(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室壁面の温度変化に基づき、前記燃焼室内に生じるスワール流の流速を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した検出値と目標値とが等しくなるようにスワール流の流速を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記燃焼室壁の表面と深部とに接点を有した熱電対であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記燃焼室壁面を形成するシリンダライナに取り付けられたことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、吸気ポートに組みつけられた気流制御弁の開度を調整することにより、スワール流の流速を補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記補正手段は、吸気弁のリフト量を変更することにより、スワール流の流速を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃焼室内に生じるスワール流の流速を補正する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンでは噴霧燃焼が行われるため、燃焼室内の局所的な空気利用が燃焼状態に影響を与えることが知られている。例えば、隣接噴霧同士の混合気領域の干渉や、パイロット噴射とメイン噴射による混合気領域の干渉があると、燃焼室内の局所的な空気利用が悪化するため、スモークが増加する。これに対して、燃焼室内に生じるスワール流の気流強度をコントロールする技術が特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
特許文献１では、筒内圧力から演算される総熱発生量重心位置とその目標値とを比較して吸気制御弁の開度を補正し、スワール流やタンブル流の強度を変更している。特許文献２では、吸気管内の吸気の状態に基づいて、燃焼室内で生成されるスワール流の速度を検知、または推定して、燃料の噴射条件を変更している。特許文献３では、強スワールを発生するポートと弱スワールを発生するポートを備え、弱スワールを発生させるポートに介装したスワール制御弁の開度の検出値と目標値との差開度に基づきフィードバックし、スワールの強度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３２８９４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８０７６１号公報
【特許文献３】特開２００４−２９３４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の通り、燃焼室内の局所的な燃焼状態の悪化を改善しようとする技術はあるものの、局所的な燃焼状態の悪化を適正化するには、筒内圧力を検出するセンサによる制御や、吸気管内の吸気の状態から予測するスワール流の流速に基づく制御では不十分である。そのため、混合気形成に影響を与える燃焼室内のスワール流速を直接に検出するセンサによる制御が必要であり、スワール流の制御装置は依然として改善の余地がある。
【０００６】
そこで、本発明は、燃焼室内に噴射される燃料の混合気領域の干渉を回避し、燃焼状態を適正化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決する本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃焼室壁面の温度変化に基づき、前記燃焼室内に生じるスワール流の流速を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した検出値と目標値とが等しくなるようにスワール流の流速を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
スワール流が速くなると、燃焼室壁面への対流熱伝達が増加し、燃焼室壁面のピーク温度が上昇する。このため、燃焼室壁面の温度を検出することにより、燃焼室内のスワール流の流速を直接検出することができる。こうして直接検出したスワール流の流速を補正することにより、燃焼室内により適切な燃焼状態を作り出し、スモークの発生を低減することができる。
【０００９】
上記の内燃機関の制御装置において、前記検出手段は、前記燃焼室壁の表面と深部とに接点を有した熱電対であってもよい。２つの接点間に生じる熱起電力の変化により、燃焼室内のスワール流の流速を検出することができる。
【００１０】
燃焼室内に配置される検出手段は、経時変化により、検出面にデポジットの堆積物が蓄積し出力が低下する。上記の内燃機関の制御装置において、前記検出手段は、前記燃焼室壁面に位置するシリンダライナに取り付けられた構成とすることができる。検出手段をシリンダライナに取り付けることにより、ピストンリングが検出手段の検出面を摺動するので、デポジットの堆積が抑制できる。
【００１１】
上記の内燃機関の制御装置において、前記補正手段は、吸気ポートに組みつけられた気流制御弁の開度を調整することにより、スワール流の流速を補正する構成とすることができる。また、上記の内燃機関の制御装置において、前記補正手段は、吸気弁のリフト量を変更することにより、スワール流の流速を補正する構成とすることができる。これにより、燃焼室内のスワール流を制御して、燃焼状態の適正化を図り、スモークを低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の内燃機関の制御装置は、燃焼室内に生じるスワール流を直接検出することにより、燃焼室内に噴射される燃料の混合気領域の干渉を回避し、燃焼状態を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】内燃機関の制御装置を示した説明図である。
【図２】エンジン本体を上から見た状態を示した説明図である。
【図３】流速センサの構成を示した説明図である。
【図４】流速センサのセンサ出力値とクランク角との関係を示した説明図である。
【図５】スワール流の角速度の変化とピーク値との関係を示した説明図である。
【図６】スワール流の流速補正制御について示したフロー図である。
【図７】スワール流の補正前後の燃焼室内の状態を示した説明図であって、（ａ）はスワール流の補正前の状態を示し、（ｂ）はスワール流の補正後の状態を示している。
【図８】可変動弁機構の概略構成を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の内燃機関の制御装置１を示した説明図である。図２は制御装置１が備えるエンジン本体３を上から見た状態を示した説明図である。内燃機関は、往復ピストン式のディーゼルエンジンである。制御装置１はエンジン本体３と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４とを備えている。エンジン本体３は、ピストン５、シリンダブロック６、シリンダヘッド７を備えている。シリンダブロック６の内側の面にはシリンダライナ８が形成されている。これらピストン５、シリンダヘッド７、シリンダライナ８はエンジン本体３の内部に燃焼室９を形成している。ピストン５にはピストンリングが嵌め込まれており、ピストンリングがシリンダライナ８とが摺動するように配置されている。シリンダヘッド７には燃焼室９へ新気を供給する吸気ポート１０ａ、１０ｂと燃焼室９から排気ガスを排出する排気ポート１１ａ、１１ｂが形成されている。吸気ポート１０ａ、１０ｂと燃焼室９の境界には各々吸気弁１２ａ、１２ｂが配置されており、吸気弁１２ａ、１２ｂが開弁することにより、燃焼室９へ新気が供給される。また、排気ポート１１ａ、１１ｂと燃焼室９の境界には各々排気弁１３ａ、１３ｂが配置されており、排気弁１３ａ、１３ｂが開弁することにより、燃焼室９から排気ガスが排出される。図２に示すように、吸気ポート１０ａには気流制御弁１４が組みつけられている。気流制御弁１４は、吸気ポート１０ａ内で開閉することにより、吸気ポート１０ａが燃焼室９内へ取り込む新気の流量を変化させる弁である。気流制御弁１４は図示しないアクチュエータで動作する。
【００１６】
ここで、気流制御弁１４と燃焼室９内に生じるスワール流の関係について説明する。気流制御弁１４の開度が小さくなると、吸気ポート１０ａの流路が狭まり、吸気ポート１０ａから燃焼室９へ供給される新気の量が減少する。このとき、吸気ポート１０ｂからは吸気ポート１０ａよりも多くの新気が燃焼室９へ取り込まれる。このため、吸気ポート１０ａと吸気ポート１０ｂとの間で、燃焼室９内へ取り込まれる新気の量に差が生じるため、燃焼室９内に生じるスワール流が強まる。一方、気流制御弁１４の開度が大きくなると、吸気ポート１０ａの流路が広がり、吸気ポート１０ａから燃焼室９へ供給される新気の量が増大する。これにより、吸気ポート１０ａが取り込む新気の量と吸気ポート１０ｂが取り込む新気の量との差が減少するため、燃焼室９内に生じるスワール流が弱まる。
【００１７】
また、エンジン本体３は燃料噴射インジェクタ１５を備えている。燃料噴射インジェクタ１５は、燃焼室９内に先端部分を突出させるように、シリンダヘッド７に組みつけられている。燃料噴射インジェクタ１５は燃焼室９内へ直接燃料を噴射する。
【００１８】
さらに、エンジン本体３は流速センサ１６を備えている。流速センサ１６は燃焼室９の壁面を形成するシリンダライナ８に取り付けられている。この流速センサ１６は燃焼室９の壁面の温度変化に基づき、燃焼室９内に生じるスワール流の流速を検出する。なお、流速センサ１６の配置位置は、シリンダライナ８に限定されず、燃焼室９の壁面の温度変化が検出できる位置であればよい。
【００１９】
図３は流速センサ１６の構成を示した説明図である。流速センサ１６は異なる２種類の金属Ａ、Ｂとを組合せ、燃焼室９の壁表面と深部とに接点１６１、１６２を有する熱電対である。流速センサ１６は、図３に示すように、接点１６１が燃焼室９側に位置し、接点１６２がシリンダブロック６側に位置するように配置される。
【００２０】
ＥＣＵ４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、内燃機関の制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りして内燃機関を制御するようになっている。ＥＣＵ４は、気流制御弁１４のアクチュエータ、燃料噴射インジェクタ１５のアクチュエータ、流速センサ１６のそれぞれと電気的に接続されている。ＥＣＵ４は、流速センサ１６が検出した検出値と目標値とが等しくなるようにスワール流の流速を補正する。具体的には、ＥＣＵ４は、流速センサ１６が検出した検出信号を受信し、検出信号から得られるスワール流の流速についての検出値と、予め定められていたスワール流の流速の目標値とが等しくなるように、気流制御弁１４のアクチュエータへ信号を送り、気流制御弁１４の開度を調整することにより、スワール流の流速を補正する。また、ＥＣＵ４は燃料噴射インジェクタ１５へパイロット噴射とメイン噴射の信号を送る。
【００２１】
次に、スワール流の流速の検出について説明する。ここでのスワール流の流速の検出は、スワール流の流速の変化による対流熱伝達により燃焼室の壁面温度が変化するという原理に着目している。既定の流速に対して燃焼室９内のスワール流の流速が変化すると、燃焼室９の壁面、すなわち、シリンダライナ８への対流熱伝達により、壁面の表面温度が変化する。これにより、壁表面に位置する流速センサ１６の接点１６１と、壁面深部に位置する接点１６２との間に温度差が生じる。この温度差により２点間の起電力が変化するので、流速センサ１６は温度差を検出することにより、スワール流の流速が変化したことを検出する。
【００２２】
図４は流速センサ１６のセンサ出力値とクランク角との関係を示した説明図である。図５はスワール流の角速度の変化とセンサのピーク値との関係を示した説明図である。図５のピーク値は、ベース角速度のピーク値を０としてスワール流の角速度を変化させた際に計測された値である。なお、スワール流の角速度が大きいほど、スワール流の流速が速いことを示している。図４が示すように、ピストン５のクランク角の変化に伴い、センサ出力が変化する。スワール流の流速はピストンの上死点近傍で速くなることから、センサの値とスワール流の流速とが対応していることが示されている。特に、上死点近傍のスワール流の流速が最も速くなる点でセンサ出力がピークに到達する。また、図５が示すように、スワールの角速度とピーク値とはほぼ線形であるため、スワール流の流速が上昇すれば、センサ出力値も上昇し、スワール流の流速が低下すれば、センサ出力値も低下する。従って、スワール流の流速とセンサ出力値とが１対１に対応するので、流速を測定するセンサとして機能する。
【００２３】
次に、燃焼室９内のスワール流の流速補正制御について説明する。図６はスワール流の流速補正制御について示したフロー図である。このスワール流の流速補正制御はＥＣＵ４により行われる。以下、図６のフロー図を参照して説明する。
【００２４】
ＥＣＵ４はエンジンが定常運転状態となると、本実施例における気流制御弁１４の制御を開始する。
【００２５】
ＥＣＵ４は定常運転状態におけるスワール流の流速ｖを検出する（ステップＳ１）。スワール流の流速は、先に説明したように、流速センサ１６により検出する。次に、ＥＣＵ４はステップＳ１で検出したスワール流の流速ｖが既定の流速ｖ０（目標値）より速いか否かを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２における判断がＹＥＳである場合、すなわち、スワール流の流速ｖが既定の流速ｖ０より速い場合、ＥＣＵ４は次にステップＳ３に進む。ＥＣＵ４はステップＳ３において、気流制御弁１４を開方向に補正する（ステップＳ３）。すなわち、気流制御弁１４の開度が大きくなるように気流制御弁１４のアクチュエータへ信号を送る。気流制御弁１４の開度が大きくなることにより、燃焼室９内のスワール流が弱まるため、スワール流の流速が目標値の流速ｖ０へと近づく。ステップＳ３を終えると、ＥＣＵ４は制御処理を終了する。
【００２６】
一方、ステップＳ２における判断がＮＯである場合、すなわち、スワール流の流速ｖが既定の流速ｖ０以下である場合、ＥＣＵ４は次にステップＳ４に進む。ＥＣＵ４はステップＳ４において、ステップＳ１で検出したスワール流の流速ｖが既定の流速ｖ０（目標値）より遅いか否かを判断する（ステップＳ４）。ステップＳ４における判断がＹＥＳである場合、すなわち、スワール流の流速ｖが既定の流速ｖ０より遅い場合、ＥＣＵ４は次にステップＳ５に進む。ＥＣＵ４はステップＳ５において、気流制御弁１４を閉方向に補正する（ステップＳ５）。すなわち、気流制御弁１４の開度が小さくなるように気流制御弁１４のアクチュエータへ信号を送る。気流制御弁１４の開度が小さくなることにより、燃焼室９内のスワール流が強まるため、スワール流の流速が目標値の流速ｖ０へと近づく。ステップＳ５を終えると、ＥＣＵ４は制御処理を終了する。
【００２７】
ステップＳ４における判断がＮＯである場合は、スワール流の流速ｖが既定の流速ｖ０に一致する。この場合、スワール流の流速ｖを変更する必要がないため、ＥＣＵ４は制御処理を終了する。
【００２８】
次に、スワール流の補正による燃焼室９内の噴霧の変化について説明する。図７はスワール流の補正前後の燃焼室９内の状態を示した説明図である。図７（ａ）はスワール流の補正前の状態を示し、図７（ｂ）はスワール流の補正後の状態を示している。
【００２９】
スワール流の補正前では、適切な強度のスワール流が発生していないため、図７（ａ）に示すように、パイロット噴射により形成された噴霧Ｓｐと、メイン噴射により形成された噴霧Ｓｍとが干渉している（干渉領域Ｃ）。このため、燃焼室９内における噴霧の密度に大きなばらつきが生じ、燃焼状態が悪化する。これに対して、スワール流の補正を行うことにより、適切な強度のスワール流が発生するので、図７（ｂ）に示すように、パイロット噴射により形成された噴霧Ｓｐと、メイン噴射により形成された噴霧Ｓｍとの干渉が回避される。これにより、燃焼室９内における噴霧の密度の大きなばらつきを防ぎ、燃焼状態の最適化を図っている。
【００３０】
上記において説明したとおり、内燃機関の制御装置１は、ＥＣＵ４により検出信号から得られるスワール流の流速についての検出値と、予め定められていたスワール流の流速の目標値とが等しくなるように気流制御弁１４の開度を調整することにより、スワール流の流速を補正する。これにより、隣接噴霧同士の混合気領域の干渉や、パイロット噴射とメイン噴射による混合気領域の干渉を回避し、燃焼を適正化してスモークの発生を低減することができる。
【００３１】
さらに、内燃機関の制御装置１は、ＥＣＵ４によりスワール流の流速補正制御に加えて、流速センサ１６が検出したスワール流の流速に基づいて、燃料噴射時期や燃料噴射圧力を補正することにより燃焼状態を適正化することとしてもよい。
【００３２】
また、内燃機関の制御装置１の構成において、流速センサ１６をシリンダライナ７へ取り付けたことにより、ピストン５のピストンリングが流速センサ１６の検出面を摺動する。これにより、流速センサ１６の検出面へのデポジットの堆積が防がれる。このようにデポジットの堆積が防がれるので、出力電圧の低下を抑制し、センサ精度を維持することができる。
【００３３】
また、内燃機関の制御装置１は、燃焼室９内に生成するスワール流を生成する手段として、気流制御弁１４に代えて可変動弁機構２０を用いることができる。図８は可変動弁機構２０の概略構成を示した説明図である。可変動弁機構２０は、コントロールシャフト２１と、接続アーム２２と、摺接アーム２３と、揺動カム２４とを有して構成された公知のものであり、コントロールシャフト２１が接続アーム２２の位置を制御することで、吸気弁１２ａ、１２ｂのバルブリフト量及び作用角（開弁期間）が可変となる。本実施例において、内燃機関の制御装置１が可変動弁機構２０を備えた構成の場合、ＥＣＵ４は、可変動弁機構２０を制御して吸気弁１２ａ、１２ｂのリフト量を変更することにより、スワール流の流速を補正する。このスワール流の流速補正制御に関しては図６のフローに準ずる。すなわち、スワール流の流速ｖが既定の流速ｖ０より速い場合、スワール流を弱めるように制御する。また、スワール流の流速ｖが既定の流速ｖ０より遅い場合、スワール流を強めるように制御する。
【００３４】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、本発明は、ディーゼルエンジンに限られず、燃焼室へ直接燃料を噴射するガソリンエンジンにも採用できる。また、実施例において、燃焼室内に生じるスワール流の流速を検出する流速センサ１６は、異なる２種類の金属Ａ、Ｂとを組合せた熱電対としているが、熱電対に限定されることはなく、燃焼室９の壁面温度の変化を検出可能な温度センサであればよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  制御装置
４  ＥＣＵ
５  ピストン
６  シリンダブロック
７  シリンダヘッド
８  シリンダライナ
９  燃焼室
１０ａ、１０ｂ  吸気ポート
１２ａ、１２ｂ  吸気弁
１４  気流制御弁
１５  燃料噴射インジェクタ
１６  流速センサ
１６１、１６２  接点
２０  可変動弁機構
【図１】
0005489967.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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