JP2021113550A - エンジンシステム - Google Patents
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Abstract
Description
このように構成された本発明によれば、副室やその連通孔に付着したEGRの凝縮水や燃焼時に発生する水分により、副室内の燃焼や連通孔からの火炎の噴出が妨げられるようなエンジン冷却水温を超えるとき(所定のしきい値を超える水温のとき)、主燃焼室および副室の温度も上昇しているので、第2点火プラグの点火による副室内の混合気の燃焼が可能になる。従って、第2点火プラグによる副室内の燃焼により、副室の連通孔から火炎を噴出させて、主燃焼室における燃焼伝搬を早めることができ、その結果、エンジンの熱効率を高めることができる。
このように構成された本発明によれば、副室や連通孔に凝縮水や水分が付着している可能性があるエンジン始動時には第1点火プラグで点火させるので、副室内の第2点火プラグによる失火を防止しつつ、第1点火プラグにより主燃焼室内の混合気を確実に燃焼させることができる。
このように構成された本発明によれば、副室が排気ガスの熱を受けて過度に温度上昇することを抑制でき、その結果、副室内の混合気を安定して燃焼させることができる。
吸気バルブ10には、吸気バルブ10のリフト量および開閉タイミングを電動で可変に制御する可変バルブリフト機構(Sequential Valve Timing)16が設けられている。
排気バルブ14にも同様に、排気バルブ14のリフト量および開閉タイミングを可変にする可変バルブリフト機構18が設けられている。
この主燃焼室26には、主燃焼室26内に燃焼を噴射するインジェクタ28と、後述するプレチャンバープラグ30と、主点火プラグ32とが、それぞれ、主燃焼室26内に臨むように設けられている。
排気通路6の下流側には、排気ガスを浄化する三元触媒40が設けられている。
また、排気通路6には、三元触媒40を通過した排気ガスの一部を吸気通路4に環流するEGR通路42が接続されている。このEGR通路42には、EGRクーラ44と、EGR通路42を流れる排気ガスの流量を制御するEGRバルブ46とが設けられている。
シリンダブロック52には、気筒(シリンダ)22が形成されている。この気筒22内に設けられたピストン24には、クランクシャフト20に連結されたコンロッド21が接続され、これにより、ピストン24が気筒22内を往復動するようになっている。
図2および図3に示すように、インジェクタ28は、シリンダ軸線上に設けられ、主燃焼室26を上方から見たとき、主燃焼室26の中央部に臨むよう設けられている。
本実施形態では、図3に示すように、主燃焼室26に臨むプレチャンバープラグ30の先端部(図3で符号30で示す破線の部分)は、平面視で、2つの吸気ポート8a、8bの中間の位置に設けられている。なお、プレチャンバープラグ30の先端部には、後述するように、副室60および副点火プラグ62が設けられている。
本実施形態では、図3に示すように、主燃焼室26に臨む主点火プラグ32の先端部は、平面視で、2つの排気ポート12の中間の位置に設けられている。また、なお、図3に破線で示す符号32の部分は、主点火プラグ32の先端部の中心電極32aおよび側方電極(アース)32b(図2参照)の位置を示している。
まず、図4(a)に示すように、プレチャンバープラグ30は、その先端部に、副室60が形成され、この副室60内に副点火プラグ62が設けられている。
副点火プラグ62は、主点火プラグ32と同様に、中心電極62aおよび側方電極(アース)62bを有している。
混合気は、基本的に、EGRバルブ46が閉じられている場合は、吸気ポート8からの新気とインジェクタ28から噴射される燃料との混合気であり、EGRバルブ46が開かれている場合は、吸気ポート8からの新気とEGR通路42からの排気ガスとインジェクタ28から噴射される燃料との混合気である。
図5に示すように、エンジンシステム1を制御するECU50(図1参照)は、図示しないマイクロコンピュータ、メモリ、I/F回路などを有し、イグニッション信号SW1、および、各種センサSW2〜SW10からの出力信号に基づいて、後述するように、エンジン2の燃料噴射タイミング、点火タイミング、空燃比、スワール流の強さなどを制御する。なお、SW2〜SW10の各センサは、公知のものであり、図1、図2などにおいて図示を省略している。
また、ECU50は、主点火プラグ32およびプレチャンバープラグ30内の副点火プラグ(PCP点火プラグ)30による点火タイミングを制御する。
また、ECU50は、主に、吸気側の可変バルブリフト機構(吸気電動S−VT)16、および、スロットルバルブ36を制御することにより、主燃焼室26への吸入空気量を制御すると共に、インジェクタ28による燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量を制御することより、主燃焼室26内の空燃比を制御する。本実施形態では、主に、燃料噴射タイミングを制御することにより空燃比を制御する。なお、この空燃比の制御に伴い、たとえば、NOx低減のため、排気側の可変バルブリフト機構(排気電動S−VT)18、および、EGRバルブ46も制御される。
さらに、ECU50は、スワールコントロールバルブ56によりスワール流の強さを制御する。
このエンジン制御マップは、ECU50のメモリ内に記憶され、ECU50は、この制御マップに基づいてエンジン2を制御する。
ここで、図6において、縦軸のエンジン負荷は目標エンジントルクであり、横軸はエンジン回転数である。ECU50は、アクセル開度センサSW7からの出力信号に基づいて算出された目標エンジントルク、および、クランク角センサSW6からの出力信号に基づいて算出されたエンジン2の回転数(rpm)に基づき、この制御マップを参照しながらエンジン2を制御する。
以下、このECU50が参照する制御マップにおけるエンジン制御の設定内容およびECU50によるエンジン2の制御方法を具体的に説明する。
より具体的には、ECU50にイグニッション出力信号SW1が入力され、エンジン始動時と判定されると、ECU50が、主点火プラグ32により主燃焼室26内の混合気に点火するよう設定されている。エンジン始動時の主燃焼室26内の混合気は、理論空燃比(λ=1)である。このとき、プレチャンバープラグ30の副点火プラグ62では、副室60内を点火しない。
この領域であると判定された場合、ECU50は、本実施形態では、主に、インジェクタ28による燃料噴射タイミングを制御することにより、点火時に、主燃焼室26内およびプレチャンバープラグ30の副室60内の空燃比が理論空燃比となるよう制御する。また、ECU50は、副点火プラグ62により副室60内の混合気に点火するタイミングを制御する。具体的な燃料噴射タイミングおよび点火タイミングは後述する。
この領域であると判定された場合、ECU50は、本実施形態では、主に、インジェクタ28による燃料噴射タイミングを制御することにより、点火時に、主燃焼室26内の空燃比が理論空燃比となるよう制御する。また、ECU50は、主点火プラグ32により主燃焼室26内の混合気に点火するタイミングを制御する。具体的な燃料噴射タイミングおよび点火タイミングは後述する。
この領域であると判定された場合、ECU50は、本実施形態では、主に、インジェクタ28による燃料噴射タイミングを制御することにより、主燃焼室26内およびプレチャンバープラグ30の副室60内の空燃比が、理論空燃比よりリーンな空燃比となるよう制御する。また、ECU50は、副点火プラグ62により副室60内の混合気に点火するタイミングを制御する。具体的な燃料噴射タイミングおよび点火タイミングは後述する。
また、本実施形態では、点火時期直前の圧縮行程で分割噴射しているので、圧縮行程で噴射された燃料と主燃焼室26内の空気がミキシングされる時間が確保しにくくなり、その分、副室60に流入する混合気がリーンになりすぎて失火しやすいので、主点火プラグ32で点火することにより、主燃焼室26内の混合気を確実に燃焼させるようにしている。
本実施形態では、主燃焼室26内のスワール流が強いほど、混合気が主燃焼室26およびピストン24の外周側に流れ、主燃焼室26およびピストン24の中央領域には流れにくくなることを利用している。ここで、本実施形態では、プレチャンバープラグ30の副室60は、上述したように、平面視で、主燃焼室26の中央領域に設けられている(図3参照)。従って、本実施形態では、主燃焼室26内のスワール流が強くなるようにすることで、混合気が中央領域には流れにくくなり、その分、中央領域に設けた副室60内に流入する混合気をリーンにするようにしている。
次に、S2において、アクセル開度センサSW7からの出力信号に基づいて、目標エンジントルクT1を算出し、次に、S3において、クランク角センサSW6からの出力信号に基づいて、エンジン回転数を算出する。
次に、S4において、S2で算出された目標エンジントルクが所定値未満か否かを判定する。本実施形態では、このS4における目標エンジントルクの所定値は、上述したように、70%に設定されている。
一方、S4において、目標エンジントルクが所定値(70%)以上であった場合(S4でNO)は、S6に進み、S3で算出されたエンジン回転数が所定値未満か否かを判定する。本実施形態では、このS5におけるエンジン回転数の所定値は、上述したように、3000rpmに設定されている。
一方、S6において、目標エンジントルクが所定値(70%)以上であった場合(S6でNO)は、上述した高負荷高回転領域であると判定し、S8に進み、上述したように、λ>1の混合気でPCP点火を行う。
まず、図12に示すように、S1において、イグニッション信号SW1がECU50に入力されると、S2に進み、冷却水温度センサSW5からの出力信号、および、クランク角センサSW6の出力信号を読み込む。
S3において、エンジン水温が所定温度以下であると判定されると(S3でYES)、S4に進み、S2で読み込んだクランク角センサSW6の出力信号に基づいて算出されるエンジン回転数から、エンジン始動時か否かを判定する。
S4において、エンジン始動時であると判定されると(S4でYES)、上述したように、主点火プラグ32のみで点火する。
また、S4において、エンジン始動時ではないと判定された場合(S4でYES)、エンジン2の始動が完了したものとして、上述した低中負荷領域におけるPCP点火(λ=1)を行う。
まず、本発明の実施形態によるエンジンシステム1のエンジン2の制御装置(ECU)50は、エンジンの冷却水温が所定温度以下(本実施形態では10℃)のときは、主点火プラグ32で点火させるので、副室60やその連通孔66に付着したEGRの凝縮水や燃焼時に発生する水分が、副室60内の燃焼や連通孔66からの火炎の噴出を妨げるようなエンジン冷却水温(本実施形態では10℃以下)であっても、主燃焼室26に臨み主燃焼室26の混合気に点火する主点火プラグ32で点火させるので、主燃焼室26内の混合気を確実に燃焼させることができる。すなわち、エンジン水温が低い状態でも、副室60を設けたエンジン2において主燃焼室26内の混合気を確実に燃焼させることができる。
2 エンジン
8 吸気ポート
10 吸気バルブ
12 排気ポート
14 排気バルブ
16、18 可変バルブリフト機構
22 気筒(シリンダ)
24 ピストン
26 主燃焼室
30 プレチャンバープラグ(第2点火プラグ)
32 主点火プラグ(第1点火プラグ)
50 ECU(エンジンの制御装置)
52 シリンダブロック
54 シリンダヘッド
56 スワールコントロールバルブ
60 プレチャンバープラグ(PCP)の副室
62 副点火プラグ(第2点火プラグ)
66 連通孔/噴孔
Claims (4)
- エンジンと、
このエンジンのシリンダヘッドおよびピストンで形成される主燃焼室と、
上記エンジンの主燃焼室に設けられ、上記主燃焼室に連通する連通孔が形成された副室と、
上記エンジンに設けられ、上記主燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、
上記エンジンに設けられ、上記主燃焼室に臨み主燃焼室の混合気に点火する第1点火プラグと、
上記エンジンの副室内に設けられ、上記副室内の混合気に点火する第2点火プラグと、
上記エンジンの冷却水の水温を検出する冷却水温検出器と、
この冷却水温検出器からの出力信号を受け、上記第1点火プラグおよび上記第2点火プラグを制御する制御装置と、を備え、
この制御装置は、上記冷却水温検出器により検出された上記エンジンの冷却水の水温が所定のしきい値以下であるか否かを判定する冷却水温判定手段を有し、
上記制御装置は、上記冷却水温判定手段により上記エンジンの冷却水温が所定のしきい値以下であると判定されたとき、上記第1点火プラグで点火させるように上記第1点火プラグを制御するよう構成されている、ことを特徴とするエンジンシステム。 - 上記制御装置は、上記エンジンの冷却水温が上記所定のしきい値を超えると判定されたとき、上記第2点火プラグで点火させるよう上記第2点火プラグを制御するよう構成されている、請求項1に記載のエンジンシステム。
- 上記制御装置は、上記エンジンの始動時は第1点火プラグで点火させるよう上記第1点火プラグを制御するよう構成されている、請求項1または請求項2に記載のエンジンシステム。
- 上記エンジンにおいて、上記第1点火プラグは上記エンジンの排気ポート側に設けられ、上記副室および上記第2点火プラグは上記エンジンの吸気ポート側に設けられている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のエンジンシステム。
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