KR101137743B1 - 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치 - Google Patents

예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치 Download PDF

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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

흡기 온도가 소정의 상온역보다 높은 고온시에는, ECU (25) 는, 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기가 지각측으로 조정되도록 가변 밸브 타이밍 기구 (24) 를 제어함으로써, 고온의 내부 EGR 가스량을 감소시켜 조기 착화를 회피한다. ECU (25) 는, 중부하시 및 고부하시에는, 저부하시보다 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기의 지각량을 크게 하여 내부 EGR 가스량을 감소시키고, 중부하시이고 또한 중회전 영역 및 고회전 영역에서는, 전동 모터 (16) 의 회전 속도를 증대시켜 과급기 (17) 에 의한 과급압을 상승시킨다. 고부하시이고 또한 고회전 영역에서는, 온도 센서 (26) 로 검출된 흡기 온도가 높을수록 과급압이 상승되고 또한 외부 EGR 가스량이 증가되도록 과급기 (17) 의 전동 모터 (16) 및 EGR 제어 밸브 (22) 를 제어한다.

Description

예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR PREMIX COMPRESSION SELF-IGNITING ENGINE}
본 발명은, 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 과급기와 외부 EGR (배기 가스 재순환) 기구를 구비한 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치에 관한 것이다.
최근, 혼합기 (混合氣) 를 압축 자착화시키는 예비 혼합 압축 자착화 연소 방식의 내연 기관이 주목받고 있다. 이 예비 혼합 압축 자착화 연소 방식으로 하면, 연비의 향상 및 NOx 의 저감 등의 점에서 종래의 확산 연소 방식이나 화염 전파 연소 방식의 내연 기관에 비해 우수한 성능을 발휘한다는 것이 알려져 있다.
예비 혼합 압축 자착화 연소 방식을 채용한 종래의 내연 기관이, 예를 들어, 특허 문헌 1 에 개시되어 있다. 특허 문헌 1 에 기재된 내연 기관에서는, 부하-회전수 맵에 나타나는 바와 같이, 저회전?저부하측에서는 예비 혼합 압축 자착화 연소를, 고회전?고부하측에서는 불꽃 점화 연소를 실시하도록 선택하고 있다. 예비 혼합 압축 자착화 연소시에는, 배기 상사점의 전후에 흡기 밸브와 배기 밸브의 쌍방이 함께 닫히는 밀폐 기간을 마련하여 연소실 내에 기연 (旣燃) 가스를 잔류시키는 내부 EGR 을 실시하고, 외부 환경의 변화에 대하여 흡기 밸브 및 배기 밸 브의 개폐 타이밍을 조정함으로써, 안정적인 자착화 연소를 실시하도록 하고 있다. 예를 들어, 흡기 온도가 낮을수록, 밀폐 기간을 크게 잡아 배기 상사점 부근에서의 연소실 내 온도의 저하를 방지하고 있다. 또한, 밀폐 기간 중에 연소실 내에 연료를 분사하여, 착화성이 높은 개질종을 생성하는 것도 제안되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2002-129991호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
특허 문헌 1 과 같이, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 개폐 타이밍의 조정 및 밀폐 기간 중의 연료 분사를 사용하는 것만으로는, 고회전?고부하측에서 안정적인 자착화 연소를 실시하는 것이 곤란해지기 때문에, 불꽃 점화 연소로의 전환은 필수이며, 예비 혼합 압축 자착화 연소를 실시할 수 있는 운전 영역이 제한된다. 특허 문헌 1 의 실시예에서는, 가솔린 기관을 전제로 하고 있는데, 연료에 착화성이 나쁜 도시 가스 등을 사용한 경우에는, 착화 온도가 높기 때문에, 이 경향은 더욱 현저해져, 안정적인 예비 혼합 압축 자착화 연소가 가능한 운전 영역이 좁게 제한되게 된다.
특허 문헌 1 에 기재된 내부 EGR 및 밀폐 기간 중의 연료 분사에 의하면, 연소실 내의 착화성을 개선할 수 있다. 따라서, 내부 EGR 량 및 개질종의 생성량을 조절함으로써, 저회전?저부하측에 있어서의 착화 시기 등을 제어할 수 있게 된다. 그러나, 중회전 중부하 내지 고회전?고부하의 영역에서는, 연료의 공급량이 증가됨으로써, 내부 EGR 을 줄여도 충분한 착화성이 얻어지게 된다. 또한, 부하에 따라 연료의 공급량을 늘릴 필요가 있어, 반비례하여 이용할 수 있는 내부 EGR 량은 감소된다. 이 때문에, 전술한 수단만으로는, 고회전?고부하측에서 점차 제어의 폭이 좁아져, 외부 환경에 따른 제어가 곤란해진다. 또한, 연료의 공급량이 증가되는 고회전?고부하측에서는, 흡기온의 상승에 의해 연소실 내 온도가 상승되고, 급격한 연소에 의해 연소 소음이 증대되기 쉽다는 문제도 발생한다. 그러나, 특허 문헌 1 에 기재된 구성에서는 이와 같은 문제는 해결할 수 없으며, 예비 혼합 압축 자착화 연소가 가능한 영역을 좁게 제한한다는 결과로 되어 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 고회전?고부하측에 예비 혼합 자착화 연소가 가능한 운전 영역을 확대할 수 있는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 관련된 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치는, 연소실 내에서 연료와 산소 함유 가스의 혼합기를 압축하여 자착화 연소시킴과 함께 배기 상사점의 전후에 흡기 밸브와 배기 밸브의 쌍방이 함께 닫히는 밀폐 기간을 마련하여 연소실 내에 기연 가스를 내부 EGR 가스로서 잔류시키는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치에 있어서, 흡기 온도를 검출하는 온도 센서와, 연소 기관의 회전수를 검출하는 회전수 센서와, 연소 기관의 운전 상황으로부터 부하의 크기를 검출하는 부하 센서와, 흡기 통로에 배치되는 과급압 가변형의 과급기와, 배기 통로의 배기 가스의 일부를 외부 EGR 가스로서 과급기보다 상류측의 흡기 통로로 환류시키는 외부 EGR 기구와, 과급기 및 외부 EGR 기구를 제어하는 제어 수단을 구비하고 있고, 제어 수단은, 회전수 센서 및 상기 부하 센서로부터의 신호에 기초하여 현재의 회전수와 부하의 크기를 파악하고, 미리 설정된 고회전수 또한 고부하 영역에서 운전하고 있다고 판정하였을 때에 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 높을수록 과급압이 상승되고 또한 외부 EGR 가스의 양이 증가되도록 과급기 및 외부 EGR 기구를 제어하는 것이다.
바람직하게는, 배기 밸브의 개폐 타이밍을 조정하는 가변 밸브 타이밍 기구를 구비하여, 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 상온보다 낮을 때에는 배기 밸브의 닫힘 시기가 진각 (進角) 측으로 조정되도록, 상온보다 높을 때에는 배기 밸브의 닫힘 시기가 지각 (遲角) 측으로 조정되도록, 제어 수단이 가변 밸브 타이밍 기구를 제어한다.
또한, 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 상온보다 낮은 경우에, 배기 밸브의 닫힘 시기의 진각량을 미리 설정된 중부하 영역에서의 운전시보다 미리 설정된 저부하 영역에서의 운전시가 작아지도록, 제어 수단이 가변 밸브 타이밍 기구를 제어하도록 구성할 수 있다.
또한, 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 상온보다 낮고 또한 고부하 영역에서의 운전시에, 외부 EGR 가스의 양이 감소되도록, 제어 수단이 외부 EGR 기구를 제어해도 된다.
또한, 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 상온보다 높은 경우에, 배기 밸브의 닫힘 시기의 지각량을 미리 설정된 저부하 영역에서의 운전시보다 미리 설정된 중부하 영역에서의 운전시가 커지도록, 제어 수단이 가변 밸브 타이밍 기구를 제어하도록 구성할 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 고회전?고부하측에 예비 혼합 자착화 연소가 가능한 운전 영역을 확대할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2 는 제어 맵을 나타내는 도면이다.
도 3a 는 상온시에 있어서의 배기 밸브의 닫힘 시기의 진각량을 나타내는 그래프이다.
도 3b 는 저온시에 있어서의 배기 밸브의 닫힘 시기의 진각량을 나타내는 그래프이다.
도 3c 는 고온시에 있어서의 배기 밸브의 닫힘 시기의 진각량을 나타내는 그래프이다.
도 4a 는 상온시 및 저온시에 있어서의 과급압을 나타내는 그래프이다.
도 4b 는 고온시에 있어서의 과급압을 나타내는 그래프이다.
도 5a 는 상온시에 있어서의 외부 EGR 가스량을 나타내는 그래프이다.
도 5b 는 저온시에 있어서의 외부 EGR 가스량을 나타내는 그래프이다.
도 5c 는 고온시에 있어서의 외부 EGR 가스량을 나타내는 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.
본 발명의 실시형태에 관련된 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치의 구성을 도 1 에 나타낸다. 엔진 (1) 은 실린더 블록 (2) 을 갖고, 실린더 블록 (2) 의 내부에 실린더 보어 (3) 가 형성되고, 실린더 보어 (3) 내에 피스톤 (4) 이 자유롭게 왕복 슬라이딩할 수 있도록 배치되어 있다. 실린더 블록 (2) 의 상부에는 흡기 포트 (6) 와 배기 포트 (8) 가 형성된 실린더 헤드 (5) 가 고정되어 있고, 이 실린더 헤드 (5) 에 흡기 포트 (6) 를 개폐하는 흡기 밸브 (7) 및 배기 포트 (8) 를 개폐하는 배기 밸브 (9) 가 장착되어 있다. 실린더 보어 (3) 와 피스톤 (4) 의 상면과 실린더 헤드 (5) 에 의해 연소실 (10) 이 구획 형성되어 있다. 또한, 흡기 포트 (6) 에는 흡기 통로 (11) 가 접속되고, 배기 포트 (8) 에는 배기 통로 (12) 가 접속되어 있다.
흡기 통로 (11) 의 내부에는 스로틀 밸브 (13) 가 배치되고, 이 스로틀 밸브 (13) 보다 상류측에 형성된 벤추리부 (venturi portion)(14) 에 연료 공급 통로 (15) 가 연결되어 있다. 벤추리부 (14) 보다 상류측의 흡기 통로 (11) 에는, 전동 모터 (16) 에 의해 구동되는 과급압 가변형의 과급기 (17) 가 배치되고, 과급기 (17) 보다 더 상류의 흡기 통로 (11) 에는 에어 클리너 (18) 가 접속되어 있다. 또한, 흡기 통로 (11) 에는, 과급기 (17) 의 상류측과 하류측을 상호 연통시키 도록 바이패스 경로 (19) 가 형성되어 있고, 이 바이패스 경로 (19) 상에 바이패스 경로 (19) 를 개폐하기 위한 바이패스 제어 밸브 (20) 가 배치되어 있다.
배기 통로 (12) 의 도중에 배기 가스 환류를 위한 EGR 통로 (21) 의 일단이 접속되고, EGR 통로 (21) 의 타단이 과급기 (17) 보다 상류의 흡기 통로 (11) 에 접속되어 있다. 또한, EGR 통로 (21) 에는 EGR 제어 밸브 (22) 가 배치되어 있다.
엔진 (1) 의 흡기 밸브 (7) 및 배기 밸브 (9) 에는, 각각의 개폐 타이밍을 독립적으로 변경할 수 있는 가변 밸브 타이밍 기구 (23 및 24) 가 연결되어 있다. 이들 가변 밸브 타이밍 기구 (23 및 24) 에 ECU (엔진 컨트롤 유닛) (25) 가 접속되고, ECU (25) 가 가변 밸브 타이밍 기구 (23 및 24) 를 제어함으로써, 배기 상사점의 전후에 흡기 밸브 (7) 와 배기 밸브 (9) 의 쌍방이 함께 닫히는 밀폐 기간을 마련하여 연소실 (10) 내에 기연 가스를 내부 EGR 가스로서 잔류시키는 내부 EGR 이 실시되도록 구성되어 있다.
또한, 흡기 포트 (6) 의 근방에 위치하는 흡기 통로 (11) 에 흡기 온도를 검출하기 위한 온도 센서 (26) 가 장착되어 있다. 또한 엔진 (1) 에는, 엔진 (1) 의 회전수를 검출하는 회전수 센서 (크랭크각 센서) (27), 엔진 (1) 의 운전 상황, 예를 들어 연료 분사량을 검지하여 부하 신호로서 출력하는 부하 센서 (28) 가 접속되어 있다. 그리고, ECU (25) 에, 온도 센서 (26), 회전수 센서 (27) 및 부하 센서 (28) 와, 과급기 (17) 의 전동 모터 (16), 바이패스 제어 밸브 (20) 및 EGR 제어 밸브 (22) 가 각각 접속되어 있다.
다음으로, 이 실시형태의 동작에 대해 설명한다. ECU (25) 의 제어에 의해 엔진 (1) 이 시동되면, 연료 공급 통로 (15) 의 상류에 배치된 도시되지 않은 연료 밸브가 열림과 함께, 흡기 통로 (11) 의 벤추리부 (14) 를 흐르는 공기에 의해 연료 공급 통로 (15) 로부터 도시 가스 등의 가스 연료가 흡기 통로 (11) 내로 흡입되고, 공기와 가스 연료의 혼합기가 엔진 (1) 에 공급된다. 피스톤 (4) 이 상사점에서부터 하강을 개시하면, 흡기 밸브 (7) 가 열려 흡기 포트 (6) 로부터 연소실 (10) 내로 혼합기가 흡입된다. 피스톤 (4) 이 하사점에서부터 상승으로 바뀌면 흡기 밸브 (7) 가 닫히고, 피스톤 (4) 의 상승에 수반하여 연소실 (10) 내에 있어서의 혼합기의 압력 및 온도가 상승된다. 혼합기의 온도가 소정 값으로까지 상승되면, 그것에 의해 연료가 자착화하여, 연소실 (10) 내에서 연소가 일어난다. 이 연소에 의해 피스톤 (4) 이 하방으로 압하되고, 피스톤 (4) 이 하사점에서부터 상승을 개시하면, 배기 밸브 (9) 가 열려, 연소실 (10) 내의 연소 가스가 배기 포트 (8) 를 통하여 배기 통로 (12) 로 배출된다.
피스톤 (4) 의 이와 같은 왕복 운동이 도시되지 않은 커넥팅 로드를 통하여 크랭크 샤프트의 회전 운동으로 변환되어, 엔진 (1) 으로부터 출력이 얻어진다.
여기서, ECU (25) 는, 소정 시간마다 회전수 센서 (27) 및 부하 센서 (28) 로부터의 신호에 기초하여, 현재의 엔진 회전수와 요구되고 있는 부하를 산출한다. ECU (25) 는, 예를 들어 도 2 에 나타나는 바와 같은 제어 맵을 미리 기억하고, 산출된 엔진 회전수와 부하를 이 제어 맵과 조합 (照合) 하여, (A) 내부 EGR 가스의 공급만을 실시할지, (B) 내부 EGR 가스의 공급과 과급을 함께 실시할지, (C) 내 부 EGR 가스 및 외부 EGR 가스의 공급과 과급을 실시할지를 결정한다. 또한, 제어 맵을 사용하지 않고, 미리 기억된 판정식에 엔진 회전수와 부하를 적용시켜, 상기 (A), (B), (C) 중 어느 것을 실시할지를 결정해도 된다.
(A) 미리 설정된 저부하 영역에서의 운전시에서 내부 EGR 가스의 공급만을 실시하는 경우에는, ECU (25) 는, 요구되는 부하에 따라 가변 밸브 타이밍 기구 (24) 에 의해 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기 (EVC) 를 제어함으로써 내부 EGR 가스량을 조정한다. 또한, 여기서는 과급을 실시하지 않기 때문에, 전동 모터 (16) 는 정지 상태로 제어됨과 함께 바이패스 제어 밸브 (20) 가 열려 바이패스 경로 (19) 가 개방되고, 새로운 공기가 이 바이패스 경로 (19) 를 통과하여 연소실 (10) 로 공급된다. 또한, ECU (25) 에 의해 EGR 제어 밸브 (22) 가 전부 닫힌 상태로 되어, EGR 통로 (21) 를 통한 외부 EGR 가스의 흡기측에 대한 공급은 실시되지 않는다.
배기 상사점의 전후에 흡기 밸브 (7) 와 배기 밸브 (9) 의 쌍방이 함께 닫히는 밀폐 기간을 마련함으로써, 연소실 (10) 내에 고온의 기연 가스가 내부 EGR 가스로서 잔류하기 때문에, 이 내부 EGR 가스에 의해 흡기 포트 (6) 로부터 공급된 공기와 가스 연료의 혼합기가 가열되어, 착화성이 향상되게 된다.
배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기 (EVC) 는, 도 3a 에 나타나는 바와 같이, 부하가 낮아질수록 진각되고, 반대로 부하가 높아졌을 때에는 지각되도록 제어된다. 이와 같이 함으로써, 저부하시에는 고온의 내부 EGR 가스량이 증대되기 때문에, 적은 (희박) 혼합기에 대해서도 충분한 압축 착화 연소가 안정적으로 얻어져, 연비 를 향상시킬 수 있음과 함께 NOx 배출량을 저감시킬 수 있다. 한편, 부하가 높아질수록 고온의 내부 EGR 가스량이 감소되기 때문에, 노킹의 발생을 억제할 수 있게 된다.
(B) 미리 설정된 중부하 영역에서의 운전시에서 내부 EGR 가스의 공급에 추가하여 과급을 실시하는 경우에는, ECU (25) 는, 바이패스 제어 밸브 (20) 를 닫아 바이패스 경로 (19) 를 차단시킴과 함께 전동 모터 (16) 를 회전 구동하여 과급기 (17) 에 의한 과급을 실시한다. 또한, 여기서는 외부 EGR 가스의 공급을 실시하지 않기 때문에, EGR 제어 밸브 (25) 는 전부 닫힌 상태가 되도록 제어된다.
내부 EGR 가스의 도입분만큼 연소실 (10) 에 대한 혼합기의 공급량이 제한되게 되는데, 과급에 의해 흡기압을 상승시킴으로써, 흡기 포트 (6) 로부터 연소실 (10) 내로 공급되는 공기량 및 연료량이 증대되어, 착화성이 향상된다.
도 4a 에 나타나는 바와 같이, 부하가 높아질수록, 전동 모터 (16) 의 회전 속도를 증대시켜 과급압이 증대되도록 제어된다.
(C) 미리 설정된 고부하 영역에서의 운전시에서 내부 EGR 가스의 공급 및 과급에 추가하여 더욱 외부 EGR 가스의 공급을 실시하는 경우에는, ECU (25) 는 EGR 제어 밸브 (22) 를 열도록 제어한다. 이로써, 온도가 비교적 낮은 외부 EGR 가스가 EGR 통로 (21) 를 통하여 흡기측으로 도입되고, 내부 EGR 가스의 공급 및 과급에 의해 지나치게 양호해진 착화성이 완만화되어, 조기 착화나 연소 불안정 등의 이상 연소가 회피된다.
외부 EGR 가스량은, 도 5a 에 나타나는 바와 같이, 부하가 높아질수록 증대 되도록 제어된다.
이와 같이 하여 저부하시, 중부하시, 고부하시에 있어서의 운전이 실시되는데, ECU (25) 는 온도 센서 (26) 로 검출된 흡기 온도를 감시하여, 흡기 온도가 소정의 상온역보다 낮은 저온시, 및 소정의 상온역보다 높은 고온시에 각각 다음과 같이 엔진 (1) 의 운전을 조정한다.
먼저, 흡기 온도가 소정의 상온역보다 낮은 저온시에는, 도 3b 에 나타나는 바와 같이, 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기 (EVC) 가 진각측으로 조정되도록, 가변 밸브 타이밍 기구 (24) 가 제어된다. 이로써, 고온의 내부 EGR 가스량이 증대되어, 연소실 (10) 내의 온도 저하가 방지되어 안정적인 자착화 연소가 실시된다.
단, 저부하시에는, 새로운 공기량을 확보하기 위해, 과급을 실시하는 중부하시보다 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기 (EVC) 의 진각량을 작게 한다. 또, 저부하이고 또한 엔진 회전수가 미리 설정된 고회전 영역의 경우에는, 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기 (EVC) 를 상온시에 있어서의 진각량과 동등하게 하여 새로운 공기량의 확보를 실시한다.
또한, 내부 EGR 가스의 공급 및 과급에 추가하여 더욱 외부 EGR 가스의 공급을 실시하는 고부하이고 또한 고회전의 영역에서는, 착화성 확보를 위해 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기 (EVC) 를 진각측으로 조정하여 내부 EGR 가스량을 증대시킨다. 고부하이고 또한 엔진 회전수가 미리 설정된 저회전 영역에 있어서는, 토크 확보를 위해, 도 5b 에 나타나는 바와 같이, 외부 EGR 가스량이 감소되도록 EGR 제어 밸브 (22) 의 개도가 제어된다.
한편, 흡기 온도가 소정의 상온역보다 높은 고온시에는, 도 3c 에 나타나는 바와 같이, 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기 (EVC) 가 지각측으로 조정되도록, 가변 밸브 타이밍 기구 (24) 가 제어된다. 이로써, 고온의 내부 EGR 가스량이 감소되어, 조기 착화가 회피된다.
단, 중부하시에는, 높은 흡기 온도에 의한 체적 효율의 저하를 보완하기 위해, 저부하시보다 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기 (EVC) 의 지각량을 크게 하여 내부 EGR 가스량을 감소시킨다. 또, 중부하시이고 또한 엔진 회전수가 높아지는 중회전 영역 및 고회전 영역에서는, 도 4b 에 나타나는 바와 같이, 전동 모터 (16) 의 회전 속도를 증대시켜 과급압을 상승시킴으로써, 밀도 증가에 의한 착화성의 확보를 도모함과 함께 연소를 완만화시켜 공기량 증가에 수반하는 열 용량의 증가에서 기인한 연소 소음을 억제한다.
고부하시에는, 중부하시와 거의 동일하게 배기 밸브 (9) 의 닫힘 시기 (EVC) 의 지각량을 크게함과 함께 중회전 영역 및 고회전 영역에 있어서 과급압을 상승시키도록 제어된다. 단, 연소 소음이 심한 고회전 영역에 있어서는, 착화성과 연소 완만화의 양립을 도모하기 위해, 도 5c 에 나타나는 바와 같이, 외부 EGR 가스량이 증대되도록 EGR 제어 밸브 (22) 의 개도가 제어된다. 즉, 고회전수?고부하 영역에서의 운전시에는, 온도 센서 (26) 로 검출된 흡기 온도가 높을수록 과급압이 상승되고 또한 외부 EGR 가스량이 증가되도록 과급기 (17) 의 전동 모터 (16) 및 EGR 제어 밸브 (22) 가 제어된다.
이상과 같이, 본 발명에 있어서는, 과급기와 내부 EGR 을 병용함으로써, 부 하에 따른 연료의 공급량을 확보하면서, 내부 EGR 을 이용할 수 있는 운전 영역, 즉, 내부 EGR 로 제어할 수 있는 운전 영역을 확대할 수 있게 된다. 또한, 연소를 완만화시키는 외부 EGR 을 사용함으로써, 고회전?고부하 영역에서 연소 소음을 억제할 수 있다. 특히, 고회전?고부하 영역에 있어서의 흡기 온도의 변화에 대해서는, 이들 수단을 조합함으로써, 착화성과 연소 완만화의 양립, 즉, 적절한 착화 시기를 유지하면서 연소 소음을 억제할 수 있게 된다.
이에 따라, 중회전?중부하 영역 내지 고회전?고부하 영역에 있어서도, 안정적인 예비 혼합 압축 자착화 연소 또는 흡기온에 따른 예비 혼합 압축 자착화 연소의 제어가 가능해져, 예비 혼합 압축 자착화 연소가 가능한 운전 영역을 확대할 수 있다.
본 발명의 취지를 따른 범위에서, 상기 실시형태를 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는 연료를 도시 가스로 했지만, LPG 나 CNG 등 다른 가스 연료를 채용해도 되고, 또한, 경유나 가솔린 등 액체 연료를 사용할 수도 있다. 가스 연료를 흡기 통로 내에 공급하는 수단으로도, 벤추리부 외에, 연료 분사 노즐 등을 적절히 선택할 수 있다. 또한, 과급압 가변형의 과급기로는, 전동 모터에 의해 구동되는 과급기에 한정되지 않고, 예를 들어, 터빈에 충돌하는 배기류를 제어함으로써 회전수를 제어하는, 이른바 가변 베인식 터보를 사용할 수도 있다.

Claims (7)

  1. 연소실 내에서 연료와 산소 함유 가스의 혼합기를 압축하여 자착화 연소시킴과 함께 배기 상사점의 전후에 흡기 밸브와 배기 밸브의 쌍방이 함께 닫히는 밀폐 기간을 마련하여 연소실 내에 기연 가스를 내부 EGR 가스로서 잔류시키는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치로서,
    흡기 온도를 검출하는 온도 센서와,
    연소 기관의 회전수를 검출하는 회전수 센서와,
    연소 기관의 운전 상황을 검지하여 부하 신호로서 출력하는 부하 센서와,
    흡기 통로에 배치되는 과급압 가변형의 과급기와,
    배기 통로의 배기 가스의 일부를 외부 EGR 가스로서 상기 과급기보다 상류측의 상기 흡기 통로로 환류시키는 외부 EGR 기구와,
    상기 회전수 센서 및 상기 부하 센서로부터의 신호에 기초하여 현재의 회전수와 부하의 크기를 파악하고, 미리 설정된 고회전수 또한 고부하 영역에서 운전하고 있다고 판정하였을 때에 상기 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 높을수록 과급압이 상승되고 또한 외부 EGR 가스의 양이 증가되도록 상기 과급기 및 상기 외부 EGR 기구를 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 밸브의 개폐 타이밍을 조정하는 가변 밸브 타이밍 기구를 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 상온보다 낮을 때에는 상기 배기 밸브의 닫힘 시기가 진각측으로 조정되도록, 상온보다 높을 때에는 상기 배기 밸브의 닫힘 시기가 지각측으로 조정되도록 상기 가변 밸브 타이밍 기구를 제어하는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 상온보다 낮은 경우에, 상기 배기 밸브의 닫힘 시기의 진각량을 미리 설정된 중부하 영역에서의 운전시보다 미리 설정된 저부하 영역에서의 운전시가 작아지도록 상기 가변 밸브 타이밍 기구를 제어하는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 상온보다 낮고 또한 상기 고부하 영역에서의 운전시에, 외부 EGR 가스의 양이 감소되도록 상기 외부 EGR 기구를 제어하는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 온도 센서로 검출된 흡기 온도가 상온보다 높은 경 우에, 상기 배기 밸브의 닫힘 시기의 지각량을 미리 설정된 저부하 영역에서의 운전시보다 미리 설정된 중부하 영역에서의 운전시가 커지도록 상기 가변 밸브 타이밍 기구를 제어하는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 EGR 기구는, 상기 배기 통로와 상기 과급기보다 상류측의 상기 흡기 통로를 연통시키는 EGR 통로와, 상기 EGR 통로 상에 배치되고 또한 상기 EGR 통로를 개폐하기 위한 EGR 제어 밸브를 포함하며,
    상기 제어 수단은, 상기 EGR 제어 밸브를 개폐함으로써 외부 EGR 가스의 양을 조정하는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 과급기의 상류측과 하류측을 상호 연통시키는 바이패스 경로와, 상기 바이패스 경로 상에 배치되고 또한 상기 바이패스 경로를 개폐하기 위한 바이패스 제어 밸브를 포함하며,
    상기 제어 수단은, 과급을 실시하지 않을 때에 상기 바이패스 제어 밸브를 열어 상기 바이패스 경로를 개방하는 예비 혼합 압축 자착화 연소 기관의 제어 장치.
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