JP2020176596A - エンジンの制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明のエンジンの制御方法および制御装置が適用されたエンジンの全体構成を概略的に示したシステム図である。本図に示されるエンジンシステムは、車両に搭載されており、走行用の動力源となるエンジン本体1を備える。本実施形態では、エンジン本体1として、4サイクルのガソリン直噴エンジンが用いられている。エンジンシステムは、エンジン本体1に加えて、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が流通する排気通路40と、排気通路40を流通する排気の一部を吸気通路30に還流するEGR装置50を備えている。
図3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4は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた運転モード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、4つの運転領域、第1運転領域Aと第2運転領域Bと第3運転領域Cと第4運転領域Dとに大別される。
第1運転領域A、第2運転領域Bおよび第3運転領域Cでは、SI燃焼とCI燃焼とをミックスした圧縮着火燃焼(以下、これをSPCCI燃焼という)が実行される。なお、SPCCI燃焼における「SPCCI」とは、「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
第1運転領域Aでは、燃費性能を高めるために、燃焼室6内の空燃比(A/F)が理論空燃比よりも高く(リーンに)されつつSPCCI燃焼が実施される。例えば、第1運転領域Aにおいて燃焼室6内の空燃比は30程度とされる。
エンジン負荷が高い領域では、燃焼室6内に供給される燃料の量が多いことで混合気の空燃比をリーンにするのが困難になる。これより、第1運転領域Aよりもエンジン負荷が高い第2運転領域Bおよび第3運転領域Cでは、燃焼室6内の空燃比を理論空燃比近傍としつつ混合気をSPCCI燃焼させる。本実施形態では、第2、第3運転領域B、Cにおいて、混合気の空燃比はほぼ理論空燃比とされる。
第4運転領域D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Dでは、インジェクタ15は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。点火プラグ16は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。第3運転領域Cでは、この点火をきっかけにSI燃焼が開始され、燃焼室6内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。第4運転領域Dでは、過給機33は稼働される。スロットル弁32は全開とされる。EGR弁53は、燃焼室6内の空燃比が理論空燃比近傍となるようにその開度が制御される。第4運転領域Dでは、スワール弁18は全開とされる。
過給SPCCI領域Cで実施される吸気弁11と排気弁12の開閉時期の制御について次に説明する。
図12は、エンジンを過給SPCCI領域Cで駆動したときであってエンジン負荷を所定の負荷に維持した状態でエンジン回転数を徐々に増大させたときの各パラメータの時間変化を示した図である。図12の各グラフは、それぞれ、上から順に、エンジン回転数、過給機33の駆動状態、バルブオーバーラップ期間、排気弁12の開弁時期EVO、内部EGRガス量(燃焼室6に残留する既燃ガスの量)、ポンピングロスのグラフである。なお、図12に示したポンピングロスは、既燃ガスを燃焼室6から排気通路40に排出するのに必要なエンジンの仕事量である。また、図12の鎖線は、比較例である。
前記実施形態では、過給機33としてクランク軸7によって回転駆動される機械式の過給機を用いた場合を説明したが、過給機33の具体的な構成はこれに限らない。ただし、前記のように、過給機33として機械式の過給機を用いれば、ターボ過給機を用いる場合に比べて吸気通路30内の圧力を確実に排気通路40内の圧力よりも高くすることができるので、掃気性をより確実に高くし、これにより、過早着火をより確実に防止できる。
2 気筒
6 燃焼室
9 吸気ポート
10 排気ポート
11 吸気弁
12 排気弁
13a 吸気可変機構
14a 排気可変機構
30 吸気通路
33 過給機
40 排気通路
100 ECU(制御手段)
C 過給SPCCI領域(過給領域)
C_H 高速過給SPCCI領域(高速過給領域)
C_L 低速過給SPCCI領域(低速過給領域)
Claims (10)
- 気筒と、吸気通路および排気通路と、前記吸気通路と前記気筒とを連通する吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記排気通路と前記気筒とを連通する排気ポートと、前記排気ポートを開閉する排気弁とを備えたエンジンの制御装置であって、
前記吸気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該吸気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する吸気可変機構と、
前記排気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該排気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する排気可変機構と、
前記吸気通路に設けられて前記気筒に導入される吸気を過給する過給機と、
前記吸気可変機構と前記排気可変機構と、を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
エンジン回転数とエンジン負荷との組み合わせで定義される運転領域のうち所定の過給領域にエンジンの運転ポイントがあるときに、吸気が過給されるように前記過給機を駆動し、
前記運転ポイントが、前記過給領域のうちエンジン回転数が所定の基準回転数未満の低速過給領域にあるとき、前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように、前記吸気可変機構と前記排気可変機構とを制御し、
前記運転ポイントが、前記過給領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速過給領域にあるときの方が前記低速過給領域にあるときよりも前記排気弁の開弁時期が進角側の時期になるように、前記排気可変機構を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1に記載のエンジンの制御装置において、
前記過給機は、エンジンの出力軸によって回転されて吸気を過給する機械式の過給機である、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1または2に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記運転ポイントが前記高速過給領域にあるとき、エンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記運転ポイントが前記高速過給領域にあるとき、前記バルブオーバーラップ期間が形成されるように前記吸気可変機構と前記排気可変機構とを制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記運転ポイントが前記低速過給領域にあるとき、エンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 気筒と、吸気通路および排気通路と、前記吸気通路と前記気筒とを連通する吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記排気通路と前記気筒とを連通する排気ポートと、前記排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該吸気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する吸気可変機構と、前記排気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該排気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する排気可変機構と、前記吸気通路に設けられて前記気筒に導入される吸気を過給する過給機とを備えたエンジンの制御方法であって、
エンジン回転数とエンジン負荷との組み合わせで定義される運転領域のうち所定の過給領域にエンジンの運転ポイントがあるときに実施されて、前記過給機を駆動して吸気を過給する過給工程と、
前記運転ポイントが前記過給領域のうちエンジン回転数が所定の基準回転数未満の低速過給領域にあるときに実施されて、前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように、前記吸気可変機構と前記排気可変機構とを駆動する第1バルブ駆動工程と、
前記運転ポイントが前記過給領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速過給領域にあるときに実施されて、前記運転ポイントが前記低速過給領域にあるときよりも前記排気弁の開弁時期が進角側の時期になるように、前記排気可変機構を駆動する第2バルブ駆動工程とを含む、ことを特徴とするエンジンの制御方法。 - 請求項6に記載のエンジンの制御方法において、
前記過給機として、エンジンの出力軸によって回転されて吸気を過給する機械式の過給機を用いる、ことを特徴とするエンジンの制御方法。 - 請求項6または7に記載のエンジンの制御方法において、
前記第2バルブ駆動工程では、前記基準回転数以上の範囲でエンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を駆動する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。 - 請求項6〜8のいずれか1項に記載のエンジンの制御方法において、
前記第2バルブ駆動工程では、前記バルブオーバーラップ期間が形成されるように前記吸気可変機構と前記排気可変機構とを駆動する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。 - 請求項6〜9のいずれか1項に記載のエンジンの制御方法において、
前記第1バルブ駆動工程では、前記基準回転数未満の範囲でエンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を駆動する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
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