JP6079814B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
また、本発明の他の態様に係る内燃機関は、燃焼室内にタンブル流が生成される内燃機関であって、点火プラグと、筒内噴射弁と、タンブル流可変機構と、制御装置とを備える。点火プラグは、シリンダヘッド側の前記燃焼室の壁面の中央部に配置されている。筒内噴射弁は、成層燃焼運転が行われるときに、タンブル流の渦中心に燃料噴霧が向かうように特定タイミングにて燃料を噴射するように構成されている。タンブル流可変機構は、タンブル流の強さを可変とする。制御装置は、前記筒内噴射弁により噴射される燃料の噴霧貫徹力が前記内燃機関の経時変化に起因して増大した場合に、成層燃焼運転中にタンブル流の強さが高められるように前記タンブル流可変機構を制御する。さらに、前記制御装置は、前記特定タイミングにて行われる燃料噴射の噴霧貫徹力を減少させた場合に点火時期における前記点火プラグの周辺の混合気の空燃比であるプラグ周辺空燃比と相関のある空燃比指標値がリッチ側に変化するときに、前記経時変化に起因する噴霧貫徹力の増大が生じているとして、成層燃焼運転中にタンブル流の強さが高められるように前記タンブル流可変機構を制御する。
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関10のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10の各気筒内には、ピストン12が設けられている。気筒内におけるピストン12の頂部側には、燃焼室14が形成されている。燃焼室14には、吸気通路16および排気通路18が連通している。
内燃機関10では、上述のように、吸気ポート16aの形状の事前の選定によって、燃焼室14内にタンブル流を生成させられるようになっている。本実施形態では、成層燃焼を実現するために、このタンブル流を利用するエアガイド方式、すなわち、燃料噴霧をタンブル流によって点火プラグ30の周りに運ぶ方式が用いられる。成層燃焼とは、点火時期において点火プラグ30の周辺にその外側よりも空燃比がリッチな混合気層を形成して行う燃焼のことである。なお、図1は、圧縮上死点(圧縮TDC)前90°CA付近での状態を示している。
(本実施形態の制御の対象となる運転条件)
以下に説明する本実施形態の制御は、ファストアイドル運転を対象として行われる。ファストアイドル運転は、内燃機関10の冷間始動直後に、アイドル回転速度を、暖機終了後の通常アイドル回転速度より高く維持するために行われるものである。
本実施形態では、ファストアイドル運転時に、上述のエアガイド方式を利用する成層燃焼が実施される。ファストアイドルの際に成層燃焼を行うこととすると、筒内全体の空燃比を大きくリッチ化することなく、点火プラグ30の周辺にその外側と比べて燃料濃度の高い可燃混合気層を生成することができるので、燃費低減を図りつつ冷間始動後の燃焼を安定化させることができる。
上述したエアガイド方式は、燃料噴霧がタンブル流の渦中心に向かうように燃料噴射を行って、タンブル流によって燃料噴霧を包み込んだ状態で燃料噴霧を点火プラグ30の周りに輸送するというものである。このような動作を適切に実現できるようにするために、筒内噴射弁28による特定タイミングTでの燃料噴射は、筒内に生成されるタンブル流の強さに対して適切な噴霧貫徹力にて行われるようになっている。
本実施形態では、上記の課題を解決するために、上述したエアガイド方式を利用する成層燃焼が実施されるファストアイドル運転中に噴霧貫徹力が内燃機関10の経時変化に起因して増大したか否かを判定することとした。そして、噴霧貫徹力が増大したと判定した場合には、タンブル流の強さを高めることによってタンブル流の強さと噴霧貫徹力とのバランスを改善させるべく、TCV25を閉じることとした。
内燃機関10(例えば、筒内噴射弁28)の経時変化に起因する噴霧貫徹力の増大の判定は、他の手法を用いて行うようにしてもよいが、例えば、以下に示す手法を用いることができる。
図8は、本発明の実施の形態1における制御の流れを表したフローチャートである。ECU40は、内燃機関10が冷間始動した直後において触媒暖機制御を伴うファストアイドル運転を開始するときに、本フローチャートの処理を開始する。なお、このフローチャートの処理は、ECU40によって気筒毎に実行される。
R(k)=R(k−1)−X ・・・(1)
ただし、(1)式において、R(k)は、上述した筒内噴射割合Rの初期値(すなわち、事前に適合された最適噴射割合)Rb0をR(0)として用いて、筒内噴射割合Rのk回目の補正時に算出される値である。R(k−1)は前回値である。Xは所定の一定量である。
図8に示すフローチャートに従う処理によれば、噴霧貫徹力が経時変化に起因して増大した場合には、TCV25を閉じることにより、燃焼室14内に生成されるタンブル流の強さが高められる(後述の図13中のタンブル流の主流C1〜C3参照)。これにより、燃料噴霧がタンブル流の渦中心に向かうように燃料噴射を行い、タンブル流によって燃料噴霧を包み込んだ状態で燃料噴霧を点火プラグ30の周りに輸送するというエアガイド方式を採用する内燃機関10において、タンブル流の強さと噴霧貫徹力とのバランスを改善することができる。その結果として、経時変化による噴霧貫徹力の増大に起因して低下したプラグ周辺混合気の成層度を回復させることができる。より具体的には、TCV25によるタンブル流の強さの調整によれば、良好な燃焼に対する弊害を伴うパラメータ(例えば燃料噴射圧力)を変更して噴霧貫徹力を調整する場合と比べて、良好な燃焼に対する弊害を軽減しつつプラグ周辺混合気の成層度を回復させられるようになる。そして、成層度の回復により、トルク変動の増大およびNOx排出量の増加を抑制することができる。
次に、図14〜図16を主に参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
[実施の形態2の制御]
(実施の形態2の制御の特徴部分)
本実施形態は、噴霧貫徹力が経時変化に起因して増大した場合に、タンブル流の強さを高めるべくTCV25を閉じるという基本的な部分においては、上述した実施の形態1と同様である。しかしながら、本実施形態の制御は、以下に図14を参照して説明する点において、実施の形態1の制御と相違している。
図15は、本発明の実施の形態2における制御の流れを表したフローチャートである。なお、図15において、実施の形態1における図8に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。そして、本フローチャートの処理に関する以下の説明では、図8に示すフローチャートの処理との相違点を中心に説明を行う。
OP(k)=OP(k−1)−Z ・・・(4)
ただし、(4)式において、OP(k)は、TCV開度OPの初期値(TCV25の場合には全開開度)をOP(0)として用いて、TCV開度OPのk回目の補正時に算出される値である。OP(k−1)は前回値である。Zは所定の一定量である。
ところで、上述した実施の形態1および2においては、筒内圧センサ32を利用して算出される熱発生率dQ/dθを用いてプラグ周辺空燃比を推定する手法を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明におけるプラグ周辺空燃比の取得手法は、上記に限らず、次のようなものであってもよい。すなわち、点火プラグ一体型であって赤外線吸収法を利用して燃料濃度を検出可能な光学センサが知られている。プラグ周辺空燃比は、例えば、上記光学センサを利用して検出されるものであってもよい。また、燃焼ガス中のラジカルの発光を検出する光学センサが知られている。プラグ周辺空燃比は、例えば、このような光学センサの出力を利用して算出される所定のラジカルの発光強度に基づいて推定されるものであってもよい。
12 ピストン
14 燃焼室
16 吸気通路
16a 吸気ポート
18 排気通路
18a 排気ポート
20 エアフローメータ
22 スロットル弁
24 吸気弁
25 タンブル制御弁(TCV)
25a TCVの弁軸
25b TCVの弁体
26 ポート噴射弁
28 筒内噴射弁
30 点火プラグ
32 筒内圧センサ
34 排気弁
36 排気浄化触媒
38 クランク角センサ
40 ECU(Electronic Control Unit)
52 吸気可変動弁装置
54 バルブマスク
Claims (6)
- 燃焼室内にタンブル流が生成される内燃機関であって、
シリンダヘッド側の前記燃焼室の壁面の中央部に配置された点火プラグと、
成層燃焼運転が行われるときに、タンブル流の渦中心に燃料噴霧が向かうように特定タイミングにて燃料を噴射するように構成された筒内噴射弁と、
タンブル流の強さを可変とするタンブル流可変機構と、
前記筒内噴射弁により噴射される燃料の噴霧貫徹力が前記内燃機関の経時変化に起因して増大した場合に、成層燃焼運転中にタンブル流の強さが高められるように前記タンブル流可変機構を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、噴霧貫徹力が前記経時変化に起因して増大した場合であって、かつ、成層燃焼運転中に燃焼変動の大きさが判定値以上となる場合に、前記タンブル流可変機構を用いてタンブル流の強さを高めることを特徴とする内燃機関。 - 前記制御装置は、前記特定タイミングにて行われる燃料噴射の噴霧貫徹力を減少させた場合に点火時期における前記点火プラグの周辺の混合気の空燃比であるプラグ周辺空燃比と相関のある空燃比指標値がリッチ側に変化するときに、前記経時変化に起因する噴霧貫徹力の増大が生じているとして、成層燃焼運転中にタンブル流の強さが高められるように前記タンブル流可変機構を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
- 燃焼室内にタンブル流が生成される内燃機関であって、
シリンダヘッド側の前記燃焼室の壁面の中央部に配置された点火プラグと、
成層燃焼運転が行われるときに、タンブル流の渦中心に燃料噴霧が向かうように特定タイミングにて燃料を噴射するように構成された筒内噴射弁と、
タンブル流の強さを可変とするタンブル流可変機構と、
前記筒内噴射弁により噴射される燃料の噴霧貫徹力が前記内燃機関の経時変化に起因して増大した場合に、成層燃焼運転中にタンブル流の強さが高められるように前記タンブル流可変機構を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記特定タイミングにて行われる燃料噴射の噴霧貫徹力を減少させた場合に点火時期における前記点火プラグの周辺の混合気の空燃比であるプラグ周辺空燃比と相関のある空燃比指標値がリッチ側に変化するときに、前記経時変化に起因する噴霧貫徹力の増大が生じているとして、成層燃焼運転中にタンブル流の強さが高められるように前記タンブル流可変機構を制御することを特徴とする内燃機関。 - 前記制御装置は、噴霧貫徹力が前記経時変化に起因して増大した場合に、点火時期における前記点火プラグの周辺の混合気の空燃比であるプラグ周辺空燃比と相関のある空燃比指標値がリッチ側への変化を示さなくなるまで、成層燃焼運転中に前記タンブル流可変機構を用いてタンブル流の強さを高めることを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載の内燃機関。
- 前記制御装置は、前記経時変化に起因する噴霧貫徹力の増大の程度が大きいほど成層燃焼運転中にタンブル流の強さがより高められるように、前記タンブル流可変機構を制御することを特徴とする請求項1〜4の何れか1つに記載の内燃機関。
- 前記タンブル流可変機構は、前記内燃機関の吸気通路に配置されてタンブル流を生成する吸気の流れを制御するタンブル制御弁を含み、
前記タンブル制御弁は、前記吸気通路を閉塞するように動作した状態において、前記シリンダヘッド側から前記燃焼室を気筒軸線の方向で見たときに吸気弁の軸線の直交方向において前記吸気通路の流路断面の中心側の部位と比べて当該直交方向の外側の部位の方が吸気の流量が多くなるようにすることを特徴とする請求項1〜5の何れか1つに記載の内燃機関。
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