JP2004346853A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】暖機時間を短縮して排気浄化を効果的に行い、かつ内燃機関を常に安定して運転することができる内燃機関の制御装置を供する。
【解決手段】火花点火運転モードと2ストロークサイクル圧縮着火運転モードと4ストロークサイクル圧縮着火運転モードのいずれの運転モードでも運転可能な内燃機関において、該内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段21,22と、内燃機関の運転状態に応じて3つの運転モードを切り換えて該内燃機関を運転制御する制御手段30とを備え、制御手段30は、該内燃機関を、始動時に火花点火運転モードで制御し、始動後より機関水温の上昇が所定温度に至るまでは2ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御し、機関水温が前記所定温度を越えると4ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御する内燃機関の制御装置。
【選択図】 図3
【解決手段】火花点火運転モードと2ストロークサイクル圧縮着火運転モードと4ストロークサイクル圧縮着火運転モードのいずれの運転モードでも運転可能な内燃機関において、該内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段21,22と、内燃機関の運転状態に応じて3つの運転モードを切り換えて該内燃機関を運転制御する制御手段30とを備え、制御手段30は、該内燃機関を、始動時に火花点火運転モードで制御し、始動後より機関水温の上昇が所定温度に至るまでは2ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御し、機関水温が前記所定温度を越えると4ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御する内燃機関の制御装置。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火運転と圧縮着火運転のいずれの運転モードでも運転可能な内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関に供給される混合気を圧縮着火(圧縮自己着火)により燃焼させる圧縮着火運転によれば、圧縮比が高いため燃費が良く、空燃比がリーンな状態でも比較的安定した燃焼を実現し、しかも燃焼温度が比較的低いので、NOxの発生量を低減することができる。
【0003】
しかし内燃機関の始動時などで安定した圧縮着火運転を行うことは困難なので、機関の運転状態に応じて圧縮着火運転と火花点火運転とを切り換えるように内燃機関を制御する例がある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−87749号公報
【0005】
特許文献1には、4ストロークサイクル型の自動車用ガソリン内燃機関において、機関水温が設定値以上であるか否かを判断し、設定値未満であれば火花点火運転とし、設定値以上となると圧縮着火運転に切り換える制御技術が開示されている。
【0006】
始動直後などの機関水温が低い状態では、燃焼室内のガス温度が圧縮行程の後期になっても十分高くならず自己着火を起こすに至らず失火するおそれがあるが、かかる状態のときは火花点火運転とし、機関水温が設定値を越える安定した運転状態となったときに圧縮着火運転とすることで、常に内燃機関を安定して運転させようとするものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし4ストロークサイクルで運転を行う場合、熱の発生は機関の2回転に対して1回の燃焼によるもので冷却時間の割合が、2ストロークサイクルの運転に比べて大きい。
【0008】
したがって、始動直後の暖機運転中に4ストロークサイクル運転を続けても急速な暖機は望めず、排気触媒の活性化までの昇温に時間を要して排気浄化に不利となる。
【0009】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、暖機時間を短縮して排気浄化を効果的に行い、かつ内燃機関を常に安定して運転することができる内燃機関の制御装置を供する点にある。
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本発明は、火花点火運転モードと2ストロークサイクル圧縮着火運転モードと4ストロークサイクル圧縮着火運転モードのいずれの運転モードでも運転可能な内燃機関において、該内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段が検出した該内燃機関の運転状態に応じて前記3つの運転モードを切り換えて該内燃機関を運転制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、該内燃機関を、始動時に火花点火運転モードで制御し、始動後より機関水温の上昇が所定温度に至るまでは2ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御し、機関水温が前記所定温度を越えると4ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御する内燃機関の制御装置とした。
【0010】
始動時には火花点火運転モードで内燃機関を運転することで、失火を回避して安定した運転を行い、始動後は2ストロークサイクル圧縮着火運転モードで内燃機関を運転することで、暖機時間を短縮し排気浄化を効果的に行い、機関水温が所定温度を越えると4ストロークサイクル圧縮着火運転モードで内燃機関を運転することで、燃料量の多い高負荷状態で安定した圧縮着火を4ストロークサイクルで実現でき、燃費の向上とともに全ての運転状態で内燃機関を常に安定して運転することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図1ないし図5に基づき説明する。
本実施の形態に係る内燃機関1は、火花点火(SI:Spark Ignition)燃焼方式による運転(火花点火運転)と、圧縮着火(HCCI:Homogeneous Charge Compression Ignition)燃焼方式による運転(圧縮着火運転)の燃焼方式の異なる運転がともに可能である多気筒内燃機関(単気筒でもよい)である。
【0012】
図1は、該内燃機関1の概略構成図であり、シリンダ2内をピストン3が往復動し、シリンダ2内を閉塞するシリンダヘッドとピストン3との間に燃焼室4が構成されている。
【0013】
燃焼室4からポートを介して吸気通路5と排気通路6が延出しており、吸気ポートの燃焼室4に臨む開口には吸気弁7、排気ポートの燃焼室4に臨む開口には排気弁8が配設されており、燃焼室4への吸気を制御する吸気弁7と燃焼室4からの排気を制御する排気弁8はともに電磁バルブである。
【0014】
その他に燃焼室4には点火プラグ9が取り付けられるとともに、直接燃焼室4内に燃料を噴射する燃料噴射弁10が取り付けられている。
【0015】
点火プラグ9は、火花点火運転時に駆動され放電により燃焼室4内の混合気に点火する。
燃料噴射弁10は図示されない燃料供給ポンプに接続されて制御されたタイミングで制御された時間燃料を燃焼室4内に噴射する。
【0016】
吸気通路5には吸気流量を調節するスロットル弁11が介装されており、スロットル弁11はアクチュエータ(図示せず)により駆動され、運転状態に応じてスロットル弁開度が制御される。
【0017】
排気通路6には排気浄化装置12が介装され、排気浄化装置12にはNOx吸着触媒(LNC)が用いられている。
【0018】
概ね以上のような構造の内燃機関1の運転状態を検出する各種センサが各所に設けられている。
内燃機関1のクランク軸の回転数(機関回転数)Neを検出する回転数センサ21、内燃機関1の冷却水の温度(機関水温)Twを検出する水温センサ22が、内燃機関1本体に設けられている。
【0019】
吸気通路5には、スロットル弁11にスロットル弁開度Thを検出するスロットルセンサ23が設けられるとともに、スロットル弁11の下流側に吸気通路5内の吸気負圧Pbを検出する吸気圧センサ24および吸気通路5内の吸気温度Taを検出する吸気温センサ25が設けられている。
【0020】
排気通路6には、排気浄化装置12の上流側に排気の広範囲の空燃比に亘ってそれに比例したレベルの出力を得る空燃比センサ(LAF)26および排気温度Teを検出する排気温センサ27が設けられている。
【0021】
以上の回転数センサ21,水温センサ22,スロットルセンサ23,吸気圧センサ24,吸気温センサ25等の各種センサからの検出信号は、電子制御ユニットECU30に入力され、コンピュータにより処理されて、吸気弁7,排気弁8,点火プラグ9,燃料噴射弁10,スロットル弁11等の駆動制御に供される。
【0022】
本内燃機関1は、以上のような構成において火花点火運転と圧縮着火運転が可能であるとともに、4ストロークサイクル運転と2ストロークサイクル運転が可能であり、これらの組み合わせにより4ストロークサイクル火花点火運転モードと2ストロークサイクル圧縮着火運転モードと4ストロークサイクル圧縮着火運転モードの3つの運転モードをECU30により切り換え制御されるようになっている。
【0023】
ECU30による内燃機関1の運転モードの切り換え制御における制御系の概略ブロック図を図2に示す。
ECU30には、運転モード判定手段31と駆動制御手段32とを備える。
【0024】
運転モード判定手段31には前記回転数センサ21の検出した機関回転数Neと水温センサ22の検出した機関水温Twが入力され、機関回転数Neと機関水温Twに基づいて運転モードを判定する。
【0025】
駆動制御手段32は、運転モード判定手段31の判定結果に基づいて制御信号を内燃機関1の各機構に出力する。
すなわち吸気弁7と排気弁8の弁開閉を行う可動弁機構41、点火プラグ9の放電を行う点火機構42、燃料噴射弁10の弁開閉を行う燃料噴射機構43、スロットル弁11の駆動を行うスロットル弁駆動機構44が、制御信号により駆動制御される。
【0026】
運転モード判定手段31による運転モードの判定手順を図3に示すフローチャートに従って説明する。
まずステップ1で内燃機関1が始動後完爆したと判断できる所定回転数N1に機関回転数Neが達したか否かを判別する。
【0027】
機関回転数Neが所定回転数N1に至るまでのスタータクランキング状態では、ステップ3に飛んで4ストロークサイクル火花点火運転モードと判定する。
機関回転数Neが所定回転数N1を越え内燃機関1が完爆してアイドリング状態となると、ステップ2に進み、機関水温Twが所定水温T1を越えたか否かを判別する。
【0028】
内燃機関1が完爆後、暖機により機関水温Twが昇温して所定水温T1になるまでは、ステップ4に飛んで、2ストロークサイクル圧縮着火運転モードと判定する。
【0029】
そして機関水温Twが所定水温T1を越えると、ステップ2からステップ5に飛んで、4ストロークサイクル圧縮着火運転モードと判定する。
以上のように内燃機関1の運転状態に応じて運転モードが切り換え制御される。
【0030】
圧縮自己着火を起こさせるためには、燃焼室4内のガス温度を所定の温度以上に高める必要があり、一般的に吸気加熱や内部EGR(排気再循環)等が利用され、本実施の形態では内部EGRにより圧縮着火運転を行う。
【0031】
内燃機関1の始動時における燃焼室4内のガス温度が所定の温度より低い低負荷運転時には、ピストン3の上死点付近でも着火温度に達せず失火してしまうので、燃焼室4内のガス温度が所定の温度を越えて内燃機関1が完爆するまでは4ストロークサイクル火花点火運転モードとして点火機構42が駆動制御され点火プラグ9の放電により確実に点火するようにしている。
【0032】
なお、ここで4ストロークサイクル火花点火運転としているが、2ストロークサイクル火花点火運転としてもよい。
完爆した後は、内燃機関1は燃焼室4内のガス温度は圧縮着火が可能な状態となっており、2ストロークサイクル圧縮着火運転モードに切り換えられて運転される。
【0033】
2ストロークサイクル圧縮着火運転モードでは、可動弁機構41,燃料噴射機構43が制御されて図4に示すタイミングで吸気弁7,排気弁8が弁開閉し、燃料噴射弁10が燃料を噴射させる。
【0034】
すなわち図4を参照して2ストロークサイクル圧縮着火運転モードでは、通常膨張・排気行程半ばくらいから排気弁8を開き排気を開始し、その直後にはシリンダ圧力が下がるので吸気弁7を開く。
燃焼ガスが排気ポートへと流れ、かつピストン3が下降(膨張)しているので、吸気ポートから新気が流れ込んでくる。
【0035】
吸気・圧縮行程になってもその勢いが続き、新気が排気を押し出す(新気も一部排出される)。
吸気弁7および排気弁8を早く閉じることにより、ガス交換を途中で止めることになり、EGR量を増すことができ燃焼室内温度を上げ圧縮着火を容易にする。
【0036】
吸気弁7および排気弁8が閉じた辺りで、燃料噴射弁10が燃料を噴射する。
燃焼室4内は、燃料が噴射されEGRによりガス温度が上昇しているところに断熱圧縮により自己着火燃焼が起こる。
【0037】
2ストロークサイクルで運転を行う場合、熱の発生は機関の1回転に対して1回の燃焼によるもので冷却時間の割合が、4ストロークサイクルの運転に比べて小さく、その分熱の発生効率が高く、暖機に要する時間が短くてすむ。
【0038】
そしてこの急速な暖機により、排気浄化装置12のNOx吸着触媒(LNC)の活性化までの昇温が早まり、排気浄化を効果的に機能させることができる。
【0039】
また2ストロークサイクル運転は、1回転ごとの燃焼によりトルク変動が少なく失火の無い安定した運転が可能であり、仮に失火したとしても4ストロークサイクル運転に比べて次の燃焼までの時間が短いためリカバリーが可能で、失火による機関停止は少ない。
【0040】
このように2ストロークサイクル圧縮着火運転モードで暖機運転し、暖機が完了し安定走行運転領域に入る時期には、機関水温Twが上昇して所定水温T1を越え、4ストロークサイクル圧縮着火運転モードに切り換えられる。
【0041】
4ストロークサイクル圧縮着火運転モードでは、可動弁機構41,燃料噴射機構43が制御されて図5に示すタイミングで吸気弁7,排気弁8が弁開閉し、燃料噴射弁10が燃料を噴射させる。
【0042】
すなわちEGRを利用しない通常の火花点火運転では排気行程で排気弁を開いて燃焼したガスを全て排気するが、4ストロークサイクル圧縮着火運転モードでは、図5を参照して排気行程における排気弁8の閉タイミングまたは吸気行程における吸気弁7の開タイミングを変更して、燃焼したガスを全て排気せず一部燃焼室4内に閉じ込めることで、内部EGR量を制御して4ストロークサイクルの圧縮着火を行う。
【0043】
4ストロークサイクル圧縮着火運転モードにおいては、機関回転数に対する軸トルクの変化が滑らかで、広い運転域において安定的かつ良性能を得ることができる。
【0044】
始動後完爆までを火花点火運転モードとし、完爆後は2ストロークサイクルと4ストロークサイクルの圧縮着火運転モードとして、できるだけ広い運転領域で圧縮着火燃焼を実現することで、燃費の向上を図るとともに、窒素酸化物(NOx)の排出量の抑制を図ることができる。
【0045】
窒素酸化物の排出量の抑制は、前記暖機時間の短縮により排気浄化装置12を効果的に機能させることと合わせて、排気浄化を益々促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図2】同内燃機関の運転モードの切り換え制御における制御系の概略ブロック図である。
【図3】運転モードの判定手順を示すフローチャートである。
【図4】2ストロークサイクル圧縮着火運転モードにおけるバルブタイミングを示す説明図である。
【図5】4ストロークサイクル圧縮着火運転モードにおけるバルブタイミングを示す説明図である。
【符号の説明】
1…内燃機関、2…シリンダ、3…ピストン、4…燃焼室、5…吸気通路、6…排気通路、7…吸気弁、8…排気弁、9…点火プラグ、10…燃料噴射弁、11…スロットル弁、12…排気浄化装置、
21…回転数センサ、22…水温センサ、23…スロットルセンサ、24…吸気圧センサ、25…吸気温センサ、26…空燃比センサ(LAF)、27…排気温センサ、
30…ECU、31…運転モード判定手段、32…駆動制御手段、41…可動弁機構、42…点火機構、43…燃料噴射機構、44…スロットル弁駆動機構。
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火運転と圧縮着火運転のいずれの運転モードでも運転可能な内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関に供給される混合気を圧縮着火(圧縮自己着火)により燃焼させる圧縮着火運転によれば、圧縮比が高いため燃費が良く、空燃比がリーンな状態でも比較的安定した燃焼を実現し、しかも燃焼温度が比較的低いので、NOxの発生量を低減することができる。
【0003】
しかし内燃機関の始動時などで安定した圧縮着火運転を行うことは困難なので、機関の運転状態に応じて圧縮着火運転と火花点火運転とを切り換えるように内燃機関を制御する例がある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−87749号公報
【0005】
特許文献1には、4ストロークサイクル型の自動車用ガソリン内燃機関において、機関水温が設定値以上であるか否かを判断し、設定値未満であれば火花点火運転とし、設定値以上となると圧縮着火運転に切り換える制御技術が開示されている。
【0006】
始動直後などの機関水温が低い状態では、燃焼室内のガス温度が圧縮行程の後期になっても十分高くならず自己着火を起こすに至らず失火するおそれがあるが、かかる状態のときは火花点火運転とし、機関水温が設定値を越える安定した運転状態となったときに圧縮着火運転とすることで、常に内燃機関を安定して運転させようとするものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし4ストロークサイクルで運転を行う場合、熱の発生は機関の2回転に対して1回の燃焼によるもので冷却時間の割合が、2ストロークサイクルの運転に比べて大きい。
【0008】
したがって、始動直後の暖機運転中に4ストロークサイクル運転を続けても急速な暖機は望めず、排気触媒の活性化までの昇温に時間を要して排気浄化に不利となる。
【0009】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、暖機時間を短縮して排気浄化を効果的に行い、かつ内燃機関を常に安定して運転することができる内燃機関の制御装置を供する点にある。
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本発明は、火花点火運転モードと2ストロークサイクル圧縮着火運転モードと4ストロークサイクル圧縮着火運転モードのいずれの運転モードでも運転可能な内燃機関において、該内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段が検出した該内燃機関の運転状態に応じて前記3つの運転モードを切り換えて該内燃機関を運転制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、該内燃機関を、始動時に火花点火運転モードで制御し、始動後より機関水温の上昇が所定温度に至るまでは2ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御し、機関水温が前記所定温度を越えると4ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御する内燃機関の制御装置とした。
【0010】
始動時には火花点火運転モードで内燃機関を運転することで、失火を回避して安定した運転を行い、始動後は2ストロークサイクル圧縮着火運転モードで内燃機関を運転することで、暖機時間を短縮し排気浄化を効果的に行い、機関水温が所定温度を越えると4ストロークサイクル圧縮着火運転モードで内燃機関を運転することで、燃料量の多い高負荷状態で安定した圧縮着火を4ストロークサイクルで実現でき、燃費の向上とともに全ての運転状態で内燃機関を常に安定して運転することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図1ないし図5に基づき説明する。
本実施の形態に係る内燃機関1は、火花点火(SI:Spark Ignition)燃焼方式による運転(火花点火運転)と、圧縮着火(HCCI:Homogeneous Charge Compression Ignition)燃焼方式による運転(圧縮着火運転)の燃焼方式の異なる運転がともに可能である多気筒内燃機関(単気筒でもよい)である。
【0012】
図1は、該内燃機関1の概略構成図であり、シリンダ2内をピストン3が往復動し、シリンダ2内を閉塞するシリンダヘッドとピストン3との間に燃焼室4が構成されている。
【0013】
燃焼室4からポートを介して吸気通路5と排気通路6が延出しており、吸気ポートの燃焼室4に臨む開口には吸気弁7、排気ポートの燃焼室4に臨む開口には排気弁8が配設されており、燃焼室4への吸気を制御する吸気弁7と燃焼室4からの排気を制御する排気弁8はともに電磁バルブである。
【0014】
その他に燃焼室4には点火プラグ9が取り付けられるとともに、直接燃焼室4内に燃料を噴射する燃料噴射弁10が取り付けられている。
【0015】
点火プラグ9は、火花点火運転時に駆動され放電により燃焼室4内の混合気に点火する。
燃料噴射弁10は図示されない燃料供給ポンプに接続されて制御されたタイミングで制御された時間燃料を燃焼室4内に噴射する。
【0016】
吸気通路5には吸気流量を調節するスロットル弁11が介装されており、スロットル弁11はアクチュエータ(図示せず)により駆動され、運転状態に応じてスロットル弁開度が制御される。
【0017】
排気通路6には排気浄化装置12が介装され、排気浄化装置12にはNOx吸着触媒(LNC)が用いられている。
【0018】
概ね以上のような構造の内燃機関1の運転状態を検出する各種センサが各所に設けられている。
内燃機関1のクランク軸の回転数(機関回転数)Neを検出する回転数センサ21、内燃機関1の冷却水の温度(機関水温)Twを検出する水温センサ22が、内燃機関1本体に設けられている。
【0019】
吸気通路5には、スロットル弁11にスロットル弁開度Thを検出するスロットルセンサ23が設けられるとともに、スロットル弁11の下流側に吸気通路5内の吸気負圧Pbを検出する吸気圧センサ24および吸気通路5内の吸気温度Taを検出する吸気温センサ25が設けられている。
【0020】
排気通路6には、排気浄化装置12の上流側に排気の広範囲の空燃比に亘ってそれに比例したレベルの出力を得る空燃比センサ(LAF)26および排気温度Teを検出する排気温センサ27が設けられている。
【0021】
以上の回転数センサ21,水温センサ22,スロットルセンサ23,吸気圧センサ24,吸気温センサ25等の各種センサからの検出信号は、電子制御ユニットECU30に入力され、コンピュータにより処理されて、吸気弁7,排気弁8,点火プラグ9,燃料噴射弁10,スロットル弁11等の駆動制御に供される。
【0022】
本内燃機関1は、以上のような構成において火花点火運転と圧縮着火運転が可能であるとともに、4ストロークサイクル運転と2ストロークサイクル運転が可能であり、これらの組み合わせにより4ストロークサイクル火花点火運転モードと2ストロークサイクル圧縮着火運転モードと4ストロークサイクル圧縮着火運転モードの3つの運転モードをECU30により切り換え制御されるようになっている。
【0023】
ECU30による内燃機関1の運転モードの切り換え制御における制御系の概略ブロック図を図2に示す。
ECU30には、運転モード判定手段31と駆動制御手段32とを備える。
【0024】
運転モード判定手段31には前記回転数センサ21の検出した機関回転数Neと水温センサ22の検出した機関水温Twが入力され、機関回転数Neと機関水温Twに基づいて運転モードを判定する。
【0025】
駆動制御手段32は、運転モード判定手段31の判定結果に基づいて制御信号を内燃機関1の各機構に出力する。
すなわち吸気弁7と排気弁8の弁開閉を行う可動弁機構41、点火プラグ9の放電を行う点火機構42、燃料噴射弁10の弁開閉を行う燃料噴射機構43、スロットル弁11の駆動を行うスロットル弁駆動機構44が、制御信号により駆動制御される。
【0026】
運転モード判定手段31による運転モードの判定手順を図3に示すフローチャートに従って説明する。
まずステップ1で内燃機関1が始動後完爆したと判断できる所定回転数N1に機関回転数Neが達したか否かを判別する。
【0027】
機関回転数Neが所定回転数N1に至るまでのスタータクランキング状態では、ステップ3に飛んで4ストロークサイクル火花点火運転モードと判定する。
機関回転数Neが所定回転数N1を越え内燃機関1が完爆してアイドリング状態となると、ステップ2に進み、機関水温Twが所定水温T1を越えたか否かを判別する。
【0028】
内燃機関1が完爆後、暖機により機関水温Twが昇温して所定水温T1になるまでは、ステップ4に飛んで、2ストロークサイクル圧縮着火運転モードと判定する。
【0029】
そして機関水温Twが所定水温T1を越えると、ステップ2からステップ5に飛んで、4ストロークサイクル圧縮着火運転モードと判定する。
以上のように内燃機関1の運転状態に応じて運転モードが切り換え制御される。
【0030】
圧縮自己着火を起こさせるためには、燃焼室4内のガス温度を所定の温度以上に高める必要があり、一般的に吸気加熱や内部EGR(排気再循環)等が利用され、本実施の形態では内部EGRにより圧縮着火運転を行う。
【0031】
内燃機関1の始動時における燃焼室4内のガス温度が所定の温度より低い低負荷運転時には、ピストン3の上死点付近でも着火温度に達せず失火してしまうので、燃焼室4内のガス温度が所定の温度を越えて内燃機関1が完爆するまでは4ストロークサイクル火花点火運転モードとして点火機構42が駆動制御され点火プラグ9の放電により確実に点火するようにしている。
【0032】
なお、ここで4ストロークサイクル火花点火運転としているが、2ストロークサイクル火花点火運転としてもよい。
完爆した後は、内燃機関1は燃焼室4内のガス温度は圧縮着火が可能な状態となっており、2ストロークサイクル圧縮着火運転モードに切り換えられて運転される。
【0033】
2ストロークサイクル圧縮着火運転モードでは、可動弁機構41,燃料噴射機構43が制御されて図4に示すタイミングで吸気弁7,排気弁8が弁開閉し、燃料噴射弁10が燃料を噴射させる。
【0034】
すなわち図4を参照して2ストロークサイクル圧縮着火運転モードでは、通常膨張・排気行程半ばくらいから排気弁8を開き排気を開始し、その直後にはシリンダ圧力が下がるので吸気弁7を開く。
燃焼ガスが排気ポートへと流れ、かつピストン3が下降(膨張)しているので、吸気ポートから新気が流れ込んでくる。
【0035】
吸気・圧縮行程になってもその勢いが続き、新気が排気を押し出す(新気も一部排出される)。
吸気弁7および排気弁8を早く閉じることにより、ガス交換を途中で止めることになり、EGR量を増すことができ燃焼室内温度を上げ圧縮着火を容易にする。
【0036】
吸気弁7および排気弁8が閉じた辺りで、燃料噴射弁10が燃料を噴射する。
燃焼室4内は、燃料が噴射されEGRによりガス温度が上昇しているところに断熱圧縮により自己着火燃焼が起こる。
【0037】
2ストロークサイクルで運転を行う場合、熱の発生は機関の1回転に対して1回の燃焼によるもので冷却時間の割合が、4ストロークサイクルの運転に比べて小さく、その分熱の発生効率が高く、暖機に要する時間が短くてすむ。
【0038】
そしてこの急速な暖機により、排気浄化装置12のNOx吸着触媒(LNC)の活性化までの昇温が早まり、排気浄化を効果的に機能させることができる。
【0039】
また2ストロークサイクル運転は、1回転ごとの燃焼によりトルク変動が少なく失火の無い安定した運転が可能であり、仮に失火したとしても4ストロークサイクル運転に比べて次の燃焼までの時間が短いためリカバリーが可能で、失火による機関停止は少ない。
【0040】
このように2ストロークサイクル圧縮着火運転モードで暖機運転し、暖機が完了し安定走行運転領域に入る時期には、機関水温Twが上昇して所定水温T1を越え、4ストロークサイクル圧縮着火運転モードに切り換えられる。
【0041】
4ストロークサイクル圧縮着火運転モードでは、可動弁機構41,燃料噴射機構43が制御されて図5に示すタイミングで吸気弁7,排気弁8が弁開閉し、燃料噴射弁10が燃料を噴射させる。
【0042】
すなわちEGRを利用しない通常の火花点火運転では排気行程で排気弁を開いて燃焼したガスを全て排気するが、4ストロークサイクル圧縮着火運転モードでは、図5を参照して排気行程における排気弁8の閉タイミングまたは吸気行程における吸気弁7の開タイミングを変更して、燃焼したガスを全て排気せず一部燃焼室4内に閉じ込めることで、内部EGR量を制御して4ストロークサイクルの圧縮着火を行う。
【0043】
4ストロークサイクル圧縮着火運転モードにおいては、機関回転数に対する軸トルクの変化が滑らかで、広い運転域において安定的かつ良性能を得ることができる。
【0044】
始動後完爆までを火花点火運転モードとし、完爆後は2ストロークサイクルと4ストロークサイクルの圧縮着火運転モードとして、できるだけ広い運転領域で圧縮着火燃焼を実現することで、燃費の向上を図るとともに、窒素酸化物(NOx)の排出量の抑制を図ることができる。
【0045】
窒素酸化物の排出量の抑制は、前記暖機時間の短縮により排気浄化装置12を効果的に機能させることと合わせて、排気浄化を益々促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図2】同内燃機関の運転モードの切り換え制御における制御系の概略ブロック図である。
【図3】運転モードの判定手順を示すフローチャートである。
【図4】2ストロークサイクル圧縮着火運転モードにおけるバルブタイミングを示す説明図である。
【図5】4ストロークサイクル圧縮着火運転モードにおけるバルブタイミングを示す説明図である。
【符号の説明】
1…内燃機関、2…シリンダ、3…ピストン、4…燃焼室、5…吸気通路、6…排気通路、7…吸気弁、8…排気弁、9…点火プラグ、10…燃料噴射弁、11…スロットル弁、12…排気浄化装置、
21…回転数センサ、22…水温センサ、23…スロットルセンサ、24…吸気圧センサ、25…吸気温センサ、26…空燃比センサ(LAF)、27…排気温センサ、
30…ECU、31…運転モード判定手段、32…駆動制御手段、41…可動弁機構、42…点火機構、43…燃料噴射機構、44…スロットル弁駆動機構。
Claims (1)
- 火花点火運転モードと2ストロークサイクル圧縮着火運転モードと4ストロークサイクル圧縮着火運転モードのいずれの運転モードでも運転可能な内燃機関において、
該内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出した該内燃機関の運転状態に応じて前記3つの運転モードを切り換えて該内燃機関を運転制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、該内燃機関を、始動時に火花点火運転モードで制御し、始動後より機関水温の上昇が所定温度に至るまでは2ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御し、機関水温が前記所定温度を越えると4ストロークサイクル圧縮着火運転モードで制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003146026A JP2004346853A (ja) | 2003-05-23 | 2003-05-23 | 内燃機関の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003146026A JP2004346853A (ja) | 2003-05-23 | 2003-05-23 | 内燃機関の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004346853A true JP2004346853A (ja) | 2004-12-09 |
Family
ID=33533004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003146026A Pending JP2004346853A (ja) | 2003-05-23 | 2003-05-23 | 内燃機関の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004346853A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011085111A (ja) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Osaka Gas Co Ltd | エンジン及びエンジン発電装置 |
US11946427B2 (en) | 2022-04-28 | 2024-04-02 | Volvo Truck Corporation | Method for controlling the operation of an engine system |
-
2003
- 2003-05-23 JP JP2003146026A patent/JP2004346853A/ja active Pending
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JP2011085111A (ja) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Osaka Gas Co Ltd | エンジン及びエンジン発電装置 |
US11946427B2 (en) | 2022-04-28 | 2024-04-02 | Volvo Truck Corporation | Method for controlling the operation of an engine system |
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