KR101817050B1 - 엔진 제어 장치 및 엔진 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

엔진 제어 장치는, 통 내에 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 통 내의 혼합기에 불꽃 점화하는 점화 플러그를 구비하는 통 내 직접 연료 분사식 불꽃 점화 엔진을 제어한다. 엔진 제어 장치는, 운전자의 가속 요구를 검출하는 가속 요구 센서를 구비하고, 가속 요구가 있는 경우이며 통 내에 있어서의 피스톤의 관면 온도가 소정 온도보다도 낮은 경우에, 피스톤의 관면에 점화 후의 화염이 도달할 때까지의 시간이 길어지도록 점화 타이밍을 지각시킨다.

Description

엔진 제어 장치 및 엔진 제어 방법
본 발명은 통 내 직접 연료 분사식 불꽃 점화 엔진을 제어하는 엔진 제어 장치 및 엔진 제어 방법에 관한 것이다.
엔진의 배기 통로에는, 일반적으로, 배기 가스를 정화하기 위한 촉매 장치가 배치되어 있다. 촉매 장치에 담지된 촉매는, 활성화 온도 미만에서는 양호한 촉매 기능을 발휘하지 못하므로, 기관 시동 시에는 촉매를 조기에 활성화 온도까지 승온시키기 위한 난기 운전이 필요해진다. 난기 운전의 방법으로서는, 점화 타이밍을 지각시킴으로써 배기 가스의 온도를 높여서 촉매를 승온시키는 방법이 있다. 또한, 이러한 난기 운전에 있어서, 점화 타이밍을 지각한 상태에서도 양호한 착화성을 확보하기 위해서, 점화 플러그의 근방에 연료 분무를 집중시킨 상태에서 불꽃 점화를 행하는, 소위 성층 연소를 실시하는 경우가 있다.
이러한 난기 운전 중에 있어서, 예를 들어, 가속을 행하거나 하여 급속하게 부하가 가해지면, 상기와 같은 성층 연소로부터 균질 스토이키 연소로 전환된다. JP3190130에는, 가속 시의 연료 분사량에 따라서 점화 타이밍을 연속적으로 지각시킴으로써 전체 가속 영역에 있어서의 드라이버빌리티를 향상시키는 것이 개시되어 있다.
그러나, 이들 방법은, 배기 미립자(PM: Particulate Matter)의 생성량의 억제를 전혀 고려하고 있지 않다. 따라서, 피스톤 관면의 온도가 낮을 때의 가속 시에 있어서 PM의 배출량(이하, PN: Particulate Number라고도 한다) 증가를 억제시키기가 어렵다.
따라서 본 발명에서는, 피스톤 관면의 온도가 낮을 때의 가속 시에 있어서 PN의 증가를 억제할 수 있도록 엔진을 제어하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 어떤 형태에 의하면, 통 내에 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 통 내의 혼합기에 불꽃 점화하는 점화 플러그를 구비하는 통 내 직접 연료 분사식 불꽃 점화 엔진을 제어하는 엔진 제어 장치가 제공된다. 엔진 제어 장치는, 운전자의 가속 요구를 검출하는 가속 요구 센서를 구비하고, 가속 요구가 있는 경우이며 통 내에 있어서의 피스톤의 관면 온도가 소정 온도보다도 낮은 경우에, 피스톤의 관면에 점화 후의 화염이 도달할 때까지의 시간이 길어지도록 점화 타이밍을 지각시킨다.
도 1은, 본 실시 형태를 적용하는 통 내 직접 연료 분사식 불꽃 점화 엔진의 연소실 주변의 개략 구성도이다.
도 2는, PN의 증가를 억제하기 위한 제어 루틴을 도시하는 흐름도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 있어서의 불꽃 점화 타이밍의 지각량을 설정하는 테이블이다.
도 4는, 제1 실시 형태에 있어서의 불꽃 점화 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 5는, 액상 연료 추정량에 대하여 점화 타이밍을 선형으로 변화시켰을 때의 도면이다.
도 6은, 액상 연료 추정량에 대하여 점화 타이밍을 단계적으로 변화시켰을 때의 도면이다.
도 7은, 연료 분사량에 대하여 점화 타이밍을 선형으로 변화시켰을 때의 도면이다.
도 8은, 제1 실시 형태에 있어서의 밸브 오버랩 기간의 길이를 설정하는 테이블이다.
도 9는, 밸브 오버랩 기간 확대 시에 있어서의 밸브 타이밍 확대량의 설명도이다.
도 10은, 제1 실시 형태에 있어서의 밸브 타이밍의 테이블이다.
도 11은, 액상 연료 추정량에 대한 밸브 타이밍의 테이블이다.
도 12는, 액상 연료 추정량에 대하여 밸브 오버랩 기간을 선형으로 변화시켰을 때의 도면이다.
도 13은, 연료 분사량에 대하여 밸브 오버랩 기간을 선형으로 변화시켰을 때의 도면이다.
도 14는, 분사 타이밍에 대한 밸브 오버랩 기간의 설명도이다.
도 15는, 점화 타이밍 리타드의 효과를 설명하는 제1 도이다.
도 16은, 점화 타이밍 리타드의 효과를 설명하는 제2 도이다.
도 17은, 점화 타이밍 리타드의 효과를 설명하는 제3 도이다.
도 18은, 점화 타이밍 및 밸브 오버랩과 PN 농도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 19는, 제2 실시 형태에 있어서의 액상 연료 추정량에 대한 밸브 오버랩 보정량의 설명도이다.
도 20은, 제2 실시 형태에 있어서의 연료 분사량에 대한 밸브 오버랩 보정량의 설명도이다.
이하, 도면 등을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 본 실시 형태를 적용하는 통 내 직접 연료 분사식 불꽃 점화 엔진(이하, 「엔진」이라고도 한다)(1)의, 연소실 주변의 개략 구성도이다. 또한, 도 1은 1개의 기통에 대해서만 도시하고 있지만, 본 실시 형태는 다기통 엔진에도 적용 가능하다.
엔진(1)의 실린더 블록(1B)은 실린더(2)를 구비한다. 실린더(2)에는 피스톤(3)이 왕복 이동 가능하게 수용되어 있다. 피스톤(3)은 커넥팅 로드(12)를 통하여 도시하지 않은 크랭크 샤프트와 연결되어 있고, 크랭크 샤프트가 회전함으로써 왕복 이동한다. 또한, 피스톤(3)은 관면(3A)(이하, 피스톤 관면(3A)이라 한다)에 후술하는 캐비티(10)를 구비한다.
엔진(1)의 실린더 헤드(1A)는 오목 형상의 연소실(11)을 구비한다. 연소실(11)은 소위 펜트 루프형으로 구성되어 있고, 흡기측의 경사면에는 한 쌍의 흡기 밸브(6)가, 배기측의 경사면에는 한 쌍의 배기 밸브(7)가 각각 배치되어 있다. 그리고, 이들 한 쌍의 흡기 밸브(6) 및 한 쌍의 배기 밸브(7)에 둘러싸인 연소실(11)의 대략 중심 위치에, 점화 플러그(8)가 실린더(2)의 축선을 따르도록 배치되어 있다.
또한, 실린더 헤드(1A)의, 한 쌍의 흡기 밸브(6)에 끼워진 위치에는, 연료 분사 밸브(9)가 연소실(11)에 면하게 배치되어 있다. 연료 분사 밸브(9)로부터 분사되는 연료 분무의 지향성에 대해서는 후술한다.
흡기 밸브(6) 및 배기 밸브(7)는 밸브 오버랩 기간 조정 기구로서의 가변동 밸브 기구(20)에 의해 구동된다. 가변동 밸브 기구(20)는 흡기 밸브(6) 및 배기 밸브(7)가 모두 밸브 개방된 밸브 오버랩 기간이 생기도록, 흡기 밸브(6) 및 배기 밸브(7)의 밸브 타이밍, 즉 개방 밸브 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 변화시킬 수 있는 것이면 충분하다. 또한, 개방 밸브 타이밍이란 밸브 개방 동작을 개시하는 타이밍, 밸브 폐쇄 타이밍이란 밸브 폐쇄 동작을 종료하는 타이밍이다. 본 실시 형태에서는, 흡기 밸브(6)를 구동하는 캠 샤프트 및 배기 밸브(7)를 구동하는 캠 샤프트의, 크랭크 샤프트에 대한 회전 위상을 변화시키는 공지된 가변동 밸브 기구(20)를 사용한다. 또한, 회전 위상뿐만 아니라 흡기 밸브(6) 및 배기 밸브(7)의 작동각도 변화시킬 수 있는 공지된 가변동 밸브 기구를 사용해도 된다. 또한, 가변동 밸브 기구(20)로서는, 흡기 밸브(6)와 배기 밸브(7)의 개폐 타이밍의 양쪽을 조정할 수 있는 것에 한하지 않고, 어느 한쪽만을 조정할 수 있는 것이어도 된다. 예를 들어, 흡기 밸브(6)의 개폐 타이밍만을 조정할 수 있는 것일지라도 흡기 밸브(6)의 개방 기간과 배기 밸브(7)의 개방 기간의 밸브 오버랩 기간을 길게 하거나 짧게 하거나 조정할 수 있다면 다른 기구를 채용해도 된다.
배기 통로(5)의 배기 흐름 하류측에는, 엔진(1)의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 정화 촉매가 개재 장착되어 있다. 배기 정화 촉매는, 예를 들어 3원 촉매이다.
피스톤(3)은 상술한 바와 같이 피스톤 관면(3A)에 캐비티(10)를 구비한다. 캐비티(10)는 피스톤 관면(3A)에 있어서 흡기측에 치우친 위치에 설치되어 있다. 그리고, 연료 분사 밸브(9)는 피스톤(3)이 상사점 근방에 있을 때에 연료 분사하면, 연료 분무가 이 캐비티(10)를 지향하도록 배치되어 있다. 캐비티(10)에 충돌한 연료 분무가, 캐비티(10)의 벽면을 따라서 말아올려져서 점화 플러그(8)의 방향으로 향하는 형상으로 되어 있다.
또한, 엔진(1)의 연료 분사량, 연료 분사 타이밍, 및 점화 타이밍 등은, 컨트롤러(100)에 의해 엔진(1)의 운전 상태에 따라서 제어된다. 또한, 연료 분사 타이밍이란, 연료 분사를 개시하는 타이밍이다. 또한, 이들의 제어를 실행하기 위해서, 엔진(1)은 크랭크 샤프트 각도 센서, 냉각 수온 센서(32), 흡입 공기량을 검출하는 에어플로우 미터, 액셀러레이터 페달의 답입량을 검출하는 액셀러레이터 개방도 센서(31), 배기 정화 촉매의 온도를 직접적으로 또는 간접적으로 검출하는 촉매 온도 센서(33) 등의 각종 검출 장치를 구비한다. 액셀러레이터 개방도 센서(31)는 드라이버의 가속 요구를 검출하는 가속 요구 센서로서 기능하지만, 가속 요구 센서는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 손으로 액셀러레이터 조작하는 것도 적용할 수 있고, 가속 요구량을 검출할 수 있다면 조작자의 형태에는 구애되지 않는다.
이어서, 컨트롤러(100)가 실행하는, 엔진(1)의 시동 시에 있어서의 제어에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 1 연소 사이클당에 필요한 연료량을 2회로 나누어서 분사하는, 소위 2단 분사를 행하는 것으로 한다.
배기 정화 촉매는, 활성화 온도보다 저온에서는 충분한 정화 성능을 발휘하지 못한다. 이 때문에, 배기 정화 촉매가 활성화 온도보다 저온인 냉기 시동 시에는, 배기 정화 촉매를 조기에 승온시킬 필요가 있다. 그래서, 컨트롤러(100)는 냉간 시동 직후의 아이들 상태로 배기 정화 촉매가 불활성 상태에 있는 경우에, 배기 정화 촉매를 조기에 활성화시키기 위하여 초리타드 성층 연소를 실행한다. 또한, 초리타드 성층 연소 자체는 공지(일본 특허 공개 제2008-25535호 공보 참조)이다.
초리타드 성층 연소에서는, 컨트롤러(100)는 점화 타이밍을 팽창 행정의 전반, 예를 들어 압축 상사점 후 15 내지 30deg로 설정한다. 또한, 컨트롤러(100)는 1회째의 연료 분사 타이밍을 흡기 행정의 전반에 설정하고, 2회째의 연료 분사 타이밍을 압축 행정의 후반, 연료 분무가 점화 타이밍까지 점화 플러그(8)의 주변에 도달할 수 있는 타이밍, 예를 들어 압축 상사점 전 50 내지 60deg로 설정한다.
여기서, 1회째의 연료 분사량과 2회째의 연료 분사량에 대하여 설명한다.
상술한 초리타드 성층 연소에서 배출되는 배기 가스의 공연비는 스토이키(이론 공연비)이다. 컨트롤러(100)는 일반적인 연료 분사량 설정 방법과 마찬가지로, 1 연소 사이클당의 흡입 공기량으로 완전 연소시킬 수 있는 연료량(이하, 토탈 연료량이라고도 한다)을 산출한다. 이 토탈 연료량 중 일부, 예를 들어 50 내지 90중량％를 1회째의 분사량으로 하고, 나머지를 2회째의 분사량으로 한다.
상기와 같이 연료 분사량을 설정하면, 1회째의 연료 분사로 분사된 연료 분무는, 캐비티(10)에 충돌하지 않고 실린더(2) 내에 확산되고, 공기와 혼합하여 연소실(11)의 전역에 스토이키보다도 희박 농후균질 혼합기를 형성한다. 그리고, 2회째의 연료 분사로 분사된 연료 분무는, 캐비티(10)에 충돌하여, 말아올려지는 것에 의해 점화 플러그(8)의 근방에 도달하고, 점화 플러그(8)의 주위에 스토이키보다도 농후한 혼합기를 집중적으로 형성한다. 이에 의해 연소실(11) 내의 혼합기는 성층 상태로 된다. 이 상태에서 점화 플러그(8)에 의해 불꽃 점화하면, 실화나 스모크 발생이 억제된 외란에 강한 연소가 행하여진다. 그런데, 상술한 연소는 성층 연소이지만, 점화 타이밍이 압축 상사 전인 일반적인 성층 연소와 구별하기 위해서, 초리타드 성층 연소라 칭한다.
상기와 같은 초리타드 성층 연소에 의하면, 종래의 균질 스토이키 연소와 비교하여 배기 온도를 상승시킬 수 있을 뿐 아니라, 연소실(11)로부터 배기 통로(5)로의 하이드로카본(HC) 배출량을 저감할 수 있다. 즉, 초리타드 성층 연소에 의하면, 종래의 균질 스토이키 연소만으로, 성층 연소만으로, 또는, 이들에 대하여 다시 추가 연료를 연소 후기 이후(팽창 행정 이후나 배기 행정 중)에 분사하는 연소 형태 등으로 난기를 행하게 하는 경우에 비하여, 시동 개시부터 배기 정화 촉매가 활성화할 때까지의 동안에 있어서의 대기 중에의 HC의 배출을 억제하면서, 배기 정화 촉매의 조기 활성화를 실현할 수 있다. 또한, 여기에서는 초리타드 성층 연소를 2단 연료 분사에 의해 행하는 것으로 하고 있지만 연료 분사의 단수는 이것에 한정되지 않는다.
그런데, 초리타드 성층 연소의 실행 중에 피스톤 관면(3A)에 충돌한 연료의 일부는, 점화 플러그(8)의 방향으로 말아올려지지 않고, 피스톤 관면(3A)에 부착된다. 피스톤 관면(3A)에 연료가 부착된 경우에도, 부착된 연료가 기화하여 당해 연소 사이클에서 연소되면, 피스톤 관면(3A)에 연료가 잔류하는 일은 없다. 그러나, 초리타드 성층 연소를 실행하는 것은 냉기 시동 시이므로, 피스톤 관면(3A)의 온도가 상승할 때까지는, 부착된 연료는 기화하기 어렵다. 또한, 부착된 연료가 당해 연소 사이클의 연소 화염이 전파됨으로써 연소되면, 피스톤 관면(3A)에 연료가 잔류하는 일은 없다. 그러나, 초리타드 성층 연소에서는 팽창 행정에서 연소를 개시하므로, 연소 화염이 피스톤 관면(3A)에 도달하지 않거나, 또는 팽창 행정 후반에서 온도 저하된 상태에서 피스톤 관면(3A)에 도달하게 되거나 하므로, 부착된 연료를 당해 사이클중에 완전히 연소시키는 것은 어렵다. 또한, 피스톤 관면(3A)에 잔류되어 있는 액상 연료가 연소 화염에 의해 점화되어서 연소되는 현상을 풀 파이어라 칭한다.
따라서, 냉기 시동하고 나서의 소정 기간에는, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료는 계속하여 증가한다. 여기에서 말하는 소정 기간이란, 1 연소 사이클중에 피스톤 관면(3A)에 부착되는 양보다도, 피스톤 관면(3A)에 잔류되어 있었던 액상 연료가 1 연소 사이클중에 기화하는 양쪽이 많아질 때까지의 기간이다.
즉, 소정 기간을 초과하여 초리타드 성층 연소를 계속하면, 피스톤 관면(3A)에 잔류되어 있었던 액상 연료는 서서히 감소한다. 그러나, 소정 기간 경과 전에, 피스톤 관면(3A)에 액상 연료가 잔류한 상태에서 초리타드 성층 연소로부터 균질 스토이키 연소로 전환되는 경우가 있다. 예를 들어, 액셀러레이터 페달이 답입되어서 가속하는 경우이다. 또한, 여기에서 말하는 균질 스토이키 연소란, 연소실(11)의 전체에 이론 공연비의 혼합기를 형성하고, 불꽃 점화하는 연소 형태이다.
초리타드 성층 연소가 행하여지고 있을 때에 액셀러레이터 페달이 답입되어 가속되는 경우, 통상 제어로 제어가 전환된다. 본 실시 형태에 있어서 통상 제어란, 균질 스토이키 연소에 있어서 최적 점화 시기(MBT: minimum advance for best torque, 토크 최대점에 있어서의 점화 시기)에 불꽃 점화하는 제어이다. 일반적으로 균질 스토이키 연소 시에 있어서의 MBT는, TDC보다도 약간 진각한 점화 타이밍으로 되어 있다. 또한, 이때의 연료 분사는 흡기 행정 분사이다.
피스톤 관면(3A)에 액상 연료가 잔류하고 있는 상태에서 초리타드 성층 연소로부터 균질 스토이키 연소를 MBT에 행하게 하도록 전환하면, 연소 화염이 고온인채로 피스톤 관면(3A)에 도달하여 풀 파이어가 발생하여, 잔류하고 있는 액상 연료가 연소된다. 그리고, 금회의 연소 사이클까지 축적한 액상 연료가 연소되면, PN이 증가하는 경향이 있다.
따라서 본 실시 형태에서는, 액상 연료가 연소되는 것에 의한 PN의 증가를 억제하기 위해서, 컨트롤러(100)가 이하에 설명하는 제어를 실행한다.
도 2는, PN의 증가를 억제하기 위한 제어 루틴을 도시하는 흐름도이다. 이 제어 루틴은, 컨트롤러(100)에 의해 실행된다. 또한, 본 루틴은 예를 들어 10밀리초 정도의 짧은 간격으로 반복 실행된다.
본 루틴은, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료에 화염이 접촉하는 것에 의한 PM 발생을 억제하기 위해서, 점화 타이밍을 지각시키는 것이다. 또한, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료량(이하, 간단히 「액상 연료량」이라고도 한다)을 저감하기 위해서, 밸브 오버랩 기간을 확대한 것이다. 이하, 흐름도의 스텝에 따라서 설명한다.
스텝 S101에서, 컨트롤러(100)는 초리타드 성층 연소 시부터 계속하여 액셀러레이터 페달이 소정량 A보다도 크게 답입되었는지 여부를 판정한다. 여기서, 소정량 A란, 드라이버에게 가속 의도 있음이라 인정될 정도의 액셀러레이터 페달의 답입량이다. 이 소정량 A는 미리 설정되어 있다. 또한, 이때, 초리타드 성층 연소 시였는지 여부는, 배기 정화 촉매의 온도에 기초하여 판정할 수 있다. 구체적으로는, 배기 정화 촉매가 활성 온도 미만이면 실행 중, 활성 온도 이상이라면 실행 중이 아니라고 판정한다.
그리고, 스텝 S101에 있어서 액셀러레이터 페달이 소정량 A보다도 크게 답입되지 않을 때에는, 컨트롤러(100)는 촉매 온도가 촉매의 활성화 온도 TC를 초과했는지 여부를 판정한다(S102). 그리고, 촉매 온도가 촉매의 활성화 온도 TC를 초과하지 않은 경우에는, 컨트롤러(100)는 전술한 초리타드 성층 연소 제어를 계속하여 행한다(S103).
한편, 스텝 S101에 있어서 액셀러레이터 페달이 소정량 A보다도 크게 답입되었을 때, 또는, 스텝 S102에 있어서 촉매 온도가 촉매의 활성화 온도 TC를 초과한 경우에는, 컨트롤러(100)는 균질 스토이키 연소 제어를 행한다(S104). 균질 스토이키 연소란, 전술한 바와 같이, 연소실(11)의 전체에 이론 공연비의 혼합기를 형성하고, 불꽃 점화하는 연소 형태이다. 또한, 촉매 온도가 활성화 온도 TC를 초과하는 경우여도 스텝 S104로 처리를 진행시키고, 후술하는 스텝 S105에서 피스톤 관면(3A)의 온도에 따른 제어를 행하기로 한 것은, 촉매가 활성되어 있다고 해서 피스톤 관면(3A)의 온도가 승온된 것만은 아니며, 피스톤 관면(3A)의 온도가 낮은 경우에는 PN이 증가하는 경우가 있기 때문이다.
이어서, 스텝 S105에서, 컨트롤러(100)는 피스톤 관면(3A)의 온도(이하, 간단히 「피스톤 관면 온도」라고도 하는 경우가 있다)를 취득한다. 본 실시 형태에 있어서, 피스톤 관면 온도를 냉각 수온 센서(32)의 검출값으로부터 구할 수 있다. 예를 들어, 기존의 냉각 수온 센서(32)에 의해 취득되는 온도와 피스톤 관면 온도의 관계를 미리 구해 둠으로써, 기존의 냉각 수온 센서(32)에 의해 취득되는 온도에 기초하여, 엔진(1)의 제어 시에 피스톤 온도를 취득할 수 있다.
스텝 S106에서, 컨트롤러(100)는 스텝 S105에서 취득한 피스톤 관면 온도가 미리 설정되어 있는 역치 T1 미만인지 여부를 판정한다. 컨트롤러(100)는 피스톤 관면 온도가 역치 T1 미만인 경우에는 스텝 S107의 처리를 실행하고, 역치 T1 이상인 경우에는 스텝 S111의 처리를 실행한다.
본 스텝에서 사용하는 역치 T1에는, 초리타드 성층 연소로부터 통상 제어로 전환했다고 해도, PN의 배출 규제값을 만족할 수 있는 값이 미리 설정된다. 역치 T1은, 환언하면, 피스톤 관면(3A)에 부착된 액상 연료가 1 사이클중에서 기화나 연소를 할 수 있는 온도와 할 수 없는 온도의 경계의 온도라고도 할 수 있다. 그리고, 1 사이클중에서 기화나 연소를 할 수 없는 온도란, 피스톤 관면(3A)에 부착된 액상 연료가 다음 사이클까지 액상으로 넘겨져버려, 배기 미립자(PM)의 생성의 요인이 되어버리는 온도라고도 할 수 있다. 또한, 역치 T1을, 가속 시에 피스톤 관면(3A)이 액상 연료로 습윤되어 있지 않더라도 화염이 발생하는 경우도 있음을 알았기 때문에, 그 온도와 화염이 발생하지 않는 온도의 경계의 온도로 해도 된다.
스텝 S107에서, 컨트롤러(100)는 불꽃 점화 타이밍의 지각량을 후술하는 바와 같이 산출한다. 불꽃 점화 타이밍(이하, 간단히 「점화 타이밍」이라 하는 경우도 있다)의 지각량은, 예를 들어, 도 3에 도시하는 테이블을 미리 작성하여 컨트롤러(100)에 저장해 두고, 이 테이블을 피스톤 관면 온도로 검색함으로써 산출한다.
도 3은, 제1 실시 형태에 있어서의 불꽃 점화 타이밍의 지각량을 설정하는 테이블이다. 도 3은, 종축이 점화 타이밍의 지각량을 나타내고, 횡축이 피스톤 관면 온도를 나타내고 있다. 점화 타이밍의 지각량은, 피스톤 관면(3A)의 온도 T가 T>역치 T1인 경우에는 제로, 역치 T1≥T인 경우에는 RT1이다.
스텝 S108에서, 컨트롤러(100)는 점화 타이밍을 설정한다. 구체적으로는, 통상의 균질 스토이키 연소용의 점화 타이밍과 스텝 S107에서 산출한 점화 타이밍의 지각량 RT1으로부터 새로운 점화 타이밍을 산출한다.
도 4는, 제1 실시 형태에 있어서의 불꽃 점화 타이밍을 도시하는 도면이다. 도 4에는, 상기 스텝 S107 및 S108의 처리를 실행한 경우의 점화 타이밍의 일례가 도시되어 있다. 도 4의 종축이 점화 타이밍을 나타내고, 횡축이 피스톤 관면 온도 T를 나타내고 있다. 피스톤 관면 온도 T가 역치 T1 미만인 경우에는, 점화 타이밍은 통상 제어 시에 있어서의 균질 스토이키 연소 시의 기본 점화 타이밍(MBT)보다도 지각량 RT1만큼 지각하도록 설정된다.
만약 가령, 여기서 점화 타이밍이 지각되지 않는 경우에는, 점화에 의해 전파하는 화염이 바로 피스톤 관면(3A)에 도달하게 된다. 그렇게 하면, 캐비티(10)에 잔류되는 액상 연료에 화염이 조기에 접촉하여 PN을 증가시켜버린다. 그러나, 상술한 바와 같이, 점화 타이밍이 지각시켜지면, 점화에 의해 전파되는 화염이 피스톤 관면(3A)에 도달하지 못하거나, 가령 도달했다고 해도 지연되어서 도달하게 되기 때문에, 피스톤 관면(3A)에 대한 화염의 접촉 시간을 짧게 할 수 있다. 그리고, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료의 연소량을 적게 하여 PN의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 점화 타이밍이 지각되면, 팽창 행정에서 저온화하여 화염이 피스톤 관면(3A)에 도달하기 때문에, 가령 풀 파이어가 발생했다고 해도 그 크기를 작게 할 수 있다. 그리고, PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 피스톤 관면(3A)에 있어서 잔류하는 액상 연료의 추정량(이하, 「액상 연료 추정량」이라 하는 경우도 있다)에 대한 점화 타이밍의 테이블을 작성해 두고, 스텝 S107 및 스텝 S108에서 점화 타이밍을 지각시킬 때 이 테이블을 참조하여 액상 연료 추정량을 구하도록 해도 된다. 액상 연료 추정량은, 피스톤 관면 온도와 상관관계가 있다. 피스톤 관면 온도가 높으면 액상 연료는 증발하기 쉽기 때문에, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료 추정량은 적어진다. 한편, 피스톤 관면 온도가 낮으면 액상 연료는 증발하기 어렵기 때문에, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료 추정량은 많아진다.
따라서, 액상 연료 추정량이 많을수록, 불꽃 점화 타이밍의 지각량이 커지도록 테이블을 설정해 둔다. 액상 연료 추정량이 많아질수록, 도 3의 점화 타이밍 지각량이 위로 시프트한 테이블이 된다. 액상 연료 추정량이 많을수록, 액상 연료가 화염과 접촉한 경우에 PN은 증가한다. 그러나, 상기와 같이 점화 타이밍의 지각량을 산출함으로써, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료에 대한 화염의 접촉 시간을 짧게 할 수 있다. 그리고, PN의 증가를 억제할 수 있다.
도 5는, 액상 연료 추정량에 대하여 점화 타이밍을 선형으로 변화시켰을 때의 도면이다. 이와 같이, 액상 연료 추정량에 대하여 점화 타이밍을 선형으로 변화시킨 경우에도, 상기와 동일한 작용에 의해 PN의 증가를 억제할 수 있다.
도 6은, 액상 연료 추정량에 대하여 점화 타이밍을 단계적으로 변화시켰을 때의 도면이다. 이와 같이, 액상 연료 추정량에 대하여 점화 타이밍을 단계적 변화시킨 경우에도, 상기와 동일한 작용에 의해 PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 액상 연료량의 추정 시에, 피스톤 관면 온도와 엔진 시동으로부터의 경과 시간에 기초하여 액상 연료량을 추정할 수 있다. 구체적으로는, 먼저, 피스톤 관면 온도가 낮을수록 액상 연료가 피스톤 관면(3A)에 잔류되기 쉽다고 하는 특성에 기초하여, 피스톤 관면 온도별로 단위 시간당의 잔류량을 정해 두고, 이 값에 엔진 시동으로부터의 경과 시간을 적산함으로써 피스톤 관면(3A)에 부착된 적산량을 산출한다. 이어서, 이 적산량으로부터 후술하는 기화량을 감산하고, 그 결과를 액상 연료의 추정량으로 한다.
상기 기화량이란, 피스톤 관면(3A)에 부착되어 있던 연료 중 기화한 양이다. 연료는 온도가 높을수록 기화하기 쉬워지므로, 피스톤 관면(3A)의 온도가 높아질수록 기화량은 많아진다.
또한, 피스톤 관면(3A)에의 연료 분사량에 대한 점화 타이밍의 테이블을 작성해 두고, 스텝 S107 및 스텝 S108에서 점화 타이밍을 지각시킬 때 연료 분사량에 따른 테이블을 선택하도록 해도 된다. 연료 분사량이 많으면, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료의 잔류량은 많아진다. 한편, 연료 분사량이 적으면, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료의 잔류량은 적어진다.
따라서, 연료 분사량이 많은 경우의 테이블일수록, 점화 타이밍의 지각량을 크게 설정해 둔다. 연료 분사량이 많아질수록, 도 3의 점화 타이밍의 지각량이 위로 시프트한 테이블이 된다. 연료 분사량이 많을수록 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료 추정량도 많아지기 때문에, 그것이 화염과 접촉한 경우에 PN이 증가한다. 그러나, 상기와 같이 불꽃 점화 타이밍의 지각량을 산출함으로써, 보다 확실하게 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료에 대한 화염의 접촉 시간을 짧게 할 수 있다. 그리고, PN의 증가를 억제할 수 있다.
도 7은, 연료 분사량에 대하여 점화 타이밍을 선형으로 변화시켰을 때의 도면이다. 이와 같이, 연료 분사량에 대하여 점화 타이밍을 선형으로 변화시킨 경우에도, 상기와 동일한 작용에 의해 PN의 증가를 억제할 수 있다.
도 2의 흐름도의 설명으로 되돌아간다.
스텝 S109에서, 컨트롤러(100)는 피스톤 관면 온도 T에 기초하여 밸브 오버랩 기간을 산출한다. 여기에서 말하는 밸브 오버랩 기간이란, 흡기 밸브(6) 및 배기 밸브(7)가 밸브 개방되어 있는 상태가 계속되는 기간을 크랭크 각도로 나타낸 것이다.
도 8은, 제1 실시 형태에 있어서의 밸브 오버랩 기간의 길이를 설정하는 테이블이다. 도 8은, 종축이 밸브 오버랩 기간을 나타내고, 횡축이 피스톤 관면 온도 T를 나타내고 있다. 도 8에서는, 밸브 오버랩 기간은, 피스톤 관면 온도 T가 T<T1인 경우에는 V1, T≥T1의 경우에는 기본 오버랩 기간 V0로 되어 있다. 여기서, V0<V1의 관계가 성립한다.
밸브 오버랩 기간이 길어지면, 소위 내부 EGR 가스량이 증가한다. 내부 EGR 가스는 고온이기 때문에, 이것이 통 내에 흡입됨으로써 흡기 행정으로부터 점화 타이밍까지의 통 내 온도가 상승한다. 통 내 온도가 상승하면 피스톤 온도도 상승되어, 캐비티에 부착되어 있는 액상 연료의 기화가 촉진된다. 그래서, 도 8의 테이블은, 관면 온도 T가 낮으면, 밸브 오버랩 기간이 길어지도록 설정되어 있다.
스텝 S110에서, 컨트롤러(100)는 스텝 S109에서 산출한 밸브 오버랩 기간을 실현하기 위한 가변동 밸브 기구(20)의 변환각을 설정하고, 밸브 오버랩량을 변경한다. 보다 상세하게는, 흡기 밸브(6) 및 배기 밸브(7)의 밸브 타이밍을 후술하는 방법에 의해 산출하고, 산출 결과에 기초하여 흡기측 및 배기측의 가변동 밸브 기구(20)의 변환각을 변경한다.
도 9는, 밸브 오버랩 기간 확대 시에 있어서의 밸브 타이밍 확대량의 설명도이다. 본 실시 형태에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브(6)의 개방 타이밍의 진각량이 배기 밸브(7)의 폐쇄 타이밍의 지각량보다도 커지도록 설정된다.
이와 같이, 흡기 밸브(6)의 개방 타이밍을 보다 진각시켜서 밸브 오버랩 기간을 확대함으로써, 배기 행정에 있어서 내부 EGR 가스가 흡기 포트측으로 복귀되는 양을 많게 할 수 있다. 흡기 포트로 복귀된 내부 EGR 가스는 다음 흡기 행정에서 통 내에 유입된다. 그리고, 소위 내부 EGR양을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
도 10은, 제1 실시 형태에 있어서의 밸브 타이밍의 테이블이다. 도 10은, 스텝 S109에서 산출한 밸브 오버랩 기간을 실현하기 위한, 흡기 밸브(6)의 개방 타이밍(도면 중의 IVO)과, 배기 밸브(7)의 폐쇄 타이밍(도면 중의 EVC)을 구하기 위한 테이블이다. 도 10은, 종축이 밸브 타이밍을 나타내고, 횡축이 밸브 오버랩량을 나타내고 있다. 밸브 오버랩 기간이 기본 밸브 오버랩 기간 V0(도 8)인 경우에는, 흡기 밸브(6)의 개방 타이밍이 IVO0, 배기 밸브(7)의 폐쇄 타이밍이 EVC0이다. 밸브 오버랩 기간이 V1인 경우에는, 흡기 밸브(6)의 개방 타이밍이 IVO0보다 진각한 IVO1, 배기 밸브(7)의 폐쇄 타이밍이 EVC0보다 지각한 EVC1이다. 이와 같이, 밸브 오버랩 기간이 어느 길이여도, 흡기 밸브(6)의 개방 타이밍과 배기 밸브(7)의 폐쇄 타이밍은, 배기 상사점을 사이에 두도록 설정되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 초리타드 성층 연소 시에 액셀러레이터 페달이 소정량 A보다도 크게 답입된 경우이며 피스톤 관면 온도 T가 역치 T1 미만인 경우에는, 밸브 오버랩 기간을 확대시키므로, 내부 EGR이 증가한다. 내부 EGR이 증가하면 고온의 EGR 가스에 의해 통 내 온도를 상승시킬 수 있다. 그리고, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료를 증발시켜서, 피스톤 관면(3A)에 고인 액상 연료를 감소시킬 수 있다. 그리고, PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, EGR 가스는, 통 내의 산소 농도를 낮추기 위하여 불꽃 점화 후의 연소 온도를 낮추는 특성을 갖는다. 연소 온도가 낮으면 화학 반응적으로 PM의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 밸브 오버랩 기간을 확대함으로써, PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료 추정량에 대한 밸브 오버랩 기간의 테이블을 작성해 두고, 스텝 S109 및 스텝 S110에서 밸브 오버랩 기간을 확대시킬 때, 이 테이블을 참조하여 밸브 오버랩 기간을 구하도록 해도 된다. 액상 연료 추정량은, 피스톤 관면 온도와 상관관계가 있다. 피스톤 관면 온도가 높으면 액상 연료는 증발하기 쉽기 때문에, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료 추정량은 적어진다. 한편, 피스톤 관면 온도가 낮으면 액상 연료는 증발하기 어렵기 때문에, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료 추정량은 많아진다.
도 11은, 액상 연료 추정량에 대한 밸브 타이밍의 테이블이다. 도 11에 도시되는 바와 같이, 액상 연료 추정량이 많을수록, 밸브 오버랩 기간이 길어지도록 테이블을 설정해 둔다. 액상 연료 추정량이 많을수록, 액상 연료가 화염과 접촉한 경우에 PN이 증가한다. 그러나, 상기와 같이 밸브 오버랩 기간을 구함으로써, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료량을 감소시킬 수 있다. 그리고, PN의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 내부 EGR의 효과를 높일 수 있으므로, 이것에 의해서도 PN의 증가를 억제할 수 있다.
도 12는, 액상 연료 추정량에 대하여 밸브 오버랩 기간을 선형으로 변화시켰을 때의 도면이다. 이와 같이, 액상 연료 추정량에 대하여 밸브 오버랩 기간을 선형으로 변화시킨 경우에도, 상기와 동일한 작용에 의해 PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 연료 분사량에 대한 밸브 오버랩 기간의 테이블을 작성해 두고, 스텝 S109 및 S110에서 밸브 오버랩 기간을 확대시킬 때 이 테이블을 참조하여 밸브 오버랩 기간을 구하도록 해도 된다. 연료 분사량이 많으면, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료의 잔류량은 많아진다. 한편, 연료 분사량이 적으면, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료의 잔류량은 적어진다.
따라서, 연료 분사량이 많을수록, 밸브 오버랩 기간이 길게 설정되도록 테이블을 설정해 둔다. 연료 분사량이 많아질수록, 도 8의 밸브 오버랩 기간이 위로 시프트한 테이블이 된다. 연료 분사량이 많을수록 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료 추정량도 많아지고, 액상 연료가 화염과 접촉한 경우에 PN은 증가한다. 그러나, 상기와 같이 밸브 오버랩 기간을 구함으로써, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료량을 감소시킬 수 있다. 그리고, PN의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 내부 EGR의 효과를 높일 수 있으므로, 이것에 의해서도 PN의 증가를 억제할 수 있다.
도 13은, 연료 분사량에 대하여 밸브 오버랩 기간을 선형으로 변화시켰을 때의 도면이다. 이와 같이, 연료 분사량에 대하여 밸브 오버랩 기간을 선형으로 변화시킨 경우에도, 상기와 동일한 작용에 의해 PN의 증가를 억제할 수 있다.
도 14는, 분사 타이밍에 대한 밸브 오버랩 기간의 설명도이다. 도 14에 도시되는 테이블을 사용하여, 분사 타이밍에 기초하여 밸브 오버랩 기간을 구하는 것으로 해도 된다. 도 14는, 종축이 밸브 오버랩 기간을 나타내고, 횡축이 연료의 분사 타이밍을 나타내고 있다. 여기서, 연료의 분사 타이밍은 압축 상사점 전이다. 그리고, 횡축에 있어서 우측 방향으로 향할수록 압축 상사점보다도 전의 타이밍을 향하게 된다.
도 14의 테이블에 있어서, 분사 타이밍이 상사점에 근접할수록 밸브 오버랩 기간이 길어지도록 되어 있다. 분사 타이밍이 상사점에 가까워지면, 연료가 피스톤 관면(3A)에 부착되기 쉬워진다. 즉, 피스톤 관면(3A)에 액상 연료가 잔존하기 쉬워진다. 그러나, 여기에서는, 분사 타이밍이 상사점에 근접할수록 밸브 오버랩 기간이 길어지도록 설정하므로, 피스톤 관면(3A)의 액상 연료의 잔류량을 저감시켜서, PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 도 2의 흐름도에 있어서, 스텝 S109 내지 S110의 처리를, 스텝 S107 내지 S108의 처리보다 먼저 실행해도 된다. 또한, 스텝 S107 내지 S108의 처리, 및 스텝 S109 내지 S110의 처리, 중 어느 한쪽만을 실행하는 것으로 해도 된다.
스텝 S101 또는 스텝 S106의 판정 결과, 스텝 S111이 실행된 경우에는, 통상 제어가 행하여진다. 통상 제어는, 균질 스토이키 연소를 MBT에 행하게 하는 운전 제어이다. 다시, 도 3 및 도 4를 참조하면, 관면 온도 T가 역치 T1 이상인 경우에는, 점화 타이밍의 지각량은 제로로 되고, 점화 타이밍은 MBT를 실행할 기본 점화 타이밍으로 된다. 또한, 관면 온도 T가 역치 T1 이상인 경우에는, 밸브 오버랩 기간은 V0로 상대적으로 짧게 설정된다. 그리고, 흡입 공기의 블로우바이양의 증가를 억제하여, 실린더 퇴적 효율이 높아지도록 설정된다. 예를 들어, 실린더 퇴적 효율이 가장 높아지도록 설정된다. 이에 의해, 피스톤 관면 온도가 높아진 경우에는, 초리타드 성층 연소로부터 균질 스토이키 연소로 전환된 경우여도 가속 요구에 대하여 충분한 가속을 실현한다.
상술한 제어 루틴을 통합하면, 컨트롤러(100)는 균질 스토이키 연소 제어 시에 있어서 피스톤 관면(3A)의 온도 T를 취득한다. 피스톤 관면(3A)의 온도 T가 역치 T1 이상인 경우에는, 컨트롤러(100)는 균질 스토이키 연소를 MBT에 행하는 통상 제어를 행한다. 한편, 피스톤 관면(3A)의 온도 T가 역치 T1 미만인 경우에는, 컨트롤러(100)는 불꽃 점화 타이밍을 통상 제어 시보다 지각시켜, 밸브 오버랩 기간을 통상 제어 시보다 확대한다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 피스톤 관면 온도에 대하여 단계적으로 점화 타이밍 및 밸브 오버랩 기간이 변화시켜졌지만, 점화 타이밍 및 밸브 오버랩 기간을 피스톤 관면 온도에 대하여 선형으로 변화시켜지도록 해도 된다.
이어서, 본 실시 형태의 효과에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서는, 배기 통로(5)에 개재 장착되는 배기 정화 촉매를 난기할 필요가 있는 경우에, 컨트롤러(100)는 압축 행정중이며, 또한 연료 분무가 피스톤 관면(3A)에 충돌하고, 충돌한 연료 분무가 피스톤 관면(3A)의 형상을 따라서 상기 점화 플러그(8)로 향하는 타이밍에 연료를 분사하고, 압축 상사점 이후에 불꽃 점화를 하는 촉매 난기 운전(초리타드 성층 연소)을 실행한다. 그리고, 초리타드 성층 연소로부터 균질 스토이키 연소 제어로 전환된 후에 있어서 피스톤 관면(3A)의 온도가 소정 온도보다도 낮은 경우에, 피스톤 관면(3A)에 점화 후의 화염이 도달할 때까지의 시간이 길어지도록 불꽃 점화 타이밍을 지각시킨다.
연료 분무를 피스톤 관면(3A)에 충돌시키고 있고, 또한, 초리타드 성층 연소를 실행시키고 있을 때에 있어서, 액상 연료가 피스톤 관면(3A)에 고이기 쉽다. 이러한 상황 하에서, 예를 들어, 액셀러레이터 페달이 소정량 A보다도 크게 답입되어 가속 상태가 되면, 균질 연소를 MBT에 행하도록 하기 위해서, 피스톤 관면(3A)에 고인 연료에 화염이 접촉한다. 그리고, 이에 의해 PM이 생성되어버린다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 이러한 상황 하에 있어서, 피스톤 관면(3A)에 점화 후의 화염이 도달할 때까지의 시간이 길어지도록 불꽃 점화 타이밍을 지각시키므로, PM의 발생 시간을 짧게 할 수 있다. 그리고, PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태와 같이, 피스톤 관면(3A)에 있어서 잔존하는 액상 연료의 추정량이 많을수록, 불꽃 점화 타이밍을 지각시키는 것으로 해도 된다. 이렇게 함으로써, 피스톤 관면(3A)에 있어서 잔존하는 액상 연료가 많을수록, 화염과 액상 연료의 접촉을 일으키기 어렵게 할 수 있다. 그리고, PM의 생성을 억제하여 PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태와 같이, 통 내에 있어서의 연료 분사량이 많을수록, 불꽃 점화 타이밍의 지각량을 크게 하는 것으로 해도 된다. 연료 분사량이 많으면 피스톤 관면(3A)에 있어서 잔존하는 액상 연료도 많아진다고 생각된다. 따라서, 연료 분사량이 많을수록, 불꽃 점화 타이밍의 지각량을 크게 함으로써, 화염과 액상 연료의 접촉을 발생시키기 어렵게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 초리타드 성층 연소의 실행 중에, 액셀러레이터 페달이 소정량 A보다도 크게 답입된 경우이며 통 내에 있어서의 피스톤 관면(3A)의 온도가 소정 온도보다 낮은 경우에 밸브 오버랩 기간을 확대시킨다.
연료 분무를 피스톤 관면(3A)에 충돌시키고 있고, 또한, 초리타드 성층 연소를 실행시키면, 액상 연료가 피스톤 관면(3A)에 고이기 쉽다. 이러한 상황 하에서, 액셀러레이터 페달이 소정량 A보다도 크게 답입되어 가속 상태가 되면, 균질 연소를 MBT에 행하는 제어로 전환하므로 PN이 증가되어버린다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 이러한 상황 하에 있어서 밸브 오버랩 기간을 확대시켜서 내부 EGR을 증가시킨다. 내부 EGR이 증가하면 고온의 EGR 가스에 의해 연소실 온도를 상승시킬 수 있다. 그리고, 피스톤 관면(3A)에 있어서의 액상 연료를 증발시켜서, 피스톤 관면(3A)에 고인 액상 연료를 감소시킬 수 있다. 그리고, PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, EGR 가스는, 통 내의 산소 농도를 낮추기 위하여 연소 온도를 낮추는 특성을 갖는다. 연소 온도가 낮으면 화학 반응적으로 PM의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 밸브 오버랩 기간을 확대함으로써 PN의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태와 같이, 피스톤 관면(3A)에 잔존하는 액상 연료가 많을수록 밸브 오버랩 기간을 확대시키는 것으로 해도 된다. 밸브 오버랩 기간을 확대시킴으로써 소위 내부 EGR양을 증가시킬 수 있다. 내부 EGR양을 증가시키면, 연소 가스의 온도를 이용하여 피스톤 관면(3A)의 온도를 보다 상승시켜서, 액상 연료를 보다 감소시킬 수 있다. 그로 인해, 피스톤 관면(3A)에 잔존하는 액상 연료가 많아졌다고 해도, 밸브 오버랩 기간을 확대시킴으로써, 내부 EGR을 증가시킬 수 있다. 그리고, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료를 보다 기화시킬 수 있다.
또한, 통 내에 분사되는 연료 분사량이 많을수록 밸브 오버랩 기간을 확대시키는 것으로 해도 된다. 밸브 오버랩 기간을 확대시킴으로써 내부 EGR양을 증가시킬 수 있다. 내부 EGR양을 증가시키면, 연소 가스의 온도를 이용하여 피스톤 관면(3A)의 온도를 보다 상승시켜서, 액상 연료를 보다 감소시킬 수 있다. 그로 인해, 가속 시와 같이 연료 분사량이 많음으로써 피스톤 관면(3A)에 잔존하는 액상 연료가 많아졌다고 해도, 밸브 오버랩 기간을 확대시켜서 내부 EGR양을 증가시킬 수 있다. 그리고, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료를 보다 기화시킬 수 있다.
또한, 연료 분사 타이밍이, 예를 들어, 피스톤 상사점 부근인 경우 등 피스톤 관면(3A)에 액상 연료가 부착되기 쉬운 분사 타이밍인 경우에, 밸브 오버랩 기간을 확대시키는 것으로 해도 된다. 피스톤 관면(3A)에 액상 연료가 부착되기 쉬운 분사 타이밍에 의해 피스톤 관면(3A)에 잔존하는 액상 연료가 많아질 가능성이 있다고 해도, 밸브 오버랩 기간을 확대시킴으로써 내부 EGR양을 증가시킬 수 있다. 그리고, 피스톤 관면(3A)에 잔류되는 액상 연료를 기화시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 밸브 오버랩 기간을 확대시킬 때, 배기 상사점으로부터 배기 밸브(7)를 폐쇄로 할 때까지의 기간보다도, 흡기 밸브(6)를 개방으로 하고 나서 배기 상사점까지의 기간이 길어지도록 밸브 오버랩 기간을 확대시킨다. 이와 같이, 흡기 밸브(6)를 개방으로 하고 나서 배기 상사점까지의 기간이 길어지도록 밸브 오버랩 기간을 확대함으로써, 배기 행정에 있어서 내부 EGR 가스가 흡기 포트측으로 복귀되는 양을 많게 할 수 있다. 흡기 포트로 복귀된 내부 EGR 가스는 다음 흡기 행정에서 통 내에 유입된다. 그리고, 소위 내부 EGR양을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
도 15는, 점화 타이밍 리타드의 효과를 설명하는 제1 도이다. 도 16은, 점화 타이밍 리타드의 효과를 설명하는 제2 도이다. 도 17은, 점화 타이밍 리타드의 효과를 설명하는 제3 도이다. 도 15 내지 도 17에는, 점화 타이밍을 상이하게 했을 때의 연소실 내의 연소 상태가 나타나 있다. 이들 도면에 있어서, 희게 나타나 있는 것은 연소실 내의 휘염이다. 휘염이 발생하면 PM이 많이 발생하는 것이 알려져 있다. 즉, 휘염이 발생하고 있는 기간이 길어지면, PM도 많이 발생하게 된다.
도 15 내지 도 17에 있어서, 최상단은, 초리타드 성층 연소(FIR) 제어를 행하고 있을 때에 있어서, ATDC(상사점 후) 10(deg)을 점화 타이밍으로 했을 때의 연소실 내의 사진이다. 중단은, 초리타드 성층 연소로부터 균질 연소로 전환한 직후에 있어서, 상사점 후 -5(deg)를 점화 타이밍으로 했을 때의 연소실 내의 사진이다. 즉, 상사점 전 5(deg)를 점화 타이밍으로 했을 때의 연소실 내의 사진이다. 최하단은, 초리타드 성층 연소로부터 균질 연소로 전환한 직후에 있어서, -25(deg)를 점화 타이밍으로 했을 때의 연소실 내의 사진이다. 즉, 상사점 전 25(deg)를 점화 타이밍으로 했을 때의 연소실 내의 사진이다.
도 15에는, 상사점 후 -30(deg)부터 상사점 후 40(deg)의 사진을 나타내고 있다. 또한, 도 16에는, 상사점 후 40(deg)부터 상사점 후 110(deg)의 사진을 나타내고 있다. 도 17에는, 상사점 후 110(deg)부터 상사점 후 180(deg)의 사진을 나타내고 있다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 초리타드 성층 연소(최상단)의 경우, 상사점 후 70(deg) 전후부터 상사점 후 140(deg) 전후까지 휘염이 발생하였다. 단, 다른 점화 타이밍의 사진과 비교하여, 휘염은 강하지 않음을 파악할 수 있다.
또한, 초리타드 성층 연소로부터 균질 연소로 전환한 직후에 있어서, 상사점 후 -25(deg)를 점화 타이밍으로 한 경우(최하단의 경우), 상사점 후 -10(deg) 전후(즉, 상사점 전 10(deg) 전후)부터 상사점 후 120(deg) 전후까지 휘염이 발생하였다. 그리고, 이들 휘염의 강도는 다른 점화 타이밍의 것과 비교하여 강함을 파악할 수 있다.
이에 비해, 본 실시 형태와 같이, 초리타드 성층 연소로부터 균질 연소로 전환한 직후에 있어서, 상사점 후 -5(deg)를 점화 타이밍으로 한 경우(중단인 경우),상사점 후 20(deg) 전후부터 상사점 후 120(deg) 전후까지 휘염이 발생하였다. 즉, 이들의 휘염 발생 기간은, 상사점 후 -25(deg)를 점화 타이밍으로 한 경우에 비하여 짧게 되어 있다. 또한, 휘염의 강도도, 점화 타이밍을 상사점 후 -25(deg)로 한 경우에 비하여 약해졌음을 파악할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태와 같이, 점화 타이밍을 지각시킴으로써 화염이 피스톤 관면(3A)에 도달하기 어려워지기 때문에, 휘염의 발생 기간을 짧게 할 수 있다. 그리고, PN의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 내부 EGR의 효과에 의해 연소 온도도 저하된다. 이에 의해, 더욱 PN의 증가를 억제할 수 있다.
도 18은, 점화 타이밍 및 밸브 오버랩과 PN 농도의 관계를 도시하는 도면이다. 도 18에 있어서, 횡축은 점화 타이밍을 나타내고, 종축은 PN 농도를 나타낸다. 그리고, 도 18에는, 밸브 오버랩이 작을 때의 결과와, 밸브 오버랩을 확대했을 때의 결과가 나타나 있다.
이들 결과에 의하면, 밸브 오버랩을 확대한 쪽이 PN 농도를 작게 할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 점화 타이밍을 지각시키면 그 효과가 더욱 커짐을 알 수 있다.
(제2 실시 형태)
전술한 바와 같이 해서 밸브 오버랩 기간을 구한 후, 밸브 오버랩 기간을 이하와 같이 하여 보정하는 것으로 해도 된다.
도 19는, 제2 실시 형태에 있어서의 액상 연료 추정량에 대한 밸브 오버랩 보정량의 설명도이다. 도 20은, 제2 실시 형태에 있어서의 연료 분사량에 대한 밸브 오버랩 보정량의 설명도이다.
그리고, 다음과 같은 식을 사용하여, 보정 후 밸브 O/L량을 구한다.
보정 후 밸브 O/L 기간=밸브 O/L 기간×(보정값(액상 연료 추정량)+보정값(연료 분사량)-1)
상기 식에 있어서, 「밸브 O/L 기간」은, 전술한 실시 형태에서 최종적으로 구해진 밸브 오버랩 기간이다. 여기에서는, 이미 구해진 밸브 오버랩 기간을 보정값으로 보정하고, 보정 후 밸브 오버랩 기간을 구한다. 그리고, 보정 후 밸브 오버랩 기간을 사용해서 밸브 오버랩 제어를 행한다.
또한, 상기 식에 있어서, 「보정값(액상 연료 추정량)」은, 도 19에 나타나는 함수이다. 또한, 상기 식에 있어서, 「보정값(연료 분사량)」은, 도 20에 나타나는 함수이다. 즉, 여기에서는, 피스톤 관면(3A)의 온도에 따라 구해진 밸브 오버랩 기간이, 액상 연료 추정량으로부터 구해지는 보정값과, 연료 분사량으로부터 구해지는 보정값을 사용하여 보정된다.
이렇게 함으로써, 피스톤 관면(3A)의 온도에 따라 구해진 밸브 오버랩 기간을, 액상 연료 추정량과 연료 분사량을 사용하여 보정하여, 보다 적정한 밸브 오버랩 기간을 구할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
상술한 각 실시 형태는, 각각 단독의 실시 형태로서 설명했지만, 적절히 조합해도 된다.

Claims (6)

  1. 통 내에 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브(9)와,
    통 내의 혼합기(A, B)에 불꽃 점화하는 점화 플러그(8)
    를 구비하는 통 내 직접 연료 분사식 불꽃 점화 엔진(1)을 제어하는 엔진 제어 장치(100)에 있어서,
    운전자의 가속 요구를 검출하는 가속 요구 센서(31)를 구비하고,
    상기 가속 요구가 있는 경우이며 상기 통 내에 있어서의 피스톤(3)의 관면 온도가, 상기 피스톤의 관면(3A)에 부착된 액상 연료가 다음 사이클까지 액상으로 넘겨지는 온도인 경우에, 상기 피스톤의 관면(3A)에 점화 후의 화염이 도달할 때까지의 시간이 길어지도록 점화 타이밍을 지각시키는 엔진 제어 장치(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤의 관면(3A)에 잔존하는 액상 연료량이 많을수록, 상기 점화 타이밍을 지각시키는 엔진 제어 장치(100).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통 내에 분사되는 연료 분사량이 많을수록, 상기 점화 타이밍을 지각시키는 엔진 제어 장치(100).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤(3)의 관면 온도가 소정 온도 이상인 경우에, 상기 통 내에 있어서의 연소실(11) 전체에 이론 공연비의 혼합기를 형성하고, 당해 이론 공연비의 혼합기에 토크 최대점에 있어서의 점화 시기에 불꽃 점화시키는 엔진 제어 장치(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡기 밸브(6)의 개방 기간과 배기 밸브(7)의 개방 기간의 밸브 오버랩 기간을 조정하는 밸브 오버랩 기간 조정 기구(20)를 구비하고,
    또한, 상기 가속 요구가 있는 경우이며 상기 통 내에 있어서의 피스톤(3)의 관면 온도가, 상기 피스톤의 관면(3A)에 부착된 액상 연료가 다음 사이클까지 액상으로 넘겨지는 온도인 경우에, 배기 상사점을 사이에 둔 상기 흡기 밸브(6)의 개방 기간과 상기 배기 밸브(7)의 개방 기간의 밸브 오버랩 기간을 확대시키는 엔진 제어 장치(100).
  6. 통 내에 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브(9)와,
    통 내의 혼합기(A, B)에 불꽃 점화하는 점화 플러그(8)와,
    운전자의 가속 요구를 검출하는 가속 요구 센서(31)
    를 구비하는 통 내 직접 연료 분사식 불꽃 점화 엔진(1)을 제어하는 엔진 제어 방법에 있어서,
    상기 가속 요구가 있는 경우이며 상기 통 내에 있어서의 피스톤(3)의 관면 온도가, 상기 피스톤의 관면(3A)에 부착된 액상 연료가 다음 사이클까지 액상으로 넘겨지는 온도인 경우에, 상기 피스톤의 관면(3A)에 점화 후의 화염이 도달할 때까지의 시간이 길어지도록 점화 타이밍을 지각시키는 엔진 제어 방법.
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