JP2019039389A - 過給機付き圧縮自己着火式エンジン - Google Patents
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Abstract
Description
エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えている。シリンダブロック12の内部に複数のシリンダ11が形成されている。図1及び図2では、一つのシリンダ11のみを示す。エンジン1は、多気筒エンジンである。
図6は、温間時における、エンジン1の運転領域マップを例示している。エンジン1の運転領域マップ501、502は、負荷及び回転数によって定められており、負荷の高低及び回転数の高低に対し、五つの領域に分けられている。具体的に、五つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域(1)−1、低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域(1)−2、中負荷領域(1)−2よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域(2)、高負荷領域において中回転領域(2)よりも回転数の低い低回転領域(3)、及び、低負荷領域(1)−1、中負荷領域(1)−2、高負荷中回転領域(2)、及び、高負荷低回転領域(3)よりも回転数の高い高回転領域(4)である。ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域とすればよい。図6の例では、回転数N1未満を低回転、回転数N2以上を高回転、回転数N1以上N2未満を中回転としている。回転数N1は、例えば1200rpm程度、回転数N2は、例えば4000rpm程度としてもよい。尚、図6における二点鎖線は、エンジン1のロード−ロードライン(Road-Load Line)を示している。図6においては、理解容易のために、エンジン1の運転領域マップ501、502を二つに分けて描いている。マップ501は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、過給機44の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。マップ502は、各領域におけるスワールコントロール弁56の開度を示している。
エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転しているときに、エンジン1は、CI燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、低負荷領域(1)−1において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転しているときも、低負荷領域(1)−1と同様に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転しているときも、低負荷領域(1)−1及び中負荷領域(1)−2と同様に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
エンジン1の回転数が低いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が長くなる。燃焼室17に噴射した燃料の反応が進みすぎてしまって、SPCCI燃焼をしようとしても過早着火を招く恐れがある。そこで、エンジン1が高負荷中回転領域(3)において運転しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。
吸気行程中に燃料を噴射することにより(符号6051)、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間内に燃料を噴射することにより(符号6052)、点火直前に、燃焼室17内のガス流動を強くすることができる。燃料圧力は、30MPa以上の高い燃料圧力に設定される。燃料圧力を高くすることによって、燃料の噴射期間及び混合気の形成期間を、それぞれ短くすることができると共に、燃焼室17内のガス流動を、より強くすることができる。燃料圧力の上限値は、一例として、120MPaとしてもよい。
エンジン1の回転数が高いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、例えば高負荷領域における高回転領域においては、前述したように燃焼室17内において混合気の成層化をすることが困難になる。エンジン1の回転数が高くなると、前述したSPCCI燃焼を行うことが困難になる。
図6に示すように、過給機44は、低負荷低回転の所定の運転領域(つまり、S/C OFF領域)においては駆動せず、S/C OFF領域以外の運転領域(つまり、S/C ON領域)において駆動する。ECU10は、エンジン1がS/C ON領域において運転しているときには、電磁クラッチ45をオンするよう、制御信号を出力する。図10に実線の矢印で示すように、吸気は過給機44及びインタークーラー46を通過した後に、サージタンク42に流入する。ECU10はまた、エンジン1がS/C ON領域において運転しているときには、バイパス通路47のエアバイパス弁48の開度調整を行うよう、制御信号を出力する。エアバイパス弁48が開くと、図10に破線の矢印で示すように、ガスの一部はサージタンク42からバイパス通路47を通って、過給機44の上流に逆流する。これにより、吸気の過給圧が調整される。
図6に示す運転領域マップ501において、SPCCI燃焼を行う各領域においては、SPCCI燃焼を安定して行うために、燃焼室17の中を、適切な温度範囲に調整する必要がある。例えば外気温が高いときには、燃焼室17に導入される吸気の温度が高くなるから、燃焼室17の中の温度が高くなり過ぎて、自己着火のタイミングが早くなってしまう場合がある。また、エンジン1の温度が高くなり過ぎたときも、燃焼室17の中の温度が高くなり過ぎて、自己着火のタイミングが早くなってしまう場合がある。
次に、図15のフローチャートを参照しながら、ECU10が実行するエンジン1の運転制御について説明をする。このフローチャートは、燃焼室17の中の温度調整に関係する。
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン1に適用することに限定されない。エンジン1の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
10 ECU(制御部、温度推定部)
17 燃焼室
23 吸気電動S−VT(可変動弁機構)
40 吸気通路
44 過給機
45 電磁クラッチ(切替部)
46 インタークーラー
47 バイパス通路
48 エアバイパス弁(流量調整弁)
Claims (7)
- エンジンの燃焼室に接続された吸気通路と、
前記吸気通路に配設された過給機と、
前記過給機の駆動と非駆動とを切り替える切替部と、
前記吸気通路における前記過給機の下流に配設されたインタークーラーと、
前記吸気通路における前記過給機の上流と前記インタークーラーの下流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路に配設された流量制御弁と、
前記吸気通路の下流端と前記燃焼室との間に介設した吸気弁の開閉動作を変更するよう構成された可変動弁機構と、
前記切替部、前記流量制御弁及び前記可変動弁機構に接続されかつ、前記切替部、前記流量制御弁及び前記可変動弁機構に制御信号を出力する制御部と、
ピストンが圧縮上死点に至ったときの前記燃焼室内の温度である圧縮端温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記制御部は、前記切替部を通じて前記過給機を非駆動にして前記エンジンを運転するときには、前記流量制御弁を開弁し、前記エンジンは、前記燃焼室内の混合気が圧縮自己着火により燃焼し、
前記制御部はまた、前記過給機を非駆動にして前記エンジンが運転しているときに、前記温度推定部が推定した圧縮端温度に基づいて、前記圧縮端温度が、予め設定した許容温度を超えるときには、前記エンジンの有効圧縮比を、前記圧縮端温度が許容温度以下のときよりも下げるように、前記可変動弁機構を通じて前記吸気弁の閉時期を変更する過給機付き圧縮自己着火式エンジン。 - 請求項1に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記制御部は、前記エンジンの負荷が低いときに、前記過給機を非駆動にし、
前記可変動弁機構は、前記吸気弁のバルブタイミングの位相を変更する機構を含むと共に、前記エンジンの負荷が低いときには、前記吸気弁と排気弁との両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることによって、前記燃焼室内に導入するEGRガスを所定割合以上にし、
前記制御部はまた、前記過給機を非駆動にして前記エンジンが運転しているときに、前記圧縮端温度が前記許容温度を超えるときには、前記圧縮端温度が前記許容温度以下のときよりも、前記オーバーラップ期間が短くなりかつ、前記エンジンの有効圧縮比が下がるように、前記可変動弁機構を通じて前記吸気弁のバルブタイミングの位相を遅角する過給機付き圧縮自己着火式エンジン。 - 請求項1又は2に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記制御部は、前記圧縮端温度が前記許容温度を超えるときであって、外気温度が所定温度を超えるときには、前記切替部を通じて前記過給機を非駆動にすると共に、前記圧縮端温度が前記許容温度以下のときよりも、前記流量制御弁を閉じ、
前記制御部は、前記圧縮端温度が前記許容温度を超えるときであって、外気温度が前記所定温度以下のときには、前記エンジンの有効圧縮比を、前記圧縮端温度が前記許容温度以下のときよりも下げるように、前記可変動弁機構を通じて前記吸気弁の閉時期を変更する過給機付き圧縮自己着火式エンジン。 - 請求項3に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記制御部は、前記圧縮端温度が前記許容温度を超えるときであって、外気温度が前記所定温度よりも高い第2所定温度を超えるときには、前記切替部を通じて前記過給機を駆動すると共に、前記流量制御弁を開弁する過給機付き圧縮自己着火式エンジン。 - 請求項1又は2に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記制御部は、前記圧縮端温度が前記許容温度を超えるときであって、運転者が加速要求操作を行っていないときには、前記切替部を通じて前記過給機を非駆動にすると共に、前記圧縮端温度が前記許容温度以下のときよりも、前記流量制御弁を閉じ、
前記制御部は、前記圧縮端温度が前記許容温度を超えるときであって、運転者が加速要求操作を行っているときには、前記エンジンの有効圧縮比を、前記圧縮端温度が前記許容温度以下のときよりも下げるように、前記可変動弁機構を通じて前記吸気弁の閉時期を変更する過給機付き圧縮自己着火式エンジン。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記エンジンは、幾何学的圧縮比が13以上30以下である過給機付き圧縮自己着火式エンジン。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記燃焼室に供給される燃料は、少なくともガソリンを含む過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
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