JP6648734B2 - 圧縮着火式エンジン - Google Patents
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Description
ディーゼルエンジン1は、複数のシリンダ11a(図1においては、一つのみ図示)が設けられたシリンダブロック11と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン13とを有している。ディーゼルエンジン1の各シリンダ11a内には、ピストン14が、シリンダ中心軸に沿って往復動するよう嵌挿されている。ピストン14は、コンロッド14bを介してクランクシャフト15と連結されている。ピストン14の頂面にはリエントラント形の燃焼室14aを区画するキャビティが形成されている。ディーゼルエンジン1は、その幾何学的圧縮比が13以上18以下に構成されている。
図1及び図2に示すように、ディーゼルエンジン1は、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下、PCMという)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このPCM10が制御装置(及び制御部)を構成する。PCM10には、図2に示すように、様々なセンサの検出信号が入力される。ここに含まれるセンサは、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW1、サージタンク33に取り付けられて、燃焼室14aに供給される空気の圧力を検出する過給圧センサSW2、空気の温度を検出する吸気温度センサSW3、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW4、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW5、三元触媒41aの上流側と下流側の排気通路に取り付けられ、排気中の酸素濃度を検出するO2センサSW6、排気通路40におけるタービン61bよりも上流側における排気圧力を検出する排気圧力センサSW7、吸気通路30内に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサSW8、EGR弁51aの開度を検出するEGR弁開度センサSW9、吸気弁21の位相角を検出する吸気弁位相角センサSW10、及び、ウエストゲート弁65aの開度を検出するウエストゲート弁開度センサSW11である。
PCM10によるディーゼルエンジン1の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて目標トルクを決定し、ディーゼル燃料用インジェクタ18及びナフサ用インジェクタ19に、目標トルクに対応する燃料の噴射を実行させることである。
次に、PCM10が実行する燃料噴射制御について説明をする。前述したように、このエンジンシステムは、主にトルク生成用のナフサと、主に着火用のディーゼル燃料とをディーゼルエンジン1に供給する。ナフサの供給重量と、ディーゼル燃料の供給重量とを比較したときに、ナフサの供給重量の方が、ディーゼル燃料の供給重量よりも多い。ディーゼル燃料は、燃焼室14aに供給する全燃料量に対して、重量比で10%以下にする。ディーゼル燃料は、例えば、全燃料重量に対して5%としてもよい。
図4に、ディーゼルエンジン1の好適な運転領域の一例を示す。縦軸はエンジン負荷(IMEP)を、横軸はエンジン回転数を、それぞれ表している。ディーゼルエンジン1の運転領域は、出力が要求される負荷の高低及び回転数の高低に対し、大略、冷間領域(CS領域)、低負荷領域(P領域)、中負荷領域(S1領域)、及び高負荷領域(S2)からなる4つの領域に分けられている。PCM10には、このような運転領域をデータ化したマップが実装されていて、PCM10は、そのマップに基づいて、これら領域に応じた制御を実行する。
冷間領域は、ディーゼルエンジン1が出力する負荷及び回転数が最も低い領域である。例えば、強制始動時(搭乗者がキーやボタンを操作して、ディーゼルエンジン1を始動する時)や、寒冷地や極寒期等、ディーゼルエンジン1が始動はしても、ディーゼルエンジン1が暖まっていない状態、つまり冷機時の運転領域である。具体的には、水温センサSW1によって検出されるエンジン冷却水の温度が、予め設定された基準温度(例えば、80℃)以下である状態での運転領域に相当する。当然ながら、三元触媒41aも適正に機能する温度には達していない。
低負荷領域は、冷間領域よりも負荷又は回転数が高い領域である。低負荷領域では、エンジン冷却水の温度は基準温度に達し、三元触媒41aも適正に機能できる温度となっている(いわゆる温間時)。ただし、低負荷領域におけるエンジン出力の負荷及び回転数は、ディーゼルエンジン1が運転可能な全運転領域の中では、依然として低い。
中負荷領域は、低負荷領域よりも、ディーゼルエンジン1から出力される負荷又は回転数が高い領域である。中負荷領域は、ディーゼルエンジン1の全運転領域の中では、中間に位置する運転領域であり、比較的燃焼に適した条件となっている。
高負荷領域は、中負荷領域よりも更にエンジン出力が高い領域である。高負荷領域は、ディーゼルエンジン1の全運転領域の中では、最も高負荷側にある。すなわち、高負荷領域は、中負荷領域よりも更に高負荷側又は高回転側に位置する領域である。
図6に、ディーゼルエンジン1の具体的な制御の一例を示す。PCM10は、各センサSW1〜SW11の検知信号に基づいて、ディーゼルエンジン1の運転状態を判断する(ステップS1)。その判断結果と運転状態に関するマップとに基づき、PCM10は、ディーゼルエンジン1の運転状態が、冷間領域(CS領域)、低負荷領域(P領域)、中負荷領域(S1領域)、及び高負荷領域(S2)のいずれの運転領域にあるかを識別し、その識別結果に基づいて各運転領域に応じた燃焼制御を実行する。
図7に、低負荷領域(P領域)、中負荷領域(S1領域)、及び高負荷領域(S2)での燃焼制御に関する主な諸元の一例を示す。なお、ここで示す数値は、例示であり、仕様に応じて変更可能である。また、各数値は、基準値を示しており、実用上は多少のばらつきを含み得る。
図8及び図9に、検証結果を示す。これら検証結果では、ここに開示するエンジンシステムに係る実施例と、従来のディーゼルエンジンシステムに係る従来例とを比較している。図8は、所定のエンジン回転数における、図示平均有効圧(IMEP)と、図示燃料消費率(gross ISFC)との関係を例示している。図8に示すように、実施例は、混合気の空燃比を略理論空燃比にしているため、低負荷、中負荷及び高負荷のそれぞれにおいて、リーン運転である従来例よりも図示燃料消費率が低下している。ここに開示するエンジンシステムは、従来のディーゼルエンジンシステムよりも、エンジントルクの向上、及び、燃費性能の向上を図ることができる。
10 PCM(制御部)
14a 燃焼室
16 吸気ポート
18 ディーゼル燃料用インジェクタ(第2燃料供給部)
19 ナフサ用インジェクタ(第1燃料供給部)
21 吸気弁
40 排気通路
41a 三元触媒
51 排気ガス還流通路(EGRガス還流部)
51a EGR弁(EGRガス還流部)
71 吸気S-VT(吸気動弁部)
Claims (5)
- 燃焼室を有し、幾何学的圧縮比が13以上18以下のエンジン本体と、
前記燃焼室に、ナフサを主体とする第1燃料を供給するよう構成された第1燃料供給部と、
圧縮着火に至る圧力及び温度の少なくとも一方が前記第1燃料よりも低くかつ、前記第1燃料よりも気化しにくい第2燃料を、前記燃焼室に供給するよう構成された第2燃料供給部と、
前記燃焼室に連通する吸気ポートの開口を開閉する吸気弁、及び当該吸気弁の開閉時期を調整する吸気動弁部と、
前記燃焼室の中で着火可能に構成された着火アシスト装置と、
前記燃焼室から排出される排気ガスをEGRガスとして、当該燃焼室に還流するEGRガス還流部と、
少なくとも前記第1燃料供給部、前記第2燃料供給部、前記吸気動弁部、前記着火アシスト装置、及び前記EGRガス還流部を制御する制御部と、
を備え、
前記エンジン本体が運転する領域において、出力が可能な最高負荷を三等分した時の、低負荷側の領域を低負荷領域とし、中間の領域を中負荷領域とし、高負荷側の領域を高負荷領域とした場合、
前記低負荷領域、前記中負荷領域、および前記高負荷領域の全領域において、
前記第1燃料は吸気行程期間に供給され、前記第2燃料は圧縮行程期間に供給され、かつ、前記第2燃料の供給量は、少なくとも全燃料量に対して重量比で10%以下とされていて、
前記低負荷領域では、
前記中負荷領域および前記高負荷領域よりも高い割合で前記第1燃料を前記燃焼室に供給して前記着火アシスト装置で着火する燃焼が行われ、かつ、前記燃焼室に充填される、燃料量と空気量との比率である空燃比が14.5〜15.0の範囲内となるように、前記EGRガス還流部の制御により前記EGRガスの還流量の調整が行われるとともに、前記吸気弁の開弁期間における吸気下死点から閉時期までの閉じ側期間が、前記中負荷領域および前記高負荷領域よりも長くされる吸気遅閉じ制御が行われ、
前記中負荷領域および前記高負荷領域では、
前記第1燃料及び前記第2燃料の双方を前記燃焼室に供給して、前記空燃比が14.5〜15.0の範囲内となるように、前記EGRガス還流部の制御により前記EGRガスの還流量の調整を行いながら、前記吸気遅閉じ制御は行わずに、前記第1燃料と前記第2燃料との組み合わせによる圧縮着火燃焼が行われる圧縮着火式エンジン。 - 請求項1に記載の圧縮着火式エンジンにおいて、
前記第1燃料は前記第2燃料に対して沸点が低い燃料である圧縮着火式エンジン。 - 請求項1または請求項2に記載の圧縮着火式エンジンにおいて、
前記エンジン本体の排気通路に三元触媒が配設され、
前記制御部が、前記EGRガス還流部を制御して、排気空燃比が理論空燃比となるように前記エンジン本体に要求される負荷の増加に応じて、前記EGRガスの量を減少させる圧縮着火式エンジン。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の圧縮着火式エンジンにおいて、
前記制御部が、前記吸気動弁部を制御して、前記エンジン本体に要求される負荷の増加に応じて、前記吸気弁の開弁期間を前記吸気下死点の側に進角させる圧縮着火式エンジン。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の圧縮着火式エンジンにおいて、
前記第2燃料はディーゼル燃料を含む圧縮着火式エンジン。
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