JP2019183791A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】主燃焼室内におけるジェット火炎の到達距離を適切に制御する。【解決手段】主燃焼室(2)の頂面に、連通孔を介して主燃焼室(2)内に連通した副室が形成されており、連通孔から主燃焼室(2)内にジェット火炎が噴出される。主燃焼室(2)内におけるスワール流の強さを制御するスワール制御装置を具備しており、主燃焼室(2)の温度が高いときには低いときに比べてスワール流が強められる。【選択図】図3
Description
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
主燃焼室の頂面に、連通孔を介して主燃焼室内に連通した副室が形成されており、副室内に点火栓と燃料噴射弁とが配置されており、副室の連通孔から主燃焼室内に噴出するジェット火炎によって、主燃焼室内の混合気が燃焼せしめられる内燃機関が公知である(例えば特許文献1を参照)。この内燃機関では、副室の連通孔から主燃焼室内にジェット火炎が噴出せしめられているときに、主燃焼室内にスワールが発生せしめられる。
ところでこのように、副室の連通孔から主燃焼室内にジェット火炎が噴出せしめられる場合、ジェット火炎の到達距離が大きいと、主燃焼室温度が高いときには、ジェット火炎により主燃焼室内壁面近傍における温度及び流速が著しく高くなるために、冷却損出が増大する。これに対し、冷却損出を小さくするために、ジェット火炎の到達距離を小さくすると、主燃焼室温度が低いときには、主燃焼室内壁面近傍における温度が低くなるために、未燃HCが発生し、未燃損出が増大してしまう。従って、機関の運転状態に応じてジェット火炎の到達距離を制御する必要がある。しかしながら、上述の内燃機関では、このようなジェット火炎の到達距離の制御に対して、何ら考慮が払われていない。
本発明によれば、主燃焼室頂面に、連通孔を介して主燃焼室内に連通した副室が形成されており、連通孔から主燃焼室にジェット火炎が噴出する内燃機関の制御装置において、主燃焼室内におけるスワール流の強さを制御するスワール制御装置を具備しており、主燃焼室の温度が高いときには低いときに比べてスワール流が強められる内燃機関の制御装置が提供される。
スワール流が強められると、スワール流によりジェット火炎の進行が妨げられるので、ジェット火炎の到達距離が短くなる。従って、スワール流の強さを制御することにより、ジェット火炎の到達距離を制御することができる。本発明では、主燃焼室の温度に応じてスワール流の強さを制御することにより、ジェット火炎の到達距離が、主燃焼室の温度に応じた最適な到達距離に制御される。
図1にガソリンを燃料とする内燃機関の全体図を示す。図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の主燃焼室、3は各気筒に対して夫々設けられた主燃料噴射弁、4はサージタンク、5は吸気枝管、6は排気マニホルドを夫々示す。サージタンク4は吸気ダクト7を介して排気ターボチャージャ8のコンプレッサ8aの出口に連結され、コンプレッサ8aの入口は吸入空気量検出器9を介してエアクリーナ10に連結される。吸気ダクト7内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁11が配置され、吸気ダクト7周りには吸気ダクト7内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ12が配置される。
一方、排気マニホルド6は排気ターボチャージャ8の排気タービン8bの入口に連結され、排気タービン8bの出口は排気管13を介して排気浄化用触媒コンバータ14に連結される。排気マニホルド5とサージタンク4とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路15を介して互いに連結され、EGR通路15内にはEGR制御弁16が配置される。各主燃料噴射弁3は燃料分配管17に連結され、この燃料分配管17は燃料ポンプ18を介して燃料タンク19に連結される。
電子制御ユニット20はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス21によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)22、RAM(ランダムアクセスメモリ)23、CPU(マイクロプロセッサ)24、入力ポート25および出力ポート26を具備する。図1に示されるように、機関本体1には、機関冷却水温を検出するための水温センサ57が取り付けられており、吸入空気量検出器9および水温センサ57の出力信号は対応するAD変換器27を介して入力ポート25に入力される。また、アクセルペダル30にはアクセルペダル30の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ31が接続され、負荷センサ31の出力電圧は対応するAD変換器27を介して入力ポート25に入力される。更に入力ポート25にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ32が接続される。一方、出力ポート26は対応する駆動回路28を介して主燃料噴射弁3、スロットル弁11の駆動用アクチュエータ、EGR制御弁16、および燃料ポンプ18に接続される。
図2は燃焼室2の頂面の底面図を示しており、図3は図2のA―A線に沿ってみた機関本体1の側面断面図を示している。なお、図2および図3において、41はシリンダブロック、42はシリンダブロック41上に取り付けされたシリンダヘッド、43はシリンダブロック41内で往復動するピストン、44は一対の吸気弁、45は吸気ポート、46は一対の排気弁、47は排気ポートを夫々示す。図2および図3に示されるように、吸気ポート45は、一対の吸気弁44に対して共通の通路部分45aと、この共通の通路部分45aから各吸気弁44に向けて分岐した分岐通路部分45bから形成されており、吸気ポート45の一方の分岐通路部分45b内にスワール制御弁48が配置されている。
図2および図3に示されるように、このスワール制御弁48の弁軸48aは、シリンダヘッド42内において回動可能に支承されており、スワール制御弁48の開度は、弁軸48aに連結されたアクチュエータ49により、電子制御ユニット20の出力信号に基づいて制御される。なお、図3に示されるように、主燃料噴射弁3は吸気ポート45の共通の通路部分45a内に配置されている。
一方、図2から図5を参照すると、主燃焼室2の頂面中央部には、副室ケーシング50が取付けられている。図2から図5に示す例では、この副室ケーシング50は、両端が閉鎖された薄肉の中空円筒状をなしており、副室ケーシング50の中心軸線がシリンダの中心軸線方向に延びるように主燃焼室2の頂面に取付けられている。また、図2から図5に示す例では、副室ケーシング50の上方部はシリンダヘッド42内に位置しており、副室ケーシング50の下方部のみが主燃焼室2内に露呈している。この副室ケーシング50内には副室51が形成されており、副室ケーシング50には、副室51の主燃焼室2側の端部周辺部から主燃焼室2の周辺部に向けて放射状に延びる複数の連通孔52が形成されている。
この場合、本発明の実施例では、図5に示されるように、各連通孔52は、副室ケーシング50の中心軸線に関し、等角度間隔で、副室ケーシング50の中心軸線から放射状に延びるように形成されている。また、本発明の実施例では、図4に示されるように、各連通孔52は主燃焼室2の周辺部に向けてやや下向きに延びている。一方、本発明の実施例では、副室51の頂面に、点火栓53が配置されている。この点火栓53は、対応する駆動回路28を介して出力ポート26に連結される。なお、図3および図4に示されるように、副室51内に副燃料噴射弁54を配置することもできる。この場合には、副燃料噴射弁53は、図1に示されるように、燃料分配管55に連結され、この燃料分配管55は燃料ポンプ56を介して燃料タンク19に連結される。
図1から図5に示される内燃機関では、基本的には、主燃料噴射弁3からのみ燃料を噴射することによって、副室51内および主燃焼室2内での燃焼が行われる。即ち、吸気弁44か開弁すると、主燃料噴射弁3から噴射された燃料が吸入空気と共に主燃焼室2内に供給され、それによって主燃焼室2内には混合気が形成される。次いで圧縮行程が開始されると、主燃焼室2内の混合気が全連通孔52から副室51内に流入する。次いで圧縮行程末期になると、点火栓53により副室51内の混合気が着火され、それにより副室51の各連通孔52から主燃焼室2内に向けてジェット火炎が噴出する。主燃焼室2内の混合気は、これらのジェット火炎により燃焼せしめられる。
ところで、スワール制御弁48が全開していると、吸入空気は、吸気弁44が開弁したときに、両方の吸気弁44から主燃焼室2内に供給される。このときには、主燃焼室2内にスワール流は発生しない。図6Aは、このようにスワール流が発生していないときに、副室51の各連通孔52から主燃焼室2内にジェット火炎Fが噴出した場合を示している。この場合には、図6Aに示されるように、各ジェット火炎Fは主燃焼室2の内壁面まで到達する。
これに対し、スワール制御弁48が全閉せしめられると、吸入空気は、吸気弁44が開弁したときに、片方の吸気弁44のみから主燃焼室2内に供給される。このとき、主燃焼室2内にはスワール流が発生する。図6Bは、このようにスワール流Wが発生しているときに、副室51の各連通孔52から主燃焼室2内にジェット火炎Fが噴出した場合を示している。この場合には、ジェット火炎Fの進行がスワール流Wによって妨げられ、その結果、各ジェット火炎Fは主燃焼室2の内壁面まで到達しなくなる。即ち、ジェット火炎Fの到達距離が短くなる。
この場合、ジェット火炎Fの到達距離は、スワール流Wが強くなるほど、短くなることがわかる。従って、ジェット火炎Fの到達距離は、スワール流Wの強さを制御することによって制御できることになる。ところで、副室51の連通孔52から主燃焼室2内にジェット火炎Fが噴出せしめられる場合、図6Aに示されるように、ジェット火炎Fの到達距離が大きいと、ジェット火炎Fにより主燃焼室2の内壁面近傍における温度及び流速が高くなる。このとき、主燃焼室2の温度が高い場合には、主燃焼室2の内壁面近傍における温度及び流速が著しく高くなり、その結果、冷却損出が大巾に増大してしまう。
従って、主燃焼室2の温度が高い場合には、図6Bに示されるように、ジェット火炎Fの到達距離を小さくする必要があり、そのためには、スワール流Wを強くする必要がある。従って、本発明による実施例では、主燃焼室2の温度が高い場合には、スワール流Wが強くされる。一方、主燃焼室2の温度が低いときに、図6B示されるように、ジェット火炎Fの到達距離が短いと、主燃焼室2の内壁面近傍における温度が低くなるために、未燃HCが発生し、未燃損出が増大してしまう。従って、主燃焼室2の温度が低い場合には、図6Aに示されるように、ジェット火炎Fの到達距離を大きくする必要があり、そのためには、スワール流Wを弱める必要がある。従って、本発明による実施例では、主燃焼室2の温度が低い場合には、スワール流Wが弱められる。また、主燃焼室2の温度が低いときにスワール流Wが弱められ、それにより図6Aに示されるように、ジェット火炎Fの到達距離が大きくなると、ジェット火炎Fによって、主燃焼室2の内壁面の温度が早期に上昇せしめられ、それにより機関の暖機が促進される。
このよう主燃焼室2の温度が低いときには、図6Aに示されるように、スワール流Wを弱める必要があり、主燃焼室2の温度が高いときには、図6Bに示されるように、スワール流Wを強くする必要がある。そこで、本発明による実施例では、主燃焼室2の温度が高いときには低いときに比べてスワール流Wを強めるようにしている。この場合、スワール流Wの強さは、スワール制御弁48の開度を制御することによって制御することができ、スワール制御弁48の開度を小さくするほど、スワール流Wが強くなる。
図7Aおよび図7Bは、主燃焼室2の温度を代表する温度として、機関冷却水温を用い、この機関冷却水温に応じてスワール制御弁48の開度Dを制御する場合を示している。
図7Aに示す例では、機関冷却水温が高くなるほど、スワール制御弁48の開度Dが小さくされる。即ち、この例では、機関冷却水温が高くなるほど、スワール流Wが強められる。一方、図7Bに示す例では、機関冷却水温が設定温度TWよりも低いときには、スワール制御弁48が全開され、機関冷却水温が設定温度TWよりも高くなると、スワール制御弁48が全閉される。即ち、この例では、機関冷却水温が設定温度TWよりも低いときには、スワール流Wの発生が停止され、機関冷却水温が設定温度TWよりも高くなると、強力なスワール流Wが発生される。
図7Aに示す例では、機関冷却水温が高くなるほど、スワール制御弁48の開度Dが小さくされる。即ち、この例では、機関冷却水温が高くなるほど、スワール流Wが強められる。一方、図7Bに示す例では、機関冷却水温が設定温度TWよりも低いときには、スワール制御弁48が全開され、機関冷却水温が設定温度TWよりも高くなると、スワール制御弁48が全閉される。即ち、この例では、機関冷却水温が設定温度TWよりも低いときには、スワール流Wの発生が停止され、機関冷却水温が設定温度TWよりも高くなると、強力なスワール流Wが発生される。
図8は、スワール流Wの強さを制御するためのスワール制御ルーチンを示している。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。図8を参照すると、まず初めにステップ60において、水温センサ57により検出された機関冷却水温に基づいて、図7A又は図7Bに示される関係から、スワール制御弁48の開度Dが読み込まれる。次いで、ステップ61では、スワール制御弁48の開度が、この開度Dとなるように、アクチュエータ49の駆動処理が行われる。この例では、スワール制御弁48およびアクチュエータ49が、スワール流Wの強さを制御するスワール制御装置を構成している。
図9に、スワール流Wの強さを制御するスワール制御装置に別の実施例を示す。図9に示される実施例では、吸気弁44の開弁時期又はリフト量を制御可能なバルブ制御装置70が設けられており、このバルブ制御装置70が、スワール流Wの強さを制御するスワール制御装置を構成している。このバルブ制御装置70として、吸気弁44の開弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構や、吸気弁44のリフト量を制御可能な可変バルブリフト機構が用いられる。なお、これら可変バルブタイミング機構や可変バルブリフト機構は公知であり、従って、これら可変バルブタイミング機構および可変バルブリフト機構についての説明は省略する。
図10Aおよび図10Bに、このバルブ制御装置70を用いて吸気弁44の開弁時期又はリフト量を制御した場合の例を示す。図10Aに示される例では、一対の吸気弁44の開弁時期に位相差ΔXを設け、この位相差ΔXを変化させることで、スワール流の強さを制御している。即ち、一対の吸気弁44の開弁時期に位相差ΔXを設けた場合において、先に開弁した方の吸気弁を吸気弁1とし、後で開弁した方の吸気弁を吸気弁2とすると、吸気弁1か開弁し始めたときには、主燃焼室2にスワール流Wが発生する。次いで、吸気弁2も開弁すると、スワール流Wは減衰し、吸気弁1および吸気弁2が共に開弁しているときには、スワール流Wは弱まる。次いで、吸気弁1が閉弁すると、主燃焼室2に逆向きのスワール流Wが発生し、吸気弁2の開弁期間が長いほど、スワール流Wが強くなる。即ち、吸気弁1と吸気弁2の開弁時期の位相差ΔXが大きいほど、図11に示されるようにスワール流Wが強くなる。
図10Bに示される例では、一対の吸気弁44のリフト量にリフト量差ΔYを設け、このリフト量差ΔYを変化させることで、スワール流の強さを制御している。即ち、一対の吸気弁44の開弁時期にリフト量差ΔYを設けた場合において、リフト量の大きい方の吸気弁を吸気弁1とし、リフト量の小さい方の吸気弁を吸気弁2とすると、リフト量の大きい方の吸気弁1からの主燃焼室2内への吸入空気流により主燃焼室2にスワール流Wが発生せしめられる。この場合、吸気弁1と吸気弁2のリフト量のリフト量差ΔYが大きいほど、図11に示されるようにスワール流Wが強くなる。
図12Aおよび図12Bは、図7Aおよび図7Bに示される場合と同様に、主燃焼室2の温度を代表する温度として、機関冷却水温を用い、この機関冷却水温に応じて吸気弁44の位相差ΔX又はリフト量差ΔYを制御する場合を示している。図12Aに示す例では、機関冷却水温が高くなるほど、位相差ΔX又はリフト量差ΔYが大きくされる。即ち、機関冷却水温が高くなるほど、スワール流Wが強められる。一方、図12Bに示す例では、機関冷却水温が設定温度TWよりも低いときには、位相差ΔX又はリフト量差ΔYが零とされ、機関冷却水温が設定温度TWよりも高くなると、位相差ΔX又はリフト量差ΔYが最大値とされる。このとき、なお、リフト量の小さい方の吸気弁2を閉弁させ続けることもできる。即ち、図12Bに示す例では、機関冷却水温が設定温度TWよりも低いときには、スワール流Wの発生が停止され、機関冷却水温が設定温度TWよりも高くなると、強力なスワール流Wが発生される。
2 主燃焼室
3 主燃料噴射弁
44 吸気弁
46 排気弁
48 スワール制御弁
51 副室
52 連通孔
3 主燃料噴射弁
44 吸気弁
46 排気弁
48 スワール制御弁
51 副室
52 連通孔
Claims (1)
- 主燃焼室の頂面に、連通孔を介して主燃焼室内に連通した副室が形成されており、該連通孔から主燃焼室内にジェット火炎が噴出する内燃機関の制御装置において、主燃焼室内におけるスワール流の強さを制御するスワール制御装置を具備しており、主燃焼室の温度が高いときには低いときに比べてスワール流が強められる内燃機関の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018078410A JP2019183791A (ja) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | 内燃機関の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018078410A JP2019183791A (ja) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | 内燃機関の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2019183791A true JP2019183791A (ja) | 2019-10-24 |
Family
ID=68339477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018078410A Pending JP2019183791A (ja) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | 内燃機関の制御装置 |
Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115280007A (zh) * | 2020-04-10 | 2022-11-01 | 日立安斯泰莫株式会社 | 内燃机控制装置 |
-
2018
- 2018-04-16 JP JP2018078410A patent/JP2019183791A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115280007A (zh) * | 2020-04-10 | 2022-11-01 | 日立安斯泰莫株式会社 | 内燃机控制装置 |
CN115280007B (zh) * | 2020-04-10 | 2023-11-07 | 日立安斯泰莫株式会社 | 内燃机控制装置 |
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