JP4221795B2 - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents
内燃機関の燃焼制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4221795B2 JP4221795B2 JP36987198A JP36987198A JP4221795B2 JP 4221795 B2 JP4221795 B2 JP 4221795B2 JP 36987198 A JP36987198 A JP 36987198A JP 36987198 A JP36987198 A JP 36987198A JP 4221795 B2 JP4221795 B2 JP 4221795B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compression ratio
- ignition
- combustion
- self
- switching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
- F02D41/3064—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special control during transition between modes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
- F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
- F02D41/3035—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
- F02D41/3041—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
- F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
- F02D41/402—Multiple injections
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
- F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
- F02D13/0261—Controlling the valve overlap
- F02D13/0265—Negative valve overlap for temporarily storing residual gas in the cylinder
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用の4サイクル型の火花点火式内燃機関で、特に特定の運転領域にて自己着火燃焼を行わせる内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の自己着火運転領域を有する内燃機関としては、例えば以下のようなものがある。
【0003】
2サイクル型の火花点火式内燃機関の分野では、部分負荷時における燃焼不安定を解消すると共に、HC(炭化水素)排出量の低減を図るために、シリンダ内における自己着火燃焼を積極的に利用した技術が提案されている。例えば、1994年7月1日発行の「HONDA R&D Technical Review」には、低負荷時に排気通路の一部を遮断することによってシリンダ内の残留ガス濃度を高めて、圧縮行程開始時のシリンダ内圧を高め、自己着火の燃焼時期を制御する例が記載されている。
【0004】
自己着火は、作動ガスの温度と圧力があるレベル以上になる必要がある。その手段として、上記のようにEGRガスを大量に使用したり、圧縮比を高めたり、あるいは、両者を併用することにより、自己着火を安定して起こす必要がある。
【0005】
その狙いで、本出願人から、このような自己着火を4サイクル型の火花点火式内燃機関において積極的に利用するための一つの例について、発明が提供されている。
【0006】
その発明は、特願平10−235730号であり、吸気弁及び排気弁に、その作動期間やリフト量を可変にする可変動弁装置を備え、これにより、通常の火花点火運転時には、低圧縮比にし、自己着火運転時には、吸気弁と排気弁のオーバラップをマイナスにして、排気の一部をシリンダ内に閉じ込め、いわゆる内部EGR量を多く確保して、次のサイクルの作動ガス温度を高めると共に、吸気弁の閉時期を下死点付近にして、有効圧縮比を高くとり、圧縮上死点付近での圧力を極力高くすることで、圧縮温度と圧力の両方を自己着火が安定して起こるレベルにすることにより、自己着火を容易に安定して起こさせるものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、火花点火運転時と自己着火運転時で、圧縮比やEGR量の要求が異なるため、自己着火運転領域が限られている場合には、運転状態に応じて火花点火と自己着火を切換える必要があり、そのため、圧縮比やEGR量などを切換える必要がある。その際、どうしても切換えの速度がエンジンの次のサイクルまでに終了するほど速くないために、例えば、圧縮比が火花点火で要求される圧縮比10と自己着火で要求される圧縮比15の中間の値になるサイクルが出てくる。
【0008】
このような切換え時の中間圧縮比では、圧縮比やEGR量は自己着火を起こすに不十分であり、しかも、圧縮比やEGR量は、火花点火時期が通常の火花点火時期設定のままではノッキングを起こすレベルになっているのである。つまり、このままでは、火花点火運転モードと自己着火運転モードの切換え時に必ずノッキングが起こることになり、運転者にとり不快であるばかりか、エンジン本体の損傷にも繋がる可能性のあることになる。
【0009】
その意味で、このような中間圧縮比では、自己着火させるか、火花点火させるかして、正常な燃焼をさせる必要がある。
例えば、自己着火させようとすると、作動ガス温度を高める必要があり、その手段としては、例えば特開平10−73019号や特開平10−122015号にあるように、ピストンの膨張行程に燃料を噴射することで排気ガス温度を高める手段がある。
【0010】
しかし、これらの発明は、排気管下流の触媒を昇温する目的の発明であり、本発明のように、次のサイクルの作動ガス温度を上昇させる課題や目的に対しては、以下に述べるようにそれだけでは不十分である。つまり、排気ガス温度が高くなっても、それらがすべて次のサイクルのエンジンの作動ガスになるわけではなく、いわゆる外部EGRとしてEGR通路を経て吸気ポートに送られても、時間遅れがあり、次のサイクルには間に合わない。従って、オーバラップ期間中に吸気に吸い戻される排気ガスとして、あるいは、シリンダ内に残留するガスとして、温度が高くなった分が次のサイクルのガス温度上昇に使われるだけで、燃費の悪化に対する作動ガス温度の上昇という点では効率が必ずしも良くない。
【0011】
一方、特開平10−196424号には、ピストンの圧縮のみでは自己着火が起きないようにし、他の手段でピストンの圧縮上死点付近で温度を上昇させて、自己着火を安定して起こさせる発明がある。これによれば、中間圧縮比において、圧縮比やEGR量が不足して自己着火が起きないサイクルでも自己着火が起こせるが、実はこの機関の基本的な圧縮比は自己着火が起きないほど低く、したがって、サイクルの熱効率は低くならざるを得ない。
【0012】
本発明は、内燃機関の熱効率を高くするために、高い圧縮比で運転を可能にする内燃機関を狙っており、サイクルの熱効率が低下する手段では、その目的を達成できない。
【0013】
すなわち、自己着火運転時には、極力高い圧縮比で、サイクル熱効率を極力高くする内燃機関を実現する狙いが本発明にはあり、それに伴い、自己着火運転領域以外の領域では通常のそれよりも低い圧縮比で運転せざるを得ない本発明独特の特徴が生起される。
【0014】
つまり、自己着火運転時にはベースエンジンの圧縮比はサイクル熱効率の高い、それだけで自己着火が起こる高圧縮比になることが本発明の前提であり、これが特開平10−196424号との大きな差異点であり、特開平10−196424号にある手段では本発明の目的が達成できないことは明白である。
【0015】
無論、本発明では、自己着火を起こさせるために、圧縮比と内部EGRの両方を活用する内燃機関も対象としているが、内部EGRは作動ガスの供給される以前からシリンダ内にあって、シリンダ内のガス温度を高く保っている。これは、可燃混合気に対して付加的に温度上昇を与えるとは言えず、かつ本発明にあるような直接噴射の場合には、可燃混合気の温度上昇でなく、内部EGRガスの作用として、吸入空気温度を高めることになるので、可燃混合気を付加的に温度を高めることにはなっていないことは明白である。
【0016】
本発明は、以上のような状況の下に、自己着火運転と火花点火運転の切換え時に、切換え手段の時間遅れがあるために、いくつかの過渡的なサイクルにおいて、そのサイクルの有効圧縮比やEGR量が中間的になり、自己着火が起きずに、ノッキングが発生し、運転者や同乗者に対して不快であるばかりか、エンジンの安定性が損なわれ、運転性が悪化する可能性があり、また、ノッキングの程度が激しい場合は、エンジン本体の損傷を生起する可能性があるという問題点を解決することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、図1に示すように、低負荷において高圧縮比で自己着火燃焼、高負荷において低圧縮比で火花点火燃焼を行う内燃機関の燃焼制御装置において、自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え時の中間圧縮比サイクルにおいて、切換え域の低圧縮比側では点火時期を調整した火花点火燃焼、切換え域の高圧縮比側では自己着火燃焼を行わせる切換え時制御手段と、切換え域の高圧縮比側では、作動ガス温度を上昇させる作動ガス温度上昇手段と、自己着火燃焼時に吸気弁と排気弁のオーバラップがマイナスになるように調整する可変動弁装置と、を備え、作動ガス温度上昇手段は、マイナスオーバラップ期間中のピストンの上昇行程で追加の燃料を噴射し、かつマイナスオーバラップ期間中に点火プラグを作動させて、追加の燃料を燃焼させる、ことを特徴とする。また、請求項2に係る発明では、低負荷において高圧縮比で自己着火燃焼、高負荷において低圧縮比で火花点火燃焼を行う内燃機関の燃焼制御装置において、自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え時の中間圧縮比サイクルにおいて、切換え域の低圧縮比側では点火時期を調整した火花点火燃焼、切換え域の高圧縮比側では自己着火燃焼を行わせる切換え時制御手段と、切換え域の高圧縮比側では、ピストンの膨張行程で追加の燃料を噴射して、作動ガス温度を上昇させる作動ガス温度上昇手段と、を備え、作動ガス温度上昇手段は、追加の燃料噴射量を圧縮比が高いほど少なくする、ことを特徴とする。さらに、請求項3に係る発明では、低負荷において高圧縮比で自己着火燃焼、高負荷において低圧縮比で火花点火燃焼を行う内燃機関の燃焼制御装置において、自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え時の中間圧縮比サイクルにおいて、切換え域の低圧縮比側では点火時期を調整した火花点火燃焼、切換え域の高圧縮比側では自己着火燃焼を行わせる切換え時制御手段と、切換え域の高圧縮比側では、ピストンの膨張行程で追加の燃料を噴射して、作動ガス温度を上昇させる作動ガス温度上昇手段と、を備え、作動ガス温度上昇手段は、追加の燃料噴射量をEGR量が多いほど少なくする、ことを特徴とする。
【0018】
請求項4に係る発明では、請求項1から請求項3に係る発明において、前記切換え域の低圧縮比側では、点火時期調整手段により、点火時期を遅らせると共に、発生トルクが略同一となるよう、燃料噴射量調整手段により、燃料噴射量を調整することを特徴とする。
【0019】
請求項5に係る発明では、請求項4に係る発明において、点火時期の遅延量は、圧縮比が高いほど大きくすることを特徴とする。
【0021】
請求項6に係る発明では、請求項2又は請求項3に係る発明において、自己着火燃焼時に吸気弁と排気弁のオーバラップがマイナスになるように調整する可変動弁装置を備えることを特徴とする。ここで、マイナスのオーバラップとは、排気弁の閉時期を上死点より早くし、吸気弁の開時期を上死点より遅くして、上死点付近で吸気弁及び排気弁が共に閉じている期間を設けることをいう。
【0023】
請求項7に係る発明では、請求項1に係る発明において、追加の燃料噴射量は、圧縮比が高いほど少なくすることを特徴とする。請求項8に係る発明では、請求項1に係る発明において、追加の燃料噴射量は、EGR量が多いほど少なくすることを特徴とする。
【0024】
請求項9に係る発明では、請求項1〜8に係る発明において、前記切換え域の高圧縮比側でも点火を行い、かつその点火時期は圧縮比が高いほど遅らせることを特徴とする。
【0026】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え時の中間圧縮比サイクルにおいて、切換え域の低圧縮比側では点火時期を調整した火花点火燃焼、切換え域の高圧縮比側では自己着火燃焼を行わせることにより、自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え中にノッキングが発生することなく、両運転領域を円滑に移行できるので、良好な運転性や静粛性を得ることができるという効果が得られる。自己着火燃焼時にマイナスのオーバラップになるように調整した上で、マイナスオーバラップ期間中のピストンの上昇行程で追加の燃料を噴射し、かつマイナスオーバラップ期間中に点火プラグを作動させて、追加の燃料を燃焼させることによって、作動ガス温度を更に確実に上昇させることができ、安定して自己着火を起こさせることができる。また、請求項2に係る発明によれば、切換え域の高圧縮比側では、ピストンの膨張行程で追加の燃料を噴射することによって、作動ガス温度を確実に上昇させることができ、安定して自己着火を起こさせることができる。追加の燃料噴射量は、圧縮比が高いほど少なくすることで、適切に制御できる。さらに、請求項3に係る発明によれば、切換え域の高圧縮比側では、ピストンの膨張行程で追加の燃料を噴射することによって、作動ガス温度を確実に上昇させることができ、安定して自己着火を起こさせることができる。追加の燃料噴射量は、EGR量が多いほど少なくすることで、適切に制御できる。
【0027】
請求項4に係る発明によれば、切換え域の低圧縮比側では、点火時期を遅らせると共に、発生トルクが略同一となるよう、燃料噴射量を調整することにより、ノッキングを回避できるのみならず、安定した回転を確保することができる。
【0028】
請求項5に係る発明によれば、点火時期の遅延量は、圧縮比が高いほど大きくすることで、ノッキング回避効果を適切なものとすることができる。
【0030】
請求項6に係る発明によれば、自己着火燃焼時にマイナスのオーバラップになるように調整した上で、ピストンの膨張行程で追加の燃料を噴射することによって、作動ガス温度を更に確実に上昇させることができ、安定して自己着火を起こさせることができる。
【0032】
請求項7に係る発明によれば、追加の燃料噴射量は、圧縮比が高いほど少なくすることで、適切に制御できる。請求項8に係る発明によれば、追加の燃料噴射量は、EGR量が多いほど少なくすることで、適切に制御できる。
【0033】
請求項9に係る発明によれば、切換え域の高圧縮比側でも点火を行い、かつその点火時期は圧縮比が高いほど遅らせることで、自己着火が起きなかった場合でも、火花点火により燃焼を起こさせ、運転性や排気の悪化を防止することができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図2は本発明の一実施形態を示す内燃機関の概略図である。
【0036】
まず構成を説明すると、エンジンのシリンダ1とピストン2により画成される燃焼室3には、吸気ポート4及び排気ポート5の開口部に、吸気弁6及び排気弁7を備えている。また、燃焼室3に臨むように、火花点火用の点火プラグ8を備えると共に、直噴式の燃料噴射弁9を備えている。
【0037】
吸気弁6及び排気弁7を駆動する各カムシャフトには、各カムによる吸気弁6及び排気弁7の作動期間とリフト量の両方を制御可能な可変動弁装置10,11が設けられている。尚、可変動弁装置10,11のアクチュエータとしては、例えば油圧又は電動モータなどが用いられる。
【0038】
これにより、通常の火花点火運転時には、図3(1)に示すように、吸気弁の開時期を上死点(TDC)より早く、排気弁の閉時期を上死点より遅くして、吸気弁と排気弁のオーバラップを持たせ、同時に、吸気弁の閉時期を下死点(BDC)よりも遅くして、圧縮比をノッキングしない程度の低圧縮比、例えば10程度に設定する。
【0039】
自己着火運転時には、吸気弁と排気弁の作動期間とリフト量の制御により、図3(4)に示すように、排気弁の閉時期を上死点より早く、吸気弁の開時期を上死点より遅くして、マイナスオーバラップを設ける。すなわち、排気弁を排気行程の途中で閉じ、排気ガスの一部をシリンダ内にとどまらせて(内部EGR)、上死点の前後で圧縮・膨張させ、シリンダ内圧力が吸気ポート圧力程度になったときに吸気弁を開いて新しい空気をシリンダ内に吸入する。これにより、新しい空気はその1つ前のサイクルの残留ガスにより加熱される。同時に、吸気弁の閉時期は、下死点付近として、圧縮比を高圧縮比(このエンジンでの最大有効圧縮比)、例えば15程度に設定する。従って、新しい空気は残留ガスで加熱されると共に、圧縮比を高くとれるので、圧縮上死点付近での温度と圧力が自己着火を安定的に起こさせるようなレベルに達することが可能となる。
【0040】
燃料噴射弁9は、直噴式で、これにより後述するメイン噴射及び補助噴射の両方を行うようにしているが、吸気ポート4にて燃料を噴射する燃料噴射弁と、直噴式の燃料噴射弁とを設けて、メイン噴射を吸気ポート側の燃料噴射弁、補助噴射を直噴式の燃料噴射弁によって行うようにしてもよい。
【0041】
点火プラグ8、燃料噴射弁9の他、吸気弁6と排気弁7の可変動弁装置10,11は、図示しないコントロールユニットに接続され、該コントロールユニットからの信号に基づいて制御される。
【0042】
コントロールユニットは、例えば、エンジン回転数、アクセルペダル開度(トルク)などの信号を入力し、図4に示すような低負荷側の自己着火運転領域と高負荷側の火花点火運転領域の判別を行う。更に、吸気弁6や排気弁7の作動をモニタする信号を入力し、例えば、吸気弁の閉時期からサイクル毎の有効圧縮比の算出、吸気弁の開時期と排気弁の閉時期から、オーバラップ量の算出と内部EGR量の算出を行う。
【0043】
次に作用を説明する。
まず、図5において、従来の内燃機関の場合の過渡特性挙動を、火花点火運転領域から自己着火運転領域に移行する場合を例にとって、説明する。自己着火運転領域から火花点火運転領域に移行する場合は、図5の逆をたどることになる。
【0044】
図5の時刻T0において、自己着火に移行する判断がコントロールユニットで行われ、自己着火指示信号がOnとなる。それに従い、吸気弁と排気弁の作動を変更するために、可変動弁装置において油圧又は電動モータなどのアクチュエータが動きはじめ、圧縮比やEGR量(内部EGR量)がサイクル毎に変化していくが、Onとなったその次のサイクルではまだ、圧縮比やEGR量もほとんど火花点火運転時のままであり、アクチュエータの作動所要時間(T0〜T3)による遅れのため、圧縮比とEGR量はサイクル毎に徐々に変化し、最終的に自己着火が安定して起こるのは、例えば8サイクル目の時刻T3になる。
【0045】
図5の時刻T1において、圧縮比とEGR量がやや高くあるいは多くなるので、火花点火時期がそのままでは、ノッキングが起こる。そのままカムの移行を続けると、時刻T2において、圧縮比とEGR量が自己着火を起こさせるレベルに達し、自己着火が起こり、ノッキングはなくなる。
【0046】
すなわち問題になるのは、この時刻T1からT2までの間である。この間は、圧縮比とEGR量はそれぞれ高くあるいは多くなる過程にありながら、自己着火を起こすには不足で、点火時期が低圧縮比での設定のままの場合は、ノッキングを起こしてしまう領域である。
【0047】
図6に本発明の作用を示す。本発明は、時刻T1とT2の間に注目しており、この間を2つに分け、中間圧縮比での低圧縮比側と高圧縮比側に分ける。時刻T4をその分ける時刻とする。
【0048】
時刻T1とT4の間(制御上は時刻T0とT4の間)では、図3(2)に示すような切換え途中の吸排気弁の開閉状況であるので、まだ、圧縮比もEGR量も比較的低くかつ少ない。従って、火花点火をさせるが、点火時期をリタード(遅延)させる。この際、図7に示すように、点火時期リタードによりノッキング限界となる圧縮比が高くなり、ノッキングを回避できる。
【0049】
その一方、同じく図7に示すように、点火時期リタードにより熱発生時期が遅れるため、サイクル効率が悪化して、トルクが減少する。そのため、そのトルク減少分ΔTorque を補うために、吸気行程でのメイン噴射量Qmainを増量する。これにより空燃比がリッチ側となり、更にノッキング回避効果も大きくできる。このメイン噴射量Qmainの増量分は、圧縮比が高いほど、つまりT4に近いほど、多くすることは言うまでもない。
【0050】
次に時刻T4になると、すなわち、時刻T4とT2の間(制御上は時刻T4とT3の間)では、図3(3)に示すような切換え途中の吸排気弁の作動状況となるので、圧縮比やEGR量が比較的高くかつ多くなる。従って、補助的な作動ガス温度上昇手段で作動ガス温度を上昇させて、自己着火燃焼させる。
【0051】
図6では、作動ガス温度上昇手段として、ピストンの膨張行程で追加の燃料(補助燃料)を噴射する手段を用いて、排気温度を高める例を示している。追加の燃料噴射量(膨張行程噴射量)Qadd は、T4付近で最も多く、それ以降減量され、切換えが完了する時刻T3でゼロになる。これは、圧縮比やEGR量がT4からT3になるにつれ高くかつ多くなり、時刻T3の手前のT2で自己着火が起こるほど十分なレベルに達するためである。
【0052】
図8に更に詳細に示すように、補助燃料は膨張行程に噴射され、それにより排気温度が高くなる。通常はオーバラップが少ないので、排気ガスが残留ガスとしてそれほど次のサイクルには回らず、単に膨張行程噴射するだけでは効果が得られにくいが、本実施形態では、マイナスオーバラップとしているため、T4からT3の間では、図3(3)に示すように、マイナスオーバラップがかなり大きくなり、排気ガスのより多くの一部が確実にシリンダ内にトラップされ、次のサイクルの作動ガス温度をかなり上昇させることができる。従って、本発明では、膨張行程噴射により、マイナスオーバラップ構成とすることで、有効に次のサイクルの作動ガス温度上昇を実現できている。
【0053】
また、この際、図6と図8にあるように、火花点火も併用する。この火花点火の点火時期は、圧縮比が高いほど、あるいはEGR量が多いほどリタードしていて、図8では上死点後に設定されている。これは、自己着火が起きなかった場合でも、火花点火により燃焼を起こさせ、エンジンが失火することなく、回り続けて、運転性や排気の悪化が起こることを防ぐためである。
【0054】
更に、図9には、膨張行程噴射とは別の作動ガス温度上昇手段として、マイナスオーバラップ期間中のピストンの上昇行程で追加の燃料(補助燃料)を噴射し、かつマイナスオーバラップ期間中に点火プラグを作動させて、追加の燃料を燃焼させる手段を用いた例を示す。
【0055】
これは、マイナスオーバラップ期間中に、燃料を直接噴射し、火花点火して燃焼させることにより、EGRガスの温度を更に上昇させて、少ないEGR量でも、新しい空気を十分加熱して自己着火を起こさせるようにするためである。
【0056】
この補助燃料噴射は、ピストンが排気行程で上昇する期間で、噴射した燃料が排気弁から吹き抜けないタイミングであり、かつ、マイナスオーバラップ期間中に噴射される。望ましくは、上死点前30度から70度付近とされる。
【0057】
点火は、マイナスオーバラップ中に行われ、望ましくは、上死点前後に行われる。あまり早い時期に点火すると、エンジンのマイナス仕事が増えるため、望ましくは、上死点前30度より後に点火されるように設定される。
【0058】
このような補助的な作動ガス温度上昇手段は、マイナスオーバラップ構成特有のものであり、全ての噴射燃料がEGRガスの温度上昇に使われるため効率が良い。また、点火時期を選ぶことにより、熱発生を上死点後にして、ピストンに対してプラスの仕事を行い、補助燃料噴射による燃費悪化を最小限にできる特徴がある。また、噴射量が多く、EGRガスの酸素が少ない場合、未燃HCが生成するが、その生成した未燃HCは、逆に燃焼中間生成物として、そのサイクルの自己着火を容易に起こす作用があるので、好都合である。従ってこの補助燃料の噴射量も、図6の膨張行程噴射量Qadd と同じく、T4付近で最大で、T3に近づくにしたがって少なくなり、T3ではゼロになるように設定される。
【0059】
高圧縮比自己着火運転モードから、低圧縮比火花点火運転モードに切換わる際は、上記の逆を行う。
図10は上記制御をフローチャートにより示したものである。
【0060】
ステップ1(図にはS1と記す。以下同様)では、運転領域を判別し、高負荷側の場合は、ステップ2へ進んで、低圧縮比での火花点火制御を行う。また、低負荷の場合は、ステップ3へ進んで、高圧縮比での自己着火燃焼制御を行う。
【0061】
また、ステップ4では、火花点火燃焼と自己着火燃焼との切換え域か否かを判定し、切換え域の場合は、次のように制御する(切換え時制御手段)。
ステップ5で実圧縮比を判定し、低圧縮比側の場合は、ステップ6で点火時期をリタードさせる(点火時期調整手段)。また、ステップ7でメイン噴射量を増量する(燃料噴射量調整手段)。
【0062】
高圧縮比側の場合は、ステップ8で膨張行程噴射又はマイナスオーバラップ期間中の噴射と点火により作動ガス温度を上昇させる(作動ガス温度上昇手段)。また、ステップ9で火花点火を併用する。
【0063】
本発明の説明として、図3のマイナスオーバラップ構成の例で説明してきたが、その他の自己着火運転領域を伴う内燃機関の例として、メカニカルな可変圧縮比のみのシステム(バルブタイミングは変えない)が考えられる。この場合においても、圧縮比が上がっていく初期は、点火時期リタードで対応できるが、より圧縮比が上がると、もはや点火時期リタードでは出力が低下して対応できない。また、バルブタイミングが変更されないので残留ガス量が多くなく、排気温度を上昇させてもその効果は抑制されるが、自己着火の促進効果は得られる。この場合でも以下の作用を行う。
【0064】
低圧縮比火花点火運転モードから、高圧縮比自己着火運転モードに切換わる際、切換え指示直後から、圧縮比が上がるにつれてノッキングしやすくなるため、点火時期を遅らせて、ノッキングを抑制しつつ火花点火させる。
【0065】
更に圧縮比が上がると、ピストン膨張行程に追加の燃料を噴射し燃焼を起こさせ、次のサイクルヘの残留ガスの温度を上昇させ、次のサイクルでの自己着火を十分な高圧縮比でなくても起こさせる。
【0066】
更に圧縮比が上がると、追加の燃料噴射を止める。このとき、自己着火運転モードへの移行を完了したことになる。
マイナスオーバラップのシステムに比べ、追加噴射燃料の全てが次のサイクルの吸気温度を上昇させるわけではないので、その温度上昇効率は劣る。
【0067】
しかし、圧縮比の応答速度を実用上十分速くすることにより、ノッキング抑制しつつ自己着火燃焼を実現できる。
高圧縮比自己着火運転モードから、低圧縮比火花点火運転モードに切換わる際は、上記の逆を行う。
【0068】
また、他の例として、吸気弁のカム軸をひねることで圧縮比を調整する場合もある。この場合、低圧縮比ではバルブオーバラップは少なく、高圧縮比ではバルブオーバラップが大きくなり、より残留ガスが多くなる。この場合では、圧縮比が上がっていく初期は、点火時期のリタードで対応でき、より圧縮比が上がると、同時にオーバラップ量も大きくなっている。このため、排気ガスの温度を上昇させると次のサイクルヘの残留ガス量が多いので、次のサイクルの吸気温度も上昇し、完全に圧縮比が上がらなくても、自己着火を起こすことができる。
【0069】
低圧縮比火花点火運転モードから、高圧縮比自己着火運転モードに切換わる際、切換え指示直後から、圧縮比が上がるにつれてノッキングしやすくなるため、点火時期を遅らせて、ノッキングを抑制しつつ火花点火させる。
【0070】
更に圧縮比が上がると、ピストン膨張行程に追加の燃料を噴射し燃焼を起こさせ、次のサイクルヘの残留ガスの温度を上昇させ、次のサイクルでの自己着火を十分な高圧縮比でなくても起こさせる。このとき、バルブオーバラップ量も多くなっているので、次のサイクルの吸気ガス温度も上昇する。このため、圧縮比が完全に上昇しなくても、自己着火を起こすことができる。
【0071】
更に圧縮比が上がると、圧縮比のみでも自己着火が起こるので、追加の燃料噴射を止める。このとき、自己着火運転モードへの移行を完了したことになる。
マイナスオーバラップのシステムに比べ、追加噴射燃料の全てが次のサイクルの吸気温度を上昇させるわけではないので、その温度上昇効率は劣るが、バルブタイミングが同じままのメカニカルな可変圧縮比システムに比べれば、温度上昇効率は高い。
【0072】
高圧縮比自己着火運転モードから、低圧縮比火花点火運転モードに切換わる際は、上記の逆を行う。
以上のように、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御装置では、高圧縮比の自己着火と低圧縮比の火花点火の運転の切換え時において、切換え途中の中間圧縮比において、低圧縮比側では点火プラグによる点火時期をリタードしてノッキングを抑制すると共に、高圧縮比側では作動ガス温度を補助的かつ一時的な手段で上昇させて自己着火を起こさせるようにしたので、切換え中にノッキングが発生することなく、自己着火に移行できるので、良好な運転性や静粛性が保たれるという効果が実現される。
【0073】
この結果として、自己着火が安定して実現できるので、従来のように吸気通路の途中に設けられたスロットル弁によって、部分負荷時に吸入される新気の量を制限する必要がないため、吸入負圧に起因するポンピングロスの低減が可能となる。
【0074】
特に、自己着火時にマイナスオーバラップ構成にする場合には、圧縮比とEGR量が共に動くので、排気温度上昇、あるいは、吸気上死点での補助噴射燃料への点火などが、有効に次のサイクルの作動ガス温度の上昇に使われるという効果が得られる。但し、マイナスオーバラップにしない構成のエンジンでも、本発明による効果は実用上十分得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図2】 本発明の一実施形態を示す内燃機関の概略図
【図3】 可変動弁装置による自己着火運転と火花点火運転の切換え作動の一例を示す図
【図4】 自己着火運転領域と火花点火運転領域の一例を示す図
【図5】 従来の自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え時の制御を示す図
【図6】 本発明の自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え時の制御の一例を示す図
【図7】 点火時期リタードによるノック回避とトルク減少を示す図
【図8】 中間圧縮比の高圧縮比側の作用の一例を示す図
【図9】 マイナスオーバラップによる自己着火運転システムにおける切換え時の中間圧縮比の高圧縮比側の作用の一例を示す図
【図10】 切換え制御の概略を示すフローチャート
【符号の説明】
1 シリンダ
2 ピストン
3 燃焼室
4 吸気ポート
5 排気ポート
6 吸気弁
7 排気弁
8 点火プラグ
9 燃料噴射弁
10,11 可変動弁装置
Claims (9)
- 低負荷において高圧縮比で自己着火燃焼、高負荷において低圧縮比で火花点火燃焼を行う内燃機関の燃焼制御装置において、
自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え時の中間圧縮比サイクルにおいて、切換え域の低圧縮比側では点火時期を調整した火花点火燃焼、切換え域の高圧縮比側では自己着火燃焼を行わせる切換え時制御手段と、
前記切換え域の高圧縮比側では、作動ガス温度を上昇させる作動ガス温度上昇手段と、
自己着火燃焼時に吸気弁と排気弁のオーバラップがマイナスになるように調整する可変動弁装置と、を備え、
前記作動ガス温度上昇手段は、マイナスオーバラップ期間中のピストンの上昇行程で追加の燃料を噴射し、かつマイナスオーバラップ期間中に点火プラグを作動させて、追加の燃料を燃焼させる、
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 低負荷において高圧縮比で自己着火燃焼、高負荷において低圧縮比で火花点火燃焼を行う内燃機関の燃焼制御装置において、
自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え時の中間圧縮比サイクルにおいて、切換え域の低圧縮比側では点火時期を調整した火花点火燃焼、切換え域の高圧縮比側では自己着火燃焼を行わせる切換え時制御手段と、
前記切換え域の高圧縮比側では、ピストンの膨張行程で追加の燃料を噴射して、作動ガス温度を上昇させる作動ガス温度上昇手段と、を備え、
前記作動ガス温度上昇手段は、追加の燃料噴射量を圧縮比が高いほど少なくする、
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 低負荷において高圧縮比で自己着火燃焼、高負荷において低圧縮比で火花点火燃焼を行う内燃機関の燃焼制御装置において、
自己着火燃焼と火花点火燃焼の切換え時の中間圧縮比サイクルにおいて、切換え域の低圧縮比側では点火時期を調整した火花点火燃焼、切換え域の高圧縮比側では自己着火燃焼を行わせる切換え時制御手段と、
前記切換え域の高圧縮比側では、ピストンの膨張行程で追加の燃料を噴射して、作動ガス温度を上昇させる作動ガス温度上昇手段と、を備え、
前記作動ガス温度上昇手段は、追加の燃料噴射量をEGR量が多いほど少なくする、
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 前記切換え域の低圧縮比側では、点火時期調整手段により点火時期を遅らせると共に、発生トルクが略同一となるよう、燃料噴射量調整手段により燃料噴射量を調整する、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 点火時期の遅延量は、圧縮比が高いほど大きくする、
ことを特徴とする請求項4記載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 自己着火燃焼時に吸気弁と排気弁のオーバラップがマイナスになるように調整する可変動弁装置を備える、
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 追加の燃料噴射量は、圧縮比が高いほど少なくする、
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 追加の燃料噴射量は、EGR量が多いほど少なくする、
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 前記切換え域の高圧縮比側でも点火を行い、かつその点火時期は圧縮比が高いほど遅らせる、
ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36987198A JP4221795B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 内燃機関の燃焼制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36987198A JP4221795B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 内燃機関の燃焼制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000192828A JP2000192828A (ja) | 2000-07-11 |
JP4221795B2 true JP4221795B2 (ja) | 2009-02-12 |
Family
ID=18495525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36987198A Expired - Fee Related JP4221795B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 内燃機関の燃焼制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4221795B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6611145B2 (en) * | 2000-07-20 | 2003-08-26 | Harley-Davidson Motor Company Group, Inc. | Motorcycle having a system for combustion diagnostics |
DE10037024A1 (de) * | 2000-07-29 | 2002-02-07 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zum Vermeiden von Klopfen bei Ausfall einer Klopfregelung |
WO2002097255A1 (fr) | 2001-05-22 | 2002-12-05 | Hitachi, Ltd. | Moteur thermique a allumage par compression |
JP4168766B2 (ja) * | 2003-01-31 | 2008-10-22 | トヨタ自動車株式会社 | 圧縮自着火運転が可能なエンジン |
JP4066851B2 (ja) | 2003-03-03 | 2008-03-26 | トヨタ自動車株式会社 | 可変サイクルエンジンおよび運転モードの切り替え方法 |
JP2005090382A (ja) * | 2003-09-18 | 2005-04-07 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
JP2007247479A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Hitachi Ltd | 圧縮着火式内燃機関の制御装置 |
JP2007255211A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Toyota Motor Corp | 圧縮着火内燃機関の制御装置 |
US7748355B2 (en) * | 2006-09-15 | 2010-07-06 | Ford Global Technologies, Llc | Approach for facilitating engine mode transitions |
JP4438792B2 (ja) | 2006-12-18 | 2010-03-24 | 株式会社日立製作所 | 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置 |
JP4715753B2 (ja) * | 2007-01-09 | 2011-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
JP2009085175A (ja) * | 2007-10-02 | 2009-04-23 | Mazda Motor Corp | ガソリンエンジンの制御装置 |
JP4831040B2 (ja) * | 2007-10-03 | 2011-12-07 | マツダ株式会社 | ガソリンエンジンの制御装置 |
JP5381758B2 (ja) * | 2010-02-01 | 2014-01-08 | 三菱自動車工業株式会社 | エンジンの制御装置 |
JP5519331B2 (ja) * | 2010-02-26 | 2014-06-11 | 本田技研工業株式会社 | 車両の制御装置 |
JP5593132B2 (ja) * | 2010-06-14 | 2014-09-17 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
DE102011015627B4 (de) * | 2010-10-07 | 2023-02-02 | Mercedes-Benz Group AG | Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit NOx-armer Verbrennung (NAV) |
CN113202628A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-08-03 | 北京理工大学 | 一种两级式低压缩循环的实现方法、装置及检测方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63230961A (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の点火時期制御装置 |
JPH04187851A (ja) * | 1990-11-20 | 1992-07-06 | Toyota Motor Corp | 筒内直接噴射式火花点火機関 |
JPH08100638A (ja) * | 1994-09-29 | 1996-04-16 | Fuji Heavy Ind Ltd | 筒内噴射エンジンの触媒活性化制御装置 |
JP3149822B2 (ja) * | 1996-07-02 | 2001-03-26 | 三菱自動車工業株式会社 | 筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置 |
CN1233313B (zh) * | 1996-08-23 | 2013-01-02 | 卡明斯发动机公司 | 带最佳燃烧控制的预混合可燃混合气压燃发动机 |
JPH10196424A (ja) * | 1996-12-28 | 1998-07-28 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 混合気の圧縮着火式燃焼方法および混合気の圧縮着火式ピストン内燃機関 |
JPH10266878A (ja) * | 1997-03-26 | 1998-10-06 | Toyota Motor Corp | 4ストロークエンジンの制御装置 |
-
1998
- 1998-12-25 JP JP36987198A patent/JP4221795B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000192828A (ja) | 2000-07-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4221795B2 (ja) | 内燃機関の燃焼制御装置 | |
JP4326044B2 (ja) | 4サイクル内燃機関 | |
JP4082292B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP4253426B2 (ja) | 圧縮自己着火式ガソリン機関 | |
JP4893718B2 (ja) | 内燃機関の制御方法および内燃機関の制御装置 | |
JP7077768B2 (ja) | 圧縮着火式エンジンの制御装置 | |
JP4124224B2 (ja) | 4サイクル予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置 | |
US7810463B2 (en) | Quick restart HCCI internal combustion engine | |
JP7077771B2 (ja) | 圧縮着火式エンジンの制御装置 | |
WO2006118698A2 (en) | Method of hcci and si combustion control for a direct injection internal combustion engine | |
JP4075219B2 (ja) | 圧縮自己着火ガソリン内燃機関 | |
JP2009091995A (ja) | 内燃機関の燃焼制御装置 | |
JP3690078B2 (ja) | 火花点火エンジン | |
JP2019203415A (ja) | 圧縮着火式エンジンの制御装置 | |
JP2005325818A (ja) | エンジンの運転制御装置 | |
JP4803151B2 (ja) | ガソリンエンジンの制御装置 | |
JP4110836B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP2000073803A (ja) | 筒内噴射ガソリンエンジン | |
JP4186782B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP4180995B2 (ja) | 圧縮着火内燃機関の制御装置 | |
JP4244603B2 (ja) | 可変サイクルエンジンにおける運転サイクルの切換制御 | |
JP4098684B2 (ja) | 圧縮着火内燃機関の制御装置 | |
JP4096429B2 (ja) | 内燃機関の排気弁作動制御装置 | |
JP5429148B2 (ja) | 予混合圧縮自己着火エンジン | |
JP2011241716A (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051026 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20080319 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20080331 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080403 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080513 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080704 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081028 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081110 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131128 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |