JP5753142B2 - 内燃機関の燃焼制御装置及び均質希薄混合気の燃焼方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の均質希薄混合気の燃焼方法、及びこの燃焼方法を適用して構成される内燃機関(以下、単に「エンジン」という)の燃焼制御装置の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。
組合せ例1では、圧縮比が12.4の試験機において、吸気ヒータにより吸気温度を50℃まで加熱した。
組合せ例2では、圧縮比が12.4の試験機において、吸気ヒータにより吸気温度を100℃まで加熱した。
組合せ例3では、圧縮比が13.2の試験機において、吸気ヒータにより吸気温度を50℃まで加熱した。
組合せ例4では、圧縮比が13.2の試験機において、吸気ヒータにより吸気温度を100℃まで加熱した。
これに対し、図4−7の右側のグラフ(b)に示すように、何れの組合せ例1−4においても、燃焼が不安定となる時は圧縮上死点の筒内温度は約1000[K]を下回るサイクルが生じている。より詳しくは、圧縮上死点の筒内温度が約1000[K]に達しないサイクルが生じると、その後の熱発生量は低下し、これがIMEP変動率を増加させている原因となっていることが検証された。すなわち、気筒内の圧縮上死点での筒内温度を、後述の変曲点温度よりも高い約1000[K]以上とすることにより、均質希薄混合気を安定して燃焼できることが検証された。
使用反応モデル:ガソリンサロゲート反応モデル(橋本公太郎、越光男、三好明、村上能規、小口達夫、酒井康行、安東弘光、土屋健太郎、「ガソリン燃焼反応モデルの構築」、自動車技術会学術講演会前刷集、No.29−12、P21−24(2012)参照)
圧力条件:3MPa(試験機の圧縮上死点での筒内圧力に相当)
当量比:0.5(空燃比に換算して30[A/F]程度)
使用燃料:PRF90
図8に示すように、層流燃焼速度は初期筒内温度が高くなるほど大きくなるが、約960[K]において急峻が発生することが明らかとなった。本発明では、圧縮上死点に相当する圧力条件下で筒内温度を変化させたときに層流燃焼速度に急峻が発生する温度を変曲点温度と定義する。
2CH2O+O2→2H2O+2CO+473[kJ]
次に、本発明の第2実施形態について図面を参照しながら説明する。
上記第1実施形態の試験機では、筒内温度を高くするための手段として、気筒内に導入される前の吸気を加熱する吸気ヒータを用いた。しかしながら、走行中の車両において吸気の温度を正確に制御するのは技術的に難しく、量産機には適していない。そこで第2実施形態では、筒内温度を高くするための手段として吸気ヒータ以外の手段を用いた、より量産機に適したものについて説明する。
図13は、本実施形態の量産機における混合気の空燃比とエンジン直下の排気のNOx濃度との関係を示すグラフである。
図14は、本実施形態の量産機における混合気の空燃比と図示燃費消費率(ISFC)との関係を示すグラフである。
なお、気筒に導入される前の吸気の温度は50℃であった。また、これら図12−14では、上記量産機において、燃焼安定性基準を満たしたものを白抜きの印で示し、燃焼安定性基準を満たさなかったものを黒色で塗りつぶした印で示す。
これに対し、図15の(b)に示すように、燃焼が不安定となる時は圧縮上死点の筒内温度が約1000[K]を下回るサイクルが生じている。したがって、表3に示すような量産機においても、気筒内の圧縮上死点での筒内温度を変曲点温度よりも高い約1000[K]以上とすることにより、均質希薄混合気を安定して燃焼できることが検証された。
例えば、上記実施形態では単気筒のエンジンを用いた場合について説明したが、本発明の燃焼方法は、どのような気筒数のエンジンにも適用できる。また、上記実施形態では、エンジン運転条件について、エンジン回転速度を1500[rpm]とし、図示平均有効圧を300[kPa]とした場合について説明したが、本発明はこれに限らずどのような運転領域でも適用できる。
Claims (7)
- 内燃機関の気筒内に空気とガソリンの均質かつ希薄な混合気を形成する混合気形成手段と、
前記気筒内に設けられた火花点火手段と、を備え、前記混合気形成手段により形成された均質希薄混合気を前記火花点火手段で点火して燃焼する内燃機関の燃焼制御装置であって、
圧縮上死点に相当する圧力条件下で筒内温度を変化させたときに層流燃焼速度に急峻が発生する温度を変曲点温度と定義し、前記均質希薄混合気を燃焼する際における前記気筒内の圧縮上死点での筒内温度は前記変曲点温度より高くかつ約1000[K]以上であることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 - 前記変曲点温度における層流燃焼速度の急峻は、H2O2の分解反応により生じ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。
- 前記内燃機関の圧縮比は12以上15以下の範囲内に設定され、
前記混合気形成手段は、前記均質希薄混合気の空燃比を25[A/F]以上にすることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 前記前記均質希薄混合気の燃焼時には排気の前記気筒内への還流を停止することを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
- 前記気筒内に導入される前の吸気を加熱する吸気加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
- 前記火花点火手段は、圧縮上死点に至るまでの間に2以上の複数回の点火を行うことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
- 内燃機関の気筒内に空気とガソリンの均質かつ希薄な混合気を形成した後、当該均質希薄混合気を火花点火することにより燃焼させる均質希薄混合気の燃焼方法であって、
圧縮上死点に相当する圧力条件下で筒内温度を変化させたときに層流燃焼速度に急峻が発生する温度を変曲点温度と定義し、前記均質希薄混合気を燃焼する際には、前記気筒内の圧縮上死点での筒内温度を前記変曲点温度より高くかつ約1000[K]以上にすることを特徴とする均質希薄混合気の燃焼方法。
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