve train may include a hydraulic S-VT instead of the electric S-VT.
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、排気ポート19が形成されている。排気ポート19も、図3に示すように、第1排気ポート191及び第2排気ポート192を有している。排気ポート19は、燃焼室17に連通している。 An exhaust port 19 is formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. The exhaust port 19 also has a first exhaust port 191 and a second exhaust port 192, as shown in FIG. Exhaust port 19 communicates with combustion chamber 17 .
排気ポート19には、排気弁22が配設されている。排気弁22は、動弁機構により、所定のタイミングで排気ポート19を開閉する。その動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。 The exhaust port 19 is provided with an exhaust valve 22 . The exhaust valve 22 opens and closes the exhaust port 19 at predetermined timing using a valve mechanism. The valve mechanism may be a variable valve mechanism that makes valve timing and/or valve lift variable.
図4に示すように、動弁機構は、排気電動S-VT24を有している。排気電動S-VT24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁22の開弁角は変化しない。排気弁22の開弁角は、例えば240°CAである。尚、動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有してもよい。 As shown in FIG. 4, the valve train includes an exhaust electric S-VT24. The electric exhaust S-VT 24 continuously changes the rotational phase of the exhaust camshaft within a predetermined angular range. The opening angle of the exhaust valve 22 does not change. The opening angle of the exhaust valve 22 is, for example, 240° CA. Note that the valve train may include a hydraulic S-VT instead of the electric S-VT.
吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、吸気弁21と排気弁22との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガス、つまり温度の高い排気ガスを燃焼室17の中に導入できる。吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、内部EGRシステムを構成する。 The intake electric S-VT 23 and the exhaust electric S-VT 24 adjust the length of the overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are open. By adjusting the length of the overlap period, internal EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas, that is, high temperature exhaust gas, can be introduced into the combustion chamber 17. The intake electric S-VT 23 and the exhaust electric S-VT 24 constitute an internal EGR system.
(インジェクタ6)
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、インジェクタ6が取り付けられている。インジェクタ6は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ6は、燃焼室17の上部の中心部に配設されている。より詳細に、インジェクタ6はペントルーフの谷部に配設されている。
(Injector 6)
An injector 6 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11. The injector 6 injects fuel directly into the combustion chamber 17. The injector 6 is arranged in the upper center of the combustion chamber 17. More specifically, the injector 6 is arranged in the valley of the pent roof.
図2に示すように、インジェクタ6の噴射軸心X2は、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側に位置している。インジェクタ6の噴射軸心X2は、中心軸X1に平行である。インジェクタ6の噴射軸心X2とキャビティ31の中心とは一致している。インジェクタ6は、キャビティ31に対向している。尚、インジェクタ6の噴射軸心X2は、シリンダ11の中心軸X1と一致してもよい。その構成の場合において、インジェクタ6の噴射軸心X2と、キャビティ31の中心とは一致してもよい。 As shown in FIG. 2, the injection axis X2 of the injector 6 is located closer to the exhaust side than the central axis X1 of the cylinder 11. The injection axis X2 of the injector 6 is parallel to the central axis X1. The injection axis X2 of the injector 6 and the center of the cavity 31 coincide with each other. The injector 6 faces the cavity 31. Note that the injection axis X2 of the injector 6 may coincide with the central axis X1 of the cylinder 11. In the case of this configuration, the injection axis X2 of the injector 6 and the center of the cavity 31 may coincide.
インジェクタ6は、複数の噴孔を有する多噴孔型である。インジェクタ6は、図2に二点鎖線で示すように、燃焼室17の天井部の中央部から放射状にかつ、斜め下向きに、燃料を噴射する。インジェクタ6は、この構成例においては、10個の噴孔を有している。10個の噴孔は、周方向に等角度間隔に配置されている。 The injector 6 is a multi-nozzle type having a plurality of nozzle holes. The injector 6 injects fuel radially and diagonally downward from the center of the ceiling of the combustion chamber 17, as shown by the two-dot chain line in FIG. In this configuration example, the injector 6 has ten nozzle holes. The ten nozzle holes are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction.
インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。燃料供給システム61は、燃料を貯留する燃料タンク63と、燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62は、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いにつないでいる。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設している。 A fuel supply system 61 is connected to the injector 6 . The fuel supply system 61 includes a fuel tank 63 that stores fuel and a fuel supply path 62. The fuel supply path 62 connects the fuel tank 63 and the injector 6 to each other. A fuel pump 65 and a common rail 64 are interposed in the fuel supply path 62 .
燃料ポンプ65は、コモンレール64に燃料を送る。燃料ポンプ65は、この構成例においては、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール64は、燃料ポンプ65から送られた燃料を蓄える。コモンレール64の中は高圧である。インジェクタ6は、コモンレール64につながっている。 The fuel pump 65 sends fuel to the common rail 64. In this configuration example, the fuel pump 65 is a plunger type pump driven by the crankshaft 15. The common rail 64 stores fuel sent from the fuel pump 65. The inside of the common rail 64 is under high pressure. The injector 6 is connected to a common rail 64.
インジェクタ6が開弁すると、コモンレール64の中の高圧の燃料が、インジェクタ6の噴孔から燃焼室17の中に噴射される。この構成例の燃料供給システム61は、30MPa以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ6に供給できる。燃料供給システム61の最高圧力は、例えば200MPaとしてもよい。燃料供給システム61は、燃料の圧力を、エンジン1の運転状態に応じて変えてもよい。尚、燃料供給システム61の構成は、前記の構成に限定されない。 When the injector 6 opens, high-pressure fuel in the common rail 64 is injected into the combustion chamber 17 from the nozzle hole of the injector 6. The fuel supply system 61 of this configuration example can supply fuel at a high pressure of 30 MPa or more to the injector 6. The maximum pressure of the fuel supply system 61 may be, for example, 200 MPa. The fuel supply system 61 may change the pressure of fuel depending on the operating state of the engine 1. Note that the configuration of the fuel supply system 61 is not limited to the above configuration.
(点火プラグ25)
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ25は、図2に示すように、シリンダ11の中心軸X1よりも吸気側に配設されている。点火プラグ25は、2つの吸気ポート18の間に位置している。点火プラグ25の電極は、燃焼室17の中に臨んでいる。尚、点火プラグ25は、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ25は、シリンダ11の中心軸X1上に配置してもよい。
(Spark plug 25)
A spark plug 25 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11. The spark plug 25 forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 17. As shown in FIG. 2, the spark plug 25 is disposed on the intake side of the central axis X1 of the cylinder 11. The spark plug 25 is located between the two intake ports 18. The electrode of the spark plug 25 faces into the combustion chamber 17. Incidentally, the spark plug 25 may be arranged on the exhaust side with respect to the central axis X1 of the cylinder 11. Further, the spark plug 25 may be arranged on the central axis X1 of the cylinder 11.
(吸気通路40)
エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている。吸気通路40は、各シリンダ11の吸気ポート18に連通している。燃焼室17に導入する吸気のガスは、吸気通路40の中を流れる。吸気通路40の上流端部には、エアクリーナー41が配設されている。吸気通路40の下流端の近くには、サージタンク42が配設されている。サージタンク42よりも下流の吸気通路40は、シリンダ11毎に分岐している。
(Intake passage 40)
An intake passage 40 is connected to one side of the engine 1. The intake passage 40 communicates with the intake port 18 of each cylinder 11. Intake gas introduced into the combustion chamber 17 flows through the intake passage 40 . An air cleaner 41 is provided at the upstream end of the intake passage 40 . A surge tank 42 is disposed near the downstream end of the intake passage 40. The intake passage 40 downstream of the surge tank 42 branches for each cylinder 11.
吸気通路40におけるエアクリーナー41とサージタンク42との間には、スロットル弁43が配設されている。スロットル弁43は、弁の開度が変わることによって、燃焼室17の中への新気の導入量を調節する。 A throttle valve 43 is provided between the air cleaner 41 and the surge tank 42 in the intake passage 40 . The throttle valve 43 adjusts the amount of fresh air introduced into the combustion chamber 17 by changing the opening degree of the valve.
吸気通路40にはまた、スロットル弁43の下流に、過給機44が配設されている。過給機44は、燃焼室17に導入する吸気のガスの圧力を高める。この構成例において、過給機44は、エンジン1によって駆動される。過給機44は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式である。 A supercharger 44 is also disposed in the intake passage 40 downstream of the throttle valve 43. The supercharger 44 increases the pressure of intake gas introduced into the combustion chamber 17. In this configuration example, the supercharger 44 is driven by the engine 1. The supercharger 44 is of the Roots type, Lysholm type, vane type, or centrifugal type.
過給機44とエンジン1との間には、電磁クラッチ45が介設している。電磁クラッチ45は、エンジン1から過給機44へ駆動力を伝達する状態と、駆動力の伝達を遮断する状態とを切り替える。後述するECU10が電磁クラッチ45に制御信号を出力することによって、過給機44はオン又はオフになる。 An electromagnetic clutch 45 is interposed between the supercharger 44 and the engine 1. The electromagnetic clutch 45 switches between a state in which driving force is transmitted from the engine 1 to the supercharger 44 and a state in which transmission of the driving force is interrupted. The ECU 10, which will be described later, outputs a control signal to the electromagnetic clutch 45, thereby turning the supercharger 44 on or off.
吸気通路40における過給機44の下流には、インタークーラー46が配設されている。インタークーラー46は、過給機44が圧縮した吸気のガスを冷却する。インタークーラー46は、水冷式又は油冷式である。 An intercooler 46 is disposed downstream of the supercharger 44 in the intake passage 40 . The intercooler 46 cools the intake gas compressed by the supercharger 44. The intercooler 46 is water-cooled or oil-cooled.
吸気通路40には、バイパス通路47が接続されている。バイパス通路47は、吸気通路40における過給機44の上流部とインタークーラー46の下流部とを互いに接続する。バイパス通路47は、過給機44及びインタークーラー46をバイパスする。バイパス通路47には、エアバイパス弁48が配設されている。エアバイパス弁48は、バイパス通路47を流れるガスの流量を調節する。 A bypass passage 47 is connected to the intake passage 40 . The bypass passage 47 connects the upstream part of the supercharger 44 and the downstream part of the intercooler 46 in the intake passage 40 to each other. Bypass passage 47 bypasses supercharger 44 and intercooler 46. An air bypass valve 48 is provided in the bypass passage 47 . Air bypass valve 48 adjusts the flow rate of gas flowing through bypass passage 47 .
ECU10は、過給機44がオフの場合に、エアバイパス弁48を全開にする。吸気通路40を流れる吸気のガスは、過給機44及びインタークーラー46をバイパスして、エンジン1の燃焼室17に至る。エンジン1は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。 The ECU 10 fully opens the air bypass valve 48 when the supercharger 44 is off. Intake gas flowing through the intake passage 40 bypasses the supercharger 44 and the intercooler 46 and reaches the combustion chamber 17 of the engine 1 . The engine 1 operates in a non-supercharged state, that is, in a naturally aspirated state.
過給機44がオンの場合、エンジン1は過給状態で運転する。ECU10は、過給機44がオンの場合に、エアバイパス弁48の開度を調節する。過給機44及びインタークーラー46を通過した吸気のガスの一部は、バイパス通路47を通って過給機44の上流に戻る。ECU10がエアバイパス弁48の開度を調節すると、燃焼室17に導入する吸気のガスの圧力が変わる。尚、「過給」とは、サージタンク42内の圧力が、動的に大気圧を超える状態をいい、「非過給」とは、サージタンク42内の圧力が、動的に大気圧以下になる状態をいう、と定義してもよい。 When the supercharger 44 is on, the engine 1 operates in a supercharged state. The ECU 10 adjusts the opening degree of the air bypass valve 48 when the supercharger 44 is on. A portion of the intake gas that has passed through the supercharger 44 and intercooler 46 returns to the upstream side of the supercharger 44 through a bypass passage 47 . When the ECU 10 adjusts the opening degree of the air bypass valve 48, the pressure of intake gas introduced into the combustion chamber 17 changes. Note that "supercharging" refers to a state in which the pressure in the surge tank 42 dynamically exceeds atmospheric pressure, and "non-supercharging" refers to a state in which the pressure in the surge tank 42 dynamically exceeds atmospheric pressure. It may also be defined as the state in which
(スワールコントロール弁56)
図3に示すように、エンジン1は、燃焼室17内にスワール流を発生させるスワールコントロール弁56を有している。吸気通路40は、第1吸気ポート181につながるプライマリ通路401と、第2吸気ポート182につながるセカンダリ通路402とを有している。スワールコントロール弁56は、セカンダリ通路402に配設されている。
(Swirl control valve 56)
As shown in FIG. 3, the engine 1 includes a swirl control valve 56 that generates a swirl flow within the combustion chamber 17. The intake passage 40 has a primary passage 401 connected to the first intake port 181 and a secondary passage 402 connected to the second intake port 182. Swirl control valve 56 is disposed in secondary passage 402.
スワールコントロール弁56は、セカンダリ通路402の断面を絞ることができる開度調節弁である。スワールコントロール弁56の開度が小さいと、第1吸気ポート181から燃焼室17に流入する吸気の流量が多くかつ、第2吸気ポート182から燃焼室17に流入する吸気の流量が少ないから、燃焼室17内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁56の開度が大きいと、第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182のそれぞれから燃焼室17に流入する吸気の流量が、略均等になるから、燃焼室17内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁56を全開にすると、スワール流は発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図3における反時計回り方向に周回する。 The swirl control valve 56 is an opening adjustment valve that can narrow the cross section of the secondary passage 402. When the opening degree of the swirl control valve 56 is small, the flow rate of intake air flowing into the combustion chamber 17 from the first intake port 181 is large and the flow rate of intake air flowing into the combustion chamber 17 from the second intake port 182 is small, so that combustion The swirl flow inside chamber 17 becomes stronger. When the degree of opening of the swirl control valve 56 is large, the flow rate of intake air flowing into the combustion chamber 17 from each of the first intake port 181 and the second intake port 182 becomes approximately equal, so that the swirl flow inside the combustion chamber 17 is increased. become weak. When the swirl control valve 56 is fully opened, no swirl flow occurs. Note that the swirl flow circulates in the counterclockwise direction in FIG. 3, as shown by the white arrow.
前述したように、エンジン1の吸気ポート18はタンブルポートであるため、スワールコントロール弁56を閉じると、燃焼室17の中には、タンブル成分とスワール成分とを含んだ斜めスワール流が発生する。斜めスワール流は、シリンダ11の中心軸X1に対して傾いたスワール流である。斜めスワール流の傾斜角度は、中心軸X1に直交する面に対して45°程度が一般的である。斜めスワール流の傾斜角度は、30°~60°の範囲で設定してもよい。 As described above, since the intake port 18 of the engine 1 is a tumble port, when the swirl control valve 56 is closed, an oblique swirl flow containing a tumble component and a swirl component is generated in the combustion chamber 17. The oblique swirl flow is a swirl flow that is inclined with respect to the central axis X1 of the cylinder 11. The inclination angle of the oblique swirl flow is generally about 45° with respect to a plane perpendicular to the central axis X1. The inclination angle of the oblique swirl flow may be set in the range of 30° to 60°.
(排気通路50)
エンジン1の他側面には、排気通路50が接続されている。排気通路50は、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。燃焼室17から排出された排気ガスは、排気通路50の中を流れる。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐している。
(Exhaust passage 50)
An exhaust passage 50 is connected to the other side of the engine 1 . The exhaust passage 50 communicates with the exhaust port 19 of each cylinder 11. Exhaust gas discharged from the combustion chamber 17 flows through the exhaust passage 50. Although detailed illustration is omitted, the upstream portion of the exhaust passage 50 branches for each cylinder 11.
排気通路50には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。これらの触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒511と、GPF(Gasoline Particulate Filter)512とを有している。下流の触媒コンバーターは、三元触媒513を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されない。例えば、GPFは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びGPFの並び順は、適宜変更してもよい。 An exhaust gas purification system having a plurality of catalytic converters is disposed in the exhaust passage 50. Although not shown, these catalytic converters are arranged in the engine room. The upstream catalytic converter includes a three-way catalyst 511 and a GPF (Gasoline Particulate Filter) 512. The downstream catalytic converter has a three-way catalyst 513. Note that the exhaust gas purification system is not limited to the configuration shown in the diagram. For example, GPF may be omitted. Further, the catalytic converter is not limited to one having a three-way catalyst. Furthermore, the arrangement order of the three-way catalyst and GPF may be changed as appropriate.
吸気通路40と排気通路50との間には、EGR通路52が接続されている。EGR通路52は、排気ガスの一部を吸気通路40に還流させる通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における二つの触媒コンバーターの間に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40における過給機44の上流部に接続されている。 An EGR passage 52 is connected between the intake passage 40 and the exhaust passage 50. The EGR passage 52 is a passage that recirculates a portion of exhaust gas to the intake passage 40. The upstream end of the EGR passage 52 is connected between two catalytic converters in the exhaust passage 50. A downstream end of the EGR passage 52 is connected to an upstream portion of the supercharger 44 in the intake passage 40 .
EGR通路52には、水冷式のEGRクーラー53が配設されている。EGRクーラー53は、排気ガスを冷却する。EGR通路52にはまた、EGR弁54が配設されている。EGR弁54は、EGR通路52を流れる排気ガスの流量を調節する。EGR弁54は、外部EGRガス、つまり温度の低い排気ガスの還流量を調節する。EGRクーラー53及びEGR弁54は、外部EGRシステムを構成する。 A water-cooled EGR cooler 53 is disposed in the EGR passage 52. EGR cooler 53 cools exhaust gas. An EGR valve 54 is also provided in the EGR passage 52. The EGR valve 54 adjusts the flow rate of exhaust gas flowing through the EGR passage 52. The EGR valve 54 adjusts the amount of recirculation of external EGR gas, that is, low temperature exhaust gas. EGR cooler 53 and EGR valve 54 constitute an external EGR system.
(オクタン価検出手段)
エンジン1は、オクタン価検出手段を備える。オクタン価検出手段は、燃料のオクタン価を検出し、その検出値をECU10に出力する。オクタン価検出手段は、燃料のオクタン価が検出できればよく、その構成は仕様に応じて選択できる。
(Octane number detection means)
The engine 1 includes octane number detection means. The octane number detection means detects the octane number of the fuel and outputs the detected value to the ECU 10. The octane number detection means only needs to be able to detect the octane number of the fuel, and its configuration can be selected depending on the specifications.
例えば、燃料のオクタン価が検出できる所定のセンサを、燃料供給システム61に設置して、オクタン価検出手段を構成してもよい。この場合、燃料のオクタン価を静的な状態(燃焼前の燃料の状態)で、直接的に検出できる。 For example, a predetermined sensor capable of detecting the octane number of fuel may be installed in the fuel supply system 61 to constitute the octane number detection means. In this case, the octane number of the fuel can be directly detected in a static state (the state of the fuel before combustion).
また、上述した特許文献2のように、ノックセンサ等を用いて、オクタン価検出手段を構成してもよい。この場合、燃料のオクタン価を動的な状態(燃料が燃焼されている状態)で、間接的に検出できる。前者よりも後者の方が、燃料のオクタン価を、適時かつ燃焼毎に判定できるので、制御の応答性に優れる。 Further, as in Patent Document 2 mentioned above, the octane number detection means may be configured using a knock sensor or the like. In this case, the octane number of the fuel can be detected indirectly in a dynamic state (in a state where the fuel is being combusted). The latter has better control responsiveness than the former because the octane number of the fuel can be determined at the appropriate time and for each combustion.
エンジン1の場合、SPCCI燃焼を行うため、後述するように、各燃焼室17の内圧を高精度に計測できる筒内圧センサSW5が設置されている。従って、エンジン1では、これを用いてオクタン価を検出するのが好ましい。 In the case of the engine 1, since SPCCI combustion is performed, a cylinder pressure sensor SW5 that can measure the internal pressure of each combustion chamber 17 with high accuracy is installed, as will be described later. Therefore, in the engine 1, it is preferable to use this to detect the octane number.
すなわち、オクタン価は、燃焼熱の違いから判定することが可能である。オクタン価が高い燃料ほど着火し難いので、オクタン価の差に応じて燃焼熱に差が生じる。そのため、例えば、SI燃焼が開始してCI燃焼が開始するまでの間の所定の期間で発生する熱量を比較することで、燃焼に用いられた燃料のオクタン価が推定できる。 That is, the octane number can be determined from the difference in combustion heat. Since fuel with a higher octane number is more difficult to ignite, a difference in combustion heat occurs depending on the difference in octane number. Therefore, for example, by comparing the amount of heat generated during a predetermined period from the start of SI combustion to the start of CI combustion, the octane number of the fuel used for combustion can be estimated.
筒内圧センサSW5であれば、そのような熱量を精度高く検出できるので、動的な状態のオクタン価を精度高く判定できる。しかも、既存の装置を利用するので、新たに高価なセンサを設置する必要も無い。そこで、このエンジン1では、筒内圧センサSW5がオクタン価検出手段を構成するものとする。 The in-cylinder pressure sensor SW5 can detect such amount of heat with high accuracy, so the octane number in a dynamic state can be determined with high accuracy. Moreover, since existing equipment is used, there is no need to install new expensive sensors. Therefore, in this engine 1, the cylinder pressure sensor SW5 constitutes an octane number detection means.
<エンジンの制御装置>
エンジン1の制御装置は、ECU(Engine Control Unit)10を備える。ECU10は、制御部の一例である。
<Engine control device>
The control device for the engine 1 includes an ECU (Engine Control Unit) 10. The ECU 10 is an example of a control unit.
図4に示すように、ECU10は、マイクロコンピュータ101と、メモリ102と、I/F回路103と、を備えている。マイクロコンピュータ101は、プログラムを実行する。メモリ102は、プログラム及びデータを格納する。メモリ102は、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)である。I/F回路103は、電気信号の入出力を行う。
As shown in FIG. 4, the ECU 10 includes a microcomputer 101, a
ECU10には、図1及び図4に示すように、各種のセンサSW1-SW11が接続されている。これらセンサSW1-SW11は、ECU10に信号を出力する。 Various sensors SW1 to SW11 are connected to the ECU 10, as shown in FIGS. 1 and 4. These sensors SW1 to SW11 output signals to the ECU 10.
エアフローセンサSW1は、吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されていて、吸気通路40を流れる新気の流量を計測する。第1吸気温度センサSW2は、吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されていて、吸気通路40を流れる新気の温度を計測する。第2吸気温度センサSW3は、サージタンク42に取り付けられていて、燃焼室17に導入される吸気のガスの温度を計測する。 The air flow sensor SW1 is disposed downstream of the air cleaner 41 in the intake passage 40, and measures the flow rate of fresh air flowing through the intake passage 40. The first intake air temperature sensor SW2 is disposed downstream of the air cleaner 41 in the intake passage 40 and measures the temperature of fresh air flowing through the intake passage 40. The second intake air temperature sensor SW3 is attached to the surge tank 42 and measures the temperature of intake gas introduced into the combustion chamber 17.
吸気圧センサSW4は、サージタンク42に取り付けられていて、燃焼室17に導入される吸気のガスの圧力を計測する。筒内圧センサSW5は、シリンダ11毎に、シリンダヘッド13に取り付けられていて、各燃焼室17内の圧力を計測する。水温センサSW6は、エンジン1に取り付けられていて、冷却水の温度を計測する。クランク角センサSW7は、エンジン1に取り付けられていて、クランクシャフト15の回転角を計測する。 The intake pressure sensor SW4 is attached to the surge tank 42 and measures the pressure of intake gas introduced into the combustion chamber 17. The cylinder pressure sensor SW5 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11 and measures the pressure inside each combustion chamber 17. The water temperature sensor SW6 is attached to the engine 1 and measures the temperature of the cooling water. Crank angle sensor SW7 is attached to engine 1 and measures the rotation angle of crankshaft 15.
アクセル開度センサSW8は、アクセルペダル機構に取り付けられていて、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する。吸気カム角センサSW9は、エンジン1に取り付けられていて、吸気カムシャフトの回転角を計測する。排気カム角センサSW10は、エンジン1に取り付けられていて、排気カムシャフトの回転角を計測する。燃圧センサSW11は、燃料供給システム61のコモンレール64に取り付けられていて、インジェクタ6に供給する燃料の圧力を計測する。 The accelerator opening sensor SW8 is attached to the accelerator pedal mechanism and measures the accelerator opening corresponding to the operation amount of the accelerator pedal. The intake cam angle sensor SW9 is attached to the engine 1 and measures the rotation angle of the intake camshaft. The exhaust cam angle sensor SW10 is attached to the engine 1 and measures the rotation angle of the exhaust camshaft. The fuel pressure sensor SW11 is attached to the common rail 64 of the fuel supply system 61 and measures the pressure of fuel supplied to the injector 6.
ECU10は、これらのセンサSW1-SW11の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断する。ECU10はまた、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ102に記憶されている。
ECU 10 determines the operating state of engine 1 based on signals from these sensors SW1-SW11. The ECU 10 also calculates the control amount of each device according to predetermined control logic. Control logic is stored in
ECU10は、制御量に係る電気信号を、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動S-VT23、排気電動S-VT24、燃料供給システム61、スロットル弁43、EGR弁54、過給機44の電磁クラッチ45、エアバイパス弁48、及び、スワールコントロール弁56に出力する。 The ECU 10 sends electrical signals related to control amounts to the injector 6, the spark plug 25, the intake electric S-VT 23, the exhaust electric S-VT 24, the fuel supply system 61, the throttle valve 43, the EGR valve 54, and the electromagnetic clutch of the supercharger 44. 45, air bypass valve 48, and swirl control valve 56.
<SPCCI燃焼のコンセプト>
エンジン1は、燃費の向上及び排出エミッション性能の向上を主目的として、所定の運転状態にある場合に、圧縮自己着火による燃焼を行う。圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
<SPCCI combustion concept>
The engine 1 performs combustion by compression self-ignition when in a predetermined operating state, with the main purpose of improving fuel efficiency and improving exhaust emission performance. If the temperature in the combustion chamber 17 before the start of compression varies, the timing of self-ignition will change significantly. Therefore, the engine 1 performs SPCCI combustion, which is a combination of SI combustion and CI combustion.
SPCCI燃焼は、次のような燃焼形態である。つまり、点火プラグ25が、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりSI燃焼を開始する。SI燃焼の開始後、(1)SI燃焼の発熱により燃焼室17の中の温度が高くなりかつ、(2)火炎伝播により燃焼室17の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるCI燃焼をする。 SPCCI combustion has the following combustion form. That is, the spark plug 25 forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 17, so that the air-fuel mixture starts SI combustion due to flame propagation. After the start of SI combustion, (1) the temperature in the combustion chamber 17 increases due to the heat generated by the SI combustion, and (2) the pressure in the combustion chamber 17 increases due to flame propagation, which causes the unburnt mixture to become CI combustion occurs by self-ignition.
SI燃焼の燃焼量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度のばらつきを吸収できる。ECU10が点火タイミングを調節することによって、SI燃焼の燃焼量が調節される。ECU10が点火タイミングを調節すれば、混合気は目標のタイミングで自己着火する。SPCCI燃焼は、SI燃焼の燃焼量がCI燃焼の開始タイミングをコントロールしている。 By adjusting the combustion amount of SI combustion, variations in temperature within the combustion chamber 17 before the start of compression can be absorbed. The combustion amount of SI combustion is adjusted by the ECU 10 adjusting the ignition timing. When the ECU 10 adjusts the ignition timing, the air-fuel mixture self-ignites at the target timing. In SPCCI combustion, the combustion amount of SI combustion controls the start timing of CI combustion.
<エンジン1の運転領域>
図5は、エンジン1の制御マップ501、502、503を例示している。制御マップ501、502、503は、ECU10のメモリ102に記憶されている。ECU10は、制御マップ501、502、503に基づいて、エンジン1を運転する。
<Operating range of engine 1>
FIG. 5 illustrates control maps 501, 502, and 503 for the engine 1. Control maps 501, 502, and 503 are stored in the
制御マップは、第1制御マップ501、第2制御マップ502、及び、第3制御マップ503の三種類の制御マップを含んでいる。ECU10は、燃焼室17の壁温(又はエンジン水温)及び吸気の温度それぞれの高低に応じて、第1制御マップ501、第2制御マップ502、及び、第3制御マップ503の中から選択した制御マップを、エンジン1の制御に用いる。 The control map includes three types of control maps: a first control map 501, a second control map 502, and a third control map 503. The ECU 10 performs control selected from among a first control map 501, a second control map 502, and a third control map 503 depending on the wall temperature (or engine water temperature) of the combustion chamber 17 and the intake air temperature. The map is used to control the engine 1.
(第1制御マップ501)
ECU10は、燃焼室17の壁温が第1壁温(例えば80℃)以上でかつ、吸気の温度が第1吸気温(例えば50℃)以上の場合、第1制御マップ501を選択する。第1制御マップ501は、エンジン1の温間時のマップである。
(First control map 501)
The ECU 10 selects the first control map 501 when the wall temperature of the combustion chamber 17 is equal to or higher than the first wall temperature (eg, 80° C.) and the temperature of the intake air is equal to or higher than the first intake air temperature (eg, 50° C.). The first control map 501 is a map when the engine 1 is warm.
燃焼室17の壁温が第1壁温未満、第2壁温(例えば30℃)以上でかつ、吸気温が第1吸気温未満、第2吸気温(例えば25℃)以上の場合、ECU10は、第2制御マップ502を選択する。第2制御マップ502は、エンジン1の半暖機時のマップである。燃焼室17の壁温が第2壁温未満、又は、吸気温が第2吸気温未満の場合、ECU10は、第3制御マップ503を選択する。第3制御マップ503は、エンジン1の冷間時のマップである。 When the wall temperature of the combustion chamber 17 is less than the first wall temperature and more than the second wall temperature (for example, 30°C), and the intake air temperature is less than the first intake temperature and more than the second intake temperature (for example, 25°C), the ECU 10 , selects the second control map 502. The second control map 502 is a map when the engine 1 is partially warmed up. When the wall temperature of the combustion chamber 17 is less than the second wall temperature or when the intake air temperature is less than the second intake air temperature, the ECU 10 selects the third control map 503. The third control map 503 is a map when the engine 1 is cold.
尚、ECU10は、燃焼室17の壁温に代えて、例えば水温センサSW6が計測するエンジン1の冷却水の温度に基づいて制御マップ501、502、503を選択してもよい。また、ECU10は、各種の計測信号に基づいて、燃焼室17の壁温を推定できる。吸気温は、第2吸気温度センサSW3によって計測される。また、ECU10は、吸気温を、各種の計測信号に基づいて推定してもよい。 Note that the ECU 10 may select the control maps 501, 502, and 503 based on the temperature of the cooling water of the engine 1 measured by the water temperature sensor SW6, for example, instead of the wall temperature of the combustion chamber 17. Furthermore, the ECU 10 can estimate the wall temperature of the combustion chamber 17 based on various measurement signals. The intake air temperature is measured by a second intake air temperature sensor SW3. Further, the ECU 10 may estimate the intake air temperature based on various measurement signals.
各マップ501、502、503は、エンジン1の負荷及びエンジン1の回転数によって規定されている。第1制御マップ501は、領域A1、領域A2、領域A3、領域A4、及び、領域A5の五つの領域に分かれる。領域A1は、Naよりも回転数が低い領域である。エンジン1のアイドル運転は、領域A1に含まれる。領域A2は、Nbよりも回転数が高い領域である。領域A3は、回転数がNaからNbまでの領域のうち、負荷がLaよりも低い領域である。領域A4は、回転数がNaからNbまでの領域のうち、負荷がLa以上の領域である。 Each map 501, 502, 503 is defined by the load of the engine 1 and the rotation speed of the engine 1. The first control map 501 is divided into five areas: area A1, area A2, area A3, area A4, and area A5. Area A1 is an area where the rotational speed is lower than Na. Idle operation of the engine 1 is included in area A1. Region A2 is a region where the rotation speed is higher than Nb. Region A3 is a region where the load is lower than La among the regions where the rotational speed is from Na to Nb. Region A4 is a region where the load is equal to or higher than La among the regions where the rotational speed is from Na to Nb.
尚、Laは、エンジン1の最高負荷の1/2負荷としてもよい。領域A5は、領域A3内において、低負荷側の特定の領域である。領域A5は、エンジン1の全運転領域において、低回転低負荷の特定領域に相当する。尚、ここでいう「低回転」は、エンジン1の全運転領域を低回転側と高回転側とに二等分した場合の、低回転側に対応する。「低負荷」は、エンジン1の全運転領域を低負荷側と高負荷側とに二等分した場合の、低負荷側に対応する。 Note that La may be a half load of the maximum load of the engine 1. Area A5 is a specific area on the low load side within area A3. Region A5 corresponds to a specific region of low rotation and low load in all operating regions of the engine 1. Note that "low rotation" here corresponds to the low rotation side when the entire operating range of the engine 1 is divided into two, a low rotation side and a high rotation side. "Low load" corresponds to the low load side when the entire operating range of the engine 1 is divided into two, a low load side and a high load side.
エンジン1の負荷及び回転数によって定まる運転状態が、領域A1内にある場合、ECU10は、SI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。混合気の空燃比は、三元触媒511、513の浄化ウインドウに含まれればよい。尚、空燃比は、燃焼室17の全体における平均の空燃比である。エンジン1の運転状態が、領域A2内にある場合も、ECU10は、SI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。 When the operating state determined by the load and rotational speed of the engine 1 is within the range A1, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio or approximately the stoichiometric air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture only needs to be included in the purification window of the three-way catalysts 511 and 513. Note that the air-fuel ratio is an average air-fuel ratio in the entire combustion chamber 17. Even when the operating state of the engine 1 is within the range A2, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio or approximately the stoichiometric air-fuel ratio.
エンジン1の運転状態が、領域A3内にある場合、ECU10は、SPCCI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン1の運転状態が領域A3内にある場合、過給機44はオフである。エンジン1の運転状態が、領域A4内にある場合、ECU10は、SPCCI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン1の運転状態が領域A4内にある場合、過給機44はオンである。 When the operating state of the engine 1 is within the region A3, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SPCCI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio or approximately the stoichiometric air-fuel ratio. Further, when the operating state of the engine 1 is within the region A3, the supercharger 44 is off. When the operating state of the engine 1 is within the region A4, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SPCCI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio or approximately the stoichiometric air-fuel ratio. Further, when the operating state of the engine 1 is within the region A4, the supercharger 44 is on.
エンジン1の運転状態が、領域A5内にある場合、ECU10は、SPCCI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンである。燃焼室17の全体における平均の空燃比は、具体的には、30以上40以下である。エンジン1の運転状態が領域A5内にある場合、過給機44はオフである。 When the operating state of the engine 1 is within the range A5, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SPCCI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Specifically, the average air-fuel ratio in the entire combustion chamber 17 is 30 or more and 40 or less. When the operating state of the engine 1 is within the range A5, the supercharger 44 is off.
また、エンジン1の運転状態が領域A5内にある場合、ECU10はまた、吸気弁21及び排気弁22が共に開弁するオーバーラップ期間を設ける。内部EGRガスが燃焼室17の中に導入される。これにより、燃焼室17の中の温度が高くなる。エンジン1の負荷が低い領域A5において、燃焼室17の中の温度が高いことによりSPCCI燃焼のCI燃焼が安定化する。 Further, when the operating state of the engine 1 is within the region A5, the ECU 10 also provides an overlap period in which the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are both opened. Internal EGR gas is introduced into the combustion chamber 17. This increases the temperature inside the combustion chamber 17. In region A5 where the load on the engine 1 is low, the temperature in the combustion chamber 17 is high, so that CI combustion of SPCCI combustion is stabilized.
エンジン1の運転状態が、領域A1内にある場合、ECU10は、スワールコントロール弁56を、ほぼ全閉した状態(実質的に閉じた状態、略全閉)に制御する。0%が全閉を示し、100%が全開を示すスワールコントロール弁56の「開度」で言えば、略全閉は、例えば、0%より大きく20%より小さい程度である。エンジン1の運転状態が、領域A2内にある場合、ECU10は、スワールコントロール弁56を、ほぼ全開した状態(実質的に全開した状態、略全開)に制御する。略全開を「開度」で言えば、例えば、100%より小さく80%より大きい程度である。 When the operating state of the engine 1 is within the region A1, the ECU 10 controls the swirl control valve 56 to a substantially fully closed state (substantially closed state, substantially fully closed state). In terms of the "opening degree" of the swirl control valve 56, where 0% indicates fully closed and 100% indicates fully open, substantially fully closed is, for example, greater than 0% and less than 20%. When the operating state of the engine 1 is within the range A2, the ECU 10 controls the swirl control valve 56 to a substantially fully open state (substantially fully open state, substantially fully open state). In terms of "opening degree", approximately fully open is, for example, smaller than 100% and larger than 80%.
そして、エンジン1の運転状態が、領域A3、領域A4、及びA5内にある場合、ECU10は、スワールコントロール弁56を、エンジン1の運転状態に応じて、略全閉から略全開の範囲で開度を調整する。それにより、燃焼室17の中に形成される斜めスワール流の強さが大小に変化する。それに伴って、燃焼室17の中に形成される混合気の分布が変化する。ECU10は、その変化を制御することで、SPCCI燃焼を安定化させる。 When the operating state of the engine 1 is within the range A3, A4, or A5, the ECU 10 opens the swirl control valve 56 in a range from substantially fully closed to substantially fully open, depending on the operating state of the engine 1. Adjust the degree. As a result, the strength of the oblique swirl flow formed in the combustion chamber 17 changes in size. Accordingly, the distribution of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 17 changes. The ECU 10 stabilizes SPCCI combustion by controlling the change.
ECUはまた、安定したSPCCI燃焼を実現するため、SPCCI燃焼が行われる領域A3、領域A4、及び領域A5の各領域のうち、少なくとも所定の高負荷かつ低回転の領域(高負荷低回転領域)では分割噴射を行う。 In order to achieve stable SPCCI combustion, the ECU also controls at least a predetermined high load and low rotation area (high load low rotation area) among the areas A3, A4, and A5 where SPCCI combustion is performed. Now perform split injection.
尚、ここでいう高負荷低回転領域は、図5に示すように、所定負荷L1以上の高負荷かつ所定回転数N1以下の領域である。所定負荷L1は、エンジン1の最高負荷の1/3の負荷としてもよいし、Laと同じ1/2の負荷としてもよい。所定回転数N1は、エンジン1の最高回転数の1/3の回転数としてもよいし、1/2の回転数としてもよい。 Note that the high-load, low-rotation region referred to here is, as shown in FIG. 5, a region where the load is higher than the predetermined load L1 and the number of rotations is lower than the predetermined rotation speed N1. The predetermined load L1 may be 1/3 of the maximum load of the engine 1, or may be 1/2 of the maximum load of the engine 1. The predetermined rotation speed N1 may be 1/3 of the maximum rotation speed of the engine 1, or may be 1/2 of the maximum rotation speed of the engine 1.
この高負荷低回転領域では、ECU10は、1つの燃焼サイクルで要求されるガソリンの総量を、吸気行程及び圧縮行程の期間内で、複数回に分けて噴射する。より具体的には、前段噴射と後端噴射の2回の燃料噴射を行う(図7、図8参照)。 In this high-load, low-speed region, the ECU 10 injects the total amount of gasoline required for one combustion cycle in multiple injections within the intake stroke and compression stroke. More specifically, two fuel injections, a front-stage injection and a rear-end injection, are performed (see FIGS. 7 and 8).
SPCCI燃焼が行われる領域A3、領域A4、及び領域A5の各領域のうち、高負荷低回転領域以外の領域、例えば、高負荷低回転領域よりも負荷の低い領域では、ECU10は、主に、吸気行程での一括噴射を行う(図9参照)。ECU10は更に、燃焼室17に導入される燃料のオクタン価に応じて、噴射時期等を変更するが、これについては後述する。 Among the regions A3, A4, and A5 where SPCCI combustion is performed, in regions other than the high load low rotation region, for example, in a region where the load is lower than the high load low rotation region, the ECU 10 mainly Bulk injection is performed during the intake stroke (see Figure 9). The ECU 10 further changes the injection timing and the like according to the octane number of the fuel introduced into the combustion chamber 17, which will be described later.
(第2制御マップ502)
第2制御マップ502は、領域B1、領域B2、領域B3、及び、領域B4の四つの領域に分かれる。領域B1は、Naよりも回転数が低い領域であり、第1制御マップ501の領域A1に対応する。領域B2は、Nbよりも回転数が高い領域であり、第1制御マップ501の領域A2に対応する。領域A3は、回転数がNaからNbまでの領域のうち、負荷がLaよりも低い領域であり、第1制御マップ501の領域A3に対応する。領域B4は、回転数がNaからNbまでの領域のうち、負荷がLa以上の領域であり、第1制御マップ501の領域A4に対応する。第2制御マップ502は、第1制御マップ501の領域A5に対応する領域を有していない。温度が低いとリーンな混合気のSPCCI燃焼が不安定になるためである。
(Second control map 502)
The second control map 502 is divided into four areas: area B1, area B2, area B3, and area B4. Region B1 is a region where the rotation speed is lower than Na, and corresponds to region A1 of the first control map 501. Region B2 is a region where the rotation speed is higher than Nb, and corresponds to region A2 of the first control map 501. Region A3 is a region where the load is lower than La among the regions where the rotational speed is from Na to Nb, and corresponds to region A3 of the first control map 501. Region B4 is a region where the load is greater than or equal to La among the regions where the rotational speed is from Na to Nb, and corresponds to region A4 of the first control map 501. The second control map 502 does not have an area corresponding to area A5 of the first control map 501. This is because if the temperature is low, SPCCI combustion of a lean mixture becomes unstable.
エンジン1の運転状態が、領域B1内にある場合、ECU10は、SI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。エンジン1の運転状態が、領域B2内にある場合も、ECU10は、SI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。エンジン1の運転状態が、領域B3内にある場合、ECU10は、SPCCI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン1の運転状態が領域B3内にある場合、過給機44はオフである。エンジン1の運転状態が、領域B4内にある場合、ECU10は、SPCCI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン1の運転状態が領域B4内にある場合、過給機44はオンである。 When the operating state of the engine 1 is within the region B1, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio or approximately the stoichiometric air-fuel ratio. Even when the operating state of the engine 1 is within the region B2, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio or approximately the stoichiometric air-fuel ratio. When the operating state of the engine 1 is within region B3, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SPCCI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio or approximately the stoichiometric air-fuel ratio. Further, when the operating state of the engine 1 is within the region B3, the supercharger 44 is off. When the operating state of the engine 1 is within region B4, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SPCCI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio or approximately the stoichiometric air-fuel ratio. Further, when the operating state of the engine 1 is within the region B4, the supercharger 44 is on.
(第3制御マップ503)
第3制御マップ503は、領域C1のみを有している。領域C1は、エンジン1の全運転領域に広がる。エンジン1の運転状態が、領域C1内にある場合、ECU10は、SI燃焼を行うように、エンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。
(Third control map 503)
The third control map 503 has only the region C1. Region C1 extends over the entire operating region of engine 1. When the operating state of the engine 1 is within the range C1, the ECU 10 controls the engine 1 to perform SI combustion. Note that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio or approximately the stoichiometric air-fuel ratio.
<オクタン価が異なる燃料への対応>
ECU10は、燃焼室17に導入される燃料のオクタン価に応じて、エンジン1の制御内容を変更する。
<Support for fuels with different octane numbers>
The ECU 10 changes the control content of the engine 1 according to the octane number of the fuel introduced into the combustion chamber 17.
具体的には、図6に示すように、エンジン1の制御装置は、燃料のオクタン価が所定オクタン価未満であるときの燃焼制御マップ(低オクタン価マップ601)と、燃料のオクタン価が所定オクタン価以上であるときの燃焼制御マップ(高オクタン価マップ602)とを有している。 Specifically, as shown in FIG. 6, the control device of the engine 1 uses a combustion control map (low octane number map 601) when the octane number of the fuel is less than a predetermined octane number, and a combustion control map (low octane number map 601) when the octane number of the fuel is equal to or higher than the predetermined octane number. It has a combustion control map (high octane number map 602).
所定オクタン価は、エンジン1に給油可能な、オクタン価の異なる燃料の各々が区別可能なオクタン価(ron)である。ここでは、レギュラーガソリンとハイオクガソリンとが区別できるような値であり、例えば「96」に設定されている。 The predetermined octane number is an octane number (ron) at which fuels with different octane numbers that can be supplied to the engine 1 can be distinguished. Here, the value is such that regular gasoline and high-octane gasoline can be distinguished, and is set to "96", for example.
レギュラーガソリンとハイオクガソリンとでは、燃焼に適した条件は一致しない。すなわち、同じ燃焼条件でも、レギュラーガソリンとハイオクガソリンの双方を適切に燃焼できる場合がある。その一方で、レギュラーガソリンに適した燃焼条件ではハイオクガソリンを適切に燃焼できない場合や、ハイオクガソリンに適した燃焼条件ではレギュラーガソリンを適切に燃焼できない場合がある。 Regular gasoline and high-octane gasoline do not have the same conditions for combustion. That is, even under the same combustion conditions, both regular gasoline and high-octane gasoline may be able to be burned appropriately. On the other hand, high-octane gasoline may not be combusted properly under combustion conditions suitable for regular gasoline, and regular gasoline may not be appropriately combusted under combustion conditions suitable for high-octane gasoline.
特に、このエンジン1では、上述したように、SPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼では、高度な燃焼制御が要求されるため、オクタン価の異なる燃料が用いられると、燃焼が不安定になり易い。そこで、このエンジン1では、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンのいずれを用いた場合でも、適切にSPCCI燃焼が行えるように、低オクタン価マップ601及び高オクタン価マップ602のいずれか一方に切り換える。
In particular, this engine 1 performs SPCCI combustion as described above. Since SPCCI combustion requires sophisticated combustion control, combustion tends to become unstable if fuels with different octane numbers are used. Therefore, in this engine 1, the map is switched to either the low
低オクタン価マップ601には、主に、オクタン価が低い燃料(ここでは主にレギュラーガソリン)に適した条件が設定されている。高オクタン価マップ602には、主に、オクタン価が高い燃料(ここでは主にハイオクガソリン)に適した条件が設定されている。
The low
低オクタン価マップ601及び高オクタン価マップ602の各々には、燃焼に関連する主な制御条件について、エンジン1の全運転領域における回転速度の高低、及びエンジン1の全運転領域における負荷の高低に対応した値が設定されている。低オクタン価マップ601及び高オクタン価マップ602は、いずれもメモリ102内に格納されている。
Each of the low
具体的には、低オクタン価マップ601は、燃料の噴射時期の設定に用いられる第1噴射タイミングマップ601a、スワールコントロール弁56の開度の設定に用いられる第1SCV(Swirl Control Valve)マップ601b、吸気量の制御に用いられる第1吸気S-VTマップ601c、外部EGRシステムの制御に用いられる第1外部EGRマップ601d、及び、内部EGRシステムの制御に用いられる第1内部EGRマップ601eを含む。
Specifically, the low
同様に、高オクタン価マップ602は、第2噴射タイミングマップ602a、第2SCVマップ602b、第2吸気S-VTマップ602c、第2外部EGRマップ602d、及び、第2内部EGRマップ602eを含む。
Similarly, the
ECU10は、例えば、燃料のオクタン価が所定オクタン価未満から所定オクタン価以上になったときには、低オクタン価マップ601を、高オクタン価マップ602に切り換える。切り換えが必要な複数の条件を一括して切り換えるので、制御の簡素化が図れ、効率的である。
For example, the ECU 10 switches the low
<オクタン価の異なる燃料で安定したSPCCI燃焼を実現するための工夫>
上述したように、エンジン1では、低オクタン価マップ601及び高オクタン価マップ602のいずれか一方に切り換えて、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンのいずれを用いた場合でも、適切に燃焼が行えるようにしている。
<Efforts to achieve stable SPCCI combustion with fuels with different octane numbers>
As described above, the engine 1 switches to either the low
しかし、レギュラーガソリンを用いた場合に、ハイオクガソリンを用いた場合に比べて、ノッキング、プリイグニッション等の異常燃焼が発生し易い点では変わりは無い。そこで、このエンジン1では、異常燃焼を抑制してSPCCI燃焼を行うために、点火時期を遅角(リタード)させて燃焼を遅らせる制御を行う。同じ運転条件の下で比べると、レギュラーガソリンを用いた場合は、ハイオクガソリンを用いた場合よりも大きくリタードして、燃焼を遅らせる必要性が増加する。 However, when regular gasoline is used, abnormal combustion such as knocking and pre-ignition is more likely to occur than when high-octane gasoline is used. Therefore, in this engine 1, in order to suppress abnormal combustion and perform SPCCI combustion, control is performed to retard the ignition timing to delay combustion. When compared under the same operating conditions, when regular gasoline is used, the need to retard and retard combustion increases to a greater extent than when using high-octane gasoline.
リタードするほど、適切な点火位置からずれるので、燃焼安定性が低下する。その結果、燃費が悪化するし、失火するおそれもある。しかも、このエンジン1では、高度な制御を要するSPCCI燃焼を行う。SI燃焼が不安定になると、それに伴ってCI燃焼も不安定になる。従って、安定したSPCCI燃焼が実現できなくなってしまう。 The more the engine is retarded, the more it deviates from the appropriate ignition position, resulting in lower combustion stability. As a result, fuel efficiency deteriorates and there is a risk of misfire. Furthermore, this engine 1 performs SPCCI combustion which requires sophisticated control. When SI combustion becomes unstable, CI combustion also becomes unstable. Therefore, stable SPCCI combustion cannot be achieved.
それに対し、このエンジン1では、上述したように、斜めスワール流の強さ(詳細にはスワール成分の強さ、スワール強度)を大小に変化させることで、SPCCI燃焼を安定化させている。本発明者らは、スワール強度を高めることで、斜めスワール流を利用して、燃焼室17の中央部分が、よりリッチになるように成層化できることを見出した。 On the other hand, in this engine 1, as described above, SPCCI combustion is stabilized by varying the strength of the diagonal swirl flow (specifically, the strength of the swirl component, the swirl strength). The present inventors have discovered that by increasing the swirl strength, the central portion of the combustion chamber 17 can be stratified to become richer by utilizing the oblique swirl flow.
そこで、ECU10は、所定の運転領域(後述する中高負荷境界領域)において、レギュラーガソリンのような低オクタン価の燃料を用いる時には、ハイオクガソリンのような高オクタン価の燃料を用いる時よりもスワールコントロール弁56の開度を閉じる方向に変更して、斜めスワール流のスワール強度を高める制御(スワール強化制御)を実行する。 Therefore, in a predetermined operating region (medium-high load boundary region to be described later), when using a low-octane fuel such as regular gasoline, the ECU 10 controls the swirl control valve 56 more than when using a high-octane fuel such as high-octane gasoline. Control is performed to increase the swirl strength of the diagonal swirl flow (swirl enhancement control) by changing the opening degree in the closing direction.
このエンジン1では、SPCCI燃焼を行う際に、点火時期に、燃焼室17の中に所定の混合気の分布が形成されるように、斜めスワール流を利用した燃料の噴射制御を行う。スワール強度が高まることで、燃焼室17の中に噴射された燃料が、点火プラグ25が位置する燃焼室17の中央部分に集まり易くなる。 In this engine 1, when performing SPCCI combustion, fuel injection control is performed using an oblique swirl flow so that a predetermined air-fuel mixture distribution is formed in the combustion chamber 17 at the ignition timing. By increasing the swirl strength, the fuel injected into the combustion chamber 17 tends to collect in the central portion of the combustion chamber 17 where the spark plug 25 is located.
それにより、スワール強度を高めることで、点火時期に、点火プラグ25の周囲が、よりリッチになる混合気の分布を形成できる。点火時期に点火プラグ25の周囲の混合気がリッチなれば、点火し易くなるので、燃焼安定性の低下を抑制できる。スワール強度が高まれば、燃焼室17の中の流動性が高まって火炎伝播が促進されるので、SI燃焼も安定化する。その結果、CI燃焼も安定化するので、安定したSPCCI燃焼が実現できるようになる。 Thereby, by increasing the swirl strength, it is possible to form a richer air-fuel mixture distribution around the spark plug 25 at the ignition timing. If the air-fuel mixture around the ignition plug 25 becomes rich at the ignition timing, it becomes easier to ignite, so that deterioration in combustion stability can be suppressed. If the swirl strength increases, the fluidity within the combustion chamber 17 increases and flame propagation is promoted, thereby stabilizing SI combustion. As a result, CI combustion is also stabilized, making it possible to realize stable SPCCI combustion.
(スワール強化制御)
図11に、図5に示す所定の回転数N0において行われるスワールコントロール弁56の開度の制御の一例を示す。この制御例では、エンジン1の負荷の高低に応じて大小に変化するスワールコントロール弁(SCV)56の開度を表している。
(Swirl enhancement control)
FIG. 11 shows an example of control of the opening degree of the swirl control valve 56 performed at the predetermined rotation speed N0 shown in FIG. This control example shows the opening degree of the swirl control valve (SCV) 56, which changes in size depending on the level of the load on the engine 1.
この制御は、第1SCVマップ601b及び第2SCVマップ602bに基づいて実行される。実線が、レギュラーガソリンを用いた時の制御例である。破線が、ハイオクガソリンを用いた時の制御例である。尚、回転数N0は、エンジン1の運転領域の高回転側よりも低回転側に位置している。
This control is performed based on the
無負荷を含む低負荷領域では、燃焼熱は少ないので、異常燃焼は発生し難い。従って、燃料のオクタン価の違いによる燃焼への影響は少ない。ECU10は、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンのいずれを用いた場合も、スワールコントロール弁56の開度を略全閉に設定する。 In a low load region including no load, there is little combustion heat, so abnormal combustion is unlikely to occur. Therefore, the difference in octane number of fuels has little effect on combustion. The ECU 10 sets the opening degree of the swirl control valve 56 to be substantially fully closed regardless of whether regular gasoline or high-octane gasoline is used.
そして、低負荷領域から負荷が増加すると、燃焼室17に導入されるガス及び燃料が増えるが、異常燃焼が問題になるほど燃焼熱は多くない。従って、ECU10は、中負荷領域(負荷が低負荷領域よりも大きく高負荷領域よりも小さい領域)では、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンのいずれを用いた場合も、スワールコントロール弁56の開度を、開き方向に変更する。 When the load increases from the low load region, the amount of gas and fuel introduced into the combustion chamber 17 increases, but the combustion heat is not so large that abnormal combustion becomes a problem. Therefore, in a medium load region (a region where the load is greater than a low load region and smaller than a high load region), the ECU 10 changes the opening degree of the swirl control valve 56, regardless of whether regular gasoline or high-octane gasoline is used. Change direction.
その開度は、例えば、30%から60%程度である(半開)。ECU10は、負荷が所定以上になるまで、スワールコントロール弁56の開度を半開状態に保持する。尚、燃焼状態に応じて多少は開度を可変してもよい。 The degree of opening is, for example, about 30% to 60% (half-open). The ECU 10 maintains the opening degree of the swirl control valve 56 in a half-open state until the load reaches a predetermined value or more. Note that the opening degree may be varied to some extent depending on the combustion state.
それにより、燃焼室17の中には、適度なスワール強度を有する斜めスワール流が形成される。このとき、ECU10は、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンのいずれを用いた場合も、吸気行程で、燃料を一括して噴射するように、インジェクタ6を制御する。図9に、その燃料噴射の時期901、点火時期902、及び燃焼波形903を例示する。
As a result, an oblique swirl flow having an appropriate swirl strength is formed in the combustion chamber 17. At this time, the ECU 10 controls the injector 6 to inject the fuel all at once during the intake stroke, regardless of whether regular gasoline or high-octane gasoline is used. FIG. 9 illustrates the fuel injection timing 901,
1つの燃焼サイクルで要求される燃料の総量が吸気行程の所定のタイミングで噴射される。それにより、噴射された燃料は、斜めスワール流に乗って移動し、点火時期に、燃焼室17の中に、SPCCI燃焼に適した混合気が分布するように制御される。 The total amount of fuel required for one combustion cycle is injected at a predetermined timing during the intake stroke. Thereby, the injected fuel moves in a diagonal swirl flow, and is controlled so that an air-fuel mixture suitable for SPCCI combustion is distributed in the combustion chamber 17 at the ignition timing.
点火時期902は、概ね圧縮上死点TDCの近傍である。点火時期902は、エンジン1の運転状態に応じて、燃焼ごとに調整される。ノッキング等の異常燃焼が発生し易くなれば、点火時期703は遅角(リタード)される。それにより、SI燃焼にCI燃焼が連続して発生するSPCCI燃焼が、最適なタイミングで行われる。
一方、全開負荷を含む高負荷領域では、燃焼室17に導入されるガス及び燃料の量が多いので、燃焼熱は多く、異常燃焼が発生し易い。特に、レギュラーガソリンは、ハイオクガソリンよりも異常燃焼が発生し易い。 On the other hand, in a high load region including a fully open load, the amount of gas and fuel introduced into the combustion chamber 17 is large, so the combustion heat is large and abnormal combustion is likely to occur. In particular, regular gasoline is more likely to cause abnormal combustion than high-octane gasoline.
そこで、このエンジン1では、高負荷領域、特に、上述した高負荷低回転領域において、ハイオクガソリンを用いる場合、ECU10は、吸気行程で前段噴射を行い、圧縮行程で後段噴射を行う。図7に、図5に示す高負荷領域のポイントP1において、ハイオクガソリンでSPCCI燃焼を行う時における、これら燃料噴射の時期701,702、点火時期703、及び燃焼波形704を例示する。
Therefore, in this engine 1, when using high-octane gasoline in a high load region, particularly in the above-mentioned high load and low rotation region, the ECU 10 performs front stage injection in the intake stroke and performs rear stage injection in the compression stroke. FIG. 7 illustrates
前段噴射701は、吸気行程内の略中間の期間に行われる。後段噴射702は、圧縮行程内の後半の期間に行われる。噴射する燃料量の比率は、前段噴射701の方が後段噴射702よりも多い。その比率は、例えば略9:1である。
The
このとき、ECU10は、図11に示すように、スワールコントロール弁56の開度を略全閉に設定する。燃焼室17に導入されるガス量は多いので、燃焼室17の中には、スワール強度の高い斜めスワール流が形成される。ECU10は、この斜めスワール流を利用して、点火時期703に、燃焼室17の中に、所定状態の混合気が分布するように、前段噴射701の噴射時期及び/又は噴射量を制御する。
At this time, the ECU 10 sets the opening degree of the swirl control valve 56 to approximately fully closed, as shown in FIG. Since the amount of gas introduced into the combustion chamber 17 is large, an oblique swirl flow with high swirl strength is formed in the combustion chamber 17. The ECU 10 utilizes this oblique swirl flow to control the injection timing and/or injection amount of the
すなわち、ECU10は、燃焼室17の周辺部分に比較的リーンで均質な混合気が分布し、燃焼室17の中央部分に比較的リッチな混合気が分布する、いわゆる成層化した混合気が形成されるように、吸気行程での前段噴射701と圧縮行程での後段噴射702とを行う。スワール強度が高いので、燃焼室17の中央部分がリッチな混合気の分布を、点火時期に形成することができる。
That is, the ECU 10 forms a so-called stratified air-fuel mixture, in which a relatively lean and homogeneous air-fuel mixture is distributed in the peripheral portion of the combustion chamber 17 and a relatively rich air-fuel mixture is distributed in the central portion of the combustion chamber 17.
点火時期703は、概ね圧縮上死点TDCの近傍である。点火時期703は、エンジン1の運転状態に応じて、燃焼ごとに調整される。ノッキング等の異常燃焼が発生し易くなれば、点火時期703は遅角(リタード)される。それにより、SI燃焼にCI燃焼が連続して発生するSPCCI燃焼が、最適なタイミングで行われる。
それに対し、高負荷領域において、レギュラーガソリンを用いる場合、ECU10は、燃料の噴射時期を遅角させ、圧縮行程で前段噴射及び後段噴射を行う。図8に、高負荷領域のポイントP1において、レギュラーガソリンでSPCCI燃焼を行う時における、これら燃料噴射の時期801,802を例示する。
On the other hand, when regular gasoline is used in a high load region, the ECU 10 retards the fuel injection timing and performs pre-injection and post-injection in the compression stroke. FIG. 8 illustrates these
前段噴射801は、圧縮行程内の前半から中間にわたる期間に行われる。後段噴射802は、圧縮行程内の後半の期間に行われる。噴射する燃料量の比率は、前段噴射801の方が後段噴射802よりも多い。その比率は、例えば略6:4である。尚、レギュラーガソリンの場合も、噴射する燃料の総量は、ハイオクガソリンの場合と同じである(前段噴射701及び後段噴射702の総量=前段噴射801及び後段噴射802の総量)。
燃料の噴射時期を遅角させた結果、燃料噴射から点火時期703までの時間が短縮される。それにより、燃焼室17の中にスワール強度の高い斜めスワール流が形成されていても、燃料がミキシングされ難くなる。すなわち、噴射されて燃焼室17の周辺部分に至った燃料は、移動する時間がほとんど無いので、燃焼室17の周辺部分に偏在する。それにより、ハイオクガソリンの場合と異なり、燃焼室17の周辺部分に、燃焼室17の中央部分よりもリッチな混合気が分布する、いわゆる逆成層化した混合気が形成される。
As a result of retarding the fuel injection timing, the time from fuel injection to
燃焼室17の中に斜めスワール流が形成されていると、熱が燃焼室17の中央部分に集まり易くなるので、燃焼室17の周辺部分よりも中央部分の方が高温になり易い。そのため、燃焼室17の周辺部分よりも燃焼室17の中央部分で自己着火し易い傾向がある。 When an oblique swirl flow is formed in the combustion chamber 17, heat tends to collect in the central portion of the combustion chamber 17, so that the central portion of the combustion chamber 17 tends to have a higher temperature than the peripheral portion. Therefore, self-ignition tends to occur more easily in the central part of the combustion chamber 17 than in the peripheral part of the combustion chamber 17.
それに対し、レギュラーガソリンの場合には、逆成層化した混合気が形成されるので、自己着火を抑制できる。点火までの時間短縮によって低温酸化反応も進み難くなるので、プリイグニッション等、異常燃焼の発生が抑制できる。従って、レギュラーガソリンの場合であっても、適切なSPCCI燃焼が実現できる。 On the other hand, in the case of regular gasoline, a reverse stratified mixture is formed, so self-ignition can be suppressed. By shortening the time until ignition, it becomes difficult for the low-temperature oxidation reaction to proceed, so the occurrence of abnormal combustion such as pre-ignition can be suppressed. Therefore, even in the case of regular gasoline, appropriate SPCCI combustion can be achieved.
ECU10はまた、図11に示すように、ハイオクガソリンを用いる場合よりもスワールコントロール弁56の開度を僅かに開いた状態に制御する。例えば、略全閉から数%から10%程度開いた状態(準全閉状態)に設定する。それにより、スワール強度が弱まるので、よりいっそう逆成層化が促進される。 As shown in FIG. 11, the ECU 10 also controls the opening degree of the swirl control valve 56 to be slightly more open than when using high-octane gasoline. For example, it is set from approximately fully closed to a state in which it is opened by several percent to 10% (semi-fully closed state). As a result, the swirl strength is weakened, so that reverse stratification is further promoted.
更に、レギュラーガソリンを用いる場合には、ハイオクガソリンを用いる場合から、燃料の噴射圧を増大させるのが好ましい。従って、ECU10は、燃料の噴射圧を増大させる制御を実行する。燃料の噴射圧を増大すれば、燃料の気化を促進できるので、スモークの発生を抑制できる。 Furthermore, when using regular gasoline, it is preferable to increase the fuel injection pressure compared to when using high-octane gasoline. Therefore, the ECU 10 executes control to increase the fuel injection pressure. By increasing the fuel injection pressure, the vaporization of the fuel can be promoted, so the generation of smoke can be suppressed.
図11に示すように、中負荷領域から負荷が増加すると、ECU10は、スワールコントロール弁56の開度を、半開状態から略全閉状態又は準全閉状態へ、閉じる方向に変更する。 As shown in FIG. 11, when the load increases from the medium load region, the ECU 10 changes the opening degree of the swirl control valve 56 from a half-open state to a substantially fully closed state or a semi-fully closed state in the closing direction.
このエンジン1では、中負荷領域と高負荷領域の境界の領域(中高負荷境界領域)において、上述したスワール強化制御が実行される。すなわち、ECU10が、レギュラーガソリンを用いる時には、ハイオクガソリンを用いる時よりもスワール強度が高まるように、スワールコントロール弁56の開度を閉じる方向に変更する。 In this engine 1, the swirl enhancement control described above is executed in the boundary area between the medium load area and the high load area (medium/high load boundary area). That is, when the ECU 10 uses regular gasoline, it changes the opening degree of the swirl control valve 56 in the closing direction so that the swirl strength is higher than when using high-octane gasoline.
ハイオクガソリンを用いる場合には、高負荷領域においても、過度にリタードしないで安定したSPCCI燃焼が行える。従って、燃焼条件が多少変化しても、安定したSPCCI燃焼を維持できる。ECU10は、中負荷領域から中高負荷境界領域に入っても、図9に示した一括噴射を保持する。ECU10は、中高負荷境界領域から高負荷領域に切り替わるタイミングで、図7に示した分割噴射に切り換わるように、インジェクタ6を制御する。 When using high-octane gasoline, stable SPCCI combustion can be performed without excessive retardation even in a high load region. Therefore, even if the combustion conditions change somewhat, stable SPCCI combustion can be maintained. The ECU 10 maintains the batch injection shown in FIG. 9 even when entering the medium-high load boundary area from the medium load area. The ECU 10 controls the injector 6 to switch to the split injection shown in FIG. 7 at the timing of switching from the medium-high load boundary region to the high load region.
一方、高負荷領域でレギュラーガソリンを用いる場合には、ハイオクガソリンを用いる場合よりも大きくリタードされるので、燃焼安定性が低下する。そのため、ハイオクガソリンと同じように制御すると、失火するおそれがある。そこで、ECU10は、中高負荷境界領域において、吸気行程で噴射される燃料が圧縮行程で噴射されるように、インジェクタ6を制御する。 On the other hand, when regular gasoline is used in a high load region, the retard is greater than when high-octane gasoline is used, resulting in a decrease in combustion stability. Therefore, if it is controlled in the same way as high-octane gasoline, there is a risk of misfire. Therefore, the ECU 10 controls the injector 6 so that the fuel injected in the intake stroke is injected in the compression stroke in the medium-high load boundary region.
具体的には、ECU10は、一括噴射の燃料の一部を圧縮行程で噴射して、吸気行程での前段噴射と圧縮行程での後段噴射とからなる分割噴射が行われるように、インジェクタ6を制御する。図10に、図5に示す中高負荷境界領域のポイントP0において、これら燃料噴射の時期1001,1002、点火時期1003、及び燃焼波形1004を例示する。
Specifically, the ECU 10 controls the injector 6 so that part of the fuel for the batch injection is injected during the compression stroke, and split injection consisting of a front-stage injection during the intake stroke and a second-stage injection during the compression stroke is performed. Control. FIG. 10 illustrates these
前段噴射1001は、吸気行程内の略中間の期間に行われる。後段噴射1002は、圧縮行程内の後半の期間に行われる。噴射する燃料量の比率は、前段噴射1001の方が後段噴射1002よりも多い。その比率は、例えば略8:2である。ハイオクガソリンを用いた場合での分割噴射と比べると、後段噴射での噴射量の割合は増大されている。後段噴射で噴射される燃料が多いほど、点火プラグ25の周囲の混合気をリッチにできるので、燃焼安定性が向上する。
The
そして、ECU10は、図11に示すように、中負荷領域から中高負荷境界領域に入ると、スワールコントロール弁56の開度を閉じる方向に変更する(スワール強化制御)。具体的には、スワールコントロール弁56の開度を半開状態から準全閉状態に切り換える。すなわち、レギュラーガソリンを用いる場合には、ハイオクガソリンを用いる場合に比べて、スワール強度を高める領域が低負荷側に拡大されている。 Then, as shown in FIG. 11, when the ECU 10 enters from the medium load region to the medium-high load boundary region, the ECU 10 changes the opening degree of the swirl control valve 56 in the closing direction (swirl enhancement control). Specifically, the opening degree of the swirl control valve 56 is switched from a half-open state to a semi-fully closed state. That is, when regular gasoline is used, the range in which the swirl strength is increased is expanded to the low load side compared to when high-octane gasoline is used.
それにより、中高負荷境界領域でレギュラーガソリンを用いる場合には、ハイオクガソリンを用いる場合に比べて、スワール強度が高くなる。スワール強度が高まると、燃焼室17に噴射された燃料は、斜めスワール流に乗って移動し易くなる。図10に示したように、燃料の一部は吸気行程で噴射されるので、その燃料が斜めスワール流によって拡散したり集合したりして、点火時期に成層化した混合気が形成される。スワール強度が高いうえに、圧縮行程でも燃料が噴射されるので、燃焼室17の中央部分が、よりリッチな混合気を形成できる。 As a result, when regular gasoline is used in the medium-high load boundary region, the swirl strength becomes higher than when high-octane gasoline is used. When the swirl strength increases, the fuel injected into the combustion chamber 17 becomes easier to move along the diagonal swirl flow. As shown in FIG. 10, since a portion of the fuel is injected during the intake stroke, the fuel is diffused or collected by the diagonal swirl flow, and a stratified air-fuel mixture is formed at the ignition timing. Since the swirl strength is high and fuel is injected even during the compression stroke, a richer air-fuel mixture can be formed in the central portion of the combustion chamber 17.
その結果、点火時期を大きくリタードしても、点火し易くなるので、燃焼安定性の低下を抑制できる。火炎伝播し易くなってSI燃焼が促進されるので、点火時期を大きくリタードした状態でも、安定したSPCCI燃焼を実現できる。 As a result, even if the ignition timing is greatly retarded, ignition becomes easier, so deterioration in combustion stability can be suppressed. Since flame propagation becomes easier and SI combustion is promoted, stable SPCCI combustion can be achieved even when the ignition timing is greatly retarded.
そうして、ECU10は、中高負荷境界領域から高負荷領域に切り替わるタイミングで、図8に示した分割噴射に切り換わるように、インジェクタ6を制御する。それにより、レギュラーガソリンを用いた場合でも、安定したSPCCI燃焼を維持しながら、中負荷領域から高負荷領域に円滑に移行できる。 Then, the ECU 10 controls the injector 6 to switch to the split injection shown in FIG. 8 at the timing of switching from the medium-high load boundary region to the high load region. Thereby, even when regular gasoline is used, it is possible to smoothly transition from a medium load range to a high load range while maintaining stable SPCCI combustion.
(応用例)
エンジン1の回転数が高くなると、燃料の噴射時期から点火時期までの期間が短くなる。そのため、点火時期に近い圧縮行程で燃料を多く噴射すると、燃料の一部が、点火時期でも気化せずにピストン等に付着し、スモークが悪化するおそれがある。
(Application example)
As the rotational speed of the engine 1 increases, the period from the fuel injection timing to the ignition timing becomes shorter. Therefore, if a large amount of fuel is injected during the compression stroke close to the ignition timing, some of the fuel may not vaporize even at the ignition timing and may adhere to the piston or the like, resulting in worsening smoke.
そこで、エンジンの回転数が高くなった時には、図12に示すように、中高負荷境界領域でレギュラーガソリンを用いた場合に、圧縮行程で燃料を噴射する後段噴射の噴射時期を、進角させるのが好ましい。具体的には、ECU10のメモリに予め所定回転数を設定しておき、エンジンの回転数が所定回転数以上の時には、所定回転数未満の時よりも後段噴射の噴射時期を進角させる。尚、ここでいう所定回転数は、エンジン1の仕様に応じて選択すればよい。 Therefore, when the engine speed increases, as shown in Fig. 12, when regular gasoline is used in the middle-to-high load boundary region, the injection timing of the late injection, which injects fuel during the compression stroke, is advanced. is preferred. Specifically, a predetermined number of revolutions is set in advance in the memory of the ECU 10, and when the number of revolutions of the engine is equal to or higher than the predetermined number of revolutions, the injection timing of the later stage injection is advanced than when the number of revolutions is less than the predetermined number of revolutions. Note that the predetermined rotation speed here may be selected according to the specifications of the engine 1.
そうすれば、回転数が高くなっても、点火時期までの時間を長くできるので、スモークの悪化を抑制できる。 In this way, even if the rotational speed becomes high, the time until the ignition timing can be extended, so that deterioration of smoke can be suppressed.
<オクタン価の異なる燃料での燃焼制御例>
図13に、オクタン価の異なる燃料をエンジン1に給油した時に、ECU10が行う燃焼制御の一例を示す。エンジン1に給油する燃料は、レギュラーガソリンであってもハイオクガソリンであってもよい。レギュラーガソリンにハイオクガソリンを継ぎ足すなどして、これら燃料が混合されていてもよい。
<Example of combustion control using fuels with different octane numbers>
FIG. 13 shows an example of combustion control performed by the ECU 10 when fuels with different octane numbers are supplied to the engine 1. The fuel supplied to the engine 1 may be regular gasoline or high-octane gasoline. These fuels may be mixed, such as by adding high-octane gasoline to regular gasoline.
ECU10は、エンジン1の運転状態を判定して、それに応じた燃焼制御を行うために、各種のセンサSW1-SW11から信号を読み込む(ステップS1)。ECU10はまた、燃料のオクタン価を検出し、その判定を行う(ステップS2)。例えば、このエンジン1には、筒内圧センサSW5が設置されているので、その計測信号に基づいて、現に燃焼されている燃料のオクタン価の値(検出値)が推定できる。混合された状態の燃料のオクタン価も検出できる。 The ECU 10 reads signals from various sensors SW1 to SW11 in order to determine the operating state of the engine 1 and perform combustion control accordingly (step S1). The ECU 10 also detects the octane number of the fuel and makes a determination thereof (step S2). For example, since the engine 1 is equipped with an in-cylinder pressure sensor SW5, the octane value (detected value) of the fuel currently being combusted can be estimated based on its measurement signal. The octane number of the mixed fuel can also be detected.
ECU10のメモリには、予め、オクタン価の判定基準となる所定値(所定オクタン価、96ron)が格納されている。ECU10は、その所定値と検出値(検出されたオクタン価の値)とを比較する。そうすることにより、検出値が所定値よりも低いか否かを判定する(ステップS3)。 The memory of the ECU 10 stores in advance a predetermined value (predetermined octane number, 96ron) that serves as a criterion for determining the octane number. The ECU 10 compares the predetermined value with the detected value (the detected octane number value). By doing so, it is determined whether the detected value is lower than a predetermined value (step S3).
その結果、検出値が所定値よりも低いと判定した時(低オクタン価時)には(ステップS3でYes)、低オクタン価マップ601を選択する(ステップS4)。すなわち、燃焼に用いられている燃料のオクタン価が低いので、それに対応した条件により燃焼制御を行ってエンジン1を運転する(ステップS5)。
As a result, when it is determined that the detected value is lower than the predetermined value (low octane) (Yes in step S3), the
具体的には、燃料の噴射タイミングの設定には、第1噴射タイミングマップ601aが用いられ、スワールコントロール弁56の開度の設定には、第1SCVマップ601bが用いられる。吸気量及び排気量の制御には、第1S-VTマップ601cが用いられ、外部EGRシステムの制御には、第1外部EGRマップ601dが用いられ、内部EGRシステムの制御には、第1内部EGRマップ601eが用いられる。
Specifically, the first
第1噴射タイミングマップ601aには、上述したような、レギュラーガソリンに対応した、前段噴射及び後段噴射からなる燃料の噴射時期及び噴射量が設定されている。従って、ECU10は、第1噴射タイミングマップ601aに基づいて、前段噴射及び後段噴射の双方が圧縮行程で行われるように、インジェクタ6を制御する。
In the first
それにより、上述した高負荷低回転領域のように、異常燃焼が発生し易いために本来であればSPCCI燃焼が適切に行えない領域でも、レギュラーガソリンを用いて、適切なSPCCI燃焼を安定して実現できる。 As a result, proper SPCCI combustion can be stably achieved using regular gasoline even in areas where abnormal combustion is likely to occur and SPCCI combustion cannot normally be performed properly, such as the above-mentioned high load and low rotation area. realizable.
その際、本実施形態でのECU10は、燃料の噴射圧も増大させる。従って、適切なSPCCI燃焼を、よりいっそう安定して実現できる。 At this time, the ECU 10 in this embodiment also increases the fuel injection pressure. Therefore, appropriate SPCCI combustion can be achieved even more stably.
一方、検出値が所定値以上と判定した時(高オクタン価時)には(ステップS3でNo)、高オクタン価マップ602を選択する(ステップS6)。すなわち、燃焼に用いられている燃料のオクタン価が高いので、それに対応した条件により燃焼制御を行ってエンジン1を運転する(ステップS7)。
On the other hand, when it is determined that the detected value is greater than or equal to the predetermined value (high octane) (No in step S3), the
具体的には、燃料の噴射タイミングの設定には、第2噴射タイミングマップ602aが用いられ、スワールコントロール弁56の開度の設定には、第2SCVマップ602bが用いられる。吸気量及び排気量の制御には、第2S-VTマップ602cが用いられ、外部EGRシステムの制御には、第2外部EGRマップ602dが用いられ、内部EGRシステムの制御には、第2内部EGRマップ602eが用いられる。
Specifically, the second
第2噴射タイミングマップ602aには、上述したような、ハイオクガソリンに対応した、前段噴射及び後段噴射からなる燃料の噴射時期及び噴射量が設定されている。従って、ECU10は、第2噴射タイミングマップ602aに基づいて、前段噴射は吸気行程で行われ、後段噴射は圧縮行程で行われるように、インジェクタ6を制御する。
In the second
上述した高負荷低回転領域のような異常燃焼が発生し易い領域でも、その他の領域と区別することなく、適切なSPCCI燃焼を安定して実現できる。制御条件を大幅に変更する必要がないので、円滑なエンジン1の運転を維持できる。 Appropriate SPCCI combustion can be stably realized even in a region where abnormal combustion is likely to occur, such as the above-mentioned high-load, low-speed region, without distinguishing it from other regions. Since there is no need to significantly change the control conditions, smooth operation of the engine 1 can be maintained.
(スワール強化制御)
図14に、スワール強化制御の一例を示す。ECU10は、エンジン1の負荷が増加して、エンジン1の運転領域が、中負荷領域から中高負荷境界領域に入ったか否かを判定している(ステップS20)。尚、スワール強化制御には、第1SCVマップ601b及び第2SCVマップ602bが用いられる。
(Swirl enhancement control)
FIG. 14 shows an example of swirl reinforcement control. The ECU 10 determines whether the load on the engine 1 has increased and the operating region of the engine 1 has entered the medium-high load boundary region from the medium load region (step S20). Note that the
そして、エンジン1の運転領域が、中負荷領域から中高負荷境界領域に入ったと判定すると、ECU10は、レギュラーガソリンのようなオクタン価の低い燃料を用いて燃焼を行う低オクタン価時か、ハイオクガソリンのようなオクタン価の高い燃料を用いて燃焼を行う高オクタン価時を判定する(ステップS21)。 When it is determined that the operating range of the engine 1 has entered the medium-high load boundary region from the medium load region, the ECU 10 determines whether the combustion is performed using low octane fuel such as regular gasoline or high octane gasoline. It is determined when high octane fuel is used for combustion (step S21).
その結果、低オクタン価時であった時には、スワールコントロール弁56の開度を閉じ方向、つまり半開状態から準全閉状態に変更する(ステップS22)。高オクタン価時であった時には、スワールコントロール弁56の開度は変更しないで、半開状態を維持する(ステップS21でNo)。 As a result, when the octane number is low, the opening degree of the swirl control valve 56 is changed in the closing direction, that is, from a half-open state to a semi-fully closed state (step S22). When the octane value is high, the degree of opening of the swirl control valve 56 is not changed and the half-open state is maintained (No in step S21).
ECU10はまた、エンジン1の負荷が低下して、エンジン1の運転領域が、高負荷領域から中高負荷境界領域に入ったか否かを判定している(ステップS23)。 The ECU 10 also determines whether the load on the engine 1 has decreased and the operating range of the engine 1 has entered the medium-high load boundary range from the high load range (step S23).
そして、エンジン1の運転領域が、高負荷領域から中高負荷境界領域に入ったと判定すると、ECU10は、低オクタン価時か高オクタン価時を判定する(ステップS24)。 When determining that the operating range of the engine 1 has entered the medium-high load boundary range from the high load range, the ECU 10 determines whether the operating range is low octane or high octane (step S24).
その結果、高オクタン価時であった時には(ステップS24でNo)、スワールコントロール弁56の開度を開き方向、つまり略全閉状態から半開状態に変更する(ステップS25)。低オクタン価時であった時には、スワールコントロール弁56の開度は変更しないで、準全閉状態を維持する(ステップS24でYes)。 As a result, if the octane value is high (No in step S24), the opening degree of the swirl control valve 56 is changed from the opening direction, that is, from the substantially fully closed state to the half open state (step S25). When the octane value is low, the opening degree of the swirl control valve 56 is not changed and the semi-fully closed state is maintained (Yes in step S24).
ECU10は、このようなスワールコントロール弁56の制御と並行して、第1噴射タイミングマップ601a及び第2噴射タイミングマップ602aを用いて、上述した燃料の噴射制御を実行する。
In parallel with such control of the swirl control valve 56, the ECU 10 executes the above-described fuel injection control using the first
それにより、このエンジン1の制御装置によれば、オクタン価の異なる燃料が給油できて、良好な運転が実現できる。 Thereby, according to the control device for the engine 1, fuels having different octane numbers can be supplied, and good operation can be achieved.
なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、所定の燃料は、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンに限らない。オクタン価の異なる燃料であれば適用できる。 Note that the disclosed technology is not limited to the embodiments described above, and includes various other configurations. For example, the predetermined fuel is not limited to regular gasoline and high-octane gasoline. It can be applied to fuels with different octane numbers.
中高負荷境界領域において高オクタン価の燃料を用いた場合に、高負荷低回転領域と同様に分割噴射してもよい。この場合、低オクタン価の燃料を用いた場合には、高オクタン価の燃料を用いた場合よりも、後段噴射での噴射量の割合が増大されることになる。従って、点火プラグの周囲の混合気をリッチにできるので、燃焼安定性を向上できる。 When high octane fuel is used in the medium-high load boundary region, split injection may be performed in the same way as in the high-load, low-speed region. In this case, when fuel with a low octane number is used, the proportion of the injection amount in the later stage injection is increased than when using fuel with a high octane number. Therefore, the air-fuel mixture around the spark plug can be enriched, so combustion stability can be improved.
オクタン価の検出は、上述した方法に限定されない。例えば、燃料供給システムに設置したセンサでオクタン価を検出する時などでは、検出値の逆数で判定してもよい。この場合、検出値が低い時にオクタン価が高いと判定し、検出値が高い時にオクタン価が低いと判定することになる。 The detection of octane number is not limited to the methods described above. For example, when detecting the octane number with a sensor installed in the fuel supply system, the determination may be made using the reciprocal of the detected value. In this case, when the detected value is low, it is determined that the octane number is high, and when the detected value is high, it is determined that the octane number is low.
1 エンジン
10 ECU(制御部)
11 シリンダ
17 燃焼室
25 点火プラグ
56 スワールコントロール弁
6 インジェクタ
SW5 筒内圧センサ(オクタン価検出手段)
1 Engine 10 ECU (control unit)
11 Cylinder 17 Combustion chamber 25 Spark plug 56 Swirl control valve 6 Injector SW5 Cylinder pressure sensor (octane number detection means)
Claims (6)
前記燃料のオクタン価の検出が可能なオクタン価検出手段と、
前記燃焼室の中に発生するスワール流を調整するスワールコントロール弁と、
前記オクタン価検出手段によって検出される検出値を入力するとともに、前記点火プラグ、前記インジェクタ、及び前記スワールコントロール弁の各々を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、全開負荷を含む高負荷領域の低負荷側の境界に存在する中高負荷境界領域において、検出されたオクタン価の値が所定値よりも低いと判定された低オクタン価時には、検出されたオクタン価の値が前記所定値以上と判定された高オクタン価時よりも前記スワールコントロール弁の開度を閉じる方向に変更する、スワール強化制御が実行されるように、
前記中高負荷境界領域における前記スワールコントロール弁の開度が、前記高オクタン価時よりも前記低オクタン価時の方が閉じ側に設定されるとともに、
前記高負荷領域における前記スワールコントロール弁の開度が、前記高オクタン価時よりも前記低オクタン価時の方が開き側に設定されているエンジンの制御装置。 An injector that injects a predetermined fuel into a combustion chamber, a spark plug that ignites an air-fuel mixture formed in the combustion chamber by the fuel , and a cylinder attached to each cylinder forming the combustion chamber. an internal pressure sensor, each of the cylinder pressure sensors measures the internal pressure of the combustion chamber, and after igniting the spark plug, a part of the air-fuel mixture is combusted by combustion accompanied by flame propagation, and then the remaining A control device for an engine that burns unburned air-fuel mixture by self-ignition,
Octane number detection means capable of detecting the octane number of the fuel;
a swirl control valve that adjusts the swirl flow generated in the combustion chamber;
a control unit that inputs a detection value detected by the octane number detection means and controls each of the spark plug, the injector, and the swirl control valve;
Equipped with
When the control unit determines that the detected octane value is lower than a predetermined value in a medium-high load boundary area that exists at the low-load boundary of a high load area that includes a full-open load, the detected octane value is lower than a predetermined value. Swirl enhancement control is executed to change the opening degree of the swirl control valve in a direction closer than when the octane value is determined to be greater than or equal to the predetermined value.
The degree of opening of the swirl control valve in the medium-high load boundary region is set to a closer side when the octane number is low than when the octane number is high, and
An engine control device , wherein the degree of opening of the swirl control valve in the high load region is set to be more open when the octane number is low than when the octane number is high.
前記スワール強化制御の実行とともに、吸気行程で噴射される燃料が圧縮行程で噴射されるように、前記制御部が前記インジェクタを制御するエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 1,
An engine control device in which the control unit controls the injector so that the fuel injected in the intake stroke is injected in the compression stroke while executing the swirl enhancement control.
前記エンジンは、前記高オクタン価時に吸気行程で燃料の一括噴射が行われる所定の運転領域を有し、
前記所定の運転領域での前記低オクタン価時に、前記スワール強化制御の実行とともに、前記一括噴射の燃料の一部を圧縮行程で噴射し、吸気行程での前段噴射と圧縮行程での後段噴射とからなる分割噴射が行われるエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 2,
The engine has a predetermined operating region in which fuel is injected all at once during the intake stroke when the octane number is high;
At the time of the low octane number in the predetermined operating region, in addition to executing the swirl enhancement control, a part of the fuel in the batch injection is injected in the compression stroke, and a part of the fuel is injected in the intake stroke as a pre-injection and as a post-injection in the compression stroke. A control device for an engine that performs split injection.
前記エンジンは、前記高オクタン価時及び前記低オクタン価時の双方で、吸気行程での前段噴射と圧縮行程での後段噴射とからなる分割噴射が行われる所定の運転領域を有し、
前記所定の運転領域での前記低オクタン価時に、前記スワール強化制御の実行とともに、前記高オクタン価時よりも前記後段噴射での噴射量の割合を増大させるエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 2,
The engine has a predetermined operating region in which split injection consisting of a front stage injection in an intake stroke and a rear stage injection in a compression stroke is performed both at the high octane number and at the low octane number,
An engine control device that executes the swirl enhancement control when the octane number is low in the predetermined operating range, and increases a proportion of the injection amount in the latter stage injection compared to when the octane number is high.
前記エンジンの回転数が所定回転数以上の時には、前記エンジンの回転数が前記所定回転数未満の時よりも、前記低オクタン価時の前記後段噴射の噴射時期を進角させるエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 3 or 4,
An engine control device that advances the injection timing of the post-injection during the low octane number when the engine rotation speed is a predetermined rotation speed or higher than when the engine rotation speed is less than the predetermined rotation speed.
前記オクタン価検出手段が、前記筒内圧センサを用いて構成されているエンジンの制御装置。 The engine control device according to any one of claims 1 to 5,
An engine control device, wherein the octane number detection means is configured using the cylinder pressure sensor.
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