JP6414128B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
図1は、本発明が適用さる内燃機関の構成の概略を示す図である。図1には、内燃機関(以下、単にエンジンという)1を構成する要素がクランク軸に垂直な1つの平面上に投影して描かれている。エンジン1は、複数のシリンダ4を有する火花点火式の多気筒エンジンである。シリンダ4の数と配置に限定はない。シリンダ4内にはその軸方向に往復動するピストン8が配置されている。図示しないエンジンヘッドには、シリンダ4の上部空間であるペントルーフ形状の燃焼室6が形成されている。
図2は、制御装置30によって選択されるエンジン1の燃焼モードと、トルク及びエンジン回転速度との関係を示す図である。この図に示すように、低回転速度域、高回転速度域、低トルク域、及び高トルク域ではストイキモードが選択され、中トルク中回転速度域では均質リーンモードが選択される。なお、本明細書においてエンジン回転速度、トルク、吸入負荷率等の大きさを表すのに用いている「低」、「中」、「高」は、エンジン1の運転領域内での相対的な大きさを意味するものであって、絶対的な大きさを意味するものではない。
燃焼モードの切り替えは、燃費性能及び運転性能の観点からは、エンジン1の目標動作点の移動に合わせて即行うことが好ましい。しかし、ここで留意しなければならないことは、安定した燃焼を担保しながら切り替えを行うことである。燃焼の不安定によって失火が生じると、排気ガス性能が大きく低下するだけでなく、燃費性能や運転性能の低下も招くことになるからである。
さて、前述のごとく、燃焼モードの切り替えに付随して、タンブル制御弁12等のアクチュエータの操作量の設定が変更される。均質リーンモードはストイキモードに比較して燃焼のロバスト性が低く、燃料と空気との混合状態は燃焼の安定に大きく影響する。タンブル制御弁12を閉じて燃焼室6内に強い気流を発生させることで燃料と空気との混合が促進されるが、その混合の促進具合はタンブル制御弁12を閉じてからの時間に依存する。また、空燃比が均質リーンモードの制御目標空燃比を超えてリーン化されるオーバーシュートは、タンブル制御弁12の開度の切り替えに伴う空燃比の変動と重なった時に大きくなりやすい。ゆえに、制御装置30は、ストイキモードから均質リーンモードへ燃焼モードを切り替える場合、まずはタンブル制御弁12の開度の切り替えを開始し、必要に応じて時間を空けてから燃焼モードの切り替えを開始する。
燃焼モード切り替え制御は、上記のごとく設定された待機時間に基づいて実施される。以下に、制御装置30が燃焼モード切り替え制御を実施するための制御フローを説明するとともに、その制御フローに実行によって実現されるエンジン1の動作をいくつか例示する。
図7は、ストイキモードから均質リーンモードへの燃焼モードの切り替えにおいて、制御装置30により実施される燃焼モード切り替え制御の制御フローを示すフローチャートである。制御装置30は、このような制御フローに基づいて作成されたプログラムをROMから読み出して実行する。
上記の制御フローが実行された場合、例えば図8乃至図13にタイムチャートで示すようにエンジン1は動作する。
図14は、均質リーンモードからストイキモードへの燃焼モードの切り替えにおいて、制御装置30により実施される燃焼モード切り替え制御の制御フローを示すフローチャートである。制御装置30は、このような制御フローに基づいて作成されたプログラムをROMから読み出して実行する。
上記の制御フローが実行された場合、例えば図15乃至図17にタイムチャートで示すようにエンジン1は動作する。
待機時間の設定に用いる情報として、制御目標空燃比の燃焼限界空燃比に対する余裕代と、燃焼限界空燃比の変化量とに加えて、吸入負荷率の変化量を用いてもよい。詳しくは、現在動作点の吸入負荷率と目標動作点の吸入負荷率との間の変化量の大小によって、待機時間の設定を変更してもよい。燃焼の不安定は、吸入負荷率が大きく変化する過度状態で起きやすいからである。以下に、吸入負荷率の変化量を待機時間の設定のための情報として用いた場合の制御フローについて説明する。
図18は、ストイキモードから均質リーンモードへの燃焼モードの切り替えにおいて、制御装置30により実施される燃焼モード切り替え制御の制御フローを示すフローチャートである。図7に示す制御フローにおける処理と同一の処理を行うステップには、共通するステップ番号を付している。
図19は、均質リーンモードからストイキモードへの燃焼モードの切り替えにおいて、制御装置30により実施される燃焼モード切り替え制御の制御フローを示すフローチャートである。図14に示す制御フローにおける処理と同一の処理を行うステップには、共通するステップ番号を付している。
図18及び図19に示す制御フローでは、吸入負荷率の変化量により待機時間を設けるか設けないかを決めているが、変速機の変速中かどうかによって待機時間を設けるか設けないかを決めてもよい。つまり、負荷が急変する変速機の変速中のみ、待機時間を設けるようにしてもよい。また、燃焼の悪化が検出された場合のみ、待機時間を設けるようにしてもよい。燃焼の悪化は、例えば、エンジン回転速度の変動、熱発生率の波形の変動、空燃比の変動、排気温度の変動、NOx発生量の変動等から検出することができる。
4 シリンダ
6 燃焼室
10 吸気ポート
12 タンブル制御弁
13 スロットル
14 吸気バルブ
16 排気ポート
17 排気バルブ
30 制御装置
Claims (8)
- 燃料と空気とを理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比で且つ均質に混ざった状態で燃焼させる均質リーンモードと、燃料と空気とを理論空燃比で燃焼させるストイキモードとの間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関において、
吸気通路に設けられ、燃焼室内に発生する気流の強さを弁の開度によって制御する気流制御弁と、
少なくとも前記気流制御弁を操作する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記燃焼モードとして前記均質リーンモードを選択する場合は、前記燃焼モードとして前記ストイキモードを選択する場合よりも、前記燃焼室内に強い気流が発生するように、前記燃焼モードの選択に応じて前記気流制御弁の開度を切り替えるように構成され、且つ、
前記制御装置は、前記ストイキモードから前記均質リーンモードへ前記燃焼モードを切り替える場合は、前記気流制御弁の開度の切り替えの開始後に前記燃焼モードの切り替えを開始するように構成され、なお且つ、
前記制御装置は、前記ストイキモードから前記均質リーンモードへの前記燃焼モードの切り替えにおいて、エンジン回転速度と吸入負荷率とで定義される前記内燃機関の運転領域のうち低吸入負荷率域を除き少なくとも中吸入負荷率中回転速度域を含む範囲に設定された所定運転領域の外に前記内燃機関の目標動作点が位置する場合には、前記所定運転領域の中に前記目標動作点が位置する場合よりも、前記気流制御弁の開度の切り替えの開始から前記燃焼モードの切り替えの開始までの待機時間を長くするように構成され、
前記所定運転領域は、安定した燃焼が得られる空燃比の範囲の燃料リーン側の限界値である燃焼限界空燃比が前記低吸入負荷率域よりも大きい領域に設定されている
ことを特徴とする内燃機関。 - 前記制御装置は、前記ストイキモードから前記均質リーンモードへの前記燃焼モードの切り替えにおいて、現在動作点と前記目標動作点との間で吸入負荷率が所定値以上変化する場合には、吸入負荷率が前記所定値以上変化しない場合に比較して、前記気流制御弁の開度の切り替えの開始から前記燃焼モードの切り替えの開始までの待機時間を長くするように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 - 前記制御装置は、前記燃焼限界空燃比をエンジン回転速度ごと吸入負荷率ごとに記憶するように構成され、且つ、
前記制御装置は、前記ストイキモードから前記均質リーンモードへの前記燃焼モードの切り替えにおいて、前記燃焼限界空燃比の前記目標動作点における値と現在動作点における値との差が大きい場合には、当該差が小さい場合よりも、前記気流制御弁の開度の切り替えの開始から前記燃焼モードの切り替えの開始までの待機時間を長くするように構成されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。 - 前記制御装置は、前記ストイキモードから前記均質リーンモードへの前記燃焼モードの切り替えにおいて、前記現在動作点と前記目標動作点との間で吸入負荷率が増大し、且つ、前記所定運転領域の中に前記目標動作点が位置し、なお且つ、前記燃焼限界空燃比の前記目標動作点における値と前記現在動作点における値との偏差が所定値以下である場合には、前記気流制御弁の開度の切り替えの開始を前記燃焼モードの切り替えの開始よりも遅らせるように構成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関。 - 前記制御装置は、前記燃焼限界空燃比と前記均質リーンモードにおける制御目標空燃比とをエンジン回転速度ごと吸入負荷率ごとに記憶するように構成され、
前記制御目標空燃比に対する前記燃焼限界空燃比の余裕代が所定値以上となる動作点の集合が前記所定運転領域として定められている
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の内燃機関。 - 前記制御装置は、前記均質リーンモードから前記ストイキモードへ前記燃焼モードを切り替える場合は、前記燃焼モードの切り替えの開始後に前記気流制御弁の開度の切り替えを開始するように構成され、且つ、
前記制御装置は、前記均質リーンモードから前記ストイキモードへの前記燃焼モードの切り替えにおいて、前記所定運転領域の外に前記内燃機関の現在動作点が位置する場合には、前記所定運転領域の中に前記現在動作点が位置する場合よりも、前記燃焼モードの切り替えの開始から前記気流制御弁の開度の切り替えの開始までの待機時間を長くするように構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の内燃機関。 - 前記制御装置は、前記均質リーンモードから前記ストイキモードへの前記燃焼モードの切り替えにおいて、前記現在動作点と前記目標動作点との間で吸入負荷率が所定値以上変化する場合には、吸入負荷率が前記所定値以上変化しない場合に比較して、前記燃焼モードの切り替えの開始から前記気流制御弁の開度の切り替えの開始までの待機時間を長くするように構成されている
ことを特徴とする請求項6に記載の内燃機関。 - 前記制御装置は、前記燃焼限界空燃比をエンジン回転速度ごと吸入負荷率ごとに記憶するように構成され、且つ、
前記制御装置は、前記均質リーンモードから前記ストイキモードへの前記燃焼モードの切り替えにおいて、前記燃焼限界空燃比の前記目標動作点における値と前記現在動作点における値との差が大きい場合には、当該差が小さい場合よりも、前記燃焼モードの切り替えの開始から前記気流制御弁の開度の切り替えの開始までの待機時間を長くするように構成されている
ことを特徴とする請求項6又は7に記載の内燃機関。
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