JP2022030419A - センター噴射式の内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力性能を向上させることができるセンター噴射式の内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】燃焼室を区画する燃焼室壁面のうちシリンダヘッド側の燃焼室壁面における中央部分に筒内噴射弁が配置されているセンター噴射式の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転状態が高回転高負荷状態の場合、吸気行程の前半と圧縮行程の後半で燃料を噴射するとともに少なくとも前記吸気行程と前記圧縮行程との間の下死点で燃料噴射を一時的に停止するように前記筒内噴射弁を制御する、センター噴射式の内燃機関の制御装置。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

燃料噴射弁が気筒の吸気側上部の周縁側に配置されて気筒の内壁面に向かう方向に燃料を噴射する方式であるサイド噴射式の内燃機関が知られている。例えば特許文献１には、サイド噴射式の内燃機関において、吸気行程及び圧縮行程のそれぞれで燃料噴射を実行する技術が開示されている。

特開２００１－２４８４８１号公報

ところでセンター噴射式の内燃機関では、出力性能を確保する観点から燃料噴射のタイミングには改善の余地がある。

そこで本発明は、出力性能を向上させることができるセンター噴射式の内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、燃焼室を区画する燃焼室壁面のうちシリンダヘッド側の燃焼室壁面における中央部分に筒内噴射弁が配置されているセンター噴射式の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転状態が高回転高負荷状態の場合、吸気行程の前半と圧縮行程の後半で燃料を噴射するとともに少なくとも前記吸気行程と前記圧縮行程との間の下死点で燃料噴射を一時的に停止するように前記筒内噴射弁を制御する、センター噴射式の内燃機関の制御装置によって達成できる。

本発明によれば、出力性能を向上させることができるセンター噴射式の内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係るシステムの構成を説明する図である。 図２は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図３は、高回転高負荷時での筒内の乱れ平均値の推移を示したグラフである。 図４は、噴射終了タイミングに応じて変化する比出力を示したグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るシステムの構成を説明する図である。本システムは、車両に搭載される内燃機関の一例であるエンジン１０を備える。エンジン１０は、４ストロークサイクルのガソリンエンジンであり、詳しくは後述するがセンター噴射式のエンジンでもある。エンジン１０は、過給システムを備える過給エンジンでもある。過給システムは、例えば、エンジン１０の排気のエネルギを利用して吸気を圧縮するシステムである。ただし、このような過給システムは必須ではないことから、図示を省略する。

エンジン１０は、複数の気筒を有している。但し、図１には、そのうちの１つの気筒のみが描かれている。各気筒には、燃焼室１２が形成されている。燃焼室１２は、一般的に、シリンダヘッドの底面と、シリンダブロックの壁面と、ピストンの頂面と、によって囲まれる空間として定義される。

燃焼室１２の天井部には、点火プラグ１４が取り付けられている。点火プラグ１４の取り付け位置は、天井部の概ね中央である。点火プラグ１４は、点火プラグ１４に高電圧を印加する点火コイル１６に接続されている。点火プラグ１４と点火コイル１６は、点火装置を構成する。ＥＣＵ３０によって点火コイル１６が駆動されると、点火プラグ１４に放電火花が生じる。

燃焼室１２を区画する燃焼室壁面のうちシリンダヘッド側の燃焼室壁面における中央部分である天井部に、筒内噴射弁１８が取り付けられている。筒内噴射弁１８の取り付け位置は、点火プラグ１４よりも吸気ポート２２側であるがこれに限定されず、吸気ポート２２と排気ポート２４との間に設けられていればよい。筒内噴射弁１８は、燃料ポンプにより燃料タンクから汲み出された燃料が加圧されて供給される。ＥＣＵ３０によって筒内噴射弁１８が駆動されると、筒内噴射弁１８から加圧状態の燃料が噴射される。筒内噴射弁１８の先端部には、複数の噴孔が放射状に形成されている。そのため、加圧状態の燃料は、放射状に噴射される。燃焼室１２には、吸気ポート２２と排気ポート２４が連通している。

図１に示すシステムは、また、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備えている。ＥＣＵ３０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。

各種センサには、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ２０と、吸入空気量を検出するエアフロメータ３２が少なくとも含まれている。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種装置を操作する。ＥＣＵ３０によって操作される装置には、点火コイル１６や筒内噴射弁１８が少なくとも含まれている。

次にＥＣＵ３０が実行する制御について説明する。図２は、ＥＣＵ３０が実行する制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３０は、エンジン１０の運転状態が高回転高負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、クランク角センサ２０及びエアフロメータ３２の検出値に基づいて高回転高負荷状態にあるか否かを判定する。ステップＳ１でＮｏの場合には、ＥＣＵ３０は通常噴射を実行する（ステップＳ２）。通常噴射では、例えば吸気行程において燃料噴射が実行されるがこれに限定されない。ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３０は１燃焼サイクルにおいて燃料噴射を２回行う分割噴射を実行する（ステップＳ３）。

次に、高回転高負荷時に実行される分割噴射について説明する。図３は、高回転高負荷時での燃焼室１２内の乱れ平均値の推移を示したグラフである。横軸は上死点前クランク角（ＢＴＤＣ（Before Top Dead Center））［ｄｅｇ］を示している。縦軸は、高回転高負荷時での燃焼室１２内の乱れ平均値［ｍ／ｓｅｃ］を示している。ここで本明細書では例えば１８０°ＢＴＤＣをＢ１８０°として示す。Ｂ３６０°からＢ１８０°までは吸気行程であり、Ｂ１８０°からＢ０°までは圧縮行程を示す。また、Ｂ３６０°からＢ２７０°までは吸気行程前半に相当し、Ｂ２７０°からＢ１８０°までは吸気行程後半に相当し、Ｂ１８０°からＢ９０°までは圧縮行程前半に相当し、Ｂ９０°からＢ０°までは圧縮行程後半に相当する。

図３の例では、乱れ平均値はＢ３１０°以降で大きな値となっている。また、下死点であるＢ１８０°付近で一時的に乱れ平均値が低下している。分割噴射では、吸気行程においてＢ３１０°からＢ２１５°の間で１回目の燃料噴射を実行し、乱れ平均値が低下しているＢ２１５°からＢ１３０°の間で燃料噴射を一時的に停止し、圧縮行程であるＢ１３０°からＢ８０°の間で２回目の燃料噴射を実行する。詳細には、１回目の燃料噴射に関して、開始タイミングは吸気行程前半であり終了タイミングは吸気行程後半である。２回目の燃料噴射に関して、開始タイミングは圧縮行程前半であり終了タイミングは圧縮行程後半である。このように、燃焼室１２内の乱れが大きい時期に燃料噴射を実行することにより混合気の燃焼速度を上昇させることができ、乱れが小さい時期には燃料噴射を停止することにより燃焼速度の低下を抑制できる。これによりエンジン１０の出力性能が向上する。特に、エンジン１０への要求出力が大きい高回転高負荷時に出力性能を確保することができるため、要求出力を充足することができる。

上述したようにエンジン１０が過給エンジンの場合には、排気温度が高いと過給機を保護する観点からウェストゲートバルブの開度を増大させて過給機をバイパスする排気の流量を増大させるが、これにより過給圧が低下して吸入空気量が低下する恐れがある。しかしながら本実施の形態のように、燃焼室１２内での乱れが大きい時期に燃料噴射を実行し乱れが小さい時期には燃料噴射を停止することにより、混合気の燃焼速度を上昇させ、この結果排気温度を低下させることができる。このため、過給機をバイパスする排気の流量を低下させることができ、過給機を利用して吸入空気量を確保することができる。このようにエンジン１０が過給エンジンの場合には、より出力性能を向上させることができる。

次に、燃料噴射の終了タイミングが比出力に及ぼす影響について、センター噴射とサイド噴射とを比較して説明する。センター噴射とは図１に示したように燃焼室１２の天井部に取り付けられた筒内噴射弁１８により燃焼室１２内の中央部に噴射する方式である。サイド噴射とは、燃料噴射弁が気筒の吸気側上部の周縁側に配置されて気筒の内壁面に向かう方向に燃料を噴射する方式である。図４は、噴射終了タイミングに応じて変化する比出力［ｋＷ／ｌ］を示したグラフである。サイド噴射の場合、噴射終了タイミングが遅くなるほど性能が低下する。これに対してセンター噴射では、噴射終了タイミングが遅くなっても性能は向上しており、図４の例ではＢＴＤＣ８０°付近で出力が最大となっている。このため、２回目の燃料噴射の終了タイミングを圧縮行程後半に設定することにより、出力性能を向上させることができる。

１回目の燃料噴射の開始タイミングは、吸気行程前半であってＢ３４０°以降が好ましい。Ｂ３４０°よりも更に進角すると、筒外へ排出される未燃燃料が増加したり、燃料がピストンに付着してＰＭが増大する可能性があるためである。２回目の燃料噴射の開始タイミングは必ずしも圧縮行程前半に限定されず、圧縮行程後半であってもよい。

また、上記の実施の形態の内燃機関の点火時期制御装置は、車両用内燃機関に適用した例について説明したが、動力源として内燃機関を用いるものであれば適用可能であり、例えば、所謂ハイブリッド車や自動二輪車等に搭載される内燃機関はもとより、船舶や建設機械等のように車両以外のものに搭載される内燃機関にも適用可能である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ 燃焼室
１４ 点火プラグ
１６ 点火コイル
１８ 筒内噴射弁
２０ クランク角センサ
３０ ＥＣＵ（制御装置）
３２ エアフロメータ

Claims (1)

1. 燃焼室を区画する燃焼室壁面のうちシリンダヘッド側の燃焼室壁面における中央部分に筒内噴射弁が配置されているセンター噴射式の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の運転状態が高回転高負荷状態の場合、吸気行程の前半と圧縮行程の後半で燃料を噴射するとともに少なくとも前記吸気行程と前記圧縮行程との間の下死点で燃料噴射を一時的に停止するように前記筒内噴射弁を制御する、センター噴射式の内燃機関の制御装置。
   

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