JP2019085983A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1および図2は、本発明の制御装置が適用された圧縮着火式エンジン(以下、単にエンジンという)の好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された4サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30と、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路40と、排気通路40を流通する排気ガスの一部を吸気通路30に還流するEGR装置50を備えている。
図4は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるECU100は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
図5は、エンジンの回転速度/負荷に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって4つの運転領域A1〜A4に大別される。それぞれ第1運転領域A1、第2運転領域A2、第3運転領域A3、第4運転領域A4とすると、第1運転領域A1は、回転速度および負荷の双方が低い低速・低負荷の領域であり、第3運転領域A3は、回転速度が低くかつ負荷が高い低速・高負荷の領域であり、第4運転領域A4は、回転速度が高い高速領域であり、第2運転領域A2は、第1、第3、第4運転領域A1,A3,A4を除いた残余の領域(言い換えると低速・中負荷領域と中速領域とを合わせた領域)である。以下、各運転領域で選択される燃焼形態等について順に説明する。
低速・低負荷の第1運転領域A1では、SI燃焼とCI燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼(以下、これをSPCCI燃焼という)が実行される。SI燃焼とは、点火プラグ16を用いた火花点火により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことであり、CI燃焼とは、ピストン5の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらSI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室6内の混合気の一部をSI燃焼させ、当該SI燃焼の後に(SI燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により)燃焼室6内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「SPCCI」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
第2運転領域A2(低速・中負荷領域と中速領域とを合わせた領域)では、過給機33による過給を行いつつ混合気をSPCCI燃焼させる制御が実行される。具体的に、このような過給を伴ったSPCCI燃焼を実現するため、第2運転領域A2では、ECU100によってエンジンの各部が次のように制御される。
低速・高負荷の第3運転領域A3では、燃料の少なくとも一部を圧縮行程の後期に噴射しつつ混合気をSI燃焼させる制御が実行される。具体的に、このようなリタード噴射を伴うSI燃焼を実現するため、第3運転領域A3では、ECU100によってエンジンの各部が次のように制御される。
上記第1〜第3運転領域A1〜A3よりも高速側の第4運転領域A4では、比較的オーソドックスなSI燃焼が実行される。このSI燃焼の実現のために、第4運転領域A4では、ECU100によってエンジンの各部が次のように制御される。
上述したように、当実施形態では、SI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼が第1運転領域A1および第2運転領域A2において実行されるが、このSPCCI燃焼では、SI燃焼とCI燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要になる。
SI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼では、SI燃焼およびCI燃焼のそれぞれに起因したノッキングが起きる可能性があり、これらのノッキングはそれぞれ燃焼騒音が増大する原因となる。SI燃焼に起因したノッキングをSIノック、CI燃焼に起因したノッキングをCIノックとすると、SIノックとは、混合気がSI燃焼した領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火(正常なCI燃焼とは明確に異なる局所自着火)により急速燃焼する現象のことであり、CIノックとは、CI燃焼による圧力変動に起因してエンジンの主要部品(シリンダブロック/ヘッド、ピストン、クランクジャーナル部など)が共振する現象のことである。SIノックは、局所自着火により燃焼室6内で気柱振動が起きることにより、約6.3kHzの周波数をもった大きな騒音として出現する。一方、CIノックは、上記エンジンの主要部品の共振が起きることにより、約1〜4kHzの周波数(より厳密には当該範囲に含まれる複数の周波数)をもった大きな騒音として出現する。このように、SIノックとCIノックとは、異なる原因に起因した異なる周波数の騒音として出現するものであり、CIノック時の騒音の周波数の方が、SIノック時の騒音の周波数よりも低くなる。
以上説明したように、当実施形態では、SPCCI燃焼の実行中(つまり第1・第2運転領域A1,A2での運転時)に、筒内圧センサSN2による筒内圧力の検出値から特定される燃焼騒音指標値と、この燃焼騒音指標値の上限として予め定められた基準値W(より詳しくは基準値Wから余裕代yを差し引いた最終基準値Wx)とに基づいて、燃焼騒音指標値が基準値Wを超えないように点火時期を調整する等の制御が実行される。基準値Wは、車速またはエンジン負荷が高いほど大きい値に設定される。このような構成によれば、車室内の乗員が実際に感知する燃焼騒音を考慮して燃焼を適切に制御できるという利点がある。
上記実施形態では、エンジン負荷が一定の低負荷であるときの基準値W1を規定した第1の特性Q1と、エンジン負荷が一定の高負荷であるときの基準値W2を規定した第2の特性Q2とを有したマップM1を予め用意し、このマップM1に基づいて、各時点の運転条件に適合した燃焼騒音指標値の基準値Wを決定するようにしたが、例えば図17に示すように、車両に搭載された変速機のギヤ段(図例では1速〜6速)に対応した複数の独立した特性を、低負荷用と高負荷用とにそれぞれ用意してもよい。なお、図17のように前進6段の変速機を搭載した車両の場合、低負荷用の6つの特性と高負荷用の6つの特性とを合わせた合計12個の特性が用意されることになる。
2 気筒
15 インジェクタ
16 点火プラグ
100 ECU(燃焼制御部)
SN2 筒内圧センサ(検出部)
Q1 第1の特性
Q2 第2の特性
W (燃焼騒音指標値の)基準値
Claims (8)
- 気筒内の混合気の一部を火花点火によりSI燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される車載用の圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
前記気筒での燃焼により生じる騒音に関連するパラメータを検出する検出部と、
前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、前記検出部による検出値から特定される燃焼騒音指標値と、当該燃焼騒音指標値の上限として予め定められた基準値とに基づいて、前記気筒での燃焼を制御する燃焼制御部とを備え、
前記基準値は、車速が高いときは低いときに比べて大きい値に設定される、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記基準値は、エンジン負荷を一定にしたまま車速を変化させたときの前記基準値の変化率が、車速が所定値未満の低車速域では所定値以上の高車速域に比べて大きくなるように設定されている、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項2に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
エンジン負荷が一定の低負荷であるときの前記基準値を規定する第1の特性と、エンジン負荷が一定の高負荷であるときの前記基準値を規定する第2の特性とが予め用意され、
少なくとも前記第1の特性は、前記基準値の車速に対する変化率が前記低車速域では前記高車速域に比べて大きくなるように設定されている、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項3に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、現在のエンジン負荷が前記低負荷および前記高負荷のいずれにも該当しない場合には、前記第1および第2の特性に規定された基準値を用いた補間処理により、現在のエンジン負荷に適合する前記基準値を特定する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、目標とするCI燃焼の開始時期である目標θciを、前記燃焼騒音指標値が前記基準値を超えないような時期に決定し、決定した目標θciが実現されるように前記気筒での燃焼を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記検出部は、前記気筒内の圧力を前記パラメータとして検出する筒内圧センサである、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 気筒内の混合気の一部を火花点火によりSI燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される車載用の圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
前記気筒での燃焼により生じる騒音に関連するパラメータを検出する検出部と、
前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、前記検出部による検出値から特定される燃焼騒音指標値と、当該燃焼騒音指標値の上限として予め定められた基準値とに基づいて、前記気筒での燃焼を制御する燃焼制御部とを備え、
前記基準値は、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて大きい値に設定される、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 気筒内の混合気の一部を火花点火によりSI燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される車載用の圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
前記気筒での燃焼により生じる騒音に関連するパラメータを検出する検出部と、
前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、前記検出部による検出値から特定される燃焼騒音指標値と、当該燃焼騒音指標値の上限として予め定められた基準値とに基づいて、前記気筒での燃焼を制御する燃焼制御部とを備え、
前記基準値は、エンジン負荷が高いときは低いときに比べて大きい値に設定される、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
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