JP2020016192A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - 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。
第1吸気温度センサSW2:吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の温度を計測する
第1圧力センサSW3:吸気通路40におけるEGR通路52の接続位置よりも下流でかつ、過給機44の上流に配置されかつ、過給機44に流入するガスの圧力を計測する
第2吸気温度センサSW4:吸気通路40における過給機44の下流でかつ、バイパス通路47の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機44から流出したガスの温度を計測する
第2圧力センサSW5:サージタンク42に取り付けられかつ、過給機44の下流のガスの圧力を計測する
指圧センサSW6:各シリンダ11に対応してシリンダヘッド13に取り付けられかつ、各燃焼室17内の圧力を計測する
排気温度センサSW7:排気通路50に配置されかつ、燃焼室17から排出した排気ガスの温度を計測する
リニアO2センサSW8:排気通路50における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
ラムダO2センサSW9:上流の触媒コンバーターにおける三元触媒511の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
水温センサSW10:エンジン1に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する
クランク角センサSW11:エンジン1に取り付けられかつ、クランクシャフト15の回転角を計測する
アクセル開度センサSW12:アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する
吸気カム角センサSW13:エンジン1に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する
排気カム角センサSW14:エンジン1に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する
EGR差圧センサSW15:EGR通路52に配置されかつ、EGR弁54の上流及び下流の差圧を計測する
燃圧センサSW16:燃料供給システム61のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ6に供給する燃料の圧力を計測する
第3吸気温度センサSW17:サージタンク42に取り付けられかつ、サージタンク42内のガスの温度、換言すると燃焼室17に導入される吸気の温度を計測する。
エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態のときに、圧縮自己着火による燃焼を行う。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、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
図6及び図7は、エンジン1の制御に係るマップを例示している。マップは、ECU10のメモリ102に記憶されている。マップは、三種類のマップ501、マップ502、マップ503を含んでいる。ECU10は、燃焼室17の壁温(又はエンジン水温)及び吸気の温度それぞれの高低、並びに、大気圧に応じて、三種類のマップ501、502、503の中から選択したマップを、エンジン1の制御に用いる。尚、三種類のマップ501、502、503の選択についての詳細は、後述する。
以下、図7のマップ504の各領域におけるエンジン1の運転について詳細に説明をする。
エンジン1が低負荷領域A1において運転しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
エンジン1が中高負荷領域A2〜A4において運転しているときも、エンジン1は、低負荷領域A1と同様に、SPCCI燃焼を行う。
ここで、図7のマップ504に示すように、低負荷領域A1の一部、及び、中高負荷領域A2の一部においては、過給機44はオフである(S/C OFF参照)。詳細には、低負荷領域A1における低回転側の領域において、過給機44はオフである。低負荷領域A1における高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44はオンである。また、中高負荷領域A2における低負荷低回転側の一部の領域において、過給機44はオフである。中高負荷領域A2における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44はオンである。また、中高負荷領域A2における高回転側の領域においても過給機44はオンである。
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。燃焼室17内において混合気を成層化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、SPCCI燃焼を行うことが困難になる。
図6に示すエンジン1のマップ501、502、503は、図8に示すように、レイヤ1、レイヤ2及びレイヤ3の三つのレイヤの組み合わせによって構成されている。
次に、図9Aのフローチャートを参照しながら、ECU10が実行するマップのレイヤ選択に関係する制御例について説明をする。先ず、スタート後のステップS91において、ECU10は、各センサSW1〜SW17の信号を読み込む。ECU10は、続くステップS92において、燃焼室17の壁温が30℃以上でかつ、吸気温が25℃以上か否かを判断する。ステップS92の判定がYESのときには、プロセスはステップS93に進み、NOのときには、プロセスはステップS95に進む。ECU10は、ステップS95においてレイヤ1のみを選択する。ECU10は、第三マップ503に基づいてエンジン1を運転する。プロセスはその後、リターンする。
図10は、図9Aとは異なるレイヤ選択に関係するフローチャートを示している。先ず、スタート後のステップS101において、ECU10は、各センサSW1〜SW17の信号を読み込む。ECU10は、第3吸気温度センサSW17又は水温センサSW10から入力される信号に基づいて、続くステップS102において、燃焼室17の壁温が30℃以上でかつ、吸気温が25℃以上か否かを判断する。ステップS102の判定がYESのときには、プロセスはステップS103に進み、NOのときには、プロセスはステップS105に進む。ECU10は、ステップS105においてレイヤ1のみを選択する。プロセスはその後、リターンする。
図12は、ECU10が実行をするエンジン1の基本制御のフローを示している。ECU10は、メモリ102に記憶している制御ロジックに従いエンジン1を運転する。具体的にECU10は、各センサSW1〜SW17の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、目標トルクを設定し、エンジン1が目標トルクを出力するように、燃焼室17の中の状態量の調節、噴射量の調節、噴射タイミングの調節、及び、点火タイミングの調節を行うための演算を行う。
前述したように、エンジン1は、燃焼室17の壁温(又はエンジン水温)及び吸気の温度の高低、並びに、大気圧に応じて、レイヤ1、レイヤ2及びレイヤ3の選択を行いながら運転をする。そのため、エンジン1の負荷及び回転数が一定であっても、マップが変わることにより、エンジン1の運転がレイヤ2とレイヤ3との間で切り替わる場合がある。また、エンジン1が第一マップ501に従って運転をしているときに、エンジン1の負荷が高低することに伴い、エンジン1の運転が中高負荷領域A2〜A4(つまりレイヤ2)と低負荷領域A1(つまりレイヤ3)との間で切り替わる場合がある。
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)
10a 目標トルク設定部
10b 第1モード部
10c 第2モード部
10d 判定部
10e 切替部
11 シリンダ
13 シリンダヘッド
17 燃焼室
25 点火プラグ(点火部)
3 ピストン
43 スロットル弁(空気調節部)
57 オルタネータ
6 インジェクタ(燃料噴射部)
SW3 第1圧力センサ(計測部)
SW10 水温センサ(計測部)
SW17 第3吸気温度センサ(計測部)
Claims (6)
- 往復するピストンによって容積が変化するように筒内に区画された複数の燃焼室と、
前記燃焼室の内部に供給する空気量を調整する空気調節部と、
前記燃焼室に臨むように配置された点火部と、
前記燃焼室の内部に燃料を噴射する燃料噴射部と、
を備え、
前記燃焼室の内部に燃料を噴射して形成される混合気に点火することにより、圧縮着火燃焼を開始させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
大気圧を検知する大気圧検知手段を含む複数の計測手段を有し、前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記空気調節部、前記燃料噴射部、前記点火部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記空気調節部、前記燃料噴射部、及び前記点火部に信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
空燃比が理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比で前記圧縮着火燃焼を行う、リーン圧縮着火燃焼制御を実行し、
前記大気圧検知手段から出力される信号により、大気圧が所定のしきい値より低いと判定された場合に、前記リーン圧縮着火燃焼制御の実行を制限する、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、
前記制御部は、
空燃比が前記リーン空燃比より小さい所定のリッチ空燃比で前記圧縮着火燃焼を行う、リッチ圧縮着火燃焼制御を、更に実行し、
前記大気圧検知手段から出力される信号により、大気圧が前記しきい値より低いと判定された場合に、前記リッチ圧縮着火燃焼制御を実行する、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、
前記リッチ空燃比は、理論空燃比又は略理論空燃比である、圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項2又は請求項3に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記計測部は、更に、前記燃焼室の内部に供給する空気の温度を検知する気温検知手段、又は、前記エンジンの冷却水の温度を検知する水温検知手段を有し、
前記制御部が、前記気温検知手段又は前記水温検知手段から出力される信号により、前記空気の温度又は前記冷却水の温度が所定の基準値より低いと判定された場合に、前記リーン圧縮着火燃焼制御の実行を制限して、前記リッチ圧縮着火燃焼制御を実行する、圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項4に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記空気の温度又は前記冷却水の温度が低くなるほど、前記しきい値が低くなるように設定されている、圧縮着火式エンジンの制御装置。 - 請求項2〜5のいずれか1つに記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、更に、
前記リッチ圧縮着火燃焼制御を実行する第1モード部と、
前記リーン圧縮着火燃焼制御を実行する第2モード部と、
切替要求を受けて前記第1モード部と前記第2モード部との間の切り替えを行う切替部と、
を有し、
前記切替部は、前記第1モード部から前記第2モード部への切替要求を受けた場合に、
空気量を増加させる空気増量処理と、
空気量の増加に応じて燃料量を増加させる燃料増量処理と、
燃料量の増加に応じて点火時期を遅角させるリタード処理と、
を実行する、圧縮着火式エンジンの制御装置。
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