JP7031492B2 - How to design the control logic of a compression ignition engine - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法に関する。 The techniques disclosed herein relate to how to design the control logic of a compression ignition engine.
火炎伝播を介さずに混合気が一気に燃焼する圧縮自己着火による燃焼は、燃焼期間が最小であるために、燃費効率を最大限に高めることが知られている。しかしながら、圧縮自己着火による燃焼は、自動車用エンジンにおいては、様々な課題を解決する必要がある。例えば、自動車用途では、運転状態及び環境条件が大きく変化するため、その中で安定して圧縮自己着火させることが大きな課題である。自動車用エンジンにおいて、圧縮自己着火による燃焼は未だ実用化されていない。この課題を解決するために、例えば特許文献1には、燃焼室温度が低く圧縮自己着火が起こり難いときに、点火プラグが点火を行うことが提案されている。圧縮上死点の直前に点火を行うことによって、点火プラグ回りの圧力が上昇し圧縮自己着火が促進される。
It is known that combustion by compression self-ignition, in which the air-fuel mixture burns at once without flame propagation, maximizes fuel efficiency because the combustion period is the shortest. However, combustion by compression self-ignition needs to solve various problems in an automobile engine. For example, in automobile applications, operating conditions and environmental conditions change significantly, so stable compression self-ignition is a major issue. Combustion by compression self-ignition has not yet been put into practical use in automobile engines. In order to solve this problem, for example,
点火プラグの点火によって圧縮自己着火をアシストする特許文献1に記載の技術とは異なり、本願出願人は、SI(Spark Ignition)燃焼とCI(Compression Ignition)燃焼とを組み合わせたSPCCI(SPark Controlled Compression Ignition)燃焼を提案している。SI燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。CI燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。SPCCI燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、SI燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、燃焼室の中の未燃混合気が圧縮着火により燃焼する形態である。SPCCI燃焼は、CI燃焼を含んでいるため、「圧縮着火による燃焼」の一形態である。
Unlike the technique described in
CI燃焼は、筒内温度が、混合気の組成により定まる着火温度に到達したときに起こる。圧縮上死点付近で筒内温度が着火温度に到達してCI燃焼が起これば燃費効率を最大化することができる。筒内温度は、筒内圧力の上昇に応じて高くなる。SPCCI燃焼における筒内圧力は、圧縮行程でのピストンの圧縮仕事による圧力上昇と、SI燃焼の発熱から生じる圧力上昇との二つの圧力上昇の結果である。 CI combustion occurs when the in-cylinder temperature reaches the ignition temperature determined by the composition of the air-fuel mixture. If the in-cylinder temperature reaches the ignition temperature near the compression top dead center and CI combustion occurs, the fuel efficiency can be maximized. The in-cylinder temperature increases as the in-cylinder pressure increases. The in-cylinder pressure in SPCCI combustion is the result of two pressure increases: the pressure increase due to the compression work of the piston in the compression stroke and the pressure increase resulting from the heat generation of SI combustion.
ここで、ピストンの圧縮仕事は有効圧縮比により定まる。有効圧縮比が低すぎるとピストンの圧縮仕事による圧力上昇が小さい。この場合、SPCCI燃焼における火炎伝播が進んでSI燃焼の発熱により生じる圧力上昇が相当高まらないと、筒内温度を着火温度まで高めることができない。結果、圧縮自己着火する混合気量が少なく、多くの混合気が火炎伝播で燃焼するので、燃焼期間が長く燃費効率が低下する。すなわち、SPCCI燃焼において安定してCI燃焼を起こして燃費効率を最大化するためには、有効圧縮比を、ある値以上に保つ必要がある。 Here, the compression work of the piston is determined by the effective compression ratio. If the effective compression ratio is too low, the pressure rise due to the compression work of the piston is small. In this case, the in-cylinder temperature cannot be raised to the ignition temperature unless the flame propagation in SPCCI combustion progresses and the pressure rise caused by the heat generated by SI combustion increases considerably. As a result, the amount of the air-fuel mixture that is compressed and self-ignited is small, and a large amount of the air-fuel mixture is burned by flame propagation, so that the combustion period is long and the fuel efficiency is lowered. That is, in order to stably cause CI combustion in SPCCI combustion and maximize fuel efficiency, it is necessary to keep the effective compression ratio at a certain value or higher.
一方、外気温が高いなどの理由で圧縮開始時の筒内温度が高いことに起因して、圧縮上死点付近でCI燃焼が起こると、筒内圧力が過度に上昇し、燃焼騒音が過大になる。この場合、例えば点火時期を遅角させると、燃焼騒音を抑制することができる。しかし、点火時期を遅角させると、膨張行程においてピストンが相当下がった時点でCI燃焼が起こるため、燃費効率の低下を招く。SPCCI燃焼においてはSI燃焼の発熱から生じる圧力上昇を利用することができるため、燃焼騒音の抑制と燃費効率の向上とを両立させるためには、有効圧縮比を下げてピストンの圧縮仕事による圧力上昇を低下させることが有効である。こうすることで、燃費効率を低下させずに燃焼騒音を適切に保つことができる。 On the other hand, if CI combustion occurs near the compression top dead center due to the high temperature inside the cylinder at the start of compression due to the high outside air temperature, the pressure inside the cylinder rises excessively and the combustion noise becomes excessive. become. In this case, for example, if the ignition timing is retarded, the combustion noise can be suppressed. However, if the ignition timing is retarded, CI combustion occurs when the piston is considerably lowered in the expansion stroke, which causes a decrease in fuel efficiency. In SPCCI combustion, the pressure increase generated from the heat generated by SI combustion can be used. Therefore, in order to achieve both suppression of combustion noise and improvement of fuel efficiency, the effective compression ratio is lowered to increase the pressure due to the compression work of the piston. It is effective to reduce. By doing so, it is possible to appropriately maintain the combustion noise without deteriorating the fuel efficiency.
設計者が、SPCCI燃焼を行うエンジンを実用化するためには、エンジンの運転状態に対して、安定してCI燃焼が生じる最小の有効圧縮比を見極め、燃焼騒音が許容される限り有効圧縮比を高める一方で、燃焼騒音が過大にならないよう有効圧縮比を定めることが必要である。こうすることにより、設計者は、燃焼騒音を許容範囲内に保ちながら、SPCCI燃焼におけるCI燃焼の割合を最大とすることによって燃費効率を最大とするエンジンを実用化することができる。 In order to put an engine that performs SPCCI combustion into practical use, the designer determines the minimum effective compression ratio that stably produces CI combustion with respect to the operating condition of the engine, and the effective compression ratio as long as combustion noise is allowed. It is necessary to determine the effective compression ratio so that the combustion noise does not become excessive. By doing so, the designer can put into practical use an engine that maximizes fuel efficiency by maximizing the ratio of CI combustion in SPCCI combustion while keeping the combustion noise within an allowable range.
しかしながら、SPCCI燃焼は新しい燃焼方式であるので、適切な有効圧縮比の範囲は、これまで誰も見出していない。 However, since SPCCI combustion is a new combustion method, no one has found an appropriate effective compression ratio range so far.
エンジンの有効圧縮比は、幾何学的圧縮比と吸気閉弁タイミングとにより定まる。実際にエンジンが運転するときには、吸気閉弁タイミングを変更するため、SPCCI燃焼を行うエンジンの制御ロジックを設計するときに、設計者は、吸気閉弁タイミングの範囲を定める必要がある。 The effective compression ratio of the engine is determined by the geometric compression ratio and the intake valve closing timing. Since the intake valve closing timing is changed when the engine is actually operated, the designer needs to determine the range of the intake valve closing timing when designing the control logic of the engine that performs SPCCI combustion.
幾何学的圧縮比は、高いほど最大筒内圧が高まるため、エンジン構成部品の強度を高める必要があり、重量増加、ひいては機械抵抗損失の増大につながる。一方、熱効率の面からは、幾何学的圧縮比から定まる膨張比が大きい方が好ましい。最大筒内圧は、幾何学的圧縮比が同じであっても、燃焼形態や行程容積に基づく熱勘定により変わるために、新しい燃焼方式であるSPCCI燃焼に最適な幾何学的圧縮比は、これまでのところ未知である。 As the geometric compression ratio increases, the maximum intracranial pressure increases, so it is necessary to increase the strength of the engine components, which leads to an increase in weight and thus an increase in mechanical resistance loss. On the other hand, from the viewpoint of thermal efficiency, it is preferable that the expansion ratio determined from the geometric compression ratio is large. Since the maximum in-cylinder pressure changes depending on the heat account based on the combustion form and stroke volume even if the geometric compression ratio is the same, the optimum geometric compression ratio for SPCCI combustion, which is a new combustion method, has been so far. The place is unknown.
本件発明者らは、SPCCI燃焼について鋭意検討を重ねた結果、SPCCI燃焼が生じ得る幾何学的圧縮比の範囲において、適切な吸気閉弁タイミングの範囲を見出すことに成功した。本件発明者らは、この知見に基づき、圧縮着火式のエンジンの制御ロジックを設計する方法を発明するに至った。 As a result of diligent studies on SPCCI combustion, the present inventors have succeeded in finding an appropriate intake valve closing timing range within the range of geometric compression ratios at which SPCCI combustion can occur. Based on this finding, the inventors of the present invention have invented a method for designing a control logic for a compression ignition type engine.
具体的に、ここに開示する技術は、自動車に搭載される圧縮着火式のエンジンの制御ロジックを設計する方法に係る。
Specifically, the technique disclosed herein relates to a method of designing a control logic of a compression ignition type engine mounted on an automobile .
前記エンジンは、シリンダとピストンとによって区画された燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃焼室を開閉する吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備える。
The engine has a fuel injection unit that injects fuel to be supplied into a combustion chamber partitioned by a cylinder and a piston, a variable valve mechanism that changes the valve timing of an intake valve that opens and closes the combustion chamber, and a combustion chamber. The ignition unit that ignites the air-fuel mixture, the measurement unit that measures parameters related to the operating state of the engine, and the measurement results of the measuring unit are received, and calculations are performed according to the control logic corresponding to the operating state of the engine. , The fuel injection unit, the variable valve mechanism, and a control unit that outputs a signal to the ignition unit.
前記制御部は、予め定められた軽負荷から上限負荷までの間においては、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力する。
In the control unit, between a predetermined light load and an upper limit load, the G / F, which is the weight ratio of the total gas of the air-fuel mixture in the combustion chamber to the fuel, is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A signal is output to each of the fuel injection unit and the variable valve mechanism so that the A / F, which is the weight ratio of the air-fuel mixture to the fuel, becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. After the ignition unit ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, a signal is output to the ignition unit so that the unburned air-fuel mixture burns by self-ignition.
前記制御ロジックを設計する方法は、前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が高オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが10≦ε<17であれば、
0.4234ε2-22.926ε+207.84+C≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-167.84+C …(a)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、C=3.3×10-10NE3-1.0×10-6
NE
2 +7.0×10-4NEである。
The method of designing the control logic includes a step of determining the geometric compression ratio ε of the engine and a step of determining the control logic that determines the valve closing timing IVC of the intake valve, and sets the control logic. If the fuel is a high octane fuel and the geometric compression ratio ε is 10 ≦ ε <17.
0.4234ε 2-22.926ε + 207.84 + C ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 22.926ε-167.84 + C… (a)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
However, C is a correction term related to the engine speed NE (rpm), and C = 3.3 × 10 -10 NE 3 − 1.0 × 10 -6 NE 2 + 7.0 × 10 -4 NE.
点火部は、制御部からの信号を受けて、燃焼室内の混合気に点火をする。火炎伝播による燃焼が開始し、その後、未燃混合気が自己着火により燃焼することによって燃焼が完了する。つまり、このエンジンは、SPCCI燃焼を行う。 The ignition unit receives a signal from the control unit and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber. Combustion by flame propagation starts, and then the unburned air-fuel mixture burns by self-ignition to complete the combustion. That is, this engine performs SPCCI combustion.
前記エンジンは、混合気のG/Fを理論空燃比よりもリーンでかつA/Fを理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにする。混合気のG/Fをリーンにすることによって、エンジンの燃費性能が向上する。A/Fを理論空燃比にすることにより、触媒装置を利用して排気エミッション性能を良好にすることができる。 The engine makes the G / F of the air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and makes the A / F richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. By making the G / F of the air-fuel mixture lean, the fuel efficiency of the engine is improved. By setting the A / F to the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust emission performance can be improved by utilizing the catalyst device.
エンジンの制御ロジックを設計する際に、設計者は先ず、エンジンの幾何学的圧縮比εを定める。幾何学的圧縮比εを10≦ε<17に定めると、設計者は、前記の式(a)を満足するように、吸気弁の閉弁タイミングIVCを定める。式(a)を満足するように閉弁タイミングを定めることによって、エンジンは、燃焼室内の状態が異なる様々な条件下においても、燃焼騒音を許容範囲内に保ちながら、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼において安定したCI燃焼を行うことが可能になる。この制御ロジックに従って、SPCCI燃焼を行うエンジンを運転することにより、燃費効率が最大になる。 When designing the control logic of an engine, the designer first determines the geometric compression ratio ε of the engine. When the geometric compression ratio ε is set to 10 ≦ ε <17, the designer determines the valve closing timing IVC of the intake valve so as to satisfy the above equation (a). By determining the valve closing timing so as to satisfy the equation (a), the engine can perform SI combustion and CI combustion while keeping the combustion noise within an allowable range even under various conditions in which the conditions in the combustion chamber are different. It becomes possible to perform stable CI combustion in the combined SPCCI combustion. By operating the engine that performs SPCCI combustion according to this control logic, the fuel efficiency is maximized.
SPCCI燃焼を行うエンジンの制御ロジックを設計する際に利用可能な、吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めるための指標は、これまでのところなかった。設計者は、吸気弁の閉弁タイミングIVCを、様々なタイミングに変えながら、様々な条件下において実験等を繰り返し行うことによって、エンジンの運転状態に対応するIVCを定めなければならなかった。 So far, there has been no index for determining the valve closing timing IVC of the intake valve that can be used when designing the control logic of the engine that performs SPCCI combustion. The designer had to determine the IVC corresponding to the operating state of the engine by repeating experiments and the like under various conditions while changing the valve closing timing IVC of the intake valve to various timings.
前記の設計方法は、適切なSPCCI燃焼を実現するための、エンジンの幾何学的圧縮比εと吸気弁の閉弁タイミングIVCとの関係を定めている。設計者は、当該関係を満足する範囲内で、吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めれば、SPCCI燃焼を行うエンジンを実用化することができる。設計者は、SPCCI燃焼を行うエンジンを、極めて少ない工数で実用化することができる。 The above design method defines the relationship between the geometric compression ratio ε of the engine and the valve closing timing IVC of the intake valve in order to realize appropriate SPCCI combustion. The designer can put into practical use an engine that performs SPCCI combustion if the valve closing timing IVC of the intake valve is determined within the range that satisfies the relationship. The designer can put an engine that performs SPCCI combustion into practical use with extremely few man-hours.
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が高オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが17≦ε<20であれば、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88+C≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-167.84+C …(b)
又は、
0.4234ε2-22.926ε+207.84+C≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94+C …(c)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
When the control logic is set, if the fuel is a high octane fuel and the geometric compression ratio ε is 17 ≦ ε <20.
-0.4288ε 2 +31.518ε-379.88 + C ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 +22.926ε-167.84 + C… (b)
Or,
0.4234ε 2-22.926ε + 207.84 + C ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94 + C… (c)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
これにより、SPCCI燃焼を行うエンジンは、燃費効率が最大になる。また、設計者は、少ない工数で、SPCCI燃焼を行うエンジンを実用化することができる。 As a result, the fuel efficiency of the engine that performs SPCCI combustion is maximized. Further, the designer can put into practical use an engine that performs SPCCI combustion with a small number of man-hours.
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が高オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが20≦ε≦30であれば、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88+C≦IVC≦120 …(d)
又は、
-80≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94+C …(e)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
When the control logic is set, if the fuel is a high octane fuel and the geometric compression ratio ε is 20 ≦ ε ≦ 30.
-0.4288ε 2 +31.518ε-379.88 + C ≦ IVC ≦ 120… (d)
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94 + C ... (e)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
前記と同様に、SPCCI燃焼を行うエンジンは、燃費効率が最大になる。また、設計者は、少ない工数で、SPCCI燃焼を行うエンジンを実用化することができる。 Similar to the above, the engine that performs SPCCI combustion has the maximum fuel efficiency. Further, the designer can put into practical use an engine that performs SPCCI combustion with a small number of man-hours.
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が低オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが10≦ε<15.7であれば、
0.4234ε2-21.826ε+178.75+C≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-138.75+C …(f)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
When the control logic is set, if the fuel is a low octane fuel and the geometric compression ratio ε is 10 ≦ ε <15.7.
0.4234ε 2 -21.826ε + 178.75 + C ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 21.826ε-138.75 + C… (f)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
これにより、低オクタン価燃料を用いるエンジンも、燃費効率が最大になる。また、設計者は、少ない工数で、SPCCI燃焼を行うエンジンを実用化することができる。 As a result, the fuel efficiency of an engine using a low octane number fuel is maximized. Further, the designer can put into practical use an engine that performs SPCCI combustion with a small number of man-hours.
設計者は、幾何学的圧縮比εが10≦ε<15.7であるときに、式(a)及び式(f)の両方を満足するように吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めると、高オクタン価燃料を用いるエンジン、及び、低オクタン価燃料を用いるエンジンの両方に適合する制御ロジックを設定することができる。燃料のオクタン価が仕向け地毎に異なっていても、設計者は、エンジンの制御ロジックを一括して設計することができ、設計工数が少なくなる。 When the geometric compression ratio ε is 10 ≦ ε <15.7, the designer determines the valve closing timing IVC of the intake valve so as to satisfy both the equation (a) and the equation (f). It is possible to set a control logic suitable for both an engine using a high octane fuel and an engine using a low octane fuel. Even if the octane number of the fuel differs depending on the destination, the designer can collectively design the engine control logic, and the design man-hours are reduced.
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が低オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが15.7≦ε<18.7であれば、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22+C≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-138.75+C …(g)
又は、
0.4234ε2-21.826ε+178.75+C≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01+C …(h)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
When the control logic is set, if the fuel is a low octane fuel and the geometric compression ratio ε is 15.7 ≦ ε <18.7.
-0.5603ε 2 + 34.859ε-377.22 + C ≤ IVC ≤ -0.4234ε 2 + 21.826ε-138.75 + C ... (g)
Or,
0.4234ε 2 -21.826ε + 178.75 + C ≦ IVC ≦ 1.9211ε 2 -85.076ε + 862.01 + C… (h)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が低オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが18.7≦ε≦30であれば、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22+C≦IVC≦120 …(i)
又は、
-80≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01+C …(j)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
When the control logic is set, if the fuel is a low octane fuel and the geometric compression ratio ε is 18.7 ≦ ε ≦ 30.
-0.5603ε 2 + 34.859ε-377.22 + C ≤ IVC ≤ 120 ... (i)
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9211ε 2-85.076ε + 862.01 + C ... (j)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCは、前記エンジンの運転状態が変わると変化し、各々の運転状態に対し、前記の(a)~(j)のいずれかの関係式を満足するよう、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める、としてもよい。 The valve closing timing IVC of the intake valve changes when the operating state of the engine changes, and the closing timing is such that the relational expression of any one of (a) to (j) is satisfied for each operating state. The valve timing IVC (deg. ABDC) may be determined.
こうすることで、エンジンは、様々な運転状態において、燃焼騒音を抑制しながら、SPCCI燃焼を安定して行うことができる。 By doing so, the engine can stably perform SPCCI combustion while suppressing combustion noise in various operating conditions.
前記上限負荷は、所定負荷以上の高負荷であり、前記エンジンは、前記制御ロジックに従って、所定負荷以上の高負荷運転状態において運転する、としてもよい。
The upper limit load may be a high load of a predetermined load or more, and the engine may be operated in a high load operation state of a predetermined load or more according to the control logic.
一般的なCI燃焼は、着火時の圧力変動が相対的に大きいため、エンジンの負荷が高くなると燃焼騒音が大きくなりすぎて、許容値を超えてしまう。これに対し、SPCCI燃焼は、燃焼開始時はSI燃焼である。SI燃焼は、着火時の圧力変動が小さい。SPCCI燃焼は、エンジンの負荷が高くても、燃焼騒音を抑制することができる。 In general CI combustion, the pressure fluctuation at the time of ignition is relatively large, so when the load on the engine becomes high, the combustion noise becomes too large and exceeds the permissible value. On the other hand, SPCCI combustion is SI combustion at the start of combustion. In SI combustion, the pressure fluctuation at the time of ignition is small. SPCCI combustion can suppress combustion noise even when the load on the engine is high.
前記上限負荷は、最高負荷であり、前記エンジンは、前記制御ロジックに従って、最高負荷運転状態において運転する、としてもよい。つまり、エンジンは、最高負荷運転状態において、SPCCI燃焼を行ってもよい。
The upper limit load may be the maximum load, and the engine may be operated in the maximum load operating state according to the control logic. That is, the engine may perform SPCCI combustion in the maximum load operating state.
前記エンジンは、過給機を備え、前記制御部は、前記制御ロジックに従い、前記エンジンが所定負荷以上の高負荷運転状態のときに前記過給機が過給を行うよう、前記過給機に信号を出力する、としてもよい。 The engine includes a supercharger, and the control unit causes the supercharger to supercharge when the engine is in a high load operation state of a predetermined load or more according to the control logic. It may output a signal.
エンジンの負荷が高くなって燃焼室内に供給する燃料量が増えたときに、過給機が過給を行うことによって、混合気のG/Fを理論空燃比よりもリーンでかつ、A/Fを理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにすることが実現する。エンジンの燃費性能の向上に有利になる。 When the load on the engine increases and the amount of fuel supplied to the combustion chamber increases, the turbocharger supercharges the mixture to make the G / F of the air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and the A / F. Is realized to be richer than the theoretical air-fuel ratio or the theoretical air-fuel ratio. It is advantageous for improving the fuel efficiency of the engine.
前記制御部は、前記制御ロジックに従い、前記混合気のG/Fを18以上50以下にする、としてもよい。 The control unit may set the G / F of the air-fuel mixture to 18 or more and 50 or less according to the control logic.
前記エンジンは、前記燃焼室の中に排気ガスを導入するEGRシステムを備え、前記制御部は、前記燃焼室の中の混合気が燃焼するときに発生する全熱量に対し、火炎伝播により混合気が燃焼するときに発生する熱量の割合に関係する指標としての熱量比率が、前記エンジンの運転状態に対応して定めた目標熱量比率となるように、前記EGRシステム及び前記点火部に信号を出力する、としてもよい。 The engine includes an EGR system that introduces exhaust gas into the combustion chamber, and the control unit uses flame propagation to propagate the total amount of heat generated when the air-fuel mixture in the combustion chamber burns. A signal is output to the EGR system and the ignition unit so that the calorific value ratio as an index related to the ratio of the calorific value generated when the engine burns becomes the target calorific value ratio determined according to the operating state of the engine. May be done.
SPCCI燃焼は、熱量比率が100%未満になる。圧縮着火による燃焼が発生せずに火炎伝播による燃焼のみで燃焼が完了する燃焼形態(つまり、SI燃焼)は、熱量比率が100%になる。 SPCCI combustion has a calorific value ratio of less than 100%. In the combustion mode (that is, SI combustion) in which combustion is completed only by combustion by flame propagation without generating combustion by compression ignition, the calorific value ratio is 100%.
SPCCI燃焼において熱量比率を高くすると、SI燃焼の割合が高くなるから、燃焼騒音の抑制に有利になる。SPCCI燃焼において熱量比率を低くすると、CI燃焼の割合が高くなるから、燃費の向上に有利になる。熱量比率は、燃焼室内の温度、及び/又は、点火タイミングを変えることによって変化する。例えば、燃焼室内の温度が高いと、CI燃焼の開始タイミングが早くなるから、熱量比率は低くなる。また、点火タイミングを進角すると、SI燃焼の開始タイミングが早くなるから、熱量比率は高くなる。熱量比率がエンジンの運転状態に対応して定めた目標熱量比率となるように、制御部がEGRシステム及び点火部に信号を出力することにより、燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とが両立する。 When the calorific value ratio is increased in SPCCI combustion, the ratio of SI combustion is increased, which is advantageous in suppressing combustion noise. When the calorific value ratio is lowered in SPCCI combustion, the ratio of CI combustion is increased, which is advantageous for improving fuel efficiency. The calorific value ratio changes by changing the temperature in the combustion chamber and / or the ignition timing. For example, when the temperature in the combustion chamber is high, the start timing of CI combustion is early, so that the calorific value ratio is low. Further, when the ignition timing is advanced, the SI combustion start timing is earlier, so that the calorific value ratio becomes higher. By outputting a signal to the EGR system and the ignition unit so that the calorific value ratio becomes the target calorific value ratio determined according to the operating state of the engine, it is possible to suppress combustion noise and improve fuel efficiency at the same time. ..
前記制御部は、前記エンジンの負荷が高いときには、低いときよりも、前記熱量比率が高くなるよう、前記EGRシステム又は前記点火部に信号を出力する、としてもよい。 The control unit may output a signal to the EGR system or the ignition unit when the load of the engine is high so that the calorific value ratio is higher than when the load is low.
エンジンの負荷が高くなると、燃焼室内に供給する燃料量が増えて燃焼室内の温度が高くなる。エンジンの負荷が高いときに、SPCCI燃焼の熱量比率を高くすることによって、燃焼騒音を抑制することができる。 When the load on the engine increases, the amount of fuel supplied to the combustion chamber increases and the temperature inside the combustion chamber rises. Combustion noise can be suppressed by increasing the calorific value ratio of SPCCI combustion when the load of the engine is high.
以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法によると、燃費効率が最大になるSPCCI燃焼を実現する制御ロジックを設計することができる。 As described above, according to the method of designing the control logic of the compression ignition type engine, it is possible to design the control logic that realizes SPCCI combustion that maximizes the fuel efficiency.
以下、圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法に関する実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、エンジン、及び、制御ロジックの設計方法の一例である。 Hereinafter, embodiments relating to a method for designing the control logic of the compression ignition type engine will be described in detail with reference to the drawings. The following description is an example of the design method of the engine and the control logic.
図1は、圧縮着火式のエンジンの構成を例示する図である。図2は、エンジンの燃焼室の構成を例示する図である。図3は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する図である。尚、図1における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図2及び図3における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図4は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a compression ignition type engine. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the combustion chamber of the engine. FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the combustion chamber and the intake system. The intake side in FIG. 1 is on the left side of the paper surface, and the exhaust side is on the right side of the paper surface. The intake side in FIGS. 2 and 3 is on the right side of the paper, and the exhaust side is on the left side of the paper. FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the engine control device.
エンジン1は、燃焼室17が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する4ストロークエンジンである。エンジン1は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン1が運転することによって、自動車は走行する。エンジン1の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えばバイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。
The
(エンジンの構成)
エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えている。シリンダブロック12の内部に複数のシリンダ11が形成されている。図1及び図2では、一つのシリンダ11のみを示す。エンジン1は、多気筒エンジンである。
(Engine configuration)
The
各シリンダ11内には、ピストン3が摺動自在に内挿されている。ピストン3は、コネクティングロッド14を介してクランクシャフト15に連結されている。ピストン3は、シリンダ11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室17を区画する。尚、「燃焼室」は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン3の位置に関わらず、ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13によって形成される空間を意味する場合がある。
A
シリンダヘッド13の下面、つまり、燃焼室17の天井面は、図2の下図に示すように、傾斜面1311と、傾斜面1312とによって構成されている。傾斜面1311は、吸気側から、後述するインジェクタ6の噴射軸心X2に向かって上り勾配となっている。傾斜面1312は、排気側から噴射軸心X2に向かって上り勾配となっている。燃焼室17の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。
As shown in the lower figure of FIG. 2, the lower surface of the
ピストン3の上面は燃焼室17の天井面に向かって隆起している。ピストン3の上面には、キャビティ31が形成されている。キャビティ31は、ピストン3の上面から凹陥している。キャビティ31は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ31の中心は、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側にずれている。
The upper surface of the
エンジン1の幾何学的圧縮比は、10以上30以下に設定されている。後述するようにエンジン1は、一部の運転領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、CI燃焼をコントロールする。エンジン1は、圧縮着火式エンジンである。しかし、このエンジン1は、ピストン3が圧縮上死点に至った時の燃焼室17の温度(つまり、圧縮端温度)を高くする必要がない。エンジン1は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン1の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様(燃料のオクタン価が91程度の低オクタン価燃料)においては、14~17とし、ハイオク仕様(燃料のオクタン価が96程度の高オクタン価燃料)においては、15~18としてもよい。
The geometric compression ratio of the
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、吸気ポート18が形成されている。吸気ポート18は、図3に示すように、第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182を有している。吸気ポート18は、燃焼室17に連通している。吸気ポート18は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート18は、燃焼室17の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。
The
吸気ポート18には、吸気弁21が配設されている。吸気弁21は、燃焼室17と吸気ポート18との間を開閉する。吸気弁21は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図4に示すように、可変動弁機構は、吸気電動S-VT(Sequential-Valve Timing)23を有している。吸気電動S-VT23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁21の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有していてもよい。
An
シリンダヘッド13にはまた、シリンダ11毎に、排気ポート19が形成されている。排気ポート19も、図3に示すように、第1排気ポート191及び第2排気ポート192を有している。排気ポート19は、燃焼室17に連通している。
The
排気ポート19には、排気弁22が配設されている。排気弁22は、燃焼室17と排気ポート19との間を開閉する。排気弁22は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図4に示すように、可変動弁機構は、排気電動S-VT24を有している。排気電動S-VT24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁22の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有していてもよい。
An
吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、吸気弁21と排気弁22との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室17の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを燃焼室17の中に導入することができる。内部EGRシステムは、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24によって構成されている。尚、内部EGRシステムは、S-VTによって構成されるとは限らない。
The intake electric S-VT23 and the exhaust electric S-VT24 adjust the length of the overlap period in which both the
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、インジェクタ6が取り付けられている。インジェクタ6は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ6は、燃料噴射部の一例である。インジェクタ6は、傾斜面1311と傾斜面1312とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。図2に示すように、インジェクタ6の噴射軸心X2は、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側に位置している。インジェクタ6の噴射軸心X2は、中心軸X1に平行である。インジェクタ6の噴射軸心X2とキャビティ31の中心とは一致している。インジェクタ6は、キャビティ31に対向している。尚、インジェクタ6の噴射軸心X2は、シリンダ11の中心軸X1と一致していてもよい。その構成の場合に、インジェクタ6の噴射軸心X2と、キャビティ31の中心とは一致していてもよい。
An
インジェクタ6は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ6は、図2に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室17の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ6は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。
Although detailed illustration is omitted, the
インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。燃料供給システム61は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク63と、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いに連結する燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設している。燃料ポンプ65は、コモンレール64に燃料を圧送する。燃料ポンプ65は、この構成例においては、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール64は、燃料ポンプ65から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ6が開弁すると、コモンレール64に蓄えられていた燃料が、インジェクタ6の噴口から燃焼室17の中に噴射される。燃料供給システム61は、30MPa以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ6に供給することが可能である。インジェクタ6に供給する燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム61の構成は、前記の構成に限定されない。
A
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ25は、この構成例では、シリンダ11の中心軸X1よりも吸気側に配設されている。点火プラグ25は、2つの吸気ポート18の間に位置している。点火プラグ25は、上方から下方に向かって、燃焼室17の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド13に取り付けられている。点火プラグ25の電極は、図2に示すように、燃焼室17の中に臨んでかつ、燃焼室17の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ25を、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ25をシリンダ11の中心軸X1上に配置してもよい。
A
エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている。吸気通路40は、各シリンダ11の吸気ポート18に連通している。燃焼室17に導入するガスは、吸気通路40を流れる。吸気通路40の上流端部には、エアクリーナー41が配設されている。エアクリーナー41は、新気を濾過する。吸気通路40の下流端近傍には、サージタンク42が配設されている。サージタンク42よりも下流の吸気通路40は、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ11の吸気ポート18に接続されている。
An
吸気通路40におけるエアクリーナー41とサージタンク42との間には、スロットル弁43が配設されている。スロットル弁43は、弁の開度を調節することによって、燃焼室17の中への新気の導入量を調節する。
A
吸気通路40にはまた、スロットル弁43の下流に、過給機44が配設されている。過給機44は、燃焼室17に導入するガスを過給する。この構成例において、過給機44は、エンジン1によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機44は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。
The
過給機44とエンジン1との間には、電磁クラッチ45が介設している。電磁クラッチ45は、過給機44とエンジン1との間で、エンジン1から過給機44へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ECU10が電磁クラッチ45の遮断及び接続を切り替えることによって、過給機44はオンとオフとが切り替わる。
An electromagnetic clutch 45 is interposed between the
吸気通路40における過給機44の下流には、インタークーラー46が配設されている。インタークーラー46は、過給機44において圧縮されたガスを冷却する。インタークーラー46は、例えば水冷式又は油冷式に構成してもよい。
An
吸気通路40には、バイパス通路47が接続されている。バイパス通路47は、過給機44及びインタークーラー46をバイパスするよう、吸気通路40における過給機44の上流部とインタークーラー46の下流部とを互いに接続する。バイパス通路47には、エアバイパス弁48が配設されている。エアバイパス弁48は、バイパス通路47を流れるガスの流量を調節する。
A
ECU10は、過給機44をオフにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を遮断したとき)に、エアバイパス弁48を全開にする。吸気通路40を流れるガスは、過給機44をバイパスして、エンジン1の燃焼室17に導入される。エンジン1は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
The
過給機44をオンにすると、エンジン1は過給状態で運転する。ECU10は、過給機44をオンにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を接続したとき)に、エアバイパス弁48の開度を調節する。過給機44を通過したガスの一部は、バイパス通路47を通って過給機44の上流に逆流する。ECU10がエアバイパス弁48の開度を調節すると、燃焼室17に導入するガスの過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク42内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク42内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。
When the
この構成例においては、過給機44とバイパス通路47とエアバイパス弁48とによって、過給システム49が構成されている。
In this configuration example, the supercharging
エンジン1は、燃焼室17内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、図3に示すように、吸気通路40に取り付けられたスワールコントロール弁56を有している。スワールコントロール弁56は、第1吸気ポート181につながるプライマリ通路401と、第2吸気ポート182につながるセカンダリ通路402との内の、セカンダリ通路402に配設されている。スワールコントロール弁56は、セカンダリ通路402の断面を絞ることができる開度調節弁である。スワールコントロール弁56の開度が小さいと、第1吸気ポート181から燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に多くかつ、第2吸気ポート182から燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に少ないから、燃焼室17内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁56の開度が大きいと、第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182のそれぞれから燃焼室17に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室17内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁56を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図3における反時計回り方向に周回する(図2の白抜きの矢印も参照)。
The
エンジン1の他側面には、排気通路50が接続されている。排気通路50は、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。排気通路50は、燃焼室17から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ11の排気ポート19に接続されている。
An
排気通路50には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒511と、GPF(Gasoline Particulate Filter)512とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒513を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、GPFは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びGPFの並び順は、適宜変更してもよい。
An exhaust gas purification system having a plurality of catalytic converters is arranged in the
吸気通路40と排気通路50との間には、外部EGRシステムを構成するEGR通路52が接続されている。EGR通路52は、排気ガスの一部を吸気通路40に還流させるための通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40における過給機44の上流部に接続されている。EGR通路52を流れるEGRガスは、バイパス通路47のエアバイパス弁48を通らずに、吸気通路40における過給機44の上流部に入る。
An
EGR通路52には、水冷式のEGRクーラー53が配設されている。EGRクーラー53は、排気ガスを冷却する。EGR通路52にはまた、EGR弁54が配設されている。EGR弁54は、EGR通路52を流れる排気ガスの流量を調節する。EGR弁54の開度を調節することによって、冷却した排気ガス、つまり外部EGRガスの還流量を調節することができる。
A water-cooled
この構成例において、EGRシステム55は、外部EGRシステムと、内部EGRシステムとによって構成されている。外部EGRシステムは、内部EGRシステムよりも低温の排気ガスを、燃焼室17に供給することができる。
In this configuration example, the
圧縮着火式エンジンの制御装置は、エンジン1を運転するためのECU(Engine Control Unit)10を備えている。ECU10は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図4に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU10は、制御部の一例である。
The control device of the compression ignition type engine includes an ECU (Engine Control Unit) 10 for operating the
ECU10には、図1及び図4に示すように、各種のセンサSW1~SW17が接続されている。センサSW1~SW17は、信号をECU10に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
As shown in FIGS. 1 and 4, various sensors SW1 to SW17 are connected to the
エアフローセンサSW1:吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の流量を計測する
第1吸気温度センサSW2:吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の温度を計測する
第1圧力センサSW3:吸気通路40におけるEGR通路52の接続位置よりも下流でかつ、過給機44の上流に配置されかつ、過給機44に流入するガスの圧力を計測する
第2吸気温度センサSW4:吸気通路40における過給機44の下流でかつ、バイパス通路47の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機44から流出したガスの温度を計測する
第2圧力センサSW5:サージタンク42に取り付けられかつ、過給機44の下流のガスの圧力を計測する
指圧センサSW6:各シリンダ11に対応してシリンダヘッド13に取り付けられかつ、各燃焼室17内の圧力を計測する
排気温度センサSW7:排気通路50に配置されかつ、燃焼室17から排出した排気ガスの温度を計測する
リニアO2センサSW8:排気通路50における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
ラムダO2センサSW9:上流の触媒コンバーターにおける三元触媒511の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
水温センサSW10:エンジン1に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する
クランク角センサSW11:エンジン1に取り付けられかつ、クランクシャフト15の回転角を計測する
アクセル開度センサSW12:アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する
吸気カム角センサSW13:エンジン1に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する
排気カム角センサSW14:エンジン1に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する
EGR差圧センサSW15:EGR通路52に配置されかつ、EGR弁54の上流及び下流の差圧を計測する
燃圧センサSW16:燃料供給システム61のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ6に供給する燃料の圧力を計測する
第3吸気温度センサSW17:サージタンク42に取り付けられかつ、サージタンク42内のガスの温度、換言すると燃焼室17に導入される吸気の温度を計測する。
Air flow sensor SW1: Arranged downstream of the
ECU10は、これらのセンサSW1~SW17の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ102に記憶されている。制御ロジックは、メモリ102に記憶しているマップを用いて、目標量及び/又は制御量を演算することを含む。
The
ECU100は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動S-VT23、排気電動S-VT24、燃料供給システム61、スロットル弁43、EGR弁54、過給機44の電磁クラッチ45、エアバイパス弁48、及び、スワールコントロール弁56に出力する。
The
例えば、ECU10は、アクセル開度センサSW12の信号とマップとに基づいて、エンジン1の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ECU10は、目標過給圧と、第1圧力センサSW3及び第2圧力センサSW5の信号から得られる過給機44の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁48の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、過給圧が目標過給圧となるようにする。
For example, the
また、ECU10は、エンジン1の運転状態とマップとに基づいて目標EGR率(つまり、燃焼室17の中の全ガスに対するEGRガスの比率)を設定する。そして、ECU10は、目標EGR率とアクセル開度センサSW12の信号に基づく吸入空気量とに基づき目標EGRガス量を決定すると共に、EGR差圧センサSW15の信号から得られるEGR弁54の前後差圧に基づいてEGR弁54の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、燃焼室17の中に導入する外部EGRガス量が目標EGRガス量となるようにする。
Further, the
さらに、ECU10は、所定の制御条件が成立しているときに空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にECU10は、リニアO2センサSW8、及び、ラムダO2センサSW9が計測した排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ6の燃料噴射量を調節する。
Further, the
尚、その他のECU10によるエンジン1の制御の詳細は、後述する。
The details of the control of the
(SPCCI燃焼のコンセプト)
エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態のときに、圧縮自己着火による燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
(SPCCI combustion concept)
The
SPCCI燃焼は、点火プラグ25が、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりSI燃焼をすると共に、SI燃焼の発熱により燃焼室17の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室17の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるCI燃焼をする形態である。
In SPCCI combustion, the
SI燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度のばらつきを吸収することができる。ECU10が点火タイミングを調節することによって、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。
By adjusting the calorific value of SI combustion, it is possible to absorb the variation in temperature in the
SPCCI燃焼において、SI燃焼時の熱発生は、CI燃焼時の熱発生よりも穏やかである。SPCCI燃焼における熱発生率の波形は、図5に例示するように、立ち上がりの傾きが、CI燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さくなる。また、燃焼室17の中における圧力変動(dp/dθ)も、SI燃焼時は、CI燃焼時よりも穏やかになる。
In SPCCI combustion, the heat generation during SI combustion is milder than the heat generation during CI combustion. As illustrated in FIG. 5, the waveform of the heat generation rate in the SPCCI combustion has a rising slope smaller than the rising slope in the CI combustion waveform. Further, the pressure fluctuation (dp / dθ) in the
SI燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火すると、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化する場合がある。熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングで、変曲点Xを有する場合がある。 When the unburned air-fuel mixture self-ignites after the start of SI combustion, the slope of the waveform of the heat generation rate may change from small to large at the timing of self-ignition. The waveform of the heat generation rate may have an inflection point X at the timing when CI combustion starts.
CI燃焼の開始後は、SI燃焼とCI燃焼とが並行して行われる。CI燃焼は、SI燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。しかし、CI燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。CI燃焼時の圧力変動(dp/dθ)も、比較的穏やかになる。 After the start of CI combustion, SI combustion and CI combustion are performed in parallel. Since CI combustion generates more heat than SI combustion, the heat generation rate is relatively large. However, since CI combustion is performed after the compression top dead center, it is avoided that the slope of the heat generation rate waveform becomes too large. The pressure fluctuation (dp / dθ) during CI combustion is also relatively gentle.
圧力変動(dp/dθ)は、燃焼騒音を表す指標として用いることができる。前述の通りSPCCI燃焼は、圧力変動(dp/dθ)を小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。エンジン1の燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。
The pressure fluctuation (dp / dθ) can be used as an index representing the combustion noise. As described above, in the SPCCI combustion, the pressure fluctuation (dp / dθ) can be reduced, so that it is possible to avoid the combustion noise becoming too large. The combustion noise of the
CI燃焼が終了することによって、SPCCI燃焼が終了する。CI燃焼は、SI燃焼に比べて、燃焼期間が短い。SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。 When the CI combustion ends, the SPCCI combustion ends. CI combustion has a shorter combustion period than SI combustion. SPCCI combustion has an earlier combustion end time than SI combustion.
SPCCI燃焼の熱発生率波形は、SI燃焼によって形成された第1熱発生率部QSIと、CI燃焼によって形成された第2熱発生部QCIと、が、この順番に連続するように形成されている。 The heat generation rate waveform of SPCCI combustion is formed so that the first heat generation rate part Q SI formed by SI combustion and the second heat generation part Q CI formed by CI combustion are continuous in this order. Has been done.
ここで、SPCCI燃焼の特性を示すパラメータとして、SI率を定義する。SI率は、SPCCI燃焼により発生した全熱量に対し、SI燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。SI率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。SI率が高いと、SI燃焼の割合が高く、SI率が低いと、CI燃焼の割合が高い。SI率は、CI燃焼により発生した熱量に対するSI燃焼により発生した熱量の比率と定義してもよい。つまり、図5に示す波形801においてSI率=(SI燃焼の面積:QSI)/(CI燃焼の面積:QCI)である。
Here, the SI rate is defined as a parameter indicating the characteristics of SPCCI combustion. The SI rate is defined as an index related to the ratio of the amount of heat generated by SI combustion to the total amount of heat generated by SPCCI combustion. The SI rate is the ratio of the amount of heat generated by two types of combustion having different combustion forms. When the SI rate is high, the rate of SI combustion is high, and when the SI rate is low, the rate of CI combustion is high. The SI rate may be defined as the ratio of the amount of heat generated by SI combustion to the amount of heat generated by CI combustion. That is, in the
エンジン1は、SPCCI燃焼を行うときに、燃焼室17内に強いスワール流を発生させる。強いスワール流とは、例えば4以上のスワール比を有する流れと定義してもよい。スワール比は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値と定義することができる。吸気流横方向角速度は、図示を省略するが、公知のリグ試験装置を用いた測定に基づいて、求めることができる。
When the
燃焼室17内に強いスワール流を発生させると、燃焼室17の外周部は強いスワール流れとなる一方、中央部のスワール流は相対的に弱くなる。中央部と外周部との境界における速度勾配に起因する渦流によって、中央部は、乱流エネルギが高くなる。点火プラグ25が中央部の混合気に点火をすると、SI燃焼は高い乱流エネルギによって、燃焼速度が高くなる。
When a strong swirl flow is generated in the
SI燃焼の火炎は、燃焼室17内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。CI燃焼は、燃焼室17における外周部から中央部においてCI燃焼が行われる。
The flame of SI combustion rides on a strong swirl flow in the
燃焼室17の中に強いスワール流を発生させると、CI燃焼の開始までにSI燃焼を十分に行うことができる。燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。
When a strong swirl flow is generated in the
(エンジンの運転領域)
図6及び図7は、エンジン1の制御に係るマップを例示している。マップは、ECU10のメモリ102に記憶されている。マップは、三種類のマップ501、マップ502、マップ503を含んでいる。ECU10は、燃焼室17の壁温及び吸気の温度それぞれの高低に応じて、三種類のマップ501、502、503の中から選択したマップを、エンジン1の制御に用いる。尚、三種類のマップ501、502、503の選択についての詳細は、後述する。
(Engine operating area)
6 and 7 illustrate a map relating to the control of the
第一マップ501は、エンジン1の温間時のマップである。第二マップ502は、エンジン1の半暖機時のマップである。第三マップ503は、エンジン1の冷間時のマップである。
The
各マップ501、502、503は、エンジン1の負荷及び回転数によって規定されている。第一マップ501は、負荷の高低及び回転数の高低に対し、大別して三つの領域に分かれる。具体的に、三つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域A1、低負荷領域A1よりも負荷が高い中高負荷領域A2、A3、A4、及び、低負荷領域A1、中高負荷領域A2、A3、A4よりも回転数の高い高回転領域A5である。中高負荷領域A2、A3、A4はまた、中負荷領域A2と、中負荷領域A2よりも負荷が高い高負荷中回転領域A3と、高負荷中回転領域A3よりも回転数の低い高負荷低回転領域A4とに分かれる。
Each
第二マップ502は、大別して二つの領域に分かれる。具体的に、二つの領域は、低中回転領域B1、B2、B3、及び、低中回転領域B1、B2、B3よりも回転数の高い高回転領域B4である。低中回転領域B1、B2、B3はまた、前記低負荷領域A1及び中負荷領域A2に相当する低中負荷領域B1と、高負荷中回転領域B2と、高負荷低回転領域B3とに分かれる。
The
第三マップ503は、複数の領域に分かれておらず、一つの領域C1のみを有している。
The
ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域としてもよい。図6及び図7の例では、回転数N1未満を低回転、回転数N2以上を高回転、回転数N1以上N2未満を中回転としている。回転数N1は、例えば1200rpm程度、回転数N2は、例えば4000rpm程度としてもよい。
Here, in the low rotation region, the medium rotation region, and the high rotation region, when the entire operation region of the
また、低負荷領域は、軽負荷の運転状態を含む領域、高負荷領域は、全開負荷の運転状態を含む領域、中負荷は、低負荷領域と高負荷領域との間の領域としてもよい。また、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を負荷方向に、低負荷領域、中負荷領域及び高負荷領域の略三等分にしたときの、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域としてもよい。
Further, the low load region may be a region including a light load operating state, the high load region may be a region including a fully open load operating state, and the medium load may be a region between the low load region and the high load region. Further, in the low load region, the medium load region, and the high load region, when the entire operating region of the
図6のマップ501、502、503はそれぞれ、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。図7のマップ504は、第一マップ501に相当し、当該マップにおける、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、各領域におけるスワールコントロール弁56の開度と、過給機44の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。エンジン1は、低負荷領域A1、中負荷領域A2、高負荷中回転領域A3、及び、高負荷低回転領域A4、並びに、低中負荷領域B1、高負荷中回転領域B2、及び、高負荷低回転領域B3において、SPCCI燃焼を行う。エンジン1はまた、それ以外の領域、具体的には、高回転領域A5、高回転領域B4、及び、領域C1においては、SI燃焼を行う。
(各領域におけるエンジンの運転)
以下、図7のマップ504の各領域におけるエンジン1の運転について、図8に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。図8の横軸は、クランク角である。尚、図8における符号601、602、603、604、605及び606はそれぞれ、図7のマップ504における符号601、602、603、604、605及び606によって示すエンジン1の運転状態に対応する。
(Engine operation in each area)
Hereinafter, the operation of the
(低負荷領域)
エンジン1が低負荷領域A1において運転しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
(Low load area)
When the
図8の符号601は、エンジン1が低負荷領域A1における運転状態601にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6011、6012)及び点火時期(符号6013)、並びに、燃焼波形(つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号6014)を示している。符号602は、エンジン1が低負荷領域A1における運転状態602にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6021、6022)及び点火時期(符号6023)、並びに、燃焼波形(符号6024)を示し、符号603は、エンジン1が低負荷領域A1における運転状態603にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6031、6032)及び点火時期(符号6033)、並びに、燃焼波形(符号6034)を示している。運転状態601、602、603は、エンジン1の回転数が同じでかつ、負荷が相違する。運転状態601が、最も負荷が低く(つまり、軽負荷)、運転状態602が、次に負荷が低く(つまり、低負荷)、運転状態603が、この中では負荷が最も高い。
エンジン1の燃費性能を向上させるために、EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。具体的に、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、排気上死点付近において、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。燃焼室17から吸気ポート18及び排気ポート19に排出した排気ガスの一部は、燃焼室17の中に再導入される。燃焼室17の中に熱い排気ガスを導入するため、燃焼室17の中の温度が高くなる。SPCCI燃焼の安定化に有利になる。尚、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、吸気弁21及び排気弁22の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けてもよい。
In order to improve the fuel efficiency of the
また、スワール発生部は、燃焼室17の中に、強いスワール流を形成する。スワール比は、例えば4以上である。スワールコントロール弁56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート18はタンブルポートであるため、燃焼室17の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。
Further, the swirl generating portion forms a strong swirl flow in the
インジェクタ6は、吸気行程中に、燃料を複数回、燃焼室17の中に噴射する(符号6011、6012、6021、6022、6031、6032)。複数回の燃料噴射と、燃焼室17の中のスワール流とによって、混合気は成層化する。
The
燃焼室17の中央部における混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のA/Fは、20以上30以下であり、外周部の混合気のA/Fは、35以上である。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。点火プラグ25に近い混合気のA/Fを20以上30以下にすることにより、SI燃焼時のRawNOxの発生を抑制することができる。また、外周部の混合気のA/Fを35以上にすることで、CI燃焼が安定化する。
The fuel concentration of the air-fuel mixture in the central portion of the
混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比よりもリーンである(つまり、空気過剰率λ>1)。より詳細に、燃焼室17の全体において混合気のA/Fは30以上である。こうすることで、RawNOxの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。
The air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is leaner than the theoretical air-fuel ratio in the entire combustion chamber 17 (that is, the excess air ratio λ> 1). More specifically, the A / F of the air-fuel mixture is 30 or more in the
エンジン1の負荷が低いとき(つまり、運転状態601のとき)に、インジェクタ6は、吸気行程の前半に、第一噴射6011を行い、吸気行程の後半に、第二噴射6012を行う。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半、吸気行程の後半は、吸気行程を二等分したときの後半としてもよい。また、第一噴射6011と第二噴射6012との噴射量比は、例えば9:1としてもよい。
When the load of the
エンジン1の負荷が高い運転状態602のときに、インジェクタ6は、吸気行程の後半に行う第二噴射6022を、運転状態601の第二噴射6012よりも進角したタイミングで開始する。第二噴射6022を進角することによって、燃焼室17内の混合気は均質に近づく。第一噴射6021と第二噴射6022との噴射量比は、例えば7:3~8:2としてもよい。
When the load of the
エンジン1の負荷がさらに高い運転状態603のときに、インジェクタ6は、吸気行程の後半に行う第二噴射6032を、運転状態602の第二噴射6022よりもさらに進角したタイミングで開始する。第二噴射6032をさらに進角することによって、燃焼室17内の混合気は、均質にさらに近づく。第一噴射6031と第二噴射6032との噴射量比は、例えば6:4としてもよい。
When the load of the
燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ25は、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6013、6023、6033)。点火タイミングは、圧縮行程の終期としてもよい。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期、及び終期に三等分したときの終期としてもよい。
After the fuel injection is completed, the
前述したように、中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるSI燃焼が安定化する。SI燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、CI燃焼が開始する。SPCCI燃焼において、CI燃焼のコントロール性が向上する。燃焼騒音の発生が抑制される。また、混合気のA/Fを理論空燃比よりもリーンにしてSPCCI燃焼を行うことによって、エンジン1の燃費性能を、大幅に向上させることができる。尚、低負荷領域A1は、後述するレイヤ3に対応する。レイヤ3は、軽負荷運転領域まで広がっていると共に、最低負荷運転状態を含んでいる。
As described above, since the fuel concentration of the air-fuel mixture in the central portion is relatively high, the ignitability is improved and the SI combustion due to flame propagation is stabilized. By stabilizing SI combustion, CI combustion starts at an appropriate timing. In SPCCI combustion, the controllability of CI combustion is improved. The generation of combustion noise is suppressed. Further, by making the A / F of the air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and performing SPCCI combustion, the fuel efficiency performance of the
(中高負荷領域)
エンジン1が中高負荷領域において運転しているときも、エンジン1は、低負荷領域と同様に、SPCCI燃焼を行う。
(Medium and high load area)
Even when the
図8の符号604は、エンジン1が中高負荷領域の中でも、中負荷領域A2における運転状態604にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6041、6042)及び点火時期(符号6043)、並びに、燃焼波形(符号6044)を示している。符号605は、エンジン1が高負荷低回転領域A4における運転状態605にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6051)及び点火時期(符号6052)、並びに、燃焼波形(符号6053)を示している。
EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。具体的に、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、排気上死点付近において、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。内部EGRガスが、燃焼室17の中に導入される。また、EGRシステム55は、EGR通路52を通じて、EGRクーラー53によって冷却した排気ガスを、燃焼室17の中に導入する。つまり、内部EGRガスに比べて温度が低い外部EGRガスを、燃焼室17の中に導入する。外部EGRガスは、燃焼室17の中の温度を、適切な温度に調節する。EGRシステム55は、エンジン1の負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。EGRシステム55は、全開負荷において、内部EGRガス及び外部EGRガスを含むEGRガスを、ゼロにしてもよい。
The
また、中高負荷領域A2及び高負荷中回転領域A3において、スワールコントロール弁56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。燃焼室17の中には、スワール比が4以上の、強いスワール流が形成される。一方、高負荷低回転領域A4において、スワールコントロール弁56は開である。
Further, in the medium-high load region A2 and the high-load medium rotation region A3, the
混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F≒14.7)である。三元触媒511、513が、燃焼室17から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン1の排出ガス性能は良好になる。混合気のA/Fは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2としてもよい。尚、エンジン1が、全開負荷(つまり、最高負荷)を含む高負荷中回転領域A3において運転しているときには、混合気のA/Fは、燃焼室17の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしてもよい(つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦1)。
The air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is the theoretical air-fuel ratio (A / F≈14.7) in the
燃焼室17内にEGRガスを導入しているため、燃焼室17の中の全ガスと燃料との重量比であるG/Fは理論空燃比よりもリーンになる。混合気のG/Fは18以上にしてもよい。こうすることで、いわゆるノッキングの発生を回避することができる。G/Fは18以上30以下において設定してもよい。また、G/Fは18以上50以下において設定してもよい。
Since the EGR gas is introduced into the
エンジン1が運転状態604で運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程中に、複数回の燃料噴射(符号6041、6042)を行う。インジェクタ6は、第一噴射6041を吸気行程の前半に行い、第二噴射6042を吸気行程の後半に行ってもよい。
When the
また、エンジン1が運転状態605で運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程において燃料を噴射する(符号6051)。
Further, when the
点火プラグ25は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近の所定のタイミングで混合気に点火をする(符号6043、6052)。エンジン1が運転状態604で運転しているときに、点火プラグ25は、圧縮上死点前に点火を行ってもよい(符号6043)。エンジン1が運転状態605で運転しているときに、点火プラグ25は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい(符号6052)。
After the fuel is injected, the
混合気のA/Fを理論空燃比にしてSPCCI燃焼を行うことによって、三元触媒511、513を利用して、燃焼室17から排出された排出ガスを浄化することができる。また、EGRガスを燃焼室17に導入して混合気を希釈化することによって、エンジン1の燃費性能が向上する。尚、中高負荷領域A2、A3、A4は、後述するレイヤ2に対応する。レイヤ2は、高負荷領域まで広がっていると共に、最高負荷運転状態を含んでいる。
By performing SPCCI combustion with the A / F of the air-fuel mixture as the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust gas discharged from the
(過給機の動作)
ここで、図7のマップ504に示すように、低負荷領域A1の一部、及び、中高負荷領域A2の一部においては、過給機44はオフである(S/C OFF参照)。詳細には、低負荷領域A1における低回転側の領域において、過給機44はオフである。低負荷領域A1における高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44はオンである。また、中高負荷領域A2における低負荷低回転側の一部の領域において、過給機44はオフである。中高負荷領域A2における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44はオンである。また、中高負荷領域A2における高回転側の領域においても過給機44はオンである。
(Operation of turbocharger)
Here, as shown in the
尚、高負荷中回転領域A3、高負荷低回転領域A4、及び、高回転領域A5の各領域においては、その全域において過給機44がオンである(S/C ON参照)。
In each region of the high load medium rotation region A3, the high load low rotation region A4, and the high rotation region A5, the
(高回転領域)
エンジン1の回転数が高いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が短くなる。燃焼室17内において混合気を成層化することが困難になる。エンジン1の回転数が高くなると、SPCCI燃焼を行うことが困難になる。
(High rotation area)
When the rotation speed of the
そこで、エンジン1が高回転領域A5において運転しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。尚、高回転領域A5は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。
Therefore, when the
図8の符号606は、エンジン1が高回転領域A5における負荷の高い運転状態606にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6061)及び点火時期(符号6062)、並びに、燃焼波形(符号6063)を示している。
EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。EGRシステム55は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。EGRシステム55は、全開負荷では、EGRガスをゼロにしてもよい。
The
スワールコントロール弁56は、全開である。燃焼室17内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁56を全開にすることによって、充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。
The
混合気の空燃比(A/F)は、基本的には、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F≒14.7)である。混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。尚、エンジン1が全開負荷の付近において運転しているときには、混合気の空気過剰率λは1未満であってもよい。
The air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is basically the theoretical air-fuel ratio (A / F≈14.7) in the
インジェクタ6は、吸気行程中に燃料噴射を開始する。インジェクタ6は、燃料を一括で噴射する(符号6061)。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室17の中に、均質又は略均質な混合気が形成される。また、燃料の気化時間を長く確保することができるため、未燃損失の低減を図ることもできる。
The
点火プラグ25は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う(符号6062)。
The
(マップのレイヤ構造)
図6に示すエンジン1のマップ501、502、503は、図9に示すように、レイヤ1、レイヤ2及びレイヤ3の三つのレイヤの組み合わせによって構成されている。
(Map layer structure)
レイヤ1は、ベースとなるレイヤである。レイヤ1は、エンジン1の運転領域の全体に広がる。レイヤ1は、第三マップ503の全体に相当する。
レイヤ2は、レイヤ1の上に重なるレイヤである。レイヤ2は、エンジン1の運転領域の一部に相当する。具体的にレイヤ2は、第二マップ502の低中回転領域B1、B2、B3に相当する。
レイヤ3は、レイヤ2の上に重なるレイヤである。レイヤ3は、第一マップ501の低負荷領域A1に相当する。
レイヤ1、レイヤ2及びレイヤ3は、燃焼室17の壁温及び吸気の温度それぞれの高低に応じて選択される。
燃焼室17の壁温が第1所定壁温(例えば80℃)以上でかつ、吸気温が第1所定吸気温(例えば50℃)以上のときには、レイヤ1とレイヤ2とレイヤ3とが選択され、これらレイヤ1、レイヤ2及びレイヤ3を重ねることにより第一マップ501が構成される。第一マップ501における低負荷領域A1は、そこにおいて最上位のレイヤ3が有効になり、中高負荷領域A2、A3、A4は、そこにおいて最上位のレイヤ2が有効になり、高回転領域A5は、レイヤ1が有効になる。
When the wall temperature of the
燃焼室17の壁温が第1所定壁温未満、第2所定壁温(例えば30℃)以上でかつ、吸気温が第1所定吸気温未満、第2所定吸気温(例えば25℃)以上のときには、レイヤ1とレイヤ2とが選択される。これらレイヤ1及びレイヤ2を重ねることにより第二マップ502が構成される。第二マップ502における低中回転領域B1、B2、B3は、そこにおいて最上位のレイヤ2が有効になり、高回転領域B4は、レイヤ1が有効になる。
The wall temperature of the
燃焼室17の壁温が第2所定壁温未満でかつ、吸気温が第2所定吸気温未満のときには、レイヤ1のみが選択されて、第三マップ503が構成される。
When the wall temperature of the
尚、燃焼室17の壁温は、例えば,水温センサSW10によって計測されるエンジン1の冷却水の温度によって代用してもよい。また、冷却水の温度や、その他の計測結果に基づいて、燃焼室17の壁温を推定してもよい。また、吸気温は、例えば、サージタンク42内の温度を計測する第3吸気温度センサSW17によって計測することができる。また、各種の計測結果に基づいて、燃焼室17の中に導入される吸気温を推定してもよい。
The wall temperature of the
前述したようにSPCCI燃焼は、燃焼室17内に強いスワール流を発生させて行う。SI燃焼は、燃焼室17の壁に沿って火炎が伝播するため、SI燃焼の火炎伝播は、壁温の影響を受ける。壁温が低いと、SI燃焼の火炎が冷やされてしまい、圧縮着火のタイミングが遅れてしまう。
As described above, SPCCI combustion is performed by generating a strong swirl flow in the
SPCCI燃焼におけるCI燃焼は、燃焼室17の外周部から中央部において行われるため、燃焼室17の中央部の温度の影響を受ける。中央部の温度が低いと、CI燃焼が不安定になってしまう。燃焼室17の中央部の温度は、燃焼室17に導入される吸気の温度に依存する。つまり、吸気温度が高いときに、燃焼室17の中央部の温度は高くなり、吸気温度が低いときに、中央部の温度は低くなる。
Since CI combustion in SPCCI combustion is performed from the outer peripheral portion to the central portion of the
燃焼室17の壁温が第2所定壁温未満でかつ、吸気温度が第2所定吸気温未満のときには、SPCCI燃焼を安定して行うことができない。そこで、SI燃焼を実行するレイヤ1のみが選択され、ECU10は、第三マップ503に基づいて、エンジン1を運転する。全ての運転領域において、エンジン1がSI燃焼を行うことにより、燃焼安定性を確保することができる。
When the wall temperature of the
燃焼室17の壁温が第2所定壁温以上及び吸気温度が第2所定吸気温以上のときには、略理論空燃比(つまり、λ≒1)の混合気を、安定してSPCCI燃焼させることができる。そこで、レイヤ1に加えて、レイヤ2が選択され、ECU10は、第二マップ502に基づいて、エンジン1を運転する。エンジン1が、一部の運転領域においてSPCCI燃焼を行うことにより、エンジン1の燃費性能が向上する。
When the wall temperature of the
燃焼室17の壁温が第1所定壁温以上及び吸気温度が第1所定吸気温以上のときには、理論空燃比よりもリーンな混合気を、安定してSPCCI燃焼させることができる。そこで、レイヤ1及びレイヤ2に加えて、レイヤ3が選択され、ECU10は、第一マップ501に基づいて、エンジン1を運転する。エンジン1が、一部の運転領域においてリーン混合気をSPCCI燃焼させることにより、エンジン1の燃費性能が、さらに向上する。
When the wall temperature of the
次に、図10のフローチャートを参照しながら、ECU10が実行するマップのレイヤ選択に関係する制御例について説明をする。先ず、スタート後のステップS1において、ECU10は、各センサSW1~SW17の信号を読み込む。ECU10は、続くステップS2において、燃焼室17の壁温が30℃以上でかつ、吸気温が25℃以上か否かを判断する。ステップS2の判定がYESのときには、プロセスはステップS3に進み、NOのときには、プロセスはステップS5に進む。ECU10は、ステップS5においてレイヤ1のみを選択する。ECU10は、第三マップ503に基づいてエンジン1を運転する。プロセスはその後、リターンする。
Next, a control example related to the layer selection of the map executed by the
ステップS3において、ECU10は、燃焼室17の壁温が80℃以上でかつ、吸気温が50℃以上か否かを判断する。ステップS3の判定がYESのときには、プロセスはステップS4に進み、NOのときには、プロセスはステップS6に進む。
In step S3, the
ECU10は、ステップS6においてレイヤ1とレイヤ2とを選択する。ECU10は、第二マップ502に基づいて、エンジン1を運転する。プロセスはその後、リターンする。
The
ECU10は、ステップS4においてレイヤ1とレイヤ2とレイヤ3とを選択する。ECU10は、第一マップに基づいて、エンジン1を運転する。プロセスはその後、リターンする。
The
(吸気弁及び排気弁のバルブタイミング)
図11は、レイヤ2について設定されている制御ロジックに従い、ECU10が吸気電動S-VT23を制御したときの吸気弁21の開弁タイミングIVOの変化の一例を示している。図11の上図(つまり、グラフ1101)は、エンジン1の負荷の高低(横軸)に対する吸気弁21の開弁タイミングIVOの変化(横軸)を示している。実線はエンジン1の回転数が相対的に低い第1回転数のとき、破線はエンジン1の回転数が相対的に高い第2回転数のとき(第1回転数<第2回転数)に対応する。
(Valve timing of intake valve and exhaust valve)
FIG. 11 shows an example of a change in the valve opening timing IVO of the
図11の下図(つまり、グラフ1102)は、エンジン1の回転数の高低(横軸)に対する吸気弁21の開弁タイミングIVOの変化(縦軸)を示している。実線は、エンジン1の負荷が相対的に低い第1負荷のとき、破線はエンジン1の負荷が相対的に高い第2負荷のとき(第1負荷<第2負荷)に対応する。
The lower figure of FIG. 11 (that is, graph 1102) shows the change (vertical axis) of the valve opening timing IVO of the
グラフ1101及びグラフ1102において、吸気弁21の開弁タイミングIVOは上にいくほど進角し、吸気弁21及び排気弁22の両方が開弁するポジティブオーバーラップ期間が長くなる。よって、燃焼室17の中に導入されるEGRガスの量が増える。
In the
レイヤ2においてエンジン1は、混合気のA/Fを理論空燃比又は略理論空燃比にすると共に、G/Fを理論空燃比よりもリーンにして運転する。エンジン1の負荷が低いと、燃料供給量が少ない。グラフ1101に示すように、エンジン1の負荷が低いときに、ECU10は、吸気弁21の開弁タイミングIVOを遅角側のタイミングに設定する。燃焼室17の中に導入するEGRガスの量が制限され、燃焼安定性が確保される。
In
エンジン1の負荷が高くなると、燃料供給量が増えるため、燃焼安定性が高まる。ECU10は、吸気弁21の開弁タイミングを進角側のタイミングに設定する。燃焼室17の中に導入するEGRガスの量を増やすことによって、エンジン1のポンプ損失を下げることができる。
When the load of the
エンジン1の負荷がさらに高くなると、燃焼室17の中の温度がさらに高くなる。燃焼室17の中の温度が高くなりすぎないように、内部EGRガスの量を減らし、外部EGRガスの量を増やす。そのために、ECU10は、吸気弁21の開弁タイミングを、再び、遅角側のタイミングに設定する。
When the load of the
エンジン1の負荷がさらに高くなって過給機44が過給を行うようになると、ECU10は、吸気弁21の開弁タイミングを、再び、進角側のタイミングに設定する。吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間が設けられるため、燃焼室17の中の残留ガスを掃気することができる。
When the load of the
尚、エンジン1の回転数が高いときと低いときとのそれぞれにおいて、吸気弁21の開弁タイミングが変化する傾向は、ほぼ同じである。
It should be noted that the tendency of the valve opening timing of the
グラフ1102に示すように、エンジン1の回転数が低いときには、燃焼室17内の流動が弱くなる。燃焼安定性が低下してしまうため、燃焼室17の中に導入するEGRガスの量を制限する。ECU10は、吸気弁21の開弁タイミングを、遅角側のタイミングに設定する。
As shown in
エンジン1の回転数が高くなると、燃焼室17内の流動が強くなるため、燃焼室17の中に導入するEGRガスの量を増やすことができる。ECU10は、吸気弁21の開弁タイミングを、進角側のタイミングに設定する。
As the rotation speed of the
エンジン1の回転数がさらに高くなると、ECU10は、吸気弁21の開弁タイミングを、エンジン1の回転数に応じた遅角側のタイミングに設定する。これにより、燃焼室17内に導入されるガス量を最大化する。
When the rotation speed of the
図12は、レイヤ3について設定されている制御ロジックに従い、ECU10が吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24を制御したときの吸気弁21の開弁タイミングIVO、排気弁22の閉弁タイミングEVC、及び、吸気弁21及び排気弁22のオーバーラップ期間O/Lの変化の一例を示している。
FIG. 12 shows the valve opening timing IVO of the
図12の上図(つまり、グラフ1201)は、エンジン1の負荷の高低(横軸)に対する吸気弁21の開弁タイミングIVOの変化(横軸)を示している。実線はエンジン1の回転数が相対的に低い第3回転数のとき、破線はエンジン1の回転数が相対的に高い第4回転数(第3回転数<第4回転数)のときに対応する。
The upper view of FIG. 12 (that is, graph 1201) shows the change (horizontal axis) of the valve opening timing IVO of the
図12の中図(つまり、グラフ1202)は、エンジン1の負荷の高低(横軸)に対する排気弁22の閉弁タイミングEVCの変化(横軸)を示している。実線はエンジン1の回転数が第3回転数のとき、破線はエンジン1の回転数が第4回転数のときに対応する。
The middle figure of FIG. 12 (that is, graph 1202) shows the change (horizontal axis) of the valve closing timing EVC of the
図12の下図(つまり、グラフ1203)は、エンジン1の負荷の高低(横軸)に対する吸気弁21と排気弁22とのオーバーラップ期間O/Lの変化(横軸)を示している。実線はエンジン1の回転数が第3回転数のとき、破線はエンジン1の回転数が第4回転数のときに対応する。
The lower figure of FIG. 12 (that is, graph 1203) shows the change (horizontal axis) of the overlap period O / L between the
レイヤ3においてエンジン1は、A/Fが理論空燃比よりもリーンな混合気をSPCCI燃焼させて運転する。エンジン1の負荷が低いときには、燃料供給量が少ない。混合気のA/Fが低くなりすぎないように、ECU10は、燃焼室17内に導入するガス量を制限する。グラフ1201に示すように、ECU10は、吸気弁21の開弁タイミングIVOを、排気上死点よりも遅角側のタイミングに設定する。吸気弁21の閉弁タイミングは、吸気下死点以降の、いわゆる遅閉じになる。また、エンジン1の負荷が低いときに、ECU10は、燃焼室17内に導入する内部EGRガス量を制限する。グラフ1202に示すように、ECU10は、排気弁22の閉弁タイミングEVCを、進角側のタイミングに設定する。排気弁22の閉弁タイミングEVCは、排気上死点に近づく。
In
エンジン1の負荷が高くなると、燃料供給量が増えるため、ECU10は、燃焼室17内に導入するガス量を制限しない。また、理論空燃比よりもリーンな混合気のSPCCI燃焼を安定させるために、ECU10は、燃焼室17内に導入する内部EGRガス量を増やす。ECU10は、吸気弁21の開弁タイミングIVOを、排気上死点よりも進角側のタイミングに設定する。また、ECU10は、排気弁22の閉弁タイミングEVCを、排気上死点よりも遅角側のタイミングに設定する。その結果、グラフ1203に示すように、エンジン1の負荷が高くなると、吸気弁21と排気弁22との両方が開弁するオーバーラップ期間は長くなる。
Since the fuel supply amount increases as the load of the
エンジン1の負荷がさらに高くなると、燃焼室17内の温度が高くなり過ぎないように、ECU10は、燃焼室17内に導入する内部EGRガス量を減らす。ECU10は、排気弁22の閉弁タイミングEVCを、排気上死点に近づける。吸気弁21と排気弁22とのオーバーラップ期間は短くなる。また、ECU10は、エンジン1の負荷が高いときでかつ、エンジン1の回転数が高いときには、回転数が低いときよりも、吸気弁21の開弁タイミングを遅角側のタイミングに設定する。燃焼室17内に導入するガス量は最大になる。
When the load of the
尚、図12に一点鎖線で囲んだ低負荷領域において、エンジン1は、燃費性能の向上を目的とした減筒運転を行うようにしてもよい。減筒運転を行うときには、燃焼室17内に導入するガス量及び内部EGRガス量は制限されない。ECU10は、グラフ1201、1202に二点鎖線で示すように、吸気弁21の開弁タイミングを、進角側のタイミングに設定すると共に、排気弁22の閉弁タイミングを、遅角側のタイミングに設定してもよい。
In the low load region surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 12, the
(エンジンの制御ロジック)
図13は、エンジン1の制御ロジックを示すフローチャートである。ECU10は、メモリ102に記憶している制御ロジックに従いエンジン1を運転する。具体的にECU10は、各センサSW1~SW17の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、燃焼室17の中の燃焼が、運転状態に応じたSI率の燃焼となるよう、燃焼室17の中の状態量の調節、噴射量の調節、噴射タイミングの調節、及び、点火タイミングの調節を行うための演算を行う。
(Engine control logic)
FIG. 13 is a flowchart showing the control logic of the
ECU10は先ず、ステップS131において、各センサSW1~SW17の信号を読み込む。次いで、ECU10は、ステップS132において、各センサSW1~SW17の信号に基づいてエンジン1の運転状態を判断すると共に、目標SI率(つまり、目標熱量比率)を設定する。目標SI率は、エンジン1の運転状態に応じて設定される。
First, the
図14は、目標SI率の設定例を模式的に示している。ECU10は、エンジン1の負荷が低いときには、目標SI率を低く設定し、エンジン1の負荷が高いときには、目標SI率を高く設定する。エンジン1の負荷が低いときには、SPCCI燃焼におけるCI燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とが両立する。エンジン1の負荷が高いときには、SPCCI燃焼におけるSI燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制に有利になる。
FIG. 14 schematically shows an example of setting the target SI rate. The
図13のフローに戻り、ECU10は、続くステップS133において、メモリ102に記憶している燃焼モデルに基づいて、設定した目標SI率を実現するための目標筒内状態量を設定する。具体的にECU10は、燃焼室17の中の目標温度及び目標圧力、並びに、目標状態量を設定する。ECU10は、ステップS134において、目標筒内状態量を実現するために必要な、EGR弁54の開度、スロットル弁43の開度、エアバイパス弁48の開度、スワールコントロール弁56の開度、並びに、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24の位相角(つまり、吸気弁21のバルブタイミング、及び、排気弁22のバルブタイミング)を設定する。ECU10は、これらのデバイスの制御量を、メモリ102に記憶しているマップに基づいて設定する。ECU10は、設定した制御量に基づいて、EGR弁54、スロットル弁43、エアバイパス弁48、スワールコントロール弁(SCV)56、並びに、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24に信号を出力する。ECU10の信号に基づいて各デバイスが動作をすることによって、燃焼室17の中の状態量が目標状態量になる。
Returning to the flow of FIG. 13, in the following step S133, the
ECU10はさらに、設定した各デバイスの制御量に基づいて、燃焼室17の中の状態量の予測値、及び、推定値をそれぞれ算出する。状態量予測値は、吸気弁21が閉弁する前の燃焼室17の中の状態量を予測した値である。状態量予測値は、後述するように、吸気行程における燃料の噴射量の設定に用いる。状態量推定値は、吸気弁21が閉弁した後の燃焼室17の中の状態量を推定した値である。状態量推定値は、後述するように、圧縮行程における燃料の噴射量の設定、及び、点火タイミングの設定に用いる。状態量推定値はまた、実際の燃焼状態との比較による状態量誤差の計算にも用いる。
The
ECU10は、ステップS135において、状態量予測値に基づいて、吸気行程中における燃料の噴射量を設定する。吸気行程中に分割噴射を行うときには、各噴射の噴射量を設定する。尚、吸気行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。ステップS136において、ECU10は、インジェクタ6が所定の噴射タイミングで、燃焼室17の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ6に信号を出力する。
In step S135, the
ECU10は、ステップS137において、状態量推定値と、吸気行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、圧縮行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、圧縮行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。ECU10は、ステップS138において、予め設定されているマップに基づく噴射タイミングで、インジェクタ6が燃焼室17の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ6に信号を出力する。
In step S137, the
ECU10は、ステップS139において、状態量推定値と、圧縮行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、点火タイミングを設定する。ECU10は、ステップS1310において、設定した点火タイミングで、点火プラグ25が燃焼室17の中の混合気に点火をするよう、点火プラグ25に信号を出力する。
In step S139, the
点火プラグ25が混合気に点火をすることにより、燃焼室17の中でSI燃焼又はSPCCI燃焼が行われる。ステップS1311において、ECU10は、指圧センサSW6が計測した燃焼室17の中の圧力の変化を読み込み、それに基づいて、燃焼室17の中の混合気の燃焼状態を判断する。ECU10はまた、ステップS1312において、燃焼状態の計測結果と、ステップS134において推定をした状態量推定値とを比較し、状態量推定値と、実際の状態量との誤差を計算する。計算した誤差は、今回以降のサイクルにおいて、ステップS134の推定に利用される。ECU10は、状態量誤差が無くなるように、スロットル弁43、EGR弁54、スワールコントロール弁56、及び/又は、エアバイパス弁48の開度、並びに、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24の位相角を調節する。それによって、燃焼室17に導入される新気及びEGRガス量が調節される。
When the
ECU10はまた、状態量推定値に基づき燃焼室17の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、点火タイミングを進角することが可能になるよう、ステップS138において、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも進角させる。一方、ECU10は、状態量推定値に基づき燃焼室17の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、点火タイミングを遅角することが可能になるよう、ステップS138において、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも遅角させる。
In step S138, the
つまり、燃焼室17の中の温度が低いと、火花点火によってSI燃焼が開始した後、未燃混合気が自己着火するタイミングθCI(図5参照)が遅れてしまい、SI率が、目標のSI率からずれてしまう。この場合、未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下を招く。
That is, when the temperature in the
そこで、燃焼室17の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、ECU10は、噴射タイミングを進角すると共に、ステップS1310において点火タイミングを進角する。SI燃焼の開始が早まることによってSI燃焼により十分な熱発生が可能になるから、燃焼室17の中の温度が低いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθCIが遅れることを防止することができる。その結果、SI率は、目標のSI率に近づく。
Therefore, when it is predicted that the temperature in the
また、燃焼室17の中の温度が高いと、火花点火によってSI燃焼が開始して直ぐに、未燃混合気が自己着火してしまい、SI率が、目標のSI率からずれてしまう。この場合、燃焼騒音が増大してしまう。
Further, if the temperature in the
そこで、燃焼室17の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、ECU10は、噴射タイミングを遅角すると共に、ステップS1310において点火タイミングを遅角する。SI燃焼の開始が遅くなるから、燃焼室17の中の温度が高いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθCIが早くなることを防止することができる。その結果、SI率は、目標のSI率に近づく。
Therefore, when it is predicted that the temperature in the
このエンジン1の制御ロジックは、スロットル弁43、EGR弁54、エアバイパス弁48、スワールコントロール弁56、吸気電動S-VT23、及び排気電動S-VT24を含む状態量設定デバイスによって、SI率を調節するよう構成されている。燃焼室17の中の状態量を調節することによって、SI率の大まかな調節が可能である。エンジン1の制御ロジックはまた、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングを調節することによって、SI率を調節するよう構成されている。噴射タイミング及び点火タイミングの調節によって、例えば気筒間差の補正を行ったり、自己着火タイミングの微調節を行ったりすることができる。SI率の調節を二段階に行うことによって、エンジン1は、運転状態に対応する狙いのSPCCI燃焼を正確に実現することができる。
The control logic of the
ECU10はまた、燃焼による実際のSI率が、目標SI率になるよう、少なくともEGRシステム55及び点火プラグ25に信号を出力する。また、前述の通り、ECU10は、エンジン1の負荷が高いときには、低いときよりも目標SI率を高くするから、ECU10は、エンジン1の負荷が高いときには、低いときよりもSI率が高くなるよう、少なくともEGRシステム55及び点火プラグ25に信号を出力することになる。
The
尚、ECU10が行うエンジン1の制御は、前述した燃焼モデルに基づく制御ロジックに限定されない。
The control of the
(エンジンの制御ロジックの設計方法)
前述したSPCCI燃焼を実行するエンジン1の制御ロジックを設計する際には、各デバイスの制御量に関係するパラメータを設定する。例えば点火プラグ25であれば、エンジン1の運転状態に対応した点火エネルギ及び点火タイミングを、設定する。吸気電動S-VT23であれば、エンジン1の運転状態に対応した吸気弁21のバルブタイミングを設定する。以下、エンジン1の制御ロジックの設計方法における、吸気弁21のバルブタイミングの設定について、図面を参照しながら説明をする。
(Design method of engine control logic)
When designing the control logic of the
SPCCI燃焼を実行するエンジン1において、燃焼騒音を抑制すると共に、安定したSPCCI燃焼を実現するためには、CI燃焼が開始するタイミング(θCI:図5参照)における燃焼室17内の温度を適切な温度に調節する必要があることを、本願発明者らは見出した。つまり、燃焼室17内の温度が低いとCI燃焼の着火性が低下する。燃焼室17内の温度が高いと燃焼騒音が大きくなる。
In the
CI燃焼が開始するタイミングθCIにおける燃焼室17内の温度は、エンジン1の有効圧縮比に関係する。エンジン1の有効圧縮比は、幾何学的圧縮比εと、吸気弁21の閉弁タイミングIVCとにより定まる。本願発明者らは、SPCCI燃焼を行うエンジンを実用化するために、SPCCI燃焼が生じ得る幾何学的圧縮比εの範囲において、適切なIVCの範囲が存在することを新たに見出した。ここに開示する技術は、SPCCI燃焼という特有の燃焼形態を行うエンジンを実用化するためには、幾何学的圧縮比εと吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの間に、所定の関係が必要であることを見出した点に新しさがある。また、後述する、幾何学的圧縮比εと吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの間の関係式にも、新しさがある。
Timing at which CI combustion starts θ The temperature inside the
さらに、ここに開示する技術は、SPCCI燃焼を行うエンジン1の制御ロジックを設計するときに、幾何学的圧縮比εと吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの間の関係に基づいて、吸気弁21の閉弁タイミングIVCを設定する点にも新しさがある。
Further, the technique disclosed herein is based on the relationship between the geometric compression ratio ε and the valve closing timing IVC of the
エンジン1は、混合気のA/Fを理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしかつ、G/Fを理論空燃比よりもリーンにしてSPCCI燃焼を行うとき(レイヤ2)と、混合気のA/Fを理論空燃比よりもリーンにしてSPCCI燃焼を行うとき(レイヤ3)と、を切り換える。レイヤ2における幾何学的圧縮比εと吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの関係は、レイヤ3における幾何学的圧縮比εと吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの関係とは異なる。
When the
(レイヤ2における幾何学的圧縮比と吸気弁の閉弁タイミングとの関係)
図15は、SPCCI燃焼の特性を示している。具体的に図15は、エンジン1が、レイヤ2と同様に、A/Fが理論空燃比でかつ、G/Fが理論空燃比よりもリーンの混合気をSPCCI燃焼するときの、EGR率(横軸)に対するSPCCI燃焼の成立範囲を示している。同図における縦軸は、燃焼重心に相当するクランク角度であり、燃焼重心は、図における上にいくほど進角する。
(Relationship between the geometric compression ratio in
FIG. 15 shows the characteristics of SPCCI combustion. Specifically, FIG. 15 shows the EGR ratio (EGR ratio) when the
SPCCI燃焼が成立する範囲は、同図においてハッチングを付した範囲によって示される。SPCCI燃焼が成立する範囲は、「進角限界」の線と、「遅角限界」の線とによって挟まれている。「進角限界」の線は、燃焼重心がこの線よりも進角すると異常燃焼になるため、SPCCI燃焼が成立しないことを意味している。また、「遅角限界」の線は、燃焼重心がこの線よりも遅角すると、自己着火しなくなるため、SPCCI燃焼が成立しないことを意味している。 The range in which SPCCI combustion is established is indicated by the range marked with hatching in the figure. The range in which SPCCI combustion is established is sandwiched between the "advance limit" line and the "retard limit" line. The line of "advance angle limit" means that if the center of gravity of combustion is advanced beyond this line, abnormal combustion occurs, so that SPCCI combustion is not established. Further, the line of the "lagging limit" means that if the center of gravity of combustion is retarded from this line, self-ignition does not occur, so that SPCCI combustion is not established.
同図における一点鎖線は、MBT(Minimum advance for Best Torque)に相当する燃焼の燃焼重心を示している。ここでは、MBTに相当する燃焼の燃焼重心を、単にMBTと呼ぶ。MBTは、EGR率が高くなるほど進角する。 The alternate long and short dash line in the figure shows the center of gravity of combustion corresponding to MBT (Minimum advance for Best Torque). Here, the center of gravity of combustion corresponding to MBT is simply referred to as MBT. The MBT advances as the EGR rate increases.
燃費性能の向上の観点から、SPCCI燃焼の燃焼重心は、MBTに近づけることが好ましい。EGR率が高くなると、SPCCI燃焼が成立する範囲も進角するが、「進角限界」の線と「遅角限界」の線との間隔が狭くなり、SPCCI燃焼が成立する範囲は狭くなる。 From the viewpoint of improving fuel efficiency, it is preferable that the center of gravity of SPCCI combustion is close to that of the MBT. When the EGR rate becomes high, the range in which SPCCI combustion is established also advances, but the distance between the "advance limit" line and the "lagging limit" line becomes narrower, and the range in which SPCCI combustion is established becomes narrower.
エンジン1の負荷が低いとき(「軽負荷」のとき)には、SPCCI燃焼の成立する範囲が進角側であるため、図15の両端矢印で示すように、ある程度の幅でEGR率を調節すると共に、燃焼重心を進角側及び遅角側に調節することにより、MBTに相当するSPCCI燃焼を実現することができる。
When the load of the
エンジン1の負荷が高くなると、燃料供給量が増えることに対応して、燃焼室17内に導入する空気量を増やさなければならない。空気量が増えることに対してEGR率を高くしようとすると、EGRガスも大量に燃焼室17内に導入しなければならない。しかしながら、過給機44の過給能力の限界のため、空気及びEGRガスの両方を、燃焼室17内に大量に導入することは難しい。そのため、エンジン1の負荷が高くなると、SPCCI燃焼が成立する範囲は、遅角側になる。エンジン1の負荷が高いときに、SPCCI燃焼の燃焼重心をMBTに最も近づけようとすると、図15の点YにおいてSPCCI燃焼を行わなければならない。点Yは、A/Fを理論空燃比にした混合気をSPCCI燃焼させることができる上限負荷でのエンジン1の運転状態に相当する。エンジン1が上限負荷で運転しているときには、EGR率の調節や燃焼重心の調節により、MBTに相当するSPCCI燃焼を実現することが難しい。
When the load of the
エンジン1は、レイヤ2において低負荷から高負荷までの広い運転領域に亘って運転する。レイヤ2に関しては、エンジン1が上限負荷(最高負荷)で運転している状態が、SPCCI燃焼が成立する限界の運転状態に相当する。レイヤ2に関し、CI燃焼が開始するタイミング(θCI)における燃焼室17の温度が所定の温度となるような、εとIVCとの関係を定めるにあたっては、エンジン1が上限負荷で運転しているときの、燃焼室17内の温度に基づいて定める必要がある。
The
エンジン1が上限負荷で運転しているときの、燃焼室17内の温度を知るために、本願発明者らは、実際のエンジン1においてSPCCI燃焼を行い、そのエンジン1から取得した計測値を利用することにした。具体的に、本願発明者らは、エンジン1がレイヤ2における上限負荷で運転しているときの各種パラメータを計測すると共に、計測したパラメータから、θCIにおける燃焼室17内の実際の温度を推定した。本願発明者らは、推定した複数の温度の平均値を基準温度Tth1と定めた。θCIにおける燃焼室17の温度が基準温度Tth1であれば、レイヤ2においてSPCCI燃焼を実現することができる。
In order to know the temperature inside the
ここで、SPCCI燃焼は、前述したように、点火タイミングの調節によって、θCIを調節することができる。しかしながら、エンジン1がレイヤ2における上限負荷で運転しているときに、θCIにおける燃焼室17内の温度が、基準温度Tth1を超えるようになると、点火タイミングを調節しても、θCIを調節することができなくなる。一方、θCIにおける燃焼室17内の温度が、基準温度Tth1以下であれば、点火タイミングを調節する(具体的には点火タイミングを進角する)ことにより、θCIにおける燃焼室17内の温度を基準温度Tth1まで高めて、SPCCI燃焼を実現することができる。
Here, in the SPCCI combustion, as described above, the θ CI can be adjusted by adjusting the ignition timing. However, when the temperature in the
よって、レイヤ2においてSPCCI燃焼を実現するためには、θCIにおける燃焼室17の温度が基準温度Tth1を超えないような、εとIVCとの関係が要求される。
Therefore, in order to realize SPCCI combustion in
そこで、図16に概念的に示すように、本願発明者らは、幾何学的圧縮比εと、吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの二つのパラメータからなるマトリックスにおいて、εと、IVCとのそれぞれについて値を変更しながら、エンジン1のモデルを用いて、θCI時の燃焼室17の温度の推定演算を行った。基準温度Tth1以下となるεとIVCとの組み合わせは、レイヤ2においてSPCCI燃焼を実現することができる。図16に示すように、幾何学的圧縮比εが高くかつ、吸気弁21の閉弁タイミングIVCが吸気下死点に近づくと、CI燃焼時の燃焼室17の温度は、基準温度Tth1を超えてしまう。
Therefore, as conceptually shown in FIG. 16, the inventors of the present application set the ε and the IVC in a matrix consisting of two parameters of the geometric compression ratio ε and the valve closing timing IVC of the
尚、図16は、IVCを吸気下死点以降に設定したマトリックスである。図示は省略するが、本願発明者らは、IVCを吸気下死点以前に設定したマトリックスについても同様に、θCI時の燃焼室17の温度の推定演算を行うことによって、基準温度Tth1以下となるεとIVCとの組み合わせを得た。
Note that FIG. 16 is a matrix in which the IVC is set after the inspiratory bottom dead center. Although not shown, the inventors of the present application similarly set the IVC before the dead center of intake air to the reference temperature Tth1 or less by performing the estimation calculation of the temperature of the
図17の上図のグラフ1701は、εとIVCとの組み合わせに基づいて算出した近似式(I)(II)を示している。グラフ1701の横軸は、幾何学的圧縮比ε、縦軸は吸気弁21の閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)である。図示は省略しているが、本願発明者らは、グラフ1701の平面上に、基準温度Tth1以下となるεとIVCとの組み合わせをプロットし、それらのプロット点に基づいて近似式(I)(II)を決定している。
グラフ1701は、エンジン1の回転数が2000rpmであるときに相当する。近似式(I)及び(II)はそれぞれ、
近似式(I) IVC=-0.4288ε2+31.518ε-379.88
近似式(II) IVC=1.9163ε2-89.935ε+974.94
である。
Approximate formula (I) IVC = -0.4288ε 2 + 31.518ε-379.88
Approximate formula ( II ) IVC = 1.9163ε 2-89.935ε + 974.94
Is.
グラフ1701において、近似式(I)及び(II)並びにε=17よりも左側のεとIVCとの組み合わせは、CI燃焼時の燃焼室17の温度が基準温度Tth1以下となる。この組み合わせは、A/Fが理論空燃比でかつ、G/Fが理論空燃比よりもリーンな混合気をSPCCI燃焼させることが可能である。
In
前述したεとIVCとの関係は、レイヤ2における燃焼室17の上限温度に基づく関係である。
The relationship between ε and IVC described above is a relationship based on the upper limit temperature of the
一方、レイヤ2において、エンジン1が軽負荷で運転しているときにも、燃焼室17の温度が所定の温度となるように、εとIVCとの関係を定めなければならない。
On the other hand, in
SPCCI燃焼を行う燃焼室17の温度は、圧縮行程でのピストン3の圧縮仕事による圧力上昇と、SI燃焼の発熱から生じる圧力上昇との二つの圧力上昇の結果である。ピストン3の圧縮仕事は有効圧縮比により定まる。有効圧縮比が低すぎるとピストン3の圧縮仕事による圧力上昇が小さい。SPCCI燃焼における火炎伝播が進んでSI燃焼の発熱により生じる圧力上昇が相当高まらないと、筒内温度を着火温度まで高めることができない。結果、圧縮自己着火する混合気量が少なく、多くの混合気が火炎伝播で燃焼するので、燃焼期間が長く燃費効率が低下する。SPCCI燃焼において安定してCI燃焼を起こして燃費効率を最大化するためには、有効圧縮比を、ある値以上に保つ必要がある。よって、εとIVCとの関係を定めなければならない。
The temperature of the
本願発明者らは、前記と同様に、実際のエンジン1が軽負荷で運転しているときの各種パラメータを計測すると共に、計測したパラメータから、θCIにおける燃焼室17内の実際の温度を推定した。本願発明者らは、推定した複数の温度の平均値を基準温度Tth2と定めた。
Similar to the above, the inventors of the present application measure various parameters when the
エンジン1が軽負荷で運転しているときに、θCIにおける燃焼室17内の温度が基準温度Tth2以上であれば、点火タイミングを遅らせることによって、SPCCI燃焼を実現することができる。しかしながら、θCIにおける燃焼室17の温度が基準温度Tth2よりも低いと、温度が低すぎるため、点火タイミングを進めても、SPCCI燃焼を実現することができない。
If the temperature in the
よって、レイヤ2においてSPCCI燃焼を実現するためには、θCIにおける燃焼室17の温度が基準温度Tth2以上となるような、εとIVCとの関係が要求される。
Therefore, in order to realize SPCCI combustion in
本願発明者らは、図16に示すマトリックスと同様に、幾何学的圧縮比εと、吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの二つのパラメータからなるマトリックスにおいて、εと、IVCとのそれぞれについて値を変更しながら、エンジン1のモデルを用いて、CI燃焼時の燃焼室17の温度の推定演算を行った。このマトリックスにおいては、基準温度Tth2以上となるεとIVCとの組み合わせは、レイヤ2においてSPCCI燃焼を実現することができる。
Similar to the matrix shown in FIG. 16, the inventors of the present application have values for each of ε and IVC in a matrix consisting of two parameters of the geometric compression ratio ε and the valve closing timing IVC of the
図17のグラフ1701には、基準温度Tth2以上となるεとIVCとの組み合わせに基づいて算出した近似式(III)及び(IV)も示している。近似式(III)及び(IV)はそれぞれ、
近似式(III) IVC=-0.4234ε2+22.926ε-167.84
近似式(IV) IVC=0.4234ε2-22.926ε+207.84
である。
Approximate formula (III) IVC = -0.4234ε 2 + 22.926ε-167.84
Approximate formula (IV) IVC = 0.4234ε 2-22.926ε + 207.84
Is.
グラフ1701において、近似式(III)及び(IV)よりも右側のεとIVCとの組み合わせは、CI燃焼時の燃焼室17の温度が基準温度Tth2以上となる。この組み合わせは、A/Fが理論空燃比でかつ、G/Fが理論空燃比よりもリーンな混合気をSPCCI燃焼させることが可能になる。
In
図17からわかるように、εとIVCとの関係は、IVC=約20deg. aBDCを中心に、上下方向に、略対称である。IVC=20deg. aBDCは、エンジン1の回転数が2000rpmのときに、燃焼室17内に導入されるガス量が最大となる閉弁タイミング(つまり、ベストIVC)に相当する。また、IVC=120deg. aBDCは、吸気弁21の閉弁タイミングIVCの遅角限界、IVC=-80deg. aBDCは、吸気弁21の閉弁タイミングIVCの進角限界である。
As can be seen from FIG. 17, the relationship between ε and IVC is substantially symmetric in the vertical direction around IVC = about 20 deg. ABDC. IVC = 20deg. ABDC corresponds to the valve closing timing (that is, the best IVC) in which the amount of gas introduced into the
図17において近似式(I)(II)(III)(IV)に囲まれた範囲内のεとIVCとの組み合わせは、レイヤ2において、SPCCI燃焼を行うエンジン1を実用化することができる組み合わせである。言い換えると、この範囲外のεとIVCとの組み合わせは、レイヤ2においてSPCCI燃焼を行うエンジン1を実用化することができない。
The combination of ε and IVC within the range surrounded by the approximate equations (I), (II), (III), and (IV) in FIG. 17 is a combination that can put the
設計者は、レイヤ2においてエンジン1が運転するときの、吸気弁21の閉弁タイミングIVCを定めるときに、図17における斜線を付したε-IVC成立範囲内においてIVCを定めなければならない。
The designer must determine the IVC within the shaded ε-IVC establishment range in FIG. 17 when determining the valve closing timing IVC of the
具体的に、設計者は、幾何学的圧縮比εを10≦ε<17に定めると、
0.4234ε2-22.926ε+207.84≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-167.84 …(1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Specifically, the designer sets the geometric compression ratio ε to 10 ≦ ε <17.
0.4234ε 2-22.926ε + 207.84 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 22.926ε-167.84… (1)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、幾何学的圧縮比εを17≦ε<20に定めると、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-167.84 …(2)
又は、
0.4234ε2-22.926ε+207.84≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94 …(3)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 17 ≦ ε <20,
-0.4288ε 2 +31.518ε-379.88 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 +22.926ε-167.84… (2)
Or,
0.4234ε 2-22.926ε + 207.84 ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94… (3)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、幾何学的圧縮比εを20≦ε≦30に定めると、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88≦IVC≦120 …(4)
又は、
-80≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94 …(5)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, the designer sets the geometric compression ratio ε to 20 ≦ ε ≦ 30.
-0.4288ε 2 +31.518ε-379.88 ≦ IVC ≦ 120… (4)
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94 ... (5)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
前記関係式(1)~(5)に基づいて、吸気弁21の閉弁タイミングIVCを設定することによって、A/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチでかつ、G/Fが理論空燃比よりもリーンな混合気をSPCCI燃焼させることが実現する。
By setting the valve closing timing IVC of the
尚、閉弁タイミングIVCは、レイヤ2における、エンジン1の負荷及び回転数によって定まる各々の運転状態について設定される。図17の実線で示す例は、前述したように、エンジン1の回転数が2000rpmのときのε-IVC成立範囲である。エンジン1の回転数が変わるとε-IVC成立範囲も変わる。エンジン1の回転数が高くなると、ベストIVCは遅角する。具体的に、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、ベストIVCは約22deg. aBDCである。エンジン1の回転数が3000rpmのときのε-IVC成立範囲は、図17に破線で示すように、エンジン1の回転数が2000rpmのときのε-IVC成立範囲に対して、約2deg.分だけ、遅角側に平行移動する。
The valve closing timing IVC is set for each operating state in
よって、設計者は、幾何学的圧縮比εを10≦ε<17に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
0.4234ε2-22.926ε+209.84≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-165.84 …(1-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Therefore, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 10 ≦ ε <17, when the rotation speed of the
0.4234ε 2-22.926ε + 209.84 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 22.926ε- 165.84 … (1-1)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、幾何学的圧縮比εを17≦ε<20に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
-0.4288ε2+31.518ε-377.88≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-165.84 …(2-1)
又は、
0.4234ε2-22.926ε+209.84≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+976.94 …(3-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 17 ≦ ε <20, when the rotation speed of the
-0.4288ε 2 +31.518ε-377.88 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 +22.926ε- 165.84 … (2-1)
Or,
0.4234ε 2 -22.926ε + 209.84 ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 976.94 … (3-1)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、幾何学的圧縮比εを20≦ε≦30に定めると、
-0.4288ε2+31.518ε-377.88≦IVC≦120 …(4-1)
又は、
-80≦IVC≦1.9163ε2-87.935ε+976.94 …(5-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, the designer sets the geometric compression ratio ε to 20 ≦ ε ≦ 30.
-0.4288ε 2 + 31.518ε- 377.88 ≤ IVC ≤ 120 ... (4-1)
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9163ε 2 -87.935ε + 976.94 ... (5-1)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、ベストIVCは約28deg. aBDCである。エンジン1の回転数が4000rpmのときのε-IVC成立範囲は、図17に一点鎖線で示すように、エンジン1の回転数が2000rpmのときのε-IVC成立範囲に対して、約8deg.分だけ、遅角側に平行移動する。
Further, when the rotation speed of the
よって、設計者は、幾何学的圧縮比εを10≦ε<17に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
0.4234ε2-22.926ε+215.84≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-159.84 …(1-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Therefore, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 10 ≦ ε <17, when the rotation speed of the
0.4234ε 2-22.926ε + 215.84 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 22.926ε- 159.84 … ( 1-2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、幾何学的圧縮比εを17≦ε<20に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
-0.4288ε2+31.518ε-371.88≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-159.84 …(2-2)
又は、
0.4234ε2-22.926ε+215.84≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+982.94 …(3-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 17 ≦ ε <20, when the rotation speed of the
-0.4288ε 2 +31.518ε-371.88 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 +22.926ε-159.84… (2 − 2 )
Or,
0.4234ε 2 -22.926ε + 215.84 ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 982.94… ( 3-2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、幾何学的圧縮比εを20≦ε≦30に定めると、
-0.4288ε2+31.518ε-371.88≦IVC≦120 …(4-2)
又は、
-80≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+982.94 …(5-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, the designer sets the geometric compression ratio ε to 20 ≦ ε ≦ 30.
-0.4288ε 2 +31.518ε- 371.88 ≦ IVC ≦ 120… (4-2)
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9163ε 2 -89.935ε + 982.94 ... (5-2)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
エンジン1の回転数NE(rpm)に係る補正項Cを、
C=3.3×10-10NE3-1.0×10-6
NE
2 +7.0×10-4NE
と定めると、レイヤ2におけるεとIVCとの関係式は、次のように表すことができる。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<17であれば、
0.4234ε2-22.926ε+207.84+C≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-167.84+C …(1-3)
幾何学的圧縮比εが17≦ε<20であれば、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88+C≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-167.84+C …(2-3)
又は、
0.4234ε2-22.926ε+207.84+C≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94+C …(3-3)
幾何学的圧縮比εが20≦ε≦30であれば、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88+C≦IVC≦120 …(4-3)
又は、
-80≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94+C …(5-3)
設計者は、エンジン1の回転数毎に定めたε-IVC成立範囲に基づいて、閉弁タイミングIVCを定める。その結果、設計者は、図11に例示するような、レイヤ2における吸気弁21のバルブタイミングを設定することができる。
The correction term C related to the rotation speed NE (rpm) of the
C = 3.3 × 10 -10 NE 3 -1.0 × 10 -6 NE 2 + 7.0 × 10 -4 NE
Then, the relational expression between ε and IVC in
If the geometric compression ratio ε is 10 ≤ ε <17,
0.4234ε 2-22.926ε + 207.84 + C ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 22.926ε -167.84 + C… (1 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 17 ≤ ε <20,
-0.4288ε 2 +31.518ε-379.88 + C ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 +22.926ε-167.84 + C… (2 -3 )
Or,
0.4234ε 2-22.926ε + 207.84 + C ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94 + C… (3 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 20 ≤ ε ≤ 30
-0.4288ε 2 + 31.518ε-379.88 + C ≤ IVC ≤ 120 ... (4 -3 )
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94 + C ... (5 -3 )
The designer determines the valve closing timing IVC based on the ε-IVC establishment range determined for each rotation speed of the
(オクタン価の相違によるε-IVC成立範囲の変化)
図17のグラフ1701は、燃料が高オクタン価燃料であるとき(オクタン価が96程度)のεとIVCとの関係である。下図に示すグラフ1702は、燃料が低オクタン価燃料であるとき(オクタン価が91程度)のεとIVCとの関係である。本願発明者らの検討によると、低オクタン価燃料であるときには、ε-IVC成立範囲が、高オクタン価燃料のε-IVC成立範囲に対して1.3圧縮比分、低圧縮比の方にシフトすることがわかった。
(Change in ε-IVC establishment range due to difference in octane number)
よって、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、閉弁タイミングIVCを定める場合、幾何学的圧縮比εを10≦ε<15.7に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときには、
0.4234ε2-21.826ε+178.75≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-138.75 …(6)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Therefore, when the
0.4234ε 2 −21.826ε + 178.75 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 21.826ε-138.75… (6)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを15.7≦ε<18.7に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときには、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-138.75 …(7)
又は、
0.4234ε2-21.826ε+178.75≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01 …(8)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, if the geometric compression ratio ε is set to 15.7 ≦ ε <18.7 in the
-0.5603ε 2 +34.859ε-377.22 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 +21.826ε-138.75… (7)
Or,
0.4234ε 2 -21.826ε + 178.75 ≦ IVC ≦ 1.9211ε 2 -85.076ε + 862.01… (8)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを18.7≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときには、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22≦IVC≦120 …(9)
又は、
-80≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01 …(10)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, in the
-0.5603ε 2 +34.859ε-377.22 ≦ IVC ≦ 120… (9)
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9211ε 2-85.076ε + 862.01… (10)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
図17のグラフ1702にクロスハッチングを付した範囲は、高オクタン価燃料のε-IVC成立範囲と、低オクタン価燃料のε-IVC成立範囲とが重なる範囲である。設計者は、二つの成立範囲が重なる範囲内においてIVCを定めると、高オクタン価燃料を用いるエンジン1、及び、低オクタン価燃料を用いるエンジン1の両方に適合する制御ロジックを設定することができる。燃料のオクタン価が仕向け地ごとに異なっていても、設計者は、エンジンの制御ロジックを一括して設計することができる。一括設計は、設計工数を少なくする利点がある。
The range in which the cross-hatching is added to the
尚、図示は省略するが、低オクタン価燃料のエンジン1においても、エンジン1の回転数が高くなると、ε-IVC成立範囲が遅角側に平行移動する。設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<15.7に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
0.4234ε2-21.826ε+180.75≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-136.75 …(6-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Although not shown, even in the
0.4234ε 2 -21.826ε + 180.75 ≤ IVC ≤ -0.4234ε 2 + 21.826ε- 136.75 ... (6-1)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを15.7≦ε<18.7に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
-0.5603ε2+34.859ε-375.22≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-136.75 …(7-1)
又は、
0.4234ε2-21.826ε+180.75≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+864.01 …(8-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, if the geometric compression ratio ε is set to 15.7 ≦ ε <18.7 in the
-0.5603ε 2 +34.859ε-375.22 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 +21.826ε- 136.75 … (7-1)
Or,
0.4234ε 2 -21.826ε + 180.75 ≦ IVC ≦ 1.9211ε 2 -85.076ε + 864.01… (8 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを18.7≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
-0.5603ε2+34.859ε-375.22≦IVC≦120 …(9-1)
又は、
-80≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+864.01 …(10-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, the designer sets the geometric compression ratio ε to 18.7 ≦ ε ≦ 30 in the
-0.5603ε 2 +34.859ε-375.22 ≤ IVC ≤ 120 ... (9 -1 )
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9211ε 2-85.076ε + 864.01… (10 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<15.7に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
0.4234ε2-21.826ε+186.75≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-130.75 …(6-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the geometric compression ratio ε is set to 10 ≦ ε <15.7 in the
0.4234ε 2 -21.826ε + 186.75 ≤ IVC ≤ -0.4234ε 2 + 21.826ε-130.75 ... (6 -2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを15.7≦ε<18.7に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
-0.5603ε2+34.859ε-369.22≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-130.75 …(7-2)
又は、
0.4234ε2-21.826ε+186.75≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+870.01 …(8-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, if the geometric compression ratio ε is set to 15.7 ≦ ε <18.7 in the
-0.5603ε 2 +34.859ε-369.22 ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 +21.826ε- 130.75 … (7-2)
Or,
0.4234ε 2 -21.826ε + 186.75 ≤ IVC ≤ 1.9211ε 2-85.076ε + 870.01 ... (8 -2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを18.7≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
-0.5603ε2+34.859ε-369.22≦IVC≦120 …(9-2)
又は、
-80≦IVC≦1.9211ε2-77.076ε+870.01 …(10-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, the designer sets the geometric compression ratio ε to 18.7 ≦ ε ≦ 30 in the
-0.5603ε 2 +34.859ε-369.22 ≤ IVC ≤ 120 ... (9 -2 )
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9211ε 2 -77.076ε + 870.01 ... (10 -2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
前記と同様に、エンジン1の回転数NE(rpm)に係る補正項Cを用いると、低オクタン価燃料のエンジン1において、レイヤ2におけるεとIVCとの関係式は、次のように表すことができる。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<15.7であれば、
0.4234ε2-21.826ε+178.75+C≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-138.75+C …(6-3)
幾何学的圧縮比εが15.7≦ε<18.7であれば、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22+C≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-138.75+C …(7-3)
又は、
0.4234ε2-21.826ε+178.75+C≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01+C …(8-3)
幾何学的圧縮比εが18.7≦ε≦30であれば、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22+C≦IVC≦120 …(9-3)
又は、
-80≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01+C …(10-3)
(レイヤ3における幾何学的圧縮比と吸気弁の閉弁タイミングとの関係)
図18は、エンジン1が、レイヤ3と同様に、A/Fを理論空燃比よりもリーンな混合気をSPCCI燃焼させるときの、SPCCI燃焼の特性を示している。具体的に図18は、G/F(横軸)に対しSPCCI燃焼が安定する範囲を示している。同図における縦軸は、燃焼重心に相当するクランク角であり、燃焼重心は、図における上にいくほど進角する。
Similarly to the above, when the correction term C relating to the rotation speed NE (rpm) of the
If the geometric compression ratio ε is 10 ≤ ε <15.7,
0.4234ε 2 -21.826ε + 178.75 + C ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 21.826ε-138.75 + C… (6 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 15.7 ≤ ε <18.7,
-0.5603ε 2 + 34.859ε-377.22 + C ≤ IVC ≤ -0.4234ε 2 + 21.826ε-138.75 + C ... (7 -3 )
Or,
0.4234ε 2 -21.826ε + 178.75 + C ≦ IVC ≦ 1.9211ε 2 -85.076ε + 862.01 + C… (8 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 18.7 ≤ ε ≤ 30
-0.5603ε 2 +34.859ε-377.22 + C ≦ IVC ≦ 120… (9 -3 )
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9211ε 2-85.076ε + 862.01 + C ... (10 -3 )
(Relationship between the geometric compression ratio in
FIG. 18 shows the characteristics of SPCCI combustion when the
SPCCI燃焼が安定する範囲は、同図において曲線で囲まれた範囲である。エンジン1の負荷が低いときには、図18における左上にSPCCI燃焼が安定する範囲が位置する。エンジン1の負荷が高くなると、SPCCI燃焼が安定する範囲が、図18における下方に移動する。
The range in which SPCCI combustion is stable is the range surrounded by a curve in the figure. When the load of the
図18にはまた、RawNOxの排出を抑制することができる範囲を示している。RawNOxの排出を抑制することができる範囲は、図18における右下に位置している。この範囲は、図18において三角形状を有している。A/Fが理論空燃比よりもリーンであると、三元触媒によってRawNOxを浄化することができない。レイヤ3においてエンジン1は、SPCCI燃焼の安定性を確保することと、RawNOxの排出を抑制することとの両方を満足させなければならない。
FIG. 18 also shows a range in which the emission of RawNOx can be suppressed. The range in which the emission of RawNOx can be suppressed is located at the lower right in FIG. This range has a triangular shape in FIG. If the A / F is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the RawNOx cannot be purified by the three-way catalyst. At
同図からわかるように、エンジン1の負荷が高いと、燃焼安定性が確保される範囲と、RawNOxの排出を抑制することができる範囲とが重なる面積は大きくなる。一方、エンジン1の負荷が低いと、燃焼安定性が確保される範囲と、RawNOxの排出を抑制することができる範囲とが重なる面積は小さくなる。
As can be seen from the figure, when the load of the
レイヤ3に関しては、エンジン1が軽負荷で運転している状態が、SPCCI燃焼が成立する限界の運転状態に相当する。レイヤ3に関し、CI燃焼が開始するタイミング(θCI)における燃焼室17の温度が所定の温度となるような、εとIVCとの関係を定めるにあたっては、エンジン1が軽負荷で運転しているときの燃焼室17内の温度に基づいて定める必要がある。
With respect to
本願発明者らは、前記と同様に、実際のエンジン1において、レイヤ3における軽負荷で運転しているときの各種パラメータを計測すると共に、計測したパラメータから、θCIにおける燃焼室17内の実際の温度を推定した。そして、推定した複数の温度の平均値を基準温度Tth3と定めた。θCIにおける燃焼室17の温度が基準温度Tth3であれば、レイヤ3においてSPCCI燃焼を実現することができる。この基準温度Tth3は下限温度に相当する。エンジン1が軽負荷で運転しているときには、θCIにおける燃焼室17内の温度が基準温度Tth3以上であれば、点火タイミングを遅らせることによってSPCCI燃焼を実現することができる。しかしながら、θCIにおける燃焼室17内の温度が基準温度Tth3未満であると、点火タイミングを進めてもSPCCI燃焼を実現することができない。
In the same manner as described above, the inventors of the present application measure various parameters when operating with a light load in
よって、レイヤ3において安定的なSPCCI燃焼を実現するためには、θCIにおける燃焼室17内の温度が基準温度Tth3以上となるような、εとIVCとの関係が要求される。
Therefore, in order to realize stable SPCCI combustion in
そこで、図19に概念的に示すように、本願発明者らは、幾何学的圧縮比ε毎(ε1、ε2、・・・)の、吸気弁21の閉弁タイミングIVCと、吸気弁21及び排気弁22のオーバーラップ期間O/Lとのマトリックスにおいて、IVCとO/Lとのそれぞれについて値を変更しながら、エンジン1のモデルを用いて、CI燃焼時の燃焼室17の温度の推定演算を行った(符号1901)。符号1901のマトリックスにハッチングを付したように、基準温度Tth3以上となるIVCとO/Lとの組み合わせは、レイヤ3においてSPCCI燃焼を実現することができる。
Therefore, as conceptually shown in FIG. 19, the inventors of the present application have set the valve closing timing IVC of the
また、RawNOxの排出を抑制するためには、混合気のG/Fは所定値以上にしなければならない。図19に符号1902で示すように、本願発明者らは、閉弁タイミングIVCとオーバーラップ期間O/Lとの二つのパラメータからなるマトリックスにおいて、IVCとO/Lとのそれぞれについて値を変更しながら、エンジン1のモデルを用いて、G/Fの推定演算を行った。符号1902のマトリックスに斜線を付したように、G/Fが所定値以上となるIVCとO/Lとの組み合わせは、RawNOxの排出を抑制することができる。
Further, in order to suppress the discharge of RawNOx, the G / F of the air-fuel mixture must be a predetermined value or more. As shown by
そして、本願発明者らは、符号1901に示す、基準温度Tth3以上となるIVCとO/Lとの組み合わせと、符号1902に示す、G/Fが所定値以上となるIVCとO/Lとの組み合わせとを重ねることによって、SPCCI燃焼の安定性と、RawNOxの排出の抑制との両方を実現することができるεとIVCとのとの関係を定めた。つまり、符号1903のマトリックスにおいて、クロスハッチングを付した範囲は、SPCCI燃焼の安定性と、NOx排出の抑制との両方を実現することができるεとIVCとの組み合わせである。
Then, the inventors of the present application have a combination of IVC and O / L whose reference temperature is Tth3 or higher, which is indicated by
尚、図示は省略するが、本願発明者らは、吸気弁21の閉弁タイミングを吸気下死点以前に設定したマトリックスについても同様に、CI燃焼時の燃焼室17の温度の推定演算及びG/Fの推定演算を行うことによって、基準温度Tth3以上となるIVCとO/Lとの組み合わせ、及び、G/Fが所定以上となるIVCとO/Lとの組み合わせを得た。
Although not shown, the inventors of the present application similarly perform an estimation calculation of the temperature of the
図20は、εとIVCとの組み合わせから算出した近似式(V)及び(VI)を示している。図20の横軸は、幾何学的圧縮比ε、縦軸は吸気弁21の閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)である。
FIG. 20 shows approximate equations (V) and (VI) calculated from the combination of ε and IVC. The horizontal axis of FIG. 20 is the geometric compression ratio ε, and the vertical axis is the valve closing timing IVC (deg. ABDC) of the
図20の上図2001は、エンジン1の回転数が2000rpmであるときに相当する。近似式(V)及び(VI)はそれぞれ、
近似式(V) IVC=-0.9949ε2+41.736ε-361.16
近似式(VI) IVC=0.9949ε2-41.736ε+401.16
である。
The upper figure 2001 of FIG. 20 corresponds to the case where the rotation speed of the
Approximate formula (V) IVC = -0.9949ε 2 + 41.736ε-361.16
Approximate formula (VI) IVC = 0.9949ε 2-41.736ε + 401.16
Is.
図20において、近似式(V)及び(VI)よりも右側のεとIVCとの組み合わせは、CI燃焼時の燃焼室17の温度が基準温度Tth3以上となり、A/Fが理論空燃比よりもリーンな混合気のSPCCI燃焼が実現する。
In FIG. 20, in the combination of ε and IVC on the right side of the approximate equations (V) and (VI), the temperature of the
前述したεとIVCとの関係は、レイヤ3において、エンジン1が軽負荷で運転するときに、SPCCI燃焼を実現することのできる、燃焼室17の下限温度に基づく関係である。
The relationship between ε and IVC described above is a relationship based on the lower limit temperature of the
一方、レイヤ2及びレイヤ3に関わらず、燃焼室17内の温度が高すぎると、SI燃焼の開始前にCI燃焼が開始してしまい、SPCCI燃焼を行うことができない。
On the other hand, regardless of the
ここで、SPCCI燃焼の燃焼コンセプトは、前述したように、点火プラグ25が混合気に点火をすると、点火プラグ25周りの混合気がSI燃焼を開始し、その後、周囲の混合気がCI燃焼する。本願発明者らがこれまでに行った実験等の検討から、混合気の自己着火は、自己着火する混合気の周囲温度が所定の基準温度Tth4を超えると発生し、このときの基準温度Tth4は、燃焼室17内全体の平均温度とは必ずしも一致しないことをわかった。この知見から、圧縮上死点における燃焼室17内の平均温度が基準温度Tth4に達してしまうと、SI燃焼が開始する前にCI燃焼が開始してしまうと考えられ、この場合、SPCCI燃焼を行うことができない。
Here, as described above, the combustion concept of SPCCI combustion is that when the
そこで、本願発明者らは、図19の符号1901のマトリックスと同様に、幾何学的圧縮比ε毎(ε1、ε2、・・・)の、吸気弁21の閉弁タイミングIVCと、吸気弁21及び排気弁22のオーバーラップ期間O/Lとのマトリックスにおいて、閉弁タイミングIVCとオーバーラップ期間O/Lとのそれぞれについて値を変更しながら、エンジン1のモデルを用いて、圧縮上死点時の燃焼室17の温度の推定演算を行った。圧縮上死点時の燃焼室17内の温度が、基準温度Tth4を超えるIVCとO/Lとの組み合わせは、SPCCI燃焼を実現することができず、基準温度Tth4以下のIVCとO/Lとの組み合わせは、SPCCI燃焼を実現することができる。
Therefore, the inventors of the present application have the valve closing timing IVC of the
図20は、圧縮上死点時の燃焼室17内の温度が基準温度Tth4以下となるεとIVCとの組み合わせから算出した近似式(VII)及び(VIII)を示している。近似式(VII)及び(VIII)はそれぞれ、
近似式(VII) IVC=-4.7481ε2+266.75ε-3671.2
及び
近似式(VIII) IVC=4.7481ε2-266.75ε+3711.2
である。
FIG. 20 shows approximate equations (VII) and (VIII) calculated from the combination of ε and IVC in which the temperature in the
Approximate formula (VII) IVC = -4.7481ε 2 + 266.75ε-3671.2
And approximate formula (VIII) IVC = 4.7481ε 2-266.75ε + 3711.2
Is.
図20において、近似式(VII)及び(VIII)よりも左側のεとIVCとの組み合わせは、SI燃焼の前にCI燃焼が開始してしまうことを回避することができ、SPCCI燃焼が実現する。 In FIG. 20, the combination of ε and IVC on the left side of the approximate equations (VII) and (VIII) can prevent CI combustion from starting before SI combustion, and SPCCI combustion is realized. ..
図20からわかるように、レイヤ3においても、εとIVCとのとの関係は、IVC=約20deg. aBDCを中心に、上下方向に、略対称である。また、IVC=75deg. aBDCは、レイヤ3においてエンジン1が運転するときに燃焼室17内へ導入するガス量を考慮して設定した吸気弁21の閉弁タイミングの遅角限界であり、IVC=-35deg. aBDCも同様に、燃焼室17内へ導入するガス量を考慮して設定した吸気弁21の閉弁タイミングの進角限界である。
As can be seen from FIG. 20, also in
設計者は、レイヤ3においてエンジン1が運転するときの、吸気弁21の閉弁タイミングIVCを定めるときに、図20における近似式(V)(VI)(VII)(VIII)に囲まれたε-IVC成立範囲(図20において斜線を付した範囲)内において、IVCを定めなければならない。
When the designer determines the valve closing timing IVC of the
具体的に設計者は、幾何学的圧縮比εを10≦ε<20に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときに、
0.9949ε2-41.736ε+401.16≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-361.16 …(11)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Specifically, the designer sets the geometric compression ratio ε to 10 ≦ ε <20, and when the rotation speed of the
0.9949ε 2 -41.736ε + 401.16 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 41.736ε-361.16… (11)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
設計者はまた、幾何学的圧縮比εを20≦ε<25に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときに、
-35≦IVC≦75 …(12)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
The designer also sets the geometric compression ratio ε to 20 ≤ ε <25 when the engine speed is 2000 rpm.
-35 ≤ IVC ≤ 75 ... (12)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、幾何学的圧縮比εを25≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときに、
-4.7481ε2+266.75ε-3671.2≦IVC≦75 …(13)
又は、
-35≦IVC≦4.7481ε2-266.75ε+3711.2 …(14)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, the designer sets the geometric compression ratio ε to 25 ≦ ε ≦ 30, and when the rotation speed of the
-4.7481ε 2 +266.75ε-3671.2 ≦ IVC ≦ 75… (13)
Or,
-35 ≤ IVC ≤ 4.7481ε 2 -266.75ε + 3711.2 ... (14)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
前記関係式(11)~(14)に基づいて、吸気弁21の閉弁タイミングIVCを設定することによって、A/Fが理論空燃比よりもリーンな混合気をSPCCI燃焼させることが実現する。尚、閉弁タイミングIVCは、レイヤ3におけるエンジン1の負荷及び回転数によって定まる各々の運転状態について設定される。
By setting the valve closing timing IVC of the
図20の実線で示す例は、前述したように、エンジン1の回転数が2000rpmのときのε-IVC成立範囲である。エンジン1の回転数が変わると、ε-IVC成立範囲も変わる。エンジン1の回転数が高くなると、ε-IVC成立範囲が遅角側に平行移動する点は、図20においても同じである。よって、設計者は、幾何学的圧縮比εを10≦ε<20に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのとき(破線参照)には、
0.9949ε2-41.736ε+403.16≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-359.16 …(11-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
As described above, the example shown by the solid line in FIG. 20 is the ε-IVC establishment range when the rotation speed of the
0.9949ε 2 -41.736ε + 403.16 ≤ IVC ≤ -0.9949ε 2 + 41.736ε-359.16… (11 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
設計者はまた、幾何学的圧縮比εを20≦ε<25に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
-33≦IVC≦77 …(12-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
The designer also sets the geometric compression ratio ε to 20 ≤ ε <25 when the engine speed is 3000 rpm.
-33 ≤ IVC ≤ 77 ... (12 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、幾何学的圧縮比εを25≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときに、
-4.7481ε2+266.75ε-3669.2≦IVC≦77 …(13-1)
又は、
-33≦IVC≦4.7481ε2-266.75ε+3713.2 …(14-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 25 ≦ ε ≦ 30, when the rotation speed of the
-4.7481ε 2 +266.75ε-3669.2 ≦ IVC ≦ 77… (13 -1 )
Or,
-33 ≤ IVC ≤ 4.7481ε 2 -266.75ε + 3713.2 ... (14 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
設計者はまた、幾何学的圧縮比εを10≦ε<20に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのとき(一点鎖線参照)には、
0.9949ε2-41.736ε+409.16≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-353.16 …(11-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
The designer also sets the geometric compression ratio ε to 10 ≤ ε <20, and when the
0.9949ε 2 -41.736ε + 409.16 ≤ IVC ≤ -0.9949ε 2 + 41.736ε-353.16… (11 -2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
設計者はまた、幾何学的圧縮比εを20≦ε<25に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
-27≦IVC≦83 …(12-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
The designer also sets the geometric compression ratio ε to 20 ≤ ε <25 when the engine speed is 4000 rpm.
-27 ≤ IVC ≤ 83 ... (12 -2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、幾何学的圧縮比εを25≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときに、
-4.7481ε2+266.75ε-3663.2≦IVC≦83 …(13-2)
又は、
-27≦IVC≦4.7481ε2-266.75ε+3719.2 …(14-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 25 ≦ ε ≦ 30, when the rotation speed of the
-4.7481ε 2 +266.75ε- 3663.2 ≦ IVC ≦ 83… (13-2)
Or,
-27 ≤ IVC ≤ 4.7481ε 2 -266.75ε + 3719.2 ... (14 -2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
前記と同様に、エンジン1の回転数NE(rpm)に係る補正項Cを用いると、レイヤ3におけるεとIVCとの関係式は、次のように表すことができる。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<20であれば、
0.9949ε2-41.736ε+401.16+C≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-361.16+C …(11-3)
幾何学的圧縮比εが20≦ε<25であれば、
-35+C≦IVC≦75+C …(12-3)
幾何学的圧縮比εが25≦ε≦30であれば、
-4.7481ε2+266.75ε-3671.2+C≦IVC≦75+C …(13-3)
又は、
-35+C≦IVC≦4.7481ε2-266.75ε+3711.2+C …(14-3)
設計者は、エンジン1の回転数毎に定めたε-IVC成立範囲に基づいて、閉弁タイミングIVCを定める。その結果、設計者は、図12に例示するような、レイヤ3における吸気弁21のバルブタイミングを設定することができる。
Similar to the above, using the correction term C relating to the rotation speed NE (rpm) of the
If the geometric compression ratio ε is 10 ≤ ε <20,
0.9949ε 2 -41.736ε + 401.16 + C ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 41.736ε-361.16 + C… (11 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 20 ≤ ε <25,
-35 + C ≤ IVC ≤ 75 + C ... (12 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 25 ≤ ε ≤ 30
-4.7481ε 2 +266.75ε-3671.2 + C ≦ IVC ≦ 75 + C… (13 -3 )
Or,
-35 + C ≦ IVC ≦ 4.7481ε 2 -266.75ε + 3711.2 + C… (14 -3 )
The designer determines the valve closing timing IVC based on the ε-IVC establishment range determined for each rotation speed of the
また、図20の下図2002は、燃料が低オクタン価燃料であるときのεとIVCとの関係である。 Further, FIG. 2002 in the lower part of FIG. 20 shows the relationship between ε and IVC when the fuel is a low octane number fuel.
設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、閉弁タイミングIVCを定める場合、幾何学的圧縮比εを10≦ε<18.7に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときに、
0.9949ε2-39.149ε+348.59≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-308.59 …(15)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
In the
0.9949ε 2 -39.149ε + 348.59 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 39.149ε-308.59… (15)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを18.7≦ε<23.7に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときに、
-35≦IVC≦75 …(16)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the geometric compression ratio ε is set to 18.7 ≤ ε <23.7 in the
-35 ≤ IVC ≤ 75 ... (16)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを23.7≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときに、
-3.1298ε2+172.48ε-2300≦IVC≦75 …(17)
又は、
-35≦IVC≦3.1298ε2-172.48ε+2340 …(18)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, in the
-3.1298ε 2 +172.48ε-2300 ≦ IVC ≦ 75… (17)
Or,
-35 ≤ IVC ≤ 3.1298ε 2 -172.48ε + 2340 ... (18)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
図20の下図2002にクロスハッチングを付した範囲は、高オクタン価燃料のε-IVC成立範囲と、低オクタン価燃料のε-IVC成立範囲とが重なる範囲である。前記と同様に、設計者は、二つの成立範囲が重なる範囲内においてIVCを定めると、高オクタン価燃料を用いるエンジン1、及び、低オクタン価燃料を用いるエンジン1の両方に適合する制御ロジックを設定することができる。
The range of FIG. 20 with cross-hatching is the range in which the ε-IVC formation range of the high octane fuel and the ε-IVC formation range of the low octane fuel overlap. Similar to the above, when the IVC is defined within the range where the two establishment ranges overlap, the designer sets the control logic suitable for both the
尚、図示は省略するが、低オクタン価燃料のエンジン1においても、エンジン1の回転数が高くなると、ε-IVC成立範囲が遅角側に平行移動する。設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<18.7に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
0.9949ε2-39.149ε+350.59≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-306.59 …(15-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Although not shown, even in the
0.9949ε 2 -39.149ε + 350.59 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 39.149ε-306.59… (15 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを18.7≦ε<23.7に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときに、
-33≦IVC≦77 …(16-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the geometric compression ratio ε is set to 18.7 ≤ ε <23.7 in the
-33 ≤ IVC ≤ 77 ... (16 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを23.7≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときに、
-3.1298ε2+172.48ε-2298≦IVC≦77 …(17-1)
又は、
-33≦IVC≦3.1298ε2-172.48ε+2342 …(18-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, in the
-3.1298ε 2 +172.48ε-2298 ≦ IVC ≦ 77… (17 -1 )
Or,
-33 ≤ IVC ≤ 3.1298ε 2 -172.48ε + 2342 ... (18 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<18.7に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
0.9949ε2-39.149ε+356.59≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-300.59 …(15-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
In the
0.9949ε 2 -39.149ε +356.59 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +39.149ε- 300.59 … (15-2)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを18.7≦ε<23.7に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときに、
-27≦IVC≦83 …(16-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the geometric compression ratio ε is set to 18.7 ≤ ε <23.7 in the
-27 ≤ IVC ≤ 83 ... ( 16-2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
さらに、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを23.7≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときに、
-3.1298ε2+172.48ε-2292≦IVC≦83 …(17-2)
又は、
-27≦IVC≦3.1298ε2-172.48ε+2348 …(18-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, in the
-3.1298ε 2 + 172.48ε-2292 ≤ IVC ≤ 83 ... (17 -2 )
Or,
-27 ≤ IVC ≤ 3.1298 ε 2 -172.48 ε + 2348 ... (18 -2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
前記と同様に、エンジン1の回転数NE(rpm)に係る補正項Cを用いると、低オクタン価燃料のエンジン1において、レイヤ3におけるεとIVCとの関係式は、次のように表すことができる。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<18.7であれば、
0.9949ε2-39.149ε+348.59+C≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-308.59+C …(15-3)
幾何学的圧縮比εが18.7≦ε<23.7であれば、
-35+C≦IVC≦75+C …(16-3)
幾何学的圧縮比εが23.7≦ε≦30であれば、
-3.1298ε2+172.48ε-2300+C≦IVC≦75+C …(17-3)
又は、
-35+C≦IVC≦3.1298ε2-172.48ε+2340+C …(18-3)
(レイヤ2及びレイヤ3における幾何学的圧縮比と吸気弁の閉弁タイミングとの関係)
図21は、レイヤ2とレイヤ3との双方においてSPCCI燃焼が可能となる、幾何学的圧縮比εと吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの関係を示している。この関係式は、図17のε-IVC成立範囲と、図20のε-IVC成立範囲とから得られる。
Similarly to the above, when the correction term C relating to the rotation speed NE (rpm) of the
If the geometric compression ratio ε is 10 ≤ ε <18.7,
0.9949ε 2 -39.149ε + 348.59 + C ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 39.149ε-308.59 + C… (15 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 18.7 ≤ ε <23.7,
-35 + C ≤ IVC ≤ 75 + C ... (16 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 23.7 ≤ ε ≤ 30
-3.1298ε 2 +172.48ε-2300 + C ≦ IVC ≦ 75 + C… (17 -3 )
Or,
-35 + C ≤ IVC ≤ 3.1298ε 2 -172.48ε + 2340 + C ... (18 -3 )
(Relationship between the geometric compression ratio in
FIG. 21 shows the relationship between the geometric compression ratio ε and the valve closing timing IVC of the
ECU10がエンジン1の温度等に応じてレイヤ3の選択を行うと、エンジン1の低負荷の運転領域は、レイヤ2からレイヤ3へ切り替わる。レイヤ2とレイヤ3との双方においてSPCCI燃焼が可能となるように、吸気弁21の閉弁タイミングIVCを設定しておくと、エンジン1のマップがレイヤ2からレイヤ3へ切り替わったときでも、SPCCI燃焼を継続して実行することが可能になる。
When the
図21の上図2101は、燃料が高オクタン価燃料であるときのεとIVCとの関係である。下図2102は、燃料が低オクタン価燃料であるときのεとIVCとの関係である。 FIG. 2101 above FIG. 21 shows the relationship between ε and IVC when the fuel is a high octane fuel. FIG. 2102 below shows the relationship between ε and IVC when the fuel is a low octane number fuel.
設計者は、高オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<17に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときには、
0.9949ε2-41.736ε+401.16≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-361.16 …(19)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
In the
0.9949ε 2 -41.736ε + 401.16 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 41.736ε-361.16… (19)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
設計者は、高オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを17≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときには、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-361.16 …(20)
又は
0.9949ε2-41.736ε+401.16≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94 …(21)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
In the
-0.4288ε 2 +31.518ε-379.88 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +41.736ε-361.16… (20)
Or
0.9949ε 2 -41.736ε + 401.16 ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94… (21)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
前記関係式(19)~(21)に基づいて、吸気弁21の閉弁タイミングIVCを設定することによって、A/Fが理論空燃比よりもリーンな混合気をSPCCI燃焼させることができると共に、A/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチでかつ、G/Fが理論空燃比よりもリーンな混合気をSPCCI燃焼させることができる。
By setting the valve closing timing IVC of the
尚、閉弁タイミングIVCは、レイヤ2及びレイヤ3におけるエンジン1の負荷及び回転数によって定まる各々の運転状態について設定される。
The valve closing timing IVC is set for each operating state determined by the load and the rotation speed of the
破線で示すように、設計者は、高オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<17に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
0.9949ε2-41.736ε+403.16≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-359.16 …(19-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
As shown by the broken line, when the geometric compression ratio ε is set to 10 ≦ ε <17 in the
0.9949ε 2 -41.736ε + 403.16 ≤ IVC ≤ -0.9949ε 2 + 41.736ε-359.16… (19 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
設計者は、高オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを17≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
-0.4288ε2+31.518ε-377.88≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-359.16 …(20-1)
又は
0.9949ε2-41.736ε+403.16≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+976.94 …(21-1)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
In the
-0.4288ε 2 +31.518ε-377.88 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +41.736ε-359.16… (20 -1 )
Or
0.9949ε 2 -41.736ε + 403.16 ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 976.94… (21 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
同じく、一点鎖線で示すように、設計者はまた、高オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<17に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
0.9949ε2-41.736ε+409.16≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-353.16 …(19-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Similarly, as shown by the alternate long and short dash line, the designer also sets the geometric compression ratio ε to 10 ≦ ε <17 in the
0.9949ε 2 -41.736ε + 409.16 ≤ IVC ≤ -0.9949ε 2 + 41.736ε- 353.16 … (19-2)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
設計者は、高オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを17≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
-0.4288ε2+31.518ε-371.88≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-353.16 …(20-2)
又は
0.9949ε2-41.736ε+409.16≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+982.94 …(21-2)
を満足するように、閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
In the
-0.4288ε 2 +31.518ε-371.88 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +41.736ε- 353.16 … (20-2)
Or
0.9949ε 2 -41.736ε + 409.16 ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 982.94… (21 -2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is set so as to satisfy.
前記と同様に、エンジン1の回転数NE(rpm)に係る補正項Cを用いると、レイヤ2及びレイヤ3におけるεとIVCとの関係式は、次のように表すことができる。
幾何学的圧縮比εが10≦ε<17であれば、
0.9949ε2-41.736ε+401.16+C≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-361.16+C …(19-3)
幾何学的圧縮比εが17≦ε≦30であれば、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88+C≦IVC≦-0.9949ε2+41.736ε-361.16+C …(20-3)
又は
0.9949ε2-41.736ε+401.16+C≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94+C …(21-3)
ここで、幾何学的圧縮比εを17未満に定めると、設計者は関係式(19-3)に基づいてIVCを定めることができる。IVCの選択範囲が広いため、設計自由度が高くなる。
Similar to the above, using the correction term C relating to the rotation speed NE (rpm) of the
If the geometric compression ratio ε is 10 ≤ ε <17,
0.9949ε 2 -41.736ε + 401.16 + C ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 41.736ε-361.16 + C… (19 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 17 ≤ ε ≤ 30
-0.4288ε 2 +31.518ε-379.88 + C ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +41.736ε-361.16 + C… (20 -3 )
Or
0.9949ε 2 -41.736ε + 401.16 + C ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94 + C… (21 -3 )
Here, if the geometric compression ratio ε is set to less than 17, the designer can determine the IVC based on the relational expression (19 -3 ). Since the selection range of IVC is wide, the degree of freedom in design is high.
また、図21の下図2102に示すように、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<15.7に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときには、
0.9949ε2-39.149ε+348.59≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-308.59 …(22)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, as shown in FIG. 212 below, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 10 ≦ ε <15.7 in the
0.9949ε 2 -39.149ε + 348.59 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 39.149ε-308.59… (22)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを15.7≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が2000rpmのときには、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-308.59 …(23)
又は、
0.9949ε2-39.149ε+348.59≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01 …(24)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 15.7 ≦ ε ≦ 30 in the
-0.5603ε 2 +34.859ε-377.22 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +39.149ε-308.59… (23)
Or,
0.9949ε 2 -39.149ε + 348.59 ≦ IVC ≦ 1.9211ε 2 -85.076ε + 862.01… (24)
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
図示は省略するが、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<15.7に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
0.9949ε2-39.149ε+350.59≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-306.59 …(22-1)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Although not shown, the designer sets the geometric compression ratio ε to 10 ≦ ε <15.7 in the
0.9949ε 2 -39.149ε + 350.59 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 39.149ε-306.59… (22 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを15.7≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が3000rpmのときには、
-0.5603ε2+34.859ε-375.22≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-306.59 …(23-1)
又は、
0.9949ε2-39.149ε+350.59≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+864.01 …(24-1)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 15.7 ≦ ε ≦ 30 in the
-0.5603ε 2 +34.859ε-375.22 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +39.149ε-306.59… (23 -1 )
Or,
0.9949ε 2 -39.149ε + 350.59 ≦ IVC ≦ 1.9211ε 2 -85.076ε + 864.01… (24 -1 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
同じく図示は省略するが、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを10≦ε<15.7に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
0.9949ε2-39.149ε+356.59≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-300.59 …(22-2)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Similarly, although not shown, the designer sets the geometric compression ratio ε to 10 ≦ ε <15.7 in the
0.9949ε 2 -39.149ε +356.59 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +39.149ε-300.59… (22 -2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
また、設計者は、低オクタン価燃料のエンジン1において、幾何学的圧縮比εを15.7≦ε≦30に定めると、エンジン1の回転数が4000rpmのときには、
-0.5603ε2+34.859ε-369.22≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-300.59 …(23-2)
又は、
0.9949ε2-39.149ε+356.59≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+870.01 …(24-2)
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める。
Further, when the designer sets the geometric compression ratio ε to 15.7 ≦ ε ≦ 30 in the
-0.5603ε 2 +34.859ε-369.22 ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +39.149ε-300.59… (23 -2 )
Or,
0.9949ε 2-39.149ε +356.59 ≦ IVC ≦ 1.9211ε 2-85.076ε + 870.01 … ( 24-2 )
The valve closing timing IVC (deg. ABDC) is determined so as to satisfy the above.
前記と同様に、エンジン1の回転数NE(rpm)に係る補正項Cを用いると、低オクタン価燃料のエンジン1において、レイヤ2及びレイヤ3におけるεとIVCとの関係式は、次のように表すことができる。
幾何学的圧縮比εを10≦ε<15.7であれば、
0.9949ε2-39.149ε+348.59+C≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-308.59+C …(22-3)
幾何学的圧縮比εが15.7≦ε≦30であれば、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22+C≦IVC≦-0.9949ε2+39.149ε-308.59+C …(23-3)
又は、
0.9949ε2-39.149ε+348.59+C≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01+C …(24-3)
尚、図示は省略するが、設計者は、図21の上図2101のε-IVC成立範囲と、下図2102のε-IVC成立範囲とが重なった範囲において、IVCを定めてもよい。前記と同様に、設計者は、二つの成立範囲が重なる範囲内においてIVCを定めると、高オクタン価燃料を用いるエンジン1、及び、低オクタン価燃料を用いるエンジン1の両方に適合する制御ロジックを設定することができる。
Similarly to the above, when the correction term C relating to the rotation speed NE (rpm) of the
If the geometric compression ratio ε is 10 ≦ ε <15.7,
0.9949ε 2 -39.149ε + 348.59 + C ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 + 39.149ε-308.59 + C… (22 -3 )
If the geometric compression ratio ε is 15.7 ≤ ε ≤ 30
-0.5603ε 2 +34.859ε-377.22 + C ≦ IVC ≦ -0.9949ε 2 +39.149ε-308.59 + C… (23 -3 )
Or,
0.9949ε 2 -39.149ε + 348.59 + C ≦ IVC ≦ 1.9211ε 2 -85.076ε + 862.01 + C… (24 -3 )
Although not shown, the designer may determine the IVC in the range where the ε-IVC formation range in FIG. 21 above and the ε-IVC formation range in FIG. 2102 below overlap. Similar to the above, when the IVC is defined within the range where the two establishment ranges overlap, the designer sets the control logic suitable for both the
(制御ロジックの設計方法の手順)
次に、図22に示すフローチャートを参照しながら、SPCCI燃焼を行うエンジン1の制御ロジックを設計する方法の手順について説明をする。設計者は、コンピュータを用いて、各ステップを実行することが可能である。コンピュータは、図17、20、及び、21に例示した、ε-IVC成立範囲に関する情報を記憶している。
(Procedure of control logic design method)
Next, the procedure of the method of designing the control logic of the
先ずスタート後のステップS221において、設計者は、幾何学的圧縮比εを設定する。設計者は、設定した幾何学的圧縮比εの値を、コンピュータに入力してもよい。 First, in step S221 after the start, the designer sets the geometric compression ratio ε. The designer may input the value of the set geometric compression ratio ε into the computer.
続くステップS222において、設計者は、吸気弁21の開弁角、及び、排気弁22の開弁角をそれぞれ設定する。これは、吸気弁21のカム形状、及び、排気弁22のカム形状を定めることに相当する。設計者は、設定した吸気弁21の開弁角、及び、排気弁22の開弁角の値を、コンピュータに入力してもよい。ステップS221及びステップS222において、エンジン1のハード構成を設定することができる。
In the following step S222, the designer sets the valve opening angle of the
ステップS223において、設計者は、エンジン1の負荷及び回転数からなる運転状態を設定し、続くステップS224において、設計者は、コンピュータに記憶されているε-IVC成立範囲(図17、20及び21)に基づいて、IVCを選択する。
In step S223, the designer sets the operating state consisting of the load and the rotation speed of the
そして、ステップS225において、コンピュータが、ステップS224において設定されたIVCに基づいて、SPCCI燃焼が実現可能な否かを判断する。ステップS225の判定がYESであれば、プロセスはステップS226に移行し、設計者は、ステップS223において設定した運転状態においてSPCCI燃焼を実行するように、エンジン1の制御ロジックを定める。一方、ステップS225の判定がNOであれば、プロセスはステップS227に移行し、設計者は、ステップS223において設定した運転状態においてSI燃焼を実行するように、エンジン1の制御ロジックを定める。尚、ステップS227において設計者は、SI燃焼を行うことを考慮して、吸気弁21の閉弁タイミングIVCを、改めて設定してもよい。
Then, in step S225, the computer determines whether or not SPCCI combustion is feasible based on the IVC set in step S224. If the determination in step S225 is YES, the process proceeds to step S226, and the designer determines the control logic of the
以上説明したように、ここに開示する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法は、エンジンの幾何学的圧縮比εと、吸気弁21の閉弁タイミングIVCとの関係を定めている。設計者は、当該関係を満足する範囲内で、吸気弁21の閉弁タイミングIVCを定めることができる。設計者は、エンジン1の制御ロジックを、従来に比べて少ない工数で設計することができる。
As described above, the method of designing the control logic of the compression ignition type engine disclosed here defines the relationship between the geometric compression ratio ε of the engine and the valve closing timing IVC of the
(他の実施形態)
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン1に適用することに限定されない。エンジン1の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
(Other embodiments)
The technique disclosed herein is not limited to being applied to the
例えば、エンジン1は、機械式過給機44に代えて、ターボ過給機を備えるようにしてもよい。
For example, the
1 エンジン
10 ECU(制御部)
17 燃焼室
23 吸気電動S-VT(可変動弁機構)
25 点火プラグ(点火部)
44 過給機
55 EGRシステム
6 インジェクタ(燃料噴射部)
SW1 エアフローセンサ(計測部)
SW2 第1吸気温度センサ(計測部)
SW3 第1圧力センサ(計測部)
SW4 第2吸気温度センサ(計測部)
SW5 第2圧力センサ(計測部)
SW6 指圧センサ(計測部)
SW7 排気温度センサ(計測部)
SW8 リニアO2センサ(計測部)
SW9 ラムダO2センサ(計測部)
SW10 水温センサ(計測部)
SW11 クランク角センサ(計測部)
SW12 アクセル開度センサ(計測部)
SW13 吸気カム角センサ(計測部)
SW14 排気カム角センサ(計測部)
SW15 EGR差圧センサ(計測部)
SW16 燃圧センサ(計測部)
SW17 第3吸気温度センサ(計測部)
1
17 Combustion chamber 23 Intake electric S-VT (variable valve mechanism)
25 Spark plug (ignition part)
44
SW1 Airflow sensor (measurement unit)
SW2 1st intake air temperature sensor (measurement unit)
SW3 1st pressure sensor (measurement unit)
SW4 2nd intake air temperature sensor (measurement unit)
SW5 2nd pressure sensor (measurement unit)
SW6 Shiatsu sensor (measurement unit)
SW7 Exhaust temperature sensor (measurement unit)
SW8 Linear O 2 sensor (measurement unit)
SW9 Lambda O 2 sensor (measurement unit)
SW10 water temperature sensor (measurement unit)
SW11 Crank angle sensor (measurement unit)
SW12 Accelerator opening sensor (measurement unit)
SW13 Intake cam angle sensor (measurement unit)
SW14 Exhaust cam angle sensor (measurement unit)
SW15 EGR differential pressure sensor (measurement unit)
SW16 Fuel pressure sensor (measurement unit)
SW17 3rd intake air temperature sensor (measurement unit)
Claims (13)
前記エンジンは、
シリンダとピストンとによって区画された燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室を開閉する吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、予め定められた軽負荷から上限負荷までの間においては、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が高オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが10≦ε<17であれば、
0.4234ε2-22.926ε+207.84+C≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-167.84+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10-10NE3-1.0×10-6 NE 2 +7.0×10-4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 It is a method of designing the control logic of the compression ignition type engine installed in the automobile .
The engine
A fuel injection unit that injects fuel to be supplied into the combustion chamber partitioned by a cylinder and a piston ,
A variable valve mechanism that changes the valve timing of the intake valve that opens and closes the combustion chamber ,
An ignition unit that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber,
A measuring unit that measures parameters related to the operating state of the engine,
A control unit that receives the measurement results of the measurement unit, performs calculations according to the control logic corresponding to the operating state of the engine, and outputs a signal to the fuel injection unit, the variable valve mechanism, and the ignition unit. , Equipped with
In the control unit, between a predetermined light load and an upper limit load, the G / F, which is the weight ratio of the total gas of the air-fuel mixture in the combustion chamber to the fuel, is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A signal is output to each of the fuel injection unit and the variable valve mechanism so that the A / F, which is the weight ratio of the air-fuel mixture to the fuel, becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. After the ignition unit ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, a signal is output to the ignition unit so that the unburned air-fuel mixture burns by self-ignition.
The method of designing the control logic is
The step of determining the geometric compression ratio ε of the engine and
A step of determining a control logic that defines the valve closing timing IVC of the intake valve is provided.
When the control logic is set, if the fuel is a high octane fuel and the geometric compression ratio ε is 10 ≦ ε <17.
0.4234ε 2-22.926ε + 207.84 + C ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 22.926ε-167.84 + C
However, C is a correction term related to the engine speed NE (rpm).
C = 3.3 × 10 -10 NE 3 -1.0 × 10 -6 NE 2 + 7.0 × 10 -4 NE
A method of designing a control logic of a compression ignition type engine that determines the valve closing timing IVC (deg. ABDC) so as to satisfy the above.
前記エンジンは、
シリンダとピストンとによって区画された燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室を開閉する吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、予め定められた軽負荷から上限負荷までの間においては、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が高オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが17≦ε<20であれば、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88+C≦IVC≦-0.4234ε2+22.926ε-167.84+C
又は、
0.4234ε2-22.926ε+207.84+C≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10-10NE3-1.0×10-6 NE 2 +7.0×10-4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 It is a method of designing the control logic of the compression ignition type engine installed in the automobile .
The engine
A fuel injection unit that injects fuel to be supplied into the combustion chamber partitioned by a cylinder and a piston ,
A variable valve mechanism that changes the valve timing of the intake valve that opens and closes the combustion chamber ,
An ignition unit that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber,
A measuring unit that measures parameters related to the operating state of the engine,
A control unit that receives the measurement results of the measurement unit, performs calculations according to the control logic corresponding to the operating state of the engine, and outputs a signal to the fuel injection unit, the variable valve mechanism, and the ignition unit. , Equipped with
In the control unit, between a predetermined light load and an upper limit load, the G / F, which is the weight ratio of the total gas of the air-fuel mixture in the combustion chamber to the fuel, is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A signal is output to each of the fuel injection unit and the variable valve mechanism so that the A / F, which is the weight ratio of the air-fuel mixture to the fuel, becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. After the ignition unit ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, a signal is output to the ignition unit so that the unburned air-fuel mixture burns by self-ignition.
The method of designing the control logic is
The step of determining the geometric compression ratio ε of the engine and
A step of determining a control logic that defines the valve closing timing IVC of the intake valve is provided.
When the control logic is set, if the fuel is a high octane fuel and the geometric compression ratio ε is 17 ≦ ε <20.
-0.4288ε 2 + 31.518ε-379.88 + C ≤ IVC ≤ -0.4234ε 2 + 22.926ε-167.84 + C
Or,
0.4234ε 2-22.926ε + 207.84 + C ≦ IVC ≦ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94 + C
However, C is a correction term related to the engine speed NE (rpm).
C = 3.3 × 10 -10 NE 3 -1.0 × 10 -6 NE 2 + 7.0 × 10 -4 NE
A method of designing a control logic of a compression ignition type engine that determines the valve closing timing IVC (deg. ABDC) so as to satisfy the above.
前記エンジンは、
シリンダとピストンとによって区画された燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室を開閉する吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、予め定められた軽負荷から上限負荷までの間においては、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が高オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが20≦ε≦30であれば、
-0.4288ε2+31.518ε-379.88+C≦IVC≦120
又は、
-80≦IVC≦1.9163ε2-89.935ε+974.94+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10-10NE3-1.0×10-6 NE 2 +7.0×10-4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 It is a method of designing the control logic of the compression ignition type engine installed in the automobile .
The engine
A fuel injection unit that injects fuel to be supplied into the combustion chamber partitioned by a cylinder and a piston ,
A variable valve mechanism that changes the valve timing of the intake valve that opens and closes the combustion chamber ,
An ignition unit that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber,
A measuring unit that measures parameters related to the operating state of the engine,
A control unit that receives the measurement results of the measurement unit, performs calculations according to the control logic corresponding to the operating state of the engine, and outputs a signal to the fuel injection unit, the variable valve mechanism, and the ignition unit. , Equipped with
In the control unit, between a predetermined light load and an upper limit load, the G / F, which is the weight ratio of the total gas of the air-fuel mixture in the combustion chamber to the fuel, is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A signal is output to each of the fuel injection unit and the variable valve mechanism so that the A / F, which is the weight ratio of the air-fuel mixture to the fuel, becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. After the ignition unit ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, a signal is output to the ignition unit so that the unburned air-fuel mixture burns by self-ignition.
The method of designing the control logic is
The step of determining the geometric compression ratio ε of the engine and
A step of determining a control logic that defines the valve closing timing IVC of the intake valve is provided.
When the control logic is set, if the fuel is a high octane fuel and the geometric compression ratio ε is 20 ≦ ε ≦ 30.
-0.4288ε 2 + 31.518ε-379.88 + C ≤ IVC ≤ 120
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9163ε 2 -89.935ε + 974.94 + C
However, C is a correction term related to the engine speed NE (rpm).
C = 3.3 × 10 -10 NE 3 -1.0 × 10 -6 NE 2 + 7.0 × 10 -4 NE
A method of designing a control logic of a compression ignition type engine that determines the valve closing timing IVC (deg. ABDC) so as to satisfy the above.
前記エンジンは、
シリンダとピストンとによって区画された燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室を開閉する吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、予め定められた軽負荷から上限負荷までの間においては、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が低オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが10≦ε<15.7であれば、
0.4234ε2-21.826ε+178.75+C≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-138.75+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10-10NE3-1.0×10-6 NE 2 +7.0×10-4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 It is a method of designing the control logic of the compression ignition type engine installed in the automobile .
The engine
A fuel injection unit that injects fuel to be supplied into the combustion chamber partitioned by a cylinder and a piston ,
A variable valve mechanism that changes the valve timing of the intake valve that opens and closes the combustion chamber ,
An ignition unit that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber,
A measuring unit that measures parameters related to the operating state of the engine,
A control unit that receives the measurement results of the measurement unit, performs calculations according to the control logic corresponding to the operating state of the engine, and outputs a signal to the fuel injection unit, the variable valve mechanism, and the ignition unit. , Equipped with
In the control unit, between a predetermined light load and an upper limit load, the G / F, which is the weight ratio of the total gas of the air-fuel mixture in the combustion chamber to the fuel, is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A signal is output to each of the fuel injection unit and the variable valve mechanism so that the A / F, which is the weight ratio of the air-fuel mixture to the fuel, becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. After the ignition unit ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, a signal is output to the ignition unit so that the unburned air-fuel mixture burns by self-ignition.
The method of designing the control logic is
The step of determining the geometric compression ratio ε of the engine and
A step of determining a control logic that defines the valve closing timing IVC of the intake valve is provided.
When the control logic is set, if the fuel is a low octane fuel and the geometric compression ratio ε is 10 ≦ ε <15.7.
0.4234ε 2 -21.826ε + 178.75 + C ≦ IVC ≦ -0.4234ε 2 + 21.826ε-138.75 + C
However, C is a correction term related to the engine speed NE (rpm).
C = 3.3 × 10 -10 NE 3 -1.0 × 10 -6 NE 2 + 7.0 × 10 -4 NE
A method of designing a control logic of a compression ignition type engine that determines the valve closing timing IVC (deg. ABDC) so as to satisfy the above.
前記エンジンは、
シリンダとピストンとによって区画された燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室を開閉する吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、予め定められた軽負荷から上限負荷までの間においては、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が低オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが15.7≦ε<18.7であれば、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22+C≦IVC≦-0.4234ε2+21.826ε-138.75+C
又は、
0.4234ε2-21.826ε+178.75+C≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10-10NE3-1.0×10-6 NE 2 +7.0×10-4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 It is a method of designing the control logic of the compression ignition type engine installed in the automobile .
The engine
A fuel injection unit that injects fuel to be supplied into the combustion chamber partitioned by a cylinder and a piston ,
A variable valve mechanism that changes the valve timing of the intake valve that opens and closes the combustion chamber ,
An ignition unit that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber,
A measuring unit that measures parameters related to the operating state of the engine,
A control unit that receives the measurement results of the measurement unit, performs calculations according to the control logic corresponding to the operating state of the engine, and outputs a signal to the fuel injection unit, the variable valve mechanism, and the ignition unit. , Equipped with
In the control unit, between a predetermined light load and an upper limit load, the G / F, which is the weight ratio of the total gas of the air-fuel mixture in the combustion chamber to the fuel, is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A signal is output to each of the fuel injection unit and the variable valve mechanism so that the A / F, which is the weight ratio of the air-fuel mixture to the fuel, becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. After the ignition unit ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, a signal is output to the ignition unit so that the unburned air-fuel mixture burns by self-ignition.
The method of designing the control logic is
The step of determining the geometric compression ratio ε of the engine and
A step of determining a control logic that defines the valve closing timing IVC of the intake valve is provided.
When the control logic is set, if the fuel is a low octane fuel and the geometric compression ratio ε is 15.7 ≦ ε <18.7.
-0.5603ε 2 + 34.859ε-377.22 + C ≤ IVC ≤ -0.4234ε 2 + 21.826ε-138.75 + C
Or,
0.4234ε 2 -21.826ε + 178.75 + C ≦ IVC ≦ 1.9211ε 2 -85.076ε + 862.01 + C
However, C is a correction term related to the engine speed NE (rpm).
C = 3.3 × 10 -10 NE 3 -1.0 × 10 -6 NE 2 + 7.0 × 10 -4 NE
A method of designing a control logic of a compression ignition type engine that determines the valve closing timing IVC (deg. ABDC) so as to satisfy the above.
前記エンジンは、
シリンダとピストンとによって区画された燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室を開閉する吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンの運転状態に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記計測部の計測結果を受けて、前記エンジンの運転状態に対応する制御ロジックに従い演算を行うと共に、前記燃料噴射部、前記可変動弁機構、及び、前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、予め定められた軽負荷から上限負荷までの間においては、前記燃焼室内の混合気の全ガスと前記燃料との重量比であるG/Fが理論空燃比よりもリーンでかつ前記混合気の空気と前記燃料との重量比であるA/Fが理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになるよう前記燃料噴射部及び前記可変動弁機構のそれぞれに信号を出力すると共に、前記点火部が前記燃焼室内の混合気に点火した後で未燃混合気が自己着火により燃焼するよう前記点火部に信号を出力し、
前記制御ロジックを設計する方法は、
前記エンジンの幾何学的圧縮比εを定めるステップと、
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCを定めた制御ロジックを決定するステップと、を備え、
前記制御ロジックを設定するときに、前記燃料が低オクタン価燃料でありかつ、前記幾何学的圧縮比εが18.7≦ε≦30であれば、
-0.5603ε2+34.859ε-377.22+C≦IVC≦120
又は、
-80≦IVC≦1.9211ε2-85.076ε+862.01+C
但し、Cは、エンジンの回転数NE(rpm)に係る補正項であり、
C=3.3×10-10NE3-1.0×10-6 NE 2 +7.0×10-4NE
を満足するように、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 It is a method of designing the control logic of the compression ignition type engine installed in the automobile .
The engine
A fuel injection unit that injects fuel to be supplied into the combustion chamber partitioned by a cylinder and a piston ,
A variable valve mechanism that changes the valve timing of the intake valve that opens and closes the combustion chamber ,
An ignition unit that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber,
A measuring unit that measures parameters related to the operating state of the engine,
A control unit that receives the measurement results of the measurement unit, performs calculations according to the control logic corresponding to the operating state of the engine, and outputs a signal to the fuel injection unit, the variable valve mechanism, and the ignition unit. , Equipped with
In the control unit, between a predetermined light load and an upper limit load, the G / F, which is the weight ratio of the total gas of the air-fuel mixture in the combustion chamber to the fuel, is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A signal is output to each of the fuel injection unit and the variable valve mechanism so that the A / F, which is the weight ratio of the air-fuel mixture to the fuel, becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. After the ignition unit ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, a signal is output to the ignition unit so that the unburned air-fuel mixture burns by self-ignition.
The method of designing the control logic is
The step of determining the geometric compression ratio ε of the engine and
A step of determining a control logic that defines the valve closing timing IVC of the intake valve is provided.
When the control logic is set, if the fuel is a low octane fuel and the geometric compression ratio ε is 18.7 ≦ ε ≦ 30.
-0.5603ε 2 +34.859ε-377.22 + C ≦ IVC ≦ 120
Or,
-80 ≤ IVC ≤ 1.9211ε 2-85.076ε + 862.01 + C
However, C is a correction term related to the engine speed NE (rpm).
C = 3.3 × 10 -10 NE 3 -1.0 × 10 -6 NE 2 + 7.0 × 10 -4 NE
A method of designing a control logic of a compression ignition type engine that determines the valve closing timing IVC (deg. ABDC) so as to satisfy the above.
前記吸気弁の閉弁タイミングIVCは、前記エンジンの運転状態が変わると変化し、
各々の運転状態に対し、前記の関係式を満足するよう、前記閉弁タイミングIVC(deg. aBDC)を定める圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 In the method for designing the control logic of the compression ignition type engine according to any one of claims 1 to 6.
The valve closing timing IVC of the intake valve changes when the operating state of the engine changes.
A method of designing a control logic of a compression ignition type engine that determines the valve closing timing IVC (deg. ABDC) so as to satisfy the above relational expression for each operating state.
前記上限負荷は、所定負荷以上の高負荷であり、
前記エンジンは、前記制御ロジックに従って、所定負荷以上の高負荷運転状態において運転する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 In the method for designing the control logic of the compression ignition type engine according to any one of claims 1 to 7.
The upper limit load is a high load equal to or higher than a predetermined load.
A method of designing a control logic of a compression ignition type engine in which the engine operates in a high load operating state of a predetermined load or more according to the control logic.
前記上限負荷は、最高負荷であり、
前記エンジンは、前記制御ロジックに従って、最高負荷運転状態において運転する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 In the method of designing the control logic of the compression ignition type engine according to claim 8.
The upper limit load is the maximum load.
The engine is a method of designing a control logic of a compression ignition type engine that operates in a maximum load operating state according to the control logic.
前記エンジンは、過給機を備え、
前記制御部は、前記制御ロジックに従い、前記エンジンが所定負荷以上の高負荷運転状態のときに前記過給機が過給を行うよう、前記過給機に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 In the method of designing the control logic of the compression ignition type engine according to claim 8 or 9.
The engine is equipped with a supercharger.
The control unit controls a compression ignition type engine that outputs a signal to the supercharger so that the supercharger supercharges when the engine is in a high load operation state of a predetermined load or more according to the control logic. How to design the logic.
前記制御部は、前記制御ロジックに従い、前記混合気のG/Fを18以上50以下にする圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 In the method for designing the control logic of the compression ignition type engine according to any one of claims 1 to 10.
The control unit is a method of designing a control logic of a compression ignition type engine that makes the G / F of the air-fuel mixture 18 or more and 50 or less according to the control logic.
前記エンジンは、前記燃焼室の中に排気ガスを導入するEGRシステムを備え、
前記制御部は、前記燃焼室の中の混合気が燃焼するときに発生する全熱量に対し、火炎伝播により混合気が燃焼するときに発生する熱量の割合に関係する指標としての熱量比率が、前記エンジンの運転状態に対応して定めた目標熱量比率となるように、前記EGRシステム及び前記点火部に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。 In the method for designing the control logic of the compression ignition type engine according to any one of claims 1 to 11.
The engine comprises an EGR system that introduces exhaust gas into the combustion chamber.
The control unit determines the calorific value ratio as an index related to the ratio of the calorific value generated when the air-fuel mixture burns due to flame propagation to the total heat generated when the air-fuel mixture in the combustion chamber burns. A method of designing a control logic of a compression ignition type engine that outputs a signal to the EGR system and the ignition unit so as to have a target heat quantity ratio determined according to the operating state of the engine.
前記制御部は、前記エンジンの負荷が高いときには、低いときよりも、前記熱量比率が高くなるよう、前記EGRシステム及び前記点火部に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御ロジックを設計する方法。
In the method of designing the control logic of the compression ignition type engine according to claim 12.
The control unit is a method of designing a control logic of a compression ignition type engine that outputs a signal to the EGR system and the ignition unit so that the calorific value ratio becomes higher when the load of the engine is high than when the load is low.
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