JP7145006B2 - 内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法 - Google Patents
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Description
ステップS10においては、各種センサから内燃機関の動作状態量を検出する。例えば、吸気温度/圧力センサ9、バルブポジションセンサ14、15、空燃比センサ19、及びこれら以外の必要なセンサから内燃機関の状態量を検出する。内燃機関の動作状態量が検出されるとステップS11に移行する。
ステップS11では、吸気温度、吸気圧力及び吸気バルブの開時期と閉時期から筒内に流入する筒内空気量を推定する。尚、これ以外のセンサ情報から筒内空気量を求めることも可能である。更に、求められた筒内空気量、目標筒内ガス燃料比(G/F)、及び目標トルク等から必要とする燃料噴射量を決定する。ここで、燃料噴射量は噴射パルス幅に置き換えられる。
ステップS12では、目標筒内ガス燃料比(G/F)、及び圧縮端温度Tcを読み込み、更に吸気側のポジションセンサ14と排気側のポジションセンサ15から、現在の吸排気バルブの位相角と作動角を求める。これらのパラメータが求まるとステップS13に移行する。
ステップS13においては、現在の内燃機関の燃焼モードが変更されるかどうかの判定を行なっている。燃焼モードの変更が要請されていない場合はステップ14に移行し、燃焼モードの変更が要請されている場合はステップS15に移行する。
ステップS14においては、現在の内燃機関の燃焼モードの変更が要請されていないので、現在の燃焼モードを継続する。本実施形態では、SI燃焼制御モードからHCCI燃焼制御モードに移行する場合を想定しているので、ステップS14ではSI燃焼制御モードを継続する。尚、このステップS14で実行される燃焼モードは、後述の図7で説明するモード1に該当するものである。SI燃焼制御モードを継続すると、エンドに抜けて次の燃焼サイクルの起動タイミングを待つことになる。
ステップS13で燃焼モードの変更が要請されていると判定されているので、ステップS15では、現在の燃焼モードがSI燃焼制御モードかどうかを判定している。この判定には、次の判定条件を満たすかどうかによって、SI燃焼制御モードかどうかを判定することができる。
(2)第2の判定条件は、圧縮端温度TcがSI燃焼でのノッキング限界温度Tknockを下回ることである。(図2参照)
(3)第3の判定条件は、次の燃焼サイクルに吸排気バルブの位相角と作動角が、HCCI燃焼での目標操作値に移行できないと判定されることである。
(4)第4の判定条件は、次の燃焼サイクルの吸排気バルブの位相角と作動角から推定される圧縮端温度Tcと噴射パルス幅の関係から、図5Bに示す自己着火限界を下回ることである。
ステップS16では、ステップS12で求められた目標筒内ガス燃料比(G/F)及び圧縮端温度Tcから、「昇温SI燃焼制御モード」が可能か判定する。この判定には、次の判定条件を満たすかどうかによって、昇温SI燃焼制御モードが可能かどうかを判定することができる。尚、昇温SI燃焼制御モードとは、SI燃焼のもとで燃焼室の環境温度を高める制御を意味している。この昇温SI燃焼制御モードについては後述する。
(2)第2の判定条件は、3燃焼サイクル後に吸排気バルブの位相角と作動角がHCCI燃焼における目標操作値の近傍に到達できることである。尚、第2の判定条件では、3燃焼サイクル後に吸排気バルブの位相角と作動角がHCCI燃焼における目標操作値の近傍に到達できると判定された場合としたが、必ずしも3燃焼サイクルに限らず、3燃焼サイクルより前、或いは後の燃焼サイクルで判定しても良いものである。
(3)第3の判定条件は、3燃焼サイクル後の吸排気バルブの位相角と作動角から推定される圧縮端温度Tcと噴射パルス幅の関係から、図5Bに示す自己着火限界を上回ることである。
ステップS16で昇温SI燃焼制御モードを実行することが可能と判定されているので、ステップS17においては、昇温SI燃焼制御モードを実行する。この昇温SI燃焼制御モードは、SI燃焼のもとで燃焼室の環境温度を高める制御を行なうものであり、その具体的な方法は図7で詳細に説明する。尚、このステップS17で実行される燃焼モードは、後述の図7で説明するモード2に該当するものである。昇温SI燃焼制御モードを実行するとエンドに抜けて次の燃焼サイクルの起動タイミングを待つことになる。
一方、ステップS16で昇温SI燃焼制御モードを実行することができないと判定されているので、ステップS18においては、「昇温中間燃焼制御モード」を実行する。この昇温中間燃焼制御モードは、昇温SI燃焼制御で実行していた燃料噴射制御、及び点火制御を停止させると共に、吸排気バルブをHCCI燃焼の目標操作値に移行させる制御を行なうものであり、その具体的な方法は図7で詳細に説明する。尚、このステップS18で実行される昇温中間燃焼制御モードは、後述の図7で説明するモード3に該当するものである。昇温中間燃焼制御モードを実行するとエンドに抜けて次の燃焼サイクルの起動タイミングを待つことになる。
ステップS15でSI燃焼領域ではないと判定されているので、ステップS19においては、昇温中間燃焼制御モードを実施しているかどうかを判定している。図6に示す制御フローは、上述したように燃焼サイクル毎に起動されているので、ステップ19が実行される前の起動タイミングでは、ステップS18の昇温中間燃焼制御モードが実行されている。したがって、ステップS19では前の燃焼サイクルの燃焼状態が判定される。以下の制御ステップにおいても同様である。
(1)第1の判定条件は、圧縮端温度Tcと図5Bにおける噴射パルスが失火領域に入るように制御されていることである。
(2)第2の判定条件は、吸排気バルブの位相角と作動角が、HCCI燃焼制御モードの目標操作値への移行過程に制御されていることである。
ステップS19で昇温中間燃焼制御モードであると判定されているので、ステップS20においては、HCCI燃焼が可能かどうかを判定している。その判定基準は次の通りである。
(1)現在の吸排気バルブの位相角と作動角から2燃焼サイクル後に吸排気バルブの位相角と作動角がHCCI燃焼の目標操作値に移行できることである。
ステップS20でHCCI燃焼制御モードを実行することができると判定されているので、ステップS21においては、「昇温切り換え燃焼制御モード」を実行する。この昇温切り換え燃焼制御モードは、昇温中間燃焼制御モードの目標操作値を維持したまま、燃料噴射制御及び点火制御を再開させ、混合気の筒内ガス燃料比(G/F)を量論混合比の近傍に保持してSI燃焼を実行するものであり、その具体的な方法は図7で詳細に説明する。
ステップS19の判定基準によって昇温中間燃焼制御モードかどうかが判定され、昇温中間燃焼制御モードでは無いと判定されるとステップS22のHCCI燃焼制御モードが実行される。
SI燃焼制御モードは通常の点火プラグを使用した予混合火花点火燃焼を実行するもので、内燃機関の動作状態に合わせた燃料噴射量、点火時期、吸排気バルブタイミングで動作されている。尚、吸排気バルブタイミングは、バルブオーバーラップを有するポジティブバルブオーバーラップ(P-O/L)に設定されている。
次に、SI燃焼制御モードからHCCI燃焼の昇温切り換え燃焼制御モードに移行する際に、準備段階として図7に示すように昇温SI燃焼制御モードを実行する。
SI燃焼制御モードからHCCI燃焼制御モードに移行する際に、昇温SI燃焼制御モード、或いはHCCI燃焼制御モードで運転できない場合は昇温中間燃焼制御モードを実行する。この場合、昇温SI燃焼制御モードの目標操作値を使用しないで、燃料噴射制御及び点火制御を停止させると共に、吸排気バルブをHCCI燃焼制御モードの目標操作値に移行させる。この場合、吸排気バルブの目標操作値は、昇温SI燃焼制御モードの場合と同じに設定しているが、これとは異なる目標操作値であっても良いものである。
昇温中間燃焼制御モードからHCCI燃焼制御モードに移行する際に、準備段階として図7に示すようにHCCI燃焼への昇温切り換え燃焼制御モードを実行する。この昇温切り換え燃焼制御モードにおいては、昇温中間燃焼制御モードに切り替わる前の昇温SI燃焼制御モードの目標操作値を用いて燃料噴射制御及び点火制御を再開させ、筒内ガス燃料比(G/F)を量論混合比の近傍に制御してSI燃焼を実行する。
HCCI燃焼制御モードは点火プラグによらずに圧縮による予混合自己着火燃焼を実行するもので、点火制御は停止されるが内燃機関の動作状態に合わせた燃料噴射量、吸排気バルブタイミングで動作されている。尚、筒内ガス燃料比(G/F)は失火領域を飛び越えてリーン側に制御され、吸排気バルブタイミングは、バルブオーバーラップを有さないN-O/Lとされている。
Claims (7)
- 少なくとも、燃焼室に燃料を供給して可燃混合気を形成する燃料制御手段と、前記燃焼室の中の可燃混合気に点火する点火制御手段と、前記燃焼室に設けられた吸気バルブと排気バルブの開閉位相を変更する吸排気可変バルブ機構とを備えた内燃機関に使用され、前記点火制御手段による予混合火花点火燃焼(以下、SI燃焼と表記する)と、ピストンの圧縮作用による予混合圧縮着火燃焼(以下、HCCI燃焼と表記する)とを切り換えて制御する制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記SI燃焼を行なうSI燃焼制御モードから前記HCCI燃焼を行なうHCCI燃焼制御モードに切り換える時に、少なくとも、前記燃料制御手段による燃料噴射量、前記点火制御手段による点火時期、及び前記吸排気可変バルブ機構による開閉位相を制御して、前記HCCI燃焼に移行する過程で前記燃焼室内の混合気の圧縮端温度を高めてHCCI燃焼制御モードに移行させる昇温制御を実行するものであり、
前記制御手段は、前記SI燃焼制御モードから前記HCCI燃焼を行なうHCCI燃焼制御モードへの変更が要請されて切り換える時に、前記昇温制御として、
前記燃料制御手段による燃料の供給と、前記点火制御手段による点火と、前記吸排気可変バルブ機構によるネガティブバルブオーバーラップ(以下、N-O/Lと表記する)によって昇温を行なう昇温SI燃焼制御モードによる燃焼サイクルと、
前記昇温SI燃焼制御モードによる燃焼サイクルに続く、前記燃料制御手段による燃料の停止と、前記点火制御手段による点火の停止と、前記吸排気可変バルブ機構によるN-O/Lによって昇温を行なう昇温中間燃焼制御モードによる燃焼サイクルと、
前記昇温中間燃焼制御モードによる燃焼サイクルに続く、前記燃料制御手段による燃料の供給と、前記点火制御手段による点火と、前記吸排気可変バルブ機構によるN-O/Lによって昇温を行なう昇温切り換え燃焼制御モードによる燃焼サイクルと
を実行して前記HCCI燃焼制御モードに移行させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記昇温SI燃焼制御モードにおける可燃混合気の筒内ガス燃料比を、量論混合比の近傍の筒内ガス燃料比に制御し、また、前記昇温SI燃焼制御モードにおける点火時期を、前記SI燃焼制御モードでの点火時期より遅角した点火時期に制御し、
前記昇温切り換え燃焼制御モードにおける可燃混合気の筒内ガス燃料比を、量論混合比の近傍の筒内ガス燃料比に制御し、また、前記昇温切り換え燃焼制御モードにおける点火時期を、前記SI燃焼制御モードでの点火時期より遅角した点火時期に制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記昇温SI燃焼制御モードにおける点火時期と、前記昇温切り換え燃焼制御モードでの点火時期を同じに設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記昇温SI燃焼制御モードにおける可燃混合気の筒内ガス燃料比を、量論混合比の近傍の筒内ガス燃料比に制御し、また、前記昇温SI燃焼制御モードにおける点火時期を、前記SI燃焼制御モードでの点火時期より遅角した点火時期に制御し、
前記昇温切り換え燃焼制御モードにおける可燃混合気の筒内ガス燃料比を、量論混合比より希薄な筒内ガス燃料比に制御し、また、前記昇温切り換え燃焼制御モードにおける点火時期を、前記SI燃焼制御モードでの点火時期より遅角し、かつ前記昇温SI燃焼制御モードにおける点火時期より進角した点火時期にする制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項2或いは請求項4に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記SI燃焼制御モードから前記HCCI燃焼制御モードに移行する時に過給機を作動させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項2或いは請求項4に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記SI燃焼制御モードから前記HCCI燃焼制御モードに移行する時に、過給機の下流に設けたインタークーラを通った空気量を減少し、前記インタークーラを通らない空気量を増加する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 少なくとも、燃焼室に燃料を供給して可燃混合気を形成する燃料制御手段と、前記燃焼室の中の可燃混合気に点火する点火制御手段と、前記燃焼室に設けられた吸気バルブと排気バルブの開閉位相を変更する吸排気可変バルブ機構とを備えた内燃機関に使用され、前記点火制御手段による予混合火花点火燃焼(以下、SI燃焼と表記する)と、ピストンの圧縮作用による予混合圧縮着火燃焼(以下、HCCI燃焼と表記する)とを切り換えて制御する制御手段を備えた内燃機関の制御方法において、
前記制御手段は、前記SI燃焼制御モードから前記HCCI燃焼を行なうHCCI燃焼制御モードへの変更が要請されて切り換える時に、
前記燃料制御手段による燃料の供給と、前記点火制御手段による点火と、前記吸排気可変バルブ機構によるネガティブバルブオーバーラップ(以下、N-O/Lと表記する)によって昇温を行なう昇温SI燃焼制御モードによる燃焼サイクルを実行し、
前記昇温SI燃焼制御モードによる燃焼サイクルに続く、前記燃料制御手段による燃料の停止と、前記点火制御手段による点火の停止と、前記吸排気可変バルブ機構によるN-O/Lによって昇温を行なう昇温中間燃焼制御モードによる燃焼サイクルを実行し、
前記昇温中間燃焼制御モードによる燃焼サイクルに続く、前記燃料制御手段による燃料の供給と、前記点火制御手段による点火と、前記吸排気可変バルブ機構によるN-O/Lによって昇温を行なう昇温切り換え燃焼制御モードによる燃焼サイクルとを実行して前記HCCI燃焼制御モードに移行させる
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
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