KR102018012B1 - 내연 기관의 제어 방법 및 제어 장치 - Google Patents

내연 기관의 제어 방법 및 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 복수의 분사 구멍을 갖고 통내에 직접 연료를 분사하는 연료 분사 밸브와, 플러그 방전 채널을 생성하는 점화 플러그를 구비하는 내연 기관의 제어 방법은, 연료 분사를 행한 후, 인접하는 2개의 분사 구멍으로부터 분사되는 연료 분무 사이에 끼이고, 또한 기류의 혼란이 발생하는 범위 내에 방전 영역이 위치하도록 배치되는 점화 플러그에서, 연료 분사에 의해 기류의 혼란이 발생하고 있는 동안에 스파크 점화를 행한다.

Description

내연 기관의 제어 방법 및 제어 장치
본 발명은, 내연 기관의 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.
JP2009-85012A에는 흡기 행정 중에 메인 연료 분사를 행하고, 압축 행정 중에 텀블 유동을 강화하도록 서브 연료 분사를 행함으로써, 통내의 혼합 공기의 균질성을 향상시키는 것이 개시되어 있다.
그러나, 텀블 유동은 압축 행정의 진행에 따라 점점 약해지고, 결국 붕괴되므로, 상기 문헌과 같이 텀블 유동을 강화하여도 그 텀블 유동을 점화 시기까지 유지하는 것은 어렵다. 그리고, 점화 시기에 있어서의 통내의 가스 유동이 약할수록 연소 안정성은 낮아진다. 즉, 상기 문헌과 같이 텀블 유동을 강화하면, 통내의 혼합 공기의 균질성을 향상시킬 수는 있지만, 혼합 공기가 균질화되어도 플러그 점화시에 플러그 방전 채널이 충분히 신장하지 않으면 확실한 착화를 기대할 수 없다.
본 발명의 목적은, 통내 직접 분사 내연 기관에 있어서의 착화성을 개선하는 것이다.
본 발명의 어느 형태에 의하면, 복수의 분사 구멍을 갖고 통내에 직접 연료를 분사하는 연료 분사 밸브와, 분사한 연료에 착화시키는 점화 플러그를 구비하는 내연 기관의 제어 방법이 제공된다. 이 제어 방법에서는, 인접하는 2개의 분사 구멍으로부터 분사되는 연료 분무 사이에 끼이고, 또한 기류의 혼란이 발생하는 범위 내에 방전 영역이 위치하도록 배치되는 점화 플러그에서, 연료 분사에 의해 기류의 혼란이 발생하고 있는 동안에 스파크 점화를 행한다.
도 1은, 내연 기관 시스템의 전체 구성의 설명도이다.
도 2는, 통내에 발생하는 텀블 유동의 설명도이다.
도 3은, 텀블 유동 붕괴의 설명도이다.
도 4a는, 연료 분사 타이밍과 점화 시기의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4b는, 연료 분사 타이밍과 점화 시기의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5는, 플러그 근방에 있어서의 유동 부여의 설명도이다.
도 6은, 연료 분사 밸브에 의한 난류 증가의 설명도이다.
도 7은, 점화 플러그 근방에 있어서의 플러그 방전 채널의 설명도이다.
도 8은, 연료 분사 밸브의 분사 형태를 도시하는 도면이다.
도 9는, 분무 빔에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 제1 실시 형태의 점화 플러그와 연료 분사 밸브의 배치를 도시하는 도면이다.
도 11은, 축류에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 방전 영역과 분무 빔의 관계를 도시하는 도면이다.
도 13은, 점화 플러그의 위치와 연소 안정도를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 점화 플러그의 위치와 연소 안정도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 15는, 방전 영역과 분무 빔의 관계를 도시하는 도면이다.
도 16은, 점화 플러그의 위치와 당량비의 관계를 도시하는 도면이다.
도 17은, 인접하는 분무 빔보다 가까운 위치에 연소실 벽면이 있는 경우를 도시하는 도면이다.
도 18은, 플러그 방전 채널 신장 제어의 흐름도이다.
도 19는, 점화 플러그 근방의 유속과 연소 기간의 관계를 도시하는 도면이다.
도 20은, 점화 플러그 근방의 유속과 연료 분사 밸브 작동량의 관계를 도시하는 도면이다.
도 21은, 유동 부여에 의한 A/F 내력 향상의 효과의 설명도이다.
도 22는, 본 실시 형태를 적용하는 운전 영역의 설명도이다.
도 23은, 제2 실시 형태의 점화 플러그와 연료 분사 밸브의 배치를 도시하는 도면이다.
도 24는, 제3 실시 형태의 분무 빔과 방전 영역의 관계를 도시하는 도면이다.
도 25는, 점화 플러그의 위치와 연소 안정도를 설명하기 위한 도면이다.
도 26은, 연소 안정도와 연료 분사 압력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 27은, 제4 실시 형태의 제어 루틴을 도시하는 흐름도이다.
도 28은, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태를 적용 가능한 내연 기관의 다른 예를 도시하는 도면이다.
이하, 도면 등을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 내연 기관 시스템의 전체 구성의 설명도이다. 내연 기관 시스템(1)에 있어서 내연 기관(10)은, 흡기 통로(51)에 접속되어 있다. 또한, 내연 기관(10)은 배기 통로(52)에 접속되어 있다.
흡기 통로(51)에는 텀블 컨트롤 밸브(16)가 설치된다. 텀블 컨트롤 밸브(16)는, 흡기 통로(51)의 유로 단면의 일부를 폐색함으로써 통내에 텀블 유동을 생성한다.
흡기 통로(51)에는 콜렉터 탱크(46)가 설치되어 있다. 콜렉터 탱크(46)에는 EGR 통로(53b)도 접속되어 있다.
흡기 통로(51)에는 에어플로우 미터(33)가 설치된다. 에어플로우 미터(33)에 접속하는 컨트롤러(50)는, 에어플로우 미터(33)로부터 흡기 통로(51)에 있어서의 흡기량을 취득한다. 또한, 흡기 통로(51)에는 흡기온 센서(34)가 설치된다. 흡기온 센서(34)에 접속하는 컨트롤러(50)는, 흡기온 센서(34)로부터 흡기 통로(51)를 통과하는 공기의 온도를 취득한다.
또한, 흡기 통로(51)에는 전자 제어 스로틀(41)이 설치되고, 컨트롤러(50)에 의해 스로틀 개방도가 제어된다.
배기 통로(52)에는 배기 정화용의 배기 촉매(44, 45)가 설치된다. 배기 촉매(44, 45)에는 3원 촉매 등이 사용된다. 또한, 배기 통로(52)는 그 도중에 콜렉터 탱크(46)와 접속하는 EGR 통로(53)로 분기된다.
EGR 통로(53)에는 EGR 쿨러(43)가 설치된다. 또한, EGR 통로(53)에는 EGR 밸브(42)가 설치된다. EGR 밸브(42)는 컨트롤러(50)에 접속된다. 그리고, 내연 기관(10)의 운전 조건에 따라, 컨트롤러(50)에 의해 EGR 밸브(42)의 개방도가 제어된다.
내연 기관(10)은, 점화 플러그(11)와 연료 분사 밸브(12)와 흡기측 가변동 밸브 기구(13)와 배기측 가변동 밸브 기구(14)와 연료 분사 펌프(15)를 구비한다. 연료 분사 밸브(12)는 직상 분사 밸브이며, 점화 플러그(11)의 근방에 설치된다.
점화 플러그(11)는, 내연 기관(10)의 연소실 내에서 스파크 점화를 행한다. 점화 플러그(11)는 컨트롤러(50)에 접속되고, 컨트롤러(50)에 의해 스파크 점화 시기가 제어된다. 점화 플러그(11)는, 후술하는 바와 같이 유속 센서(23)로서도 동작한다. 유속 검출의 방법에 대해서는 후술한다.
연료 분사 밸브(12)는, 내연 기관(10)의 연소실 내에 연료를 직접 분사한다. 연료 분사 밸브(12)는 컨트롤러(50)에 접속되며, 연료 분사 타이밍이 제어된다. 본 실시 형태에서는, 흡기 행정을 포함하여 복수회 연료 분사를 행하는, 소위 다단 분사가 행해진다. 연료 분사 펌프(15)는, 이 연료 분사 밸브(12)에 접속하는 연료 공급 배관에 가압한 연료를 공급한다.
흡기측 가변동 밸브 기구(13)는, 흡기 밸브의 개폐 시기를 변화시킨다. 배기측 가변동 밸브 기구(14)는, 배기 밸브의 개폐 시기를 변화시킨다. 흡기측 가변동 밸브 기구(13) 및 배기측 가변동 밸브 기구(14)는, 컨트롤러(50)에 접속된다. 그리고, 컨트롤러(50)에 의해 이들의 개폐 시기가 제어된다. 또한, 여기에서는, 흡기측 가변동 밸브 기구(13) 및 배기측 가변동 밸브 기구(14)를 나타내고 있지만, 어느 한쪽을 갖는 것이어도 된다.
내연 기관(10)에는, 크랭크각 센서(27)와 통 내압 센서(35)가 설치된다. 크랭크각 센서(27)는, 내연 기관(10)에 있어서의 크랭크각을 검출한다. 크랭크각 센서(26)는 컨트롤러(50)에 접속되고, 내연 기관(10)의 크랭크각을 컨트롤러(50)에 보낸다.
통 내압 센서(35)는, 내연 기관(10)에 있어서의 연소실의 압력을 검출한다. 통 내압 센서(35)는 컨트롤러(50)에 접속된다. 그리고, 내연 기관(10)에 있어서의 연소실의 압력을 컨트롤러(50)에 보낸다.
또한, 내연 기관(10)은, 노크 센서(21)나 연료압 센서(24)를 구비하는 것으로 해도 된다. 컨트롤러(50)는, 상술한 각종 센서 및 도시하지 않은 기타의 센서로부터의 출력을 읽어들이고, 이들에 기초하여 점화 시기, 밸브 타이밍, 공연비 등의 제어를 행한다. 또한, 컨트롤러(50)는, 후술하는 플러그 방전 채널 신장 제어를 행한다.
도 2는, 통내에 발생하는 텀블 유동의 설명도이다. 도 3은, 텀블 유동 붕괴의 설명도이다. 이들 도면에는, 흡기 통로(51)와 배기 통로(52)와 점화 플러그(11)와 연료 분사 밸브(12)와 텀블 컨트롤 밸브(16)가 도시되어 있다. 또한, 점화 플러그(11)의 중심 전극(11a)과 외측 전극(11b)이 도시되어 있다. 또한, 도 2에는, 흡입 행정에 있어서의 통내의 텀블 유동이 화살표로 표시되어 있다. 도 3에는, 압축 행정에 있어서의 통내의 텀블 유동이 화살표로 표시되어 있다.
흡입 행정에 있어서, 텀블 컨트롤 밸브(16)가 폐쇄되어 있으면, 흡기는 흡기 통로(51)의 도면 중 상측으로 치우쳐서 흘러, 통내에 유입된다. 그 결과, 도시한 바와 같이 통내에는 세로 방향으로 선회하는 텀블 유동이 형성된다. 그 후, 압축 행정에 있어서 피스톤이 상승함으로써 통내의 연소실이 좁아진다. 연소실이 좁아지면 텀블 유동은 짓눌리고, 점점 그 유동을 유지할 수 없게 되어(도 3), 결국 붕괴된다.
텀블 유동이 유지되고 있는 동안에 연료와 흡기의 혼합이 촉진된다. 따라서 텀블 유동의 붕괴 후에는, 통내의 혼합 공기는 균질화되어 있다. 그러나, 텀블 유동의 붕괴 후에는 통내는 유동이 약해져 플러그 점화시에 플러그 방전 채널(CN)이 충분히 신장되지 않는 상태가 된다. 특히, 점화 플러그 근방의 유동이 약해지면 스파크 점화에 의해 발생한 화염 핵이 성장하기 어려워지므로, 실화(失火)나 파셜 번을 일으키기 쉬워진다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 압축 상사점 이후의 플러그 점화시에 플러그 방전 채널(CN)이 충분히 신장하도록, 점화시 근방의 타이밍에 있어서 점화 플러그 근방에 유동을 부여한다. 구체적으로는, 상술한 다단 분사의 흡기 행정과 팽창 행정에 더하여, 텀블 유동 붕괴 후부터 플러그 방전 채널 생성까지의 사이에 연료 분사를 더 행해도 되고(도 4a), 다단 분사의 팽창 행정 분사를 텀블 유동 붕괴 후부터 플러그 방전 채널 생성까지의 사이에 행해도 된다(도 4b). 단, 후술하는 연료 분무에 의한 기류의 혼란에 의해 분무의 일부가 점화 플러그(11)의 전극(11a, 11b)에 부착될 가능성을 고려하면, 도 4a와 같이 팽창 행정 분사 후에 플러그 방전 채널(CN)을 신장시킬 정도로만 소량(토탈 분사량의 1할 정도)의 연료를 분사하는 것이 바람직하다.
또한, 여기에서 말하는 "플러그 방전 채널"이란, 점화 플러그의 전극(11a, 11b)의 사이에 발생하는 아크이다. 연료 분사 밸브(12)는 점화 플러그(11)의 근방에 배치되어 있으므로, 분사된 연료의 일부는 점화 플러그(11)의 근방을 통과한다. 이에 의해, 점화 플러그(11) 근방에 유동이 부여되는 것이다.
또한, 플러그 방전 채널이 신장하도록 유동을 부여하면, 화염 핵의 성장이 촉진되어, 한층 더 연소성의 향상을 기대할 수 있다. 플러그 방전 채널의 신장에 대해서는 후술한다.
도 5는, 플러그 근방에 있어서의 유동 부여의 설명도이다. 상술한 바와 같이, 연료 분사 밸브(12)는 직상 분사 밸브이며, 점화 플러그(11)의 근방에 설치된다. 그로 인해, 분사된 연료의 일부는 방전 갭 근방을 통과하게 된다. 따라서, 텀블 유동이 붕괴된 후에 연료 분사가 행해짐으로써, 점화 플러그 근방에 유동을 부여할 수 있다. 또한, 연료 분사 밸브(12)로부터 분사되는 연료 분무의 형태, 및 연료 분무와 점화 플러그(11)의 위치 관계에 대해서는 후술한다.
도 6은, 연료 분사 밸브에 의한 난류 증가의 설명도이다. 도 6에는, 임의의 타이밍에 연료 분사를 행했을 때의 통내의 난류 강도가 도시되어 있다. 도 6의 그래프에 있어서, 횡축은 흡기 하사점으로부터 압축 상사점의 크랭크각이며, 종축은 난류 강도이다. 상술한 바와 같이 압축 행정에 있어서 텀블 유동은 붕괴된다. 그로 인해, 압축 행정에 있어서 난류 강도도 점점 약해진다. 그러나, 도 6에 도시한 바와 같이 임의의 타이밍에 연료 분사를 행함으로써, 난류 강도를 높일 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 연료 분사를 행함으로써 유동을 부여할 수 있다.
도 7은, 점화 플러그 근방에 있어서의 플러그 방전 채널의 설명도이다. 도 7에는, 점화 플러그(11)의 중심 전극(11a)과 외측 전극(11b)이 도시되어 있다. 또한, 신장된 플러그 방전 채널(CN)이 도시되어 있다. 또한, 여기에서는, 플러그 방전 채널(CN)의 모습에 주목하기 위해 연료 분사 밸브(12)는 생략하였지만, 상술한 도 5와 마찬가지로 흡기 통로(51) 근처에 설치된다. 또한, 플러그 방전 채널(CN)이 충분히 신장하도록 점화 플러그 근방에 유동이 부여되면, 연료 분사 밸브(12)의 선단은 반드시 점화 플러그(11)를 향하지 않아도 되고, 다른 방향을 향하고 있어도 연소실 내에서 반사하여 점화 플러그 근방에 유동이 부여되는 실시 형태여도 된다.
텀블 유동 붕괴 후에 있어서의 점화 플러그(11) 근방의 유동은 작다. 따라서, 스파크 점화가 행해지면 통상이라면 중심 전극(11a)과 외측 전극(11b) 사이를 거의 직선적으로 걸치도록 플러그 방전 채널(CN)이 생성된다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 텀블 유동의 붕괴 후부터 플러그 방전 채널(CN)이 생성될 때까지의 사이에 연료 분사 밸브(12)에 의한 연료 분사에 의해 점화 플러그(11)의 근방에 유동이 부여된다. 그리고 부여된 유동에 의해, 도 7에 도시된 바와 같이 중심 전극(11a)과 외측 전극(11b) 사이의 플러그 방전 채널(CN)이 신장한다.
이와 같이 함으로써, 텀블 유동 붕괴 후에 연소실 내에 유동을 부여하고, 플러그 방전 채널(CN)을 신장시킬 수 있으므로, 파셜 번 및 실화를 억제하여 연소 안정성을 개선할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이 EGR을 사용한 경우나 린 번을 채용하는 경우와 같이 통상보다도 화염 전파 연소되기 어려운 상황하에 있어서도 안정적으로 스파크 점화를 행하게 할 수 있다.
이어서, 연료 분사 밸브(12)로부터 분사되는 연료 분무의 형태, 및 연료 분무와 점화 플러그(11)의 위치 관계에 대하여 설명한다.
도 8은 연료 분사 밸브(12)로부터 분사되는 연료 분무의 형태를 도시하고 있다. 도 9는 도 8의 원(A)을 포함하는 평면을 도 8의 화살표(IX) 방향으로부터 본 도면이다.
본 실시 형태의 연료 분사 밸브(12)는 6개의 분사 구멍으로부터 연료가 분사된다. 6개의 분사 구멍으로부터 분사되는 연료 분무(이하, 분무 빔이라고도 함)를 B1 내지 B6으로 했을 때, 각 분무 빔은 분사 구멍으로부터 멀어질수록 분무 단면이 넓어지는 원추 형상이다. 또한, 분무 빔(B1 내지 B6)을, 원(A)을 포함하는 평면으로 절단한 경우의 단면은, 도 9에 도시한 바와 같이 등간격으로 원환형으로 배열된다.
도 10은, 분무 빔(B1 내지 B6)과 점화 플러그(11)의 위치 관계를 도시하는 도면이다. 연료 분사 밸브(12)는, 분무 빔(B2)의 중심축(B2c)과 분무 빔(B3)의 중심축(B3c)이 이루는 각의 이등분선인 일점쇄선(C) 상에 배치된다.
도 11은, 도 10과 같은 배치로 함에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
연료 분사 밸브(12)로부터 분사된 연료는, 액적으로 분열되어 분무가 되고, 도면 중의 굵은 선 화살표와 같이 주위의 공기를 혼입하면서 전진한다. 이에 의해, 분무의 주위에 기류의 혼란이 발생한다.
또한, 유체는, 주위에 물체(유체를 포함함)가 있는 경우에는, 소위 코안다 효과에 의해 그 물체에 가까이 끌어당겨져, 그 물체를 따라 흐른다. 즉, 도 10의 배치에서는, 분무 빔(B2)과 분무 빔(B3)이 도 11의 세선 화살표와 같이 서로 끌어당기는, 소위 축류가 발생한다.
이에 의해, 분무 빔(B2)과 분무 빔(B3)의 사이에는 매우 강한 혼란이 발생하게 되고, 이 혼란에 의해 플러그 방전 채널(CN)을 신장시킬 수 있다.
도 12는, 도 10을 화살표(XII)의 방향으로부터 본 경우의, 점화 플러그(11)와 분무 빔(B3)의 위치 관계를 도시하는 도면이다. 도 12에서는, 중심 전극(11a)과 외측 전극(11b) 사이에 끼이는 방전 영역이, 분무 빔(B3)의 도면 중 상측의 외연과 도면 중 하측의 외연 사이에 끼이는 범위 내에 배치된다. 또한, 도시는 하지 않았지만, 도 10을 화살표(XI)와 반대 방향으로부터 보면, 점화 플러그(11)와 분무 빔(B2)의 위치 관계는 도 12와 대칭이 되고, 방전 영역이 분무 빔(B2)의 상측의 외연과 하측의 외연 사이에 끼이는 범위 내에 배치된다. 즉, 분무 빔(B2)의 상측 외연과 분무 빔(B3)의 상측 외연을 포함하는 평면과, 분무 빔(B2)의 하측 외연과 분무 빔(B3)의 하측 외연을 포함하는 평면 사이에 끼이는 범위 내에 방전 영역이 배치되도록 점화 플러그(11)가 배치되어 있다.
상기와 같은 배치로 함으로써, 상술한 분무 빔간의 기류의 혼란을 더 효과적으로 이용하여 연소 안정도를 향상시킬 수 있다. 상기한 배치는 기류의 혼란을 가장 효과적으로 이용할 수 있는 배치이지만, 인접하는 분무 빔의 사이에 기류의 혼란이 발생하는 범위 내에 방전 영역이 배치되어 있으면 기류의 혼란에 의해 플러그 방전 채널은 신장되므로, 연소 안정도를 높이는 효과는 얻어진다.
여기서, 점화 플러그(11)의 위치와 연소 안정도의 관계에 대하여 설명한다.
도 13은, 연료 분사 밸브(12)의 위치를 고정한 채, 점화 플러그(11)의 Z 방향 위치를 어긋나게 한 상태를 도시하는 도면이다. (b)는 도 12와 마찬가지의 배치이다. (a)는 점화 플러그(11)의 Z축 방향 위치가 (b)보다도 마이너스측으로 어긋난 상태, (c)는 동일하게 플러스측으로 어긋난 상태를 도시하고 있다. 도 14는, 점화 플러그(11)의 Z축 방향 위치와 연소 안정도의 관계를 도시하는 도면이다. 도 14의 종축은 연소 안정도이며, 도면 중 하측으로 갈수록 연소 안정도는 높다.
(a)의 경우에는, 분무 빔(B2)의 중심축과 분무 빔(B3)의 중심축을 포함하는 평면과, 분무 빔(B2)의 상측 외연과 분무 빔(B3)의 상측 외연을 포함하는 평면에 끼워진 범위 내에 방전 영역이 없다. 이로 인해, 양쪽 분무 빔간에 발생한 기류의 혼란의 영향이 방전 영역에 미치기 어렵다. 즉, (a)의 배치에서는, 플러그 방전 채널(CN)을 신장시키는 효과가 (b)에 비해 작아진다.
(c)의 경우에는, (a)의 경우와 마찬가지로 기류의 혼란의 영향이 방전 영역에 미치기 어렵고, 또한 분무 빔(B2, B3)이 점화 플러그(11)에 충돌할 우려도 있다. 즉, (c)의 배치에서는 플러그 방전 채널(CN)을 신장시키는 효과가 (b)에 비해 작아진다.
그 결과, 도 14에 도시한 바와 같이, (a)의 경우나 (c)의 경우에 비해 (b)의 경우의 쪽이 연소 안정도는 높아진다. 또한, 분무 빔(B2)의 중심축과 분무 빔(B3)의 중심축을 포함하는 평면과, 분무 빔(B2)의 상측 외연과 분무 빔(B3)의 상측 외연을 포함하는 평면 또는 분무 빔(B2)의 하측 외연과 분무 빔(B3)의 하측 외연을 포함하는 평면에 끼워진 범위 내에 방전 영역이 배치된 경우에도, (b)의 경우에 가까운 연소 안정도를 얻을 수 있다.
구체적인 Z축 방향 위치는 사용하는 연료 분사 밸브(12)에 따라 상이하다. 소위 멀티 홀식의 연료 분사 밸브(12)에 있어서는, 분사 구멍 직경이 클수록 도 12에 도시한 콘 각이 커지는 경향이 있고, 콘 각이 커질수록 인접하는 분무 빔간의 거리는 짧아진다. 그래서, 예를 들어 콘 각이 도 12에 도시한 것보다 큰 경우에는, 점화 플러그(11)의 Z축 방향 위치를 도 12의 경우보다도 마이너스측으로 어긋나게 한 쪽이 더 높은 연소 안정도를 얻을 수 있다.
이어서, 연료 분사 밸브(12)의 분사 구멍으로부터 점화 플러그(11)까지의 거리에 대하여 설명한다. 여기에서 말하는 거리란, 도 15에 도시한 바와 같이 연료 분사 밸브(12)의 중심축 방향을 X축으로 하고, 분사 구멍의 위치를 0으로 한 경우의 X축 방향의 길이이다.
도 16은, X축 방향의 거리(x)와, 거리(x)에 있어서의 분무 단면의 분무 내부의 혼합비(당량비 φ)의 관계를 도시하는 도면이다. 또한, 당량비 φ는 공기 과잉률 λ의 역수이다.
도 16에 도시한 바와 같이, 거리(x)가 커질수록 당해 거리(x)에 있어서의 분무 단면의 분무 내부의 당량비 φ는 감소한다. 이것은, 연료 분무가 주위의 공기를 혼입해가면서 전진할 때의 연료 분무와 공기 사이의 운동량의 교환에 관한, 와쿠리(和栗) 외 몇명에 의한 분무의 운동량 이론(식 (1))으로 표시되는 바와 같다.
Figure 112018047988649-pct00001
예를 들어 촉매 난기 운전과 같이, 팽창 행정 분사에 의해 점화 플러그 주위에 성층 혼합 공기를 형성하고, 연료 분사 후의 팽창 행정 중에 점화를 행하는 연소 형태에서는, 점화 시기에 있어서 텀블 유동은 붕괴되고 있으며, 통내에는 플러그 방전 채널(CN)을 신장시키기 위한 연료 분사에 의한 기류의 혼란 이외의 혼란은 없다. 즉, 통내 전체로 보면 기류의 혼란은 거의 없는 것으로 간주할 수 있다. 기류의 혼란이 없는 경우에는, 연소는 층류 연소 속도가 지배적이며, 층류 연소 속도는 당량비 φ가 1보다도 큰 값에서 최대가 된다. 즉, 가장 연소되기 쉬워진다. 한편, 당량비 φ가 작아질수록 연소되기 어려워진다.
방전 영역 주변의 당량비 φ가 적절하지 않으면, 상술한 연료 분무에 의한 기류의 혼란에 의해 플러그 방전 채널(CN)을 신장시켜도 연소되기 어려워진다. 그래서, 연소 안정도를 확보할 수 있는 당량비의 범위를 목적으로 하는 당량비 범위로서 설정하고, 이 목적으로 하는 당량비 범위가 되는 xmin으로부터 xmax까지의 범위에 방전 영역이 위치하도록 점화 플러그(11)를 배치한다.
상술한 바와 같이 점화 플러그(11)와 연료 분사 밸브(12)를 배치함으로써, 연료 분사에 의해 플러그 방전 채널(CN)을 신장시켜 연소 안정도를 확보할 수 있다.
또한, 상술한 점화 플러그(11)와 연료 분사 밸브(12)의 배치에 있어서는, 분무 빔(B2) 또는 분무 빔(B3)으로부터 연소실의 벽면(천장면을 포함함)까지의 거리(분무 벽면간 거리)가, 분무 빔(B2)과 분무 빔(B3) 사이의 거리(분무간 거리)보다도 긴 것이 전제가 된다. 이것은, 다음의 이유 때문이다. 도 17에 도시한 바와 같이 분무간 거리(L1)가, 분무 빔(B3)으로부터 연소실 벽면까지의 분무 벽면간 거리(L2)보다 짧은 경우에는, 분무 빔(B3)은 분무 빔(B2)보다도 연소실 벽면에 강하게 가까이 끌어당겨진다. 그 결과, 분무 빔(B2)과 분무 빔(B3) 사이에 기류의 혼란이 발생하기 어려워지고, 플러그 방전 채널(CN)을 신장시키는 효과를 얻기 어려워진다. 또한, 분무간 거리(L1)는 대향하는 분무 빔 외연간의 거리이며, 분사 구멍으로부터 멀어짐에 따라 길어진다.
이어서, 플러그 방전 채널(CN)을 신장시키는 제어에 대하여 설명한다.
도 18은, 플러그 방전 채널 신장 제어의 흐름도이다. 본 루틴은 예를 들어 10밀리초 정도의 짧은 간격으로 컨트롤러(50)에 의해 반복 실행된다.
컨트롤러(50)는, 내연 기관(10)의 연소 상태를 검지한다(S1). 내연 기관(10)의 연소 상태는, 예를 들어 내연 기관(10)의 회전 속도 변동에 기초하여 검지할 수 있다. 이때, 내연 기관(10)의 회전 속도 변동이 소정량보다도 작은 경우에는, 내연 기관(10)의 연소 상태가 양호하다고 판정할 수 있다. 내연 기관(10)의 회전 속도 변동은, 크랭크각 센서(27)로부터의 출력에 기초하여 구할 수 있다.
또한, 내연 기관(10)의 연소 상태는, 내연 기관(10)에 설치된 통 내압 센서(35)로부터 얻어지는 통 내압 변동에 기초하여 검지하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 통 내압 변동이 소정량보다도 작은 경우에는, 내연 기관(10)의 연소 상태가 양호하다고 판정할 수 있다. 또한, 토크 센서를 설치함으로써 토크 변동에 기초하여 연소 안정성을 검지하는 것으로 해도 된다. 또한, 이온 센서를 설치함으로써, 이온 농도의 변동에 기초하여 연소 안정성을 검지하는 것으로 해도 된다.
이어서, 컨트롤러(50)는, 유동 계측을 행할지 여부를 판정한다(S2). 유동 계측을 행할지 여부에 대해서는, 스텝 S1에 있어서 구한 내연 기관(10)의 연소 상태에 기초하여 판정할 수 있다. 그리고, 내연 기관(10)의 연소 상태가 양호하지 않을 때에는, 컨트롤러(50)는 다음의 스텝에서 점화 플러그(11)의 근방의 유동을 계측한다(S3). 구체적으로는, 점화 플러그(11)의 근방의 유속을 계측한다. 한편, 내연 기관(10)의 연소 상태가 양호할 때에는 본 제어를 종료한다.
또한, 유동 계측을 행할지 여부에 대해서는, EGR률에 기초하여 판정하는 것으로 해도 된다. 구체적으로는, EGR률이 소정값보다도 높은 경우에는, 유동 계측을 행하는 것으로 판정할 수 있다. 이것은, EGR률이 높으면 실화 및 파셜 번이 발생하기 쉬워지기 때문이다.
또한, 유동 계측을 행할지 여부에 대해서는, 린 번 운전시에 있어서 A/F값이 소정값보다도 높은 경우, 즉 공연비가 소정값보다도 희박측에서 운전을 행하고 있는 경우에 유동 계측을 행하는 것으로 판정할 수도 있다. 이것은, 희박측에서 운전을 행하고 있는 경우에도 실화 및 파셜 번이 발생하기 쉬워지기 때문이다.
스텝 S3에 있어서, 컨트롤러(50)는, 점화 플러그(11)의 근방의 유동을 계측한다. 유동의 계측은 압축 행정의 후반에 있어서 행해진다. 점화 플러그(11)의 근방의 유동을 계측하는 유속 센서는, 예를 들어 점화 플러그(11)를 이용하여 다음과 같이 구성할 수 있다.
점화 플러그(11)의 중심 전극(11a)에 흐르는 전류값을 계측하는 전류계를 설치한다. 또한, 점화 플러그의 외측 전극(11b)에 흐르는 전류값을 계측하는 전류계를 설치한다. 그리고, 점화 플러그(11)의 근방의 유속을 계측하는 타이밍에, 중심 전극(11a)과 외측 전극(11b) 사이에 단펄스의 전계를 부여한다. 이 단펄스의 전계는, 스파크 점화되지 않을 정도의 미약한 전계이다.
전극(11a, 11b)의 사이에 전압이 인가되면 중심 전극(11a)으로부터 전자가 방출된다. 방출된 전자는, 전극(11a, 11b)의 사이의 유동에 의해 흘려진다. 그리고, 유속이 빠를수록 외측 전극(11b)에 도달하지 않는 전자가 많아진다. 그로 인해, 유속이 빠를수록, 중심 전극(11a)측에서 계측되는 전류에 비해 외측 전극(11b)측에서 계측되는 전류가 작아지게 된다.
이들 전류값의 차와 유속의 관계를 미리 구해 둔다. 그리고, 유속을 구하는 타이밍에 전극(11a, 11b)의 사이에 단펄스를 인가한다. 그리고, 중심 전극(11a)의 전류값과 외측 전극(11b)의 전류값의 차를 구함으로써 유속을 구하는 것이 가능해진다.
도 19는, 점화 플러그 근방의 유속과 연소 기간의 관계를 도시하는 도면이다. 도 19의 그래프에 있어서, 횡축은 점화 플러그(11) 근방의 유속이며, 종축은 연소 기간이다. 점화 플러그(11) 근방의 유속이 빠르면, 연소 속도는 빠르기 때문에 연소 기간은 짧아진다는 관계가 있다. 연소 기간이 어느 길이보다도 길어져버리면 연소를 완료할 수 없다. 따라서, 연소 기간에는 적합값이 존재한다. 그리고, 이 적합값보다도 연소 기간이 길어지지 않도록 하기 위해, 이 적합값에 대응하는 유속보다도 계측된 유속이 느린 경우에는 유속이 부족하다고 보고 유동을 부여하도록 한다.
그 때문에, 컨트롤러(50)는, 유동이 부족한지 여부에 대하여 판정한다(S4). 유동이 부족한지 여부에 대해서는, 계측된 유속이 소정의 속도보다도 늦은지 여부에 기초하여 판정할 수 있다. 여기서, 소정의 속도란, 상술한 적합값에 대응하는 점화 플러그(11) 근방의 유속이다. 그리고, 계측된 유속이 소정의 속도보다도 작고, 유동이 부족하다고 판정된 경우에는, 컨트롤러(50)는 연료 분사 밸브(12)의 작동량을 산출한다(S5).
도 20은, 점화 플러그 근방의 유속과 연료 분사 밸브 작동량의 관계를 도시하는 도면이다. 도 20의 그래프에 있어서, 횡축은 점화 플러그 근방의 유속이며, 종축은 연료 분사 밸브 작동량이다. 그리고, 소정의 연료 분사 밸브 작동량에 있어서 작동 허가 상한이 표시되어 있다.
산출된 작동량이 지나치게 큰 경우, 이 작동량으로 연료를 분사하면 연료의 혼합이 불충분해지는 경우가 있다. 연료의 혼합이 불충분한 경우, 배기 성능이 악화된다. 그로 인해, 연료의 혼합이 불충분해지지 않을 정도의 연료를 분사하도록 작동량 허가 상한이 설정되어 있다.
컨트롤러(50)는, 산출한 분사 밸브 작동량이 작동 허가 상한 미만인 경우에는, 산출한 작동량으로 연료 분사 밸브에 연료를 분사시킨다(S7). 그리고, 점화 플러그 근방에 유동을 부여한다. 또한, 이때, 스파크 점화 시기에 대하여 가장 유동을 부여할 수 있는 연료 분사 타이밍을 산출하고, 산출된 연료 분사 타이밍에 연료를 분사함으로써 유동을 부여하는 것이 바람직하다.
한편, 산출한 연료 분사 밸브 작동량이 작동 허가 상한 미만이 아닌 경우에는, 컨트롤러(50)는 연료 분사 밸브(12)에 허가 상한의 작동량으로 연료를 분사시킨다(S8). 그리고, 컨트롤러(50)는, 가능한 한의 작동량으로 연료 분사 밸브(12)에 유동을 부여시킨다.
이와 같이 함으로써, 텀블 유동이 붕괴되어 점화 플러그 근방의 유동이 부족할 때에도 유동을 부여할 수 있으므로, 플러그 방전 채널(CN)을 신장시켜 연소 안정성을 개선할 수 있다. 또한, EGR시에 있어서는 실화 및 파셜 번을 억제할 수 있으므로, 고EGR 연소를 실현할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 점화 플러그 근방의 유속이 부족한 사이클에 있어서 유동을 부여하는 것으로 하고 있었다. 그러나, 유동의 부여는 매사이클에 있어서 행하는 것으로 해도 된다. 특히, 린 번 운전시에 있어서, 상기 유동의 부여를 매사이클 행하는 것으로 해도 된다. 이와 같이 함으로써 희석 혼합 공기의 화염 전파 속도를 확보하고, 린 번 운전시에 있어서 실화 및 파셜 번의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 해석의 결과로 통계적으로 소정의 확률로 유동이 약해지는 사이클이 발생할 경우에는, 그 사이클에서 유동을 부여하도록 해도 된다.
도 21은, 유동 부여에 의한 A/F 내력 향상의 효과의 설명도이다. 도 21의 그래프에 있어서 횡축은 A/F(공연비)이며, 종축은 난류 강도이다. 여기서, A/F 내력 향상이란, 보다 희박 상태에서 안정적으로 연소를 행하게 할 수 있음을 의미한다. 또한, 도 21의 그래프에는, 난류 강도에 대한 연소 한계선이 표시되어 있다. 도 21에 있어서, 연소 한계선보다도 좌측에서는 안정적으로 연소를 행하게 하는 것이 곤란해진다.
도 21에 있어서, 난류 강도가 약 3.2(m/s)일 때 연소 한계 A/F는 약 19.5이다. 이에 비해, 유동을 부여함으로써 난류 강도를 약 3.8(m/s)까지 상승시킨 경우, 연소 한계 A/F는 21.5까지 향상된다. 즉, A/F 내력이 향상된다.
상술한 바와 같이, 연료 분사를 행하면 플러그 근방에 유동을 부여할 수 있다. 이에 의해 통내의 난류 강도도 강화되고 플러그 방전 채널(CN)이 신장되므로, 도 21에 도시한 바와 같은 A/F 내력 향상 효과를 얻을 수 있다.
또한, 과급기를 구비하여 과급 린 번을 행하는 내연 기관에 있어서 상기 제어를 행하는 것으로 해도 된다. 이때, 상술한 바와 같은 각 기통에 직상 분사 밸브를 설치함과 함께, 각 기통의 흡기 포트에 인젝션을 설치하는 멀티포트 인젝션을 채용하는 것으로 해도 된다. 또한, 각 기통에 작상 분사 밸브를 설치함과 함께, 각 기통에 사이드 분사 밸브를 설치하는 것으로 해도 된다.
도 22는, 본 실시 형태를 적용하는 운전 영역의 설명도이다. 도 22의 그래프에 있어서 횡축은 내연 기관 회전 속도이며, 종축은 부하이다. 본 실시 형태와 같이 혼합 공기의 균질도를 높이고, 또한 난류 증대의 효과를 얻기 위해서는, 연료압을 높일 수 있으며, 또한 점화 직전의 연료 분사량이 적은 것이 바람직하다. 내연 기관 속도 및 부하가 높은 영역에서는, 연료 분사량은 많아진다. 따라서, 고압으로 다단 분사를 행하는 것이 가능하다. 그로 인해, 린 부스트 영역(도면 중의 영역 A)에 있어서 효과적으로 본 실시 형태를 적용할 수 있다.
그런데, 상기와 같이 압축 행정에서 연료 분사를 행한 경우, 연소실 내의 혼합 공기의 공연비가 이론 공연비보다도 농후해지는 경우도 생각된다. 유속의 계측은, 압축 행정의 후반에 행해진다. 다단 분사이며 압축 행정 전에 연료 분사를 행하는 경우에는, 이론 공연비가 되는 양의 연료 분사가 압축 행정 전에 완료해버린 경우가 있다. 이때, 텀블 유동 붕괴 후에 추가적으로 연료 분사를 행한 경우, 1개의 기통 내에 있어서의 혼합 공기의 공연비가 이론 공연비보다도 농후해져버린다.
이러한 경우에는, 컨트롤러(50)는, 다른 기통에서의 혼합 공기의 공연비가 이론 공연비보다도 희박해지도록 연료 분사량을 제어한다. 그리고, 복수의 기통에 있어서의 토탈의 혼합 공기의 공연비가 이론 공연비가 되도록 연료 분사량을 제어한다. 예를 들어, 4 기통 중 어느 1 기통에서 공연비가 이론 공연비보다도 농후해진 경우에는, 나머지 3 기통에서 공연비를 이론 공연비보다도 희박하게 한다. 그리고, 4 기통 전체에서의 공연비가 이론 공연비가 되도록 연료 분사량을 제어한다. 이와 같이 함으로써, 3원 촉매를 효과적으로 기능시킬 수 있으므로, 배기 성능도 향상시킬 수 있다.
또한, 유속을 계측하지 않고, 매사이클에 텀블 유동 붕괴 후에 연료를 분사하는 경우에는, 다단 분사의 각 분사에 있어서 미리 분사량을 정해 둘 수 있다. 따라서, 이 경우, 각 분사의 분사량을 조정하여 각 기통에 있어서 1 사이클에 있어서의 혼합 공기의 공연비가 이론 공연비가 되도록 한다. 이와 같이 함으로써, 3원 촉매를 효과적으로 기능시킬 수 있으므로, 배기 성능도 향상시킬 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 점화 플러그(11)를 사용하여 유속을 계측하는 것으로 하고 있었지만, 유속의 계측 방법은 상기 방법으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 통내에 유속계를 설치하고, 이에 의해 유속을 계측하는 것으로 해도 된다. 또한, 통내의 이온 전류를 검지하거나, 통 내압 센서(35)의 변동에 기초하여 유속을 계측하는 것으로 해도 된다.
또한, 상기 플러그 방전 채널(CN)을 신장시킬 때, 점화 플러그(11)의 방전 전압을 높이는 것으로 해도 된다. 또한, 플러그 방전 채널(CN)을 신장시킬 수 있으면, 플러그 방전 채널 생성 전이 아니라 플러그 방전 채널 생성시에 유동을 부여하는 것으로 해도 된다.
유동 부여를 위한 연료 분사는 압축 행정에 있어서 행해진다. 압축 행정에 있어서의 연료 분사 타이밍의 제약 조건은, 혼합 공기의 불균질성이다. 너무 늦은 시기에 연료 분사를 행하면, 혼합 공기의 불균질성 때문에 연소 안정성을 손상시키게 된다. 그로 인해, 연소 안정성에 기초하여 유동 부여를 위한 연료 분사의 타이밍을 피드백 제어하는 것으로 하여 로버스트성을 증가시켜도 된다.
이어서, 본 실시 형태의 효과를 설명한다.
상술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 복수의 분사 구멍을 갖고 통내에 직접 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(12)와, 분사한 연료에 착화시키는 점화 플러그(11)를 구비하는 내연 기관을, 연료 분사 밸브(12)로부터 연료 분사를 행하며, 인접하는 2개의 분사 구멍으로부터 분사되는 연료 분무 사이에 끼이고, 또한 기류의 혼란이 발생하는 범위 내에 방전 영역이 위치하도록 배치되는 점화 플러그(11)로, 연료 분사에 의해 기류의 혼란이 발생하고 있는 동안에 스파크 점화를 행하도록 제어한다. 주위의 공기를 혼입하는 엔트레인먼트 효과에 의해 2개의 연료 분무에 축류가 발생하고, 그에 의해 발생하는 기류의 혼란에 의해 플러그 방전 채널이 신장되어 화염 전파가 촉진된다. 그 결과, 연소 안정도가 향상된다.
또한, 본 실시 형태는, 팽창 행정 중에 연료 분사를 행하여 지연 연소시킬 때, 연료 분사에 의해 기류의 혼란이 발생하고 있는 동안에 점화 플러그에서 스파크점화를 행한다. 또한, 여기에서 말하는 지연 연소란, 팽창 행정 중에 연료 분사를 행한 후, 팽창 행정 중에 스파크 점화를 행하는 연료 형태이다. 예를 들어, 촉매의 난기 촉진을 위한 린 번 운전과 같이, 팽창 행정 분사에 의해 점화 플러그 주위에 성층 혼합 공기를 생성하여, 팽창 행정 중에 점화를 행하는 경우에도 적용 가능하다. 즉, 팽창 행정 분사에 의해 점화 플러그 주위에 성층 혼합 공기를 형성한 후, 다시 연료 분사를 행하고, 당해 나중의 연료 분사에 의해 기류의 혼란이 발생하고 있는 동안에 점화 플러그에서 스파크 점화를 행한다. 상기한 린 번 운전시에는, 점화 시기가 팽창 행정까지 지각되어 있으며, 또한 내연 기관(10)은 저온이므로, 연소에는 불리한 상태이지만, 본 실시 형태를 적용함으로써 연소 안정도를 향상시킬 수 있다.
(제2 실시 형태)
본 실시 형태는, 기본적인 구성 및 플러그 방전 채널을 신장시키기 위한 제어는 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 분무 빔(B1 내지 B6)의 형태가 제1 실시 형태와는 상이하다.
도 23은, 본 실시 형태의 분무 빔(B1 내지 B6)과 점화 플러그(11)의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
제1 실시 형태에서는 분무 빔(B1 내지 B6)은 등간격으로 형성되지만, 본 실시 형태에서는 분무 빔(B2)과 분무 빔(B3)이 이루는 각도 α가, 분무 빔(B2)과 분무 빔(B1)이 이루는 각도 γ 및 분무 빔(B3)과 분무 빔(B4)이 이루는 각도 β보다도 작다. 또한, 2개의 분무 빔이 이루는 각도는, 각 분무 빔의 중심축간의 각도이다.
이에 의해, 분무 빔(B2)은 분무 빔(B1)보다도 분무 빔(B3)에 강하게 끌리고, 분무 빔(B3)은 분무 빔(B4)보다도 분무 빔(B2)에 강하게 끌리게 된다. 그 결과, 각 분무 빔(B1 내지 B6)이 등간격으로 형성되는 경우에 비해, 분무 빔(B2)과 분무 빔(B3) 사이의 축류가 촉진되어, 더 강한 기류의 혼란을 생성할 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 방전 영역을 사이에 두는 2개의 연료 분무(분무 빔(B2, B3))가 이루는 각도가, 당해 2개의 연료 분무의 각각이 다른 인접하는 연료 분무(분무 빔(B1, B4))와 이루는 각도보다도 작다. 이에 의해, 방전 영역을 사이에 두는 2개의 연료 분무간에서 축류가 발생하기 쉬워지고, 더 큰 기류의 혼란을 발생시킬 수 있다.
(제3 실시 형태)
본 실시 형태는, 기본적인 구성 및 플러그 방전 채널을 신장시키기 위한 제어는 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 점화 플러그(11)를 끼워 넣는 분무 빔(B2)과 분무 빔(B3)의 위치 관계가 제1 실시 형태와는 상이하다.
제1 실시 형태에서는, 도 10의 화살표(XII) 방향부터 본 경우에 분무 빔(B2)과 분무 빔(B3)이 겹친다. 그러나, 본 실시 형태에서는 도 24에 도시한 바와 같이, 실린더축과 평행으로 분사 구멍을 통과하는 기준선과 분무 빔(B2)이 이루는 각도를 θ1, 기준선과 분무 빔(B3)이 이루는 각도를 θ2로 했을 때에 θ1≠θ2이다.
예를 들어, 흡기 2 밸브식의 내연 기관(10)에 있어서 운전 상태에 따라 한쪽의 흡기 밸브를 작동시키지 않고 폐쇄 밸브 상태로 유지하는 기구를 구비하는 경우나, 통내 유동이 텀블 흐름과 스월 흐름이 혼합된 상태가 되는 경우에는, 공기와 연료의 혼합을 촉진시키기 위해 상기와 같은 분무 형태로 하는 경우가 있다.
상기와 같이 θ1≒θ2인 경우에도, 점화 플러그(11)와 연료 분사 밸브(12)의 위치 관계를 설정하는 사고 방식은 마찬가지이다.
즉, 점화 플러그(11)의 Z축 방향의 위치는, 분무 빔(B2)의 중심축과 분무 빔(B3)의 중심축을 포함하는 평면과, 분무 빔(B2)의 상측 외연과 분무 빔(B3)의 상측 외연을 포함하는 평면이 방전 영역을 통과하도록 설정한다.
또한, 점화 플러그(11)와 연료 분사 밸브(12)의 X축 방향의 거리(x)는, 연소 안정도를 확보할 수 있는 당량비의 범위를 목적으로 하는 당량비 범위로서 설정하고, 이 목적으로 하는 당량비 범위가 되는 xmin으로부터 xmax까지의 범위에 방전 영역이 위치하도록 설정한다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 방전 영역을 사이에 두는 2개의 연료 분무는, 각각 실린더 축선과 이루는 각도가 상이하다. 이에 의해, 내연 기관(10)이 취할 수 있는 다양한 운전 형태에 대응하여, 플러그 방전 채널을 신장시켜 연소 안정도를 높이는 효과가 얻어진다.
(제4 실시 형태)
제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같이 점화 플러그(11) 및 연료 분사 밸브(12)의 배치를 설정했다고 해도, 제조 오차나 조립 공정에서의 변동 등에 의해 설정대로의 배치가 되지 않는 경우도 있다. 그리고, 설정대로의 배치가 되지 않으면, 연소 안정도는 저하되어 버린다.
예를 들어, 제조 오차에 의해 점화 플러그(11)의 나사 절삭 부분이 규정값보다 짧은 경우에는, 점화 플러그(11)의 Z축 방향의 위치가 설정대로의 배치보다도 마이너스 방향으로 어긋난다(도 25의 점(A)). 또한, 조립 공정에 있어서 점화 플러그(11)를 지나치게 조이면, 점화 플러그(11)의 Z축 방향의 위치가 설정대로의 배치보다 플러스 방향으로 어긋난다(도 25의 점(C)). 어느 경우에도 설정대로 배치된 경우(도 25의 점(B))에 비해 연소 안정도는 저하된다. 또한, 도 25의 "목표값"은, 내연 기관(10)의 운전에 지장이 없는 연소 안정도로서 설정한 것이다.
도 26은, 내연 기관(10)의 부하와 연소 안정도와 연료 분사 압력(연료압이라고도 함)의 관계를 도시하는 도면이며, 종축이 연소 안정도, 횡축이 부하이고, 도면 중의 곡선은 등연료압선이다. 도 26에 도시한 바와 같이, 내연 기관(10)의 부하가 일정한 경우에 연소 안정도는 연료 분사압(연료압이라고도 함)에 감도를 갖는다.
그래서 본 실시 형태에서는, 상술한 제조 오차 등이 있는 경우에도 연소 안정도가 목표값을 만족하도록, 내연 기관(10)의 가동 중에 이하에 설명하는 제어 루틴을 실행한다.
도 27은, 컨트롤러(50)가 실행하는 제어 루틴을 도시하는 흐름도이다.
컨트롤러(50)는, 내연 기관(10)이 가동하면 연소 안정도가 목표값을 만족하고 있는지 여부를 판정한다(S20). 연소 안정도는, 예를 들어 내연 기관(10)이 구비하고 있는 노크 센서(21)의 검출 신호를 사용하여, 미리 제작해 둔 맵을 검색함으로써 취득한다. 또한, 통 내압 센서(35)의 검출값에 기초하여 도시 평균 유효압 Pi를 산출하고, 그 사이클 변동에 기초하여 연소 안정도를 취득할 수도 있다.
컨트롤러(50)는, 스텝 S20에서 연소 안정도가 목표값을 만족하고 있다고 판정한 경우에는 금회의 루틴을 종료하고, 만족하고 있지 않다고 판정한 경우에는 스텝 S30의 처리를 실행한다.
스텝 S30에서, 컨트롤러(50)는 연료압을 상승시킨다. 상승량은, 예를 들어 도 26에 도시한 관계를 미리 맵화해 두고, 당해 맵에 기초하여 설정할 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 연소가 안정되어 있는지 여부를 판정하고, 안정되어 있지 않은 경우에는 연료 분사 압력을 상승시킨다. 예를 들어, 연소 안정도가 미리 설정한 목표값에 달하였는지 여부를 판정하고, 목표값에 달하지 않은 경우에는 연료압을 상승시킨다. 연료압을 상승시킴으로써 연료 분무의 유속이 높아져 기류의 혼란이 증대되므로, 제조 오차나 조립 공정의 변동에 의해 연료 분무와 방전 영역의 위치에 어긋남이 발생하여도 플러그 방전 채널을 신장시켜 연소 안정도를 높이는 효과가 얻어진다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않으며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성으로 한정하는 취지는 아니다. 예를 들어, 각 실시 형태에서는 연료 분사 밸브(12)가 연소실의 천장면 중앙 부근에 배치된, 소위 직상 분사형인 경우에 대하여 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 28에 도시한 바와 같은 천장면 중앙의 점화 플러그(11) 이외에, 연소실의 측벽부에도 점화 플러그(11)를 구비하고, 측벽부의 점화 플러그(11)의 근방에 연료 분사 밸브(12)를 구비하는 구성이어도 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다. 또한, 연소실에 면하는 연료 분사 밸브(12) 이외에, 흡기 통로(51)에 면하는 연료 분사 밸브를 구비하는 내연 기관에 적용하는 것도 가능하다.
상술한 각 실시 형태는 각각 단독의 실시 형태로서 설명했지만, 적절히 조합해도 된다.

Claims (6)

  1. 복수의 분사 구멍을 갖고 통내에 직접 연료를 분사하는 연료 분사 밸브와,
    분사한 연료에 착화시키는 점화 플러그
    를 구비하는 내연 기관의 제어 방법에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브의 각 분사 구멍으로부터 연료 분사를 행하며,
    인접하는 2개의 상기 분사 구멍이며, 분사되는 2개의 연료 분무의 이루는 각이 당해 2개의 연료 분무의 각각이 다른 인접하는 연료 분무와 이루는 각도보다도 작아지는 상기 분사 구멍으로부터 분사되는 연료 분무 사이에 끼이고, 또한 당해 2개의 연료 분무의 한쪽의 연료 분무의 상측 외연과 다른 쪽의 연료 분무의 상측 외연을 포함하는 평면과, 한쪽의 연료 분무의 하측 외연과 다른 쪽의 연료 분무의 하측 외연을 포함하는 평면 사이에 끼이는 범위 내에 방전 영역이 위치하도록 배치되는 상기 점화 플러그에서, 상기 연료 분사에 의해 기류의 혼란이 발생하고 있는 동안에 스파크 점화를 행하는 내연 기관의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    팽창 행정 중에 연료 분사를 행하여 지연 연소시킬 때, 연료 분사에 의해 기류의 혼란이 발생하고 있는 동안에 점화 플러그에서 스파크 점화를 행하는 내연 기관의 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    연소가 안정되어 있는지 여부를 판정하고,
    안정되어 있지 않은 경우에는 연료 분사 압력을 상승시키는 내연 기관의 제어 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방전 영역을 사이에 두는 2개의 연료 분무는, 각각 실린더 축선과 이루는 각도가 상이한 내연 기관의 제어 방법.
  5. 복수의 분사 구멍을 갖고 통내에 직접 연료를 분사하는 연료 분사 밸브와,
    분사한 연료에 착화시키는 점화 플러그
    를 구비하는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브 및 상기 점화 플러그는, 상기 점화 플러그의 방전 영역이 인접하는 2개의 상기 분사 구멍으로부터 분사되는 연료 분무 사이에 끼이고, 또한 당해 2개의 연료 분무의 한쪽의 연료 분무의 상측 외연과 다른 쪽의 연료 분무의 상측 외연을 포함하는 평면과, 한쪽의 연료 분무의 하측 외연과 다른 쪽의 연료 분무의 하측 외연을 포함하는 평면 사이에 끼이는 범위 내에 위치하도록 배치되며,
    상기 방전 영역을 사이에 두는 2개의 연료 분무가 이루는 각도는, 당해 2개의 연료 분무의 각각이 다른 인접하는 연료 분무와 이루는 각도보다도 작고,
    상기 연료 분사 밸브의 각 분사 구멍으로부터 연료 분사를 행하고, 상기 연료 분사에 의해 기류의 혼란이 발생하고 있는 동안에 상기 점화 플러그에서 스파크 점화를 행하는 제어부를 구비하는 내연 기관의 제어 장치.
  6. 삭제
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