JP2010001842A - 内燃機関の混合気温度推定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃焼室内において混合気(燃料噴霧及び燃料噴霧と混ざり合った筒内ガス)が球形状をもって滞留するとの仮定のもと、滞留中において混合気が燃焼室構成部材(吸気弁Vin、ピストンPI等)に接触する面積が算出され、この面積に基づいて、燃焼室構成部材が混合気から受ける熱伝達の量が算出される。滞留する混合気の周辺に存在する周辺筒内ガスが燃焼室構成部材に接触する面積が算出され、この面積に基づいて、燃焼室構成部材が周辺筒内ガスから受ける熱伝達の量が算出される。これら2つの熱伝達量に基づいて、燃焼室構成部材の温度が算出される。
【選択図】 図2
Description
図2(a)は、内燃機関10の燃焼室を模式的に示した主要断面図である。図2(a)に示したように、本例では、燃焼室は、吸気弁Vinの底壁面、及びピストンPIの頂面、並びに、図示しないシリンダヘッド内壁面、図示しない円筒状のシリンダ内壁面、図示しない排気弁の底壁面により画定されている。ピストンPIの頂面には、シリンダの軸心と同軸的に、曲面からなる側壁及び底壁から構成される回転対称形の凹部(以下、「キャビティ」と称呼する。)が形成されている。
以下、上記(2)式のQ1v、及び上記(4)式のQ1pの算出について詳述する。内燃機関10では、燃料噴射弁INJは、その軸心がシリンダの軸心と一致するように図示しないシリンダヘッドに固定配置されている。その先端には、噴射される燃料が、図2(a)(b)に示すように、互いに均等な角度をもって8方向に、シリンダの軸心を中心軸とした仮想円錐状に、且つ、キャビティの側壁と底壁の境界近傍に向けて拡散していくように、8個の噴孔が設けられている。
先ず、上記(2)式のQ1vの算出方法から説明する。Q1vは、下記(9)式に従って算出される。
次に、上記(4)式のQ1pの算出方法から説明する。Q1pは、上述のQ1v(上記(9)式を参照)と同様、下記(19)式に従って算出される。
次に、上記(9)式、(19)式にて使用される混合気代表温度Tfの算出について図8を参照しながら説明する。図8は、クランク角度に対する、燃焼室内のガス(筒内ガス)の温度Tc及び燃焼室内の容積(筒内ガス容積)Vcの推移の一例を示している。図8において、実線は、燃焼に寄与するガス(混合気)の温度の推移を示し、破線は、燃焼に寄与しないガス(周辺筒内ガス)の温度の推移を示している。
次に、上記(9)式、(19)式にて使用される周辺筒内ガス代表温度Tgの算出について図8を参照しながら説明する。本例では、Tgとして、Tfと同様、クランク角度CA1かクランク角度CA7までの範囲内における、燃焼に寄与しないガス(周辺筒内ガス)の温度の平均値が採用される。即ち、図8において微細なドットで示した領域の面積をS2とすると、Tgは、下記(32)式に従って算出される。
次に、本例における圧縮開始時筒内ガス温度Tc0の推定方法について図9を参照しながら説明する。図9に示すように、インテークマニホールド内の吸気の温度(マニホールド内吸気温度)をTin1とすると、Tin1は、吸気温センサ72から取得できる。
以下、図10〜図12にフローチャートで示したルーチンを参照しながら、上述のように算出される吸気弁温度Tv、ピストン温度Tp、並びに圧縮開始時筒内ガス温度Tc0を用いて噴射時期補正量を算出する手法について説明する。
Claims (6)
- 内燃機関の燃焼室に噴射された燃料、及び前記燃焼室内に吸入されている筒内ガスの一部分であって燃料と混ざり合う部分からなる混合気の温度を算出する混合気温度算出手段と、
前記噴射された燃料と混ざり合わずに前記混合気の周辺に存在する前記筒内ガスの残りの部分である周辺筒内ガスの温度を算出する周辺筒内ガス温度算出手段と、
前記混合気が前記燃焼室内にて球形状をもって滞留するとの仮定のもと、前記滞留中において前記混合気が前記燃焼室の内壁の一部を構成する燃焼室構成部材に接触する面積である混合気接触面積を算出する混合気接触面積算出手段と、
前記燃焼室構成部材が構成する前記燃焼室の内壁の一部の全面積から前記混合気接触面積を除いて得られる、前記周辺筒内ガスが前記燃焼室構成部材に接触する面積である周辺筒内ガス接触面積を算出する周辺筒内ガス接触面積算出手段と、
前記混合気接触面積と、前記混合気の温度と、前記燃焼室構成部材の温度とに基づいて、前記混合気と前記燃焼室構成部材との間で行われる熱伝達の量である混合気熱伝達量を算出する混合気熱伝達量算出手段と、
前記周辺筒内ガス接触面積と、前記周辺筒内ガスの温度と、前記燃焼室構成部材の温度とに基づいて、前記周辺筒内ガスと前記燃焼室構成部材との間で行われる熱伝達の量である周辺筒内ガス熱伝達量を算出する周辺筒内ガス熱伝達量算出手段と、
前記混合気熱伝達量と、前記周辺筒内ガス熱伝達量とに基づいて、前記燃焼室構成部材の温度を算出する部材温度算出手段と、
を備えた、内燃機関の燃焼室構成部材の温度推定装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の燃焼室構成部材の温度推定装置において、
前記燃焼室構成部材は、前記内燃機関の吸気弁であり、
前記混合気接触面積算出手段は、
前記噴射された燃料の量と、前記混合気の温度と、前記混合気の圧力とに基づいて、前記滞留中における球形状の前記混合気の直径を算出する直径算出手段と、
ピストンの頂部に形成された凹形状のキャビティの底壁面と、前記吸気弁における前記燃焼室の内壁の一部を構成する部分と、の間の距離を算出する距離算出手段と、
を備え、
前記混合気が前記キャビティの底壁及び側壁近傍にて球形状をもって滞留するとの仮定のもと、
前記混合気の直径が前記距離以下の場合、前記混合気接触面積をゼロに算出し、
前記混合気の直径が前記距離よりも大きい場合、前記混合気接触面積を、前記混合気の直径が前記距離に対して大きい量に基づいて算出するように構成された内燃機関の燃焼室構成部材の温度推定装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の燃焼室構成部材の温度推定装置において、
前記燃焼室構成部材は、頂部に凹形状のキャビティが形成された前記内燃機関のピストンであり、
前記混合気接触面積算出手段は、
前記噴射された燃料の量と、前記混合気の温度と、前記混合気の圧力とに基づいて、前記滞留中における球形状の前記混合気の直径を算出する直径算出手段を備え、
前記混合気が前記キャビティの底壁及び側壁近傍にて球形状をもって滞留するとの仮定のもと、
前記混合気の直径が前記キャビティの深さ以下の場合、前記混合気接触面積を前記混合気の全表面積の半分に算出し、
前記混合気の直径が前記キャビティの深さよりも大きい場合、前記混合気接触面積を、前記混合気の直径が前記キャビティの深さに対して大きい量に基づいて算出するように構成された内燃機関の燃焼室構成部材の温度推定装置。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼室構成部材の温度推定装置であって、
前記内燃機関の吸気弁の周囲を通過する前の吸気の温度である吸気弁通過前吸気温度を算出する吸気温度算出手段を備え、
前記部材温度算出手段は、
前記吸気弁通過前吸気温度と前記燃焼室構成部材の温度とに基づいて、前記吸気弁の周囲を通過した吸気と前記燃焼室構成部材との間で行われる熱伝達の量を算出し、前記熱伝達量にも基づいて、前記燃焼室構成部材の温度を算出するように構成された内燃機関の燃焼室構成部材の温度推定装置。 - 内燃機関の吸気弁の周囲を通過する前の吸気の温度である吸気弁通過前吸気温度を算出する吸気温度算出手段と、
前記吸気弁通過前吸気温度と、請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼室構成部材の温度推定装置により推定された前記燃焼室構成部材の温度と、に基づいて、前記吸気弁の周囲を通過した吸気と前記燃焼室構成部材との間で行われる熱伝達の量を算出し、前記熱伝達量に基づいて、前記燃焼室内に吸入されている筒内ガスの圧縮行程開始時点での温度を算出する圧縮開始時筒内ガス温度算出手段と、
を備えた、内燃機関の筒内ガス温度推定装置。 - 請求項5に記載の内燃機関の筒内ガス温度推定装置において、
前記圧縮開始時筒内ガス温度算出手段は、
吸気が前記燃焼室に吸入される前に既に前記燃焼室内に残留している残留ガスのエネルギーを算出し、前記残留ガスのエネルギーにも基づいて、前記筒内ガスの圧縮行程開始時点での温度を算出するように構成された内燃機関の筒内ガス温度推定装置。
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