JP2010024960A - エンジンの運転モード切替制御装置及び運転モード切替制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転状態に応じて圧縮着火運転モード及び火花着火運転モードに切り替えるエンジンにおいて特に低負荷域で圧縮着火運転モードの運転域を拡大できるエンジンの運転モード切替制御装置及び運転モード切替制御方法を提供する。
【解決手段】運転状態に応じて火花着火運転モードと圧縮着火運転モードとを切り替えるエンジンの運転モード切替制御装置であって、低負荷運転中に火花着火運転モードから圧縮着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を弱め、圧縮着火運転モードから火花着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を強める筒内流動調整手段(S7,S8)を有する。
【選択図】図3
【解決手段】運転状態に応じて火花着火運転モードと圧縮着火運転モードとを切り替えるエンジンの運転モード切替制御装置であって、低負荷運転中に火花着火運転モードから圧縮着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を弱め、圧縮着火運転モードから火花着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を強める筒内流動調整手段(S7,S8)を有する。
【選択図】図3
Description
この発明は、運転状態に応じて火花着火運転モードと圧縮着火運転モードとを切り替えるエンジンの運転モード切替制御装置及び運転モード切替制御方法に関する。
所定の運転領域では予混合ガスを圧縮して自己着火させる圧縮着火(Homogeneous Charge Compression Ignition;以下「HCCI」と略す)の運転モードにし、それ以外の運転領域では点火プラグを使用する火花着火(Spark Ignition;以下「SI」と略す)の運転モードにするエンジンが研究されている。
HCCIモードで運転すると、燃費が向上し、また大気汚染物質(特に窒素酸化物NOx)の排出量も大幅に低減できるので、HCCIモードの運転領域を拡大することが望ましい。ところがHCCIモードで運転できる領域は狭く、運転状態に応じて適宜HCCIモード及びSIモードに切り替える必要がある。そして、たとえば特許文献1ではSIモードからHCCIモードに切り替えるときは、内部EGRを増量するとともに筒内ガスの流動を強めてから、運転モードを切り替えている。
特開2007−16685号公報
しかしながら、筒内ガスの流動を強めてから、SIモード→HCCIモードへ切り替えると、HCCIモードにおいて要求される筒内温度への到達が遅くなる。すると特に低負荷域でのHCCIモードの運転領域の拡大を妨げる要因になってしまうことが発明者によって知見された。
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、運転状態に応じてHCCIモード及びSIモードに切り替えるエンジンにおいて特に低負荷域でHCCIモードの運転域を拡大できるエンジンの運転モード切替制御装置及び運転モード切替制御方法を提供することを目的とする。
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
本発明は、運転状態に応じて火花着火運転モードと圧縮着火運転モードとを切り替えるエンジンの運転モード切替制御装置であって、低負荷運転中に火花着火運転モードから圧縮着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を弱め、圧縮着火運転モードから火花着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を強める筒内流動調整手段(ステップS7,S8)を有することを特徴とする。
本発明によれば、低負荷運転中に火花着火運転モードから圧縮着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を弱めるようにしたので、筒内ガスがシリンダ壁面から熱損失しにくくなり、圧縮着火運転モードで運転するときに要求される筒内温度へ迅速に到達でき、燃料の自着火性を確保できる。そのためスムーズに運転モードを切り替えることができる。また圧縮着火運転モードから火花着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を強めるので、火花着火運転モードで運転してもノックを生じることなくスムーズに運転モードを切り替えることができる。このように火花着火運転モード/圧縮着火運転モードでの運転モードをスムーズに切り替えることができ、低負荷域での圧縮着火運転領域を拡大できるのである。
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図1は、本発明によるエンジンの運転モード切替制御装置の基本構成図である。
エンジン10は、吸気弁11と、排気弁12と、燃料噴射弁13と、点火プラグ14と、筒内圧センサ15と、を備える。エンジン10の吸気通路21には、吸気スロットル31と、筒内流動制御弁32と、が設けられる。エンジン10の排気通路22には、排ガス浄化触媒40が設けられる。
吸気弁11は、吸気通路21を開閉しエンジン筒内への吸気の流れを調整する。吸気弁11は、可変動弁機構によって作動角及び作動中心を連続して調整可能である。なお可変動弁機構としては、たとえば特開2004−346825号公報や特開2007−315229号公報に開示されたVVEL(Variable Valve Event and Lift control)及びVTC(Valve Timing Control)を使用すればよい。
排気弁12は、排気通路22を開閉しエンジン筒内からの排気の流れを調整する。
燃料噴射弁13は、エンジン筒内に燃料を噴射する。
点火プラグ14は、SIモードで運転中に混合気に火花着火する。
筒内圧センサ15は、エンジン筒内の圧力を検出する。この検出圧の圧力波形に基づいて図示平均有効圧が算出される。
吸気スロットル31は、コントローラの信号に応じて開度を調整して吸気量を制御する。
筒内流動制御弁32は、エンジン筒内の流動の強さを調整する。筒内流動制御弁32は、たとえば筒内のスワール流の強さを調整するスワール制御弁である。または筒内流動制御弁32は、たとえば筒内のタンブル流の強さを調整するタンブル制御弁である。
図2は、HCCIモードとSIモードとを切り替えるエンジンの運転領域を説明する図である。
運転条件によってHCCIモードとSIモードとを切り替えるエンジンが研究されている。本件発明者らが研究中のエンジンは、図2に示すように低回転低負荷の所定領域(HCCI運転ゾーン)でHCCIモードで運転し、それ以外のSI運転ゾーンではSIモードで運転する。HCCIモードでは、極めてリーンな空燃比(たとえば25〜40程度)で運転するので、燃費が向上するとともに、大気汚染物質(特に窒素酸化物NOx)の排出量も大幅に低減できる。そのためHCCIモードの運転領域を拡大することが望ましい。
そこで本実施形態では、低負荷域での切り替えを以下のようにすることでHCCIモードの運転領域を拡大するようにした。
図3は本発明によるエンジンの運転モード切替制御装置の制御ロジックのメインルーチンを示すフローチャートである。なおコントローラはエンジン運転中に以下の処理を微小時間(たとえば10ミリ秒)ごとに繰り返し実行する。
ステップS1においてコントローラは、エンジンの運転状態を検出する。
ステップS2においてコントローラは、エンジンの運転状態が低負荷運転であるか否かを判定する。低負荷運転であればステップS3へ処理を移行し、そうでなければ一旦処理を抜ける。
ステップS3においてコントローラは、エンジンの運転状態がSI運転ゾーンであるか否かを判定する。具体的には図2に示したマップに基づき判定する。SI運転ゾーンであればステップS4へ処理を移行し、そうでなければステップS5へ処理を移行する。
ステップS4においてコントローラは、SIモードで運転する。具体的な内容は後述する。
ステップS5においてコントローラは、エンジンの運転状態が切替ゾーンであるか否かを判定する。具体的には図2に示したマップに基づき判定する。切替ゾーンであればステップS6へ処理を移行し、そうでなければステップS9へ処理を移行する。
ステップS6においてコントローラは、1サイクル前がSIモードで運転していたか否かを判定する。SIモードで運転していたらステップS7へ処理を移行し、そうでなければステップS8へ処理を移行する。
ステップS7においてコントローラは、切替ゾーンSIモードで運転する。具体的な内容は後述する。
ステップS8においてコントローラは、切替ゾーンHCCIモードで運転する。具体的な内容は後述する。
ステップS9においてコントローラは、HCCIモードで運転する。具体的な内容は後述する。
図4は本発明によるエンジンの運転モード切替制御装置のSIモード運転ロジックのサブルーチンを示すフローチャートである。
ステップS41においてコントローラは、EGR量としてEGR_SIを設定する。なおこのEGR_SIは、SIモードで運転するときに好適なEGR量であり、あらかじめ実験を通じて設定されている。
ステップS42においてコントローラは、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを強にする。
ステップS43においてコントローラは、SIモードで運転する。
図5は本発明によるエンジンの運転モード切替制御装置の切替ゾーンSIモード運転ロジックのサブルーチンを示すフローチャートである。
ステップS71においてコントローラは、運転状態に応じたEGR量になるように吸気弁11のバルブタイミングを設定する。具体的には図8(A)→図8(B)に示すように、吸気弁の閉弁タイミング(IVC)を維持したまま開弁タイミング(IVO)を進角すれば、既燃ガスが吸気ポートへ吹き戻され、内部EGRが増加する。このように吸気弁の開閉タイミングを調整することでEGR量を調整できる。そこで本ステップでは、吸気弁の開閉タイミングとEGR量との相関をあらかじめマップ化しておき、そのマップに基づいて要求EGR量に応じた吸気弁の開閉タイミングを設定する。
ステップS72においてコントローラは、設定したEGR量が基準値EGR1よりも大きいか否かを判定する。大きくなるまではステップS73に処理を移行し、大きくなったらステップS74へ処理を移行する。
ステップS73においてコントローラは、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを強にする。
ステップS74においてコントローラは、設定したEGR量が基準値EGR2よりも大きいか否かを判定する。大きくなるまではステップS75に処理を移行し、大きくなったらステップS76へ処理を移行する。
ステップS75においてコントローラは、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを中にする。
ステップS76においてコントローラは、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを弱にする。
ステップS77においてコントローラは、SIモードで運転する。
図6は本発明によるエンジンの運転モード切替制御装置の切替ゾーンHCCIモード運転ロジックのサブルーチンを示すフローチャートである。
ステップS81においてコントローラは、運転状態に応じたEGR量になるように排気弁12のバルブタイミングを設定する。
ステップS82においてコントローラは、設定したEGR量が基準値EGR3よりも小さいか否かを判定する。小さくなるまではステップS83に処理を移行し、小さくなったらステップS84へ処理を移行する。
ステップS83においてコントローラは、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを弱にする。
ステップS84においてコントローラは、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを強にする。
ステップS85においてコントローラは、HCCIモードで運転する。
図7は本発明によるエンジンの運転モード切替制御装置のHCCIモード運転ロジックのサブルーチンを示すフローチャートである。
ステップS91においてコントローラは、EGR量としてEGR_CIを設定する。なおこのEGR_CIは、HCCIモード運転で運転するときに好適なEGR量であり、あらかじめ実験を通じて設定されている。
ステップS92においてコントローラは、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを弱にする。
ステップS93においてコントローラは、HCCIモードで運転する。
図9は、低負荷域内で負荷が変動したときの本発明の動作を説明する図である。
なお以下ではフローチャートとの対応が分かりやすくするために、フローチャートのステップ番号にSを付して記載する。
低負荷域であって負荷が基準値T1よりも小さいときは、コントローラは、ステップS1→S2→S3→S4→S41→S42→S43と処理を進めて、EGR量をEGR_SIにし(図9(C))、筒内ガスの流動レベルを強にして(図9(D))、SIモードで運転する。
低負荷域であって負荷が基準値T1よりも大きくなったら、運転状態に応じてEGR量を設定する(図9(C))。そしてEGR量が基準値EGR1よりも大きくなるまでは、コントローラは、ステップS1→S2→S3→S5→S6→S7→S71→S72→S73→S77と処理を進め、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを強にし(図9(D))、SIモードで運転する。
EGR量が基準値EGR1を越えたら、コントローラは、ステップS1→S2→S3→S5→S6→S7→S71→S72→S74→S75→S77と処理を進め、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを中にし(図9(D))、SIモードで運転する。
さらにEGR量が基準値EGR2を越えたら、コントローラは、ステップS1→S2→S3→S5→S6→S7→S71→S72→S74→S76→S77と処理を進め、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを弱にし(図9(D))、SIモードで運転する。
そして低負荷域であって負荷が基準値T2よりも大きくなったら、コントローラは、ステップS1→S2→S3→S5→S9→S91→S92→S93と処理を進めて、EGR量をEGR_CIにし(図9(C))、筒内ガスの流動レベルを弱にし(図9(D))、HCCIモードで運転する。
再び負荷が小さくなり基準値T2よりも小さくなったら、運転状態に応じてEGR量を設定する(図9(C))。そしてEGR量が基準値EGR3を下回るまでは、コントローラは、ステップS1→S2→S3→S5→S6→S8→S81→S82→S83→S85と処理を進めて、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを弱にし(図9(D))、HCCIモードで運転する。
EGR量が基準値EGR3を下回ったら、コントローラは、ステップS1→S2→S3→S5→S6→S8→S81→S82→S84→S85と処理を進め、筒内流動制御弁32の開度を制御して筒内ガスの流動レベルを強にし(図9(D))、HCCIモードで運転する。
さらに負荷が小さくなり基準値T1を下回ったら、コントローラは、ステップS1→S2→S3→S4→S41→S42→S43と処理を進めて、EGR量をEGR_SIにし(図9(C))、筒内ガスの流動レベルを強にして(図9(D))、SIモードで運転する。
このように本実施形態では、低負荷状態でSIモードからHCCIモードへ運転を切り替えるときには、負荷が大きくなるにつれてEGR量を多くするとともに筒内ガスの流動レベルを弱めてからHCCIモードへ切り替えるようにした。
EGRガスは高温なので、EGR量が増えるほど筒内温度が高まる。また筒内ガスの流動が強いと、筒内ガスがシリンダ壁面から熱損失しやすくなり筒内ガスの熱が奪われやすくなるが、本実施形態では筒内ガスの流動レベルを弱めるようにしたので、筒内ガスの熱が奪われにくい。そのため図9(B)に示されているように、負荷が大きくなるにつれて筒内温度も大きくなる。このようにして筒内温度を十分に高めてからSIモード→HCCIモードへ切り替えるので、HCCIモードで運転するときの燃料の自着火性を確保できる。そのためSIモードからHCCIモードへスムーズに運転モードを切り替えることができる。
また低負荷状態でHCCIモードからSIモードへ運転を切り替えるときには、負荷が小さくなるにつれてEGR量を少なくするとともに、所定負荷のときのEGR量を境界にして筒内ガスの流動レベルを一気に強めるようにした。HCCIモードで運転していると筒内ガスが高温化しやすい。筒内ガスが高温の状態でSIモードに切り替えると筒内温度が高すぎてノックを生じやすくなる。ところが本実施形態では、筒内ガスの流動を一気に強めることで、筒内温度が下がりその後HCCIモードからSIモードへ切り替えるので、SIモードで運転してもノックを生じることなくスムーズに運転モードを切り替えることができる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
たとえば上記では、VVEL及びVTCを使用して吸気弁の開弁タイミング(IVO)を変更することで、内部EGR量を調整するようにしたが、吸気弁及び排気弁の両方にVTCを使用し、吸排気弁の開閉タイミングを変更することで、内部EGR量を調整してもよい。
また吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを調整する機構としては、上述の機構に限らない。特開2004−257331号公報のように電動アクチュエータを使用するもの、特開2000−45733号公報のように電磁コイルを使用するもの、カムシャフトにハイカム/ローカムの2種類のカム駒を設けたVVL(Variable Valve Lift and timing)、その他いずれの公知のものを用いてもよい。
さらに上記では、SIモードからHCCIモードへ運転を切り替えるときに、筒内流動レベルを3段階で調整する場合を例示して説明したが、さらに多段階で調整してもよい。
さらにまた上記ではEGR量に応じて筒内流動を切り替える場合を例示して説明したが、SIモード及びHCCIモードの運転切替時には図9(A)にも示されているように空燃比(A/F)も調整される。そこで空燃比(A/F)に応じて筒内流動を切り替えてもよい。
また運転切替時のトルク段差を低減するために、あわせて点火時期を制御してもよい。
10 エンジン
11 吸気弁
12 排気弁
13 燃料噴射弁
14 点火プラグ
ステップS7,S8 筒内流動調整手段/筒内流動調整工程
ステップS71,S81 筒内ガス組成調整手段/筒内ガス組成調整工程
11 吸気弁
12 排気弁
13 燃料噴射弁
14 点火プラグ
ステップS7,S8 筒内流動調整手段/筒内流動調整工程
ステップS71,S81 筒内ガス組成調整手段/筒内ガス組成調整工程
Claims (7)
- 運転状態に応じて火花着火運転モードと圧縮着火運転モードとを切り替えるエンジンの運転モード切替制御装置であって、
低負荷運転中に火花着火運転モードから圧縮着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を弱め、圧縮着火運転モードから火花着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を強める筒内流動調整手段を有する、
ことを特徴とするエンジンの運転モード切替制御装置。 - 前記筒内流動調整手段で筒内流動の強さを調整してから運転モードを切り替える運転モード切替手段を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの運転モード切替制御装置。 - 低負荷運転中に火花着火運転モードから圧縮着火運転モードに切り替えるときにエンジンの運転状態に応じて筒内ガスの組成成分を調整する火花圧縮切り替え筒内ガス組成調整手段を備え、
前記筒内流動調整手段は、低負荷運転中に火花着火運転モードから圧縮着火運転モードに切り替えるときは、筒内ガスの組成成分に応じて筒内流動の強さを調整する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンジンの運転モード切替制御装置。 - 低負荷運転中に圧縮着火運転モードから火花着火運転モードに切り替えるときにエンジンの運転状態に応じて筒内ガスの組成成分を調整する圧縮火花切り替え筒内ガス組成調整手段を備え、
前記筒内流動調整手段は、低負荷運転中に圧縮着火運転モードから火花着火運転モードに切り替えるときは、筒内ガスの組成成分量が基準量を下回ったら筒内流動を一気に強める、
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のエンジンの運転モード切替制御装置。 - 前記筒内ガス組成成分は、EGRガスである、
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のエンジンの運転モード切替制御装置。 - 前記筒内ガス組成成分は、筒内ガスの空燃比である、
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のエンジンの運転モード切替制御装置。 - 運転状態に応じて火花着火運転モードと圧縮着火運転モードとを切り替えるエンジンの運転モード切替制御方法であって、
低負荷運転中に火花着火運転モードから圧縮着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を弱め、圧縮着火運転モードから火花着火運転モードに切り替えるときは筒内流動を強める筒内流動調整工程を有する、
ことを特徴とするエンジンの運転モード切替制御方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008187289A JP2010024960A (ja) | 2008-07-18 | 2008-07-18 | エンジンの運転モード切替制御装置及び運転モード切替制御方法 |
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Country Status (1)
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JP (1) | JP2010024960A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011111383A1 (ja) * | 2010-03-11 | 2011-09-15 | 日野自動車株式会社 | 排気浄化装置 |
JP2013056619A (ja) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Mazda Motor Corp | ハイブリッド自動車 |
JP2013056620A (ja) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Mazda Motor Corp | ハイブリッド自動車 |
-
2008
- 2008-07-18 JP JP2008187289A patent/JP2010024960A/ja active Pending
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WO2011111383A1 (ja) * | 2010-03-11 | 2011-09-15 | 日野自動車株式会社 | 排気浄化装置 |
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