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JP2021011824A - Engine control - Google Patents

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JP2021011824A
JP2021011824A JP2019124516A JP2019124516A JP2021011824A JP 2021011824 A JP2021011824 A JP 2021011824A JP 2019124516 A JP2019124516 A JP 2019124516A JP 2019124516 A JP2019124516 A JP 2019124516A JP 2021011824 A JP2021011824 A JP 2021011824A
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water
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Mitsubishi Motors Corp
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Abstract

【課題】吸気への水の噴射により、高負荷運転領域のノッキング抑制と熱効率の向上を両立させる。【解決手段】エンジン1の燃焼室2に接続される吸気ポート3及び排気ポート4と、燃焼室2内に供給される吸気に燃料を噴射する燃料噴射装置9と、燃料を燃焼させるための点火用火花を発生する点火装置7と、吸気に水を噴射する水噴射装置11,12と、水噴射装置11,12による水の噴射量を決定する水噴射量決定手段21と、水噴射装置11,12による水の噴射を制御する水噴射制御手段22と、を備え、水噴射装置11,12は、1燃焼サイクル中における吸気行程中あるいは吸気行程中及び圧縮行程中に水の噴射を行う第1水噴射Aと、膨張行程中に水の噴射を行う第2水噴射Bが設定されるエンジンの制御装置とした。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress knocking in a high load operation region and improve thermal efficiency by injecting water into an intake air. An intake port 3 and an exhaust port 4 connected to a combustion chamber 2 of an engine 1, a fuel injection device 9 for injecting fuel into an intake air supplied into the combustion chamber 2, and ignition for burning the fuel. An ignition device 7 that generates a spark, water injection devices 11 and 12 that inject water into the intake air, a water injection amount determining means 21 that determines the amount of water injected by the water injection devices 11 and 12, and a water injection device 11. The water injection device 11 and 12 include a water injection control means 22 for controlling the injection of water by This is an engine control device in which one water injection A and a second water injection B that injects water during the expansion stroke are set. [Selection diagram] Fig. 1

Description

この発明は、吸気に水を噴射する機構を備えたエンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control device including a mechanism for injecting water into intake air.

エンジンの燃焼室内には、シリンダヘッドに設けられる吸気通路(以下、吸気ポートと称する。)を通じて吸気が供給される。また、吸気ポート内には燃料噴射装置が備えられ、燃料噴射装置から噴射された燃料が吸入した空気とともに燃焼室内で拡散し、その拡散した燃料がピストンで圧縮された後、燃焼室内に臨んで設けられた点火プラグによって点火されて燃焼する。 Intake air is supplied to the combustion chamber of the engine through an intake passage (hereinafter, referred to as an intake port) provided in the cylinder head. In addition, a fuel injection device is provided in the intake port, and the fuel injected from the fuel injection device diffuses in the combustion chamber together with the sucked air, and the diffused fuel is compressed by the piston and then faces the combustion chamber. It is ignited and burned by a spark plug provided.

ところで、燃焼室内に送り込まれた燃料と空気との混合気が、点火プラグによって点火されて生じた火炎が伝播するよりも前に着火してしまう異常燃焼、いわゆるノッキングの現象を生じることがある。ノッキングを抑制する手段としては、点火時期や圧縮比、過給機を備える場合は過給圧、混合気の空燃比、燃料のアンチノック性等の種々の要素を、運転状態に応じた適切な状態に設定することが挙げられる。 By the way, the mixture of fuel and air sent into the combustion chamber may cause abnormal combustion, so-called knocking, in which the mixture ignited by the spark plug and ignited before the flame generated is propagated. As means for suppressing knocking, various factors such as ignition timing, compression ratio, supercharging pressure when a supercharger is provided, air-fuel ratio of the air-fuel mixture, antiknock property of fuel, etc. are appropriately adjusted according to the operating condition. Setting to the state is mentioned.

例えば、特許文献1,2には、ノッキングの発生を抑制するために、エンジンの低中速高負荷時において、水やアンチノック剤を含んだ水溶液を吸気ポート内に噴射する技術が開示されている。 For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for injecting an aqueous solution containing water or an antiknock agent into an intake port at low, medium speed and high load of an engine in order to suppress the occurrence of knocking. There is.

また、吸気に水を噴射する技術として、例えば、特許文献3,4では、通常の気体の水よりも密度の高い超臨界水等を高温高圧の燃焼室内に噴射することにより、燃焼室の壁面付近の断熱性能を高めるとともに冷却損失を抑え、燃費の向上を図っている。さらに、例えば、特許文献5では、ディーゼルエンジンにおいて、燃焼室内に水を噴射することにより水蒸気を発生させ、その水蒸気の膨張力によって燃料消費量を低減するとともに、水の気化熱によって燃焼室内への新気の吸入効率の低下を補完している。 Further, as a technique for injecting water into the intake air, for example, in Patent Documents 3 and 4, supercritical water having a higher density than ordinary gaseous water is injected into a high-temperature and high-pressure combustion chamber to inject the wall surface of the combustion chamber. In addition to improving the heat insulation performance in the vicinity, cooling loss is suppressed to improve fuel efficiency. Further, for example, in Patent Document 5, in a diesel engine, water vapor is generated by injecting water into the combustion chamber, fuel consumption is reduced by the expansion force of the steam, and the heat of vaporization of water is used to enter the combustion chamber. It complements the decrease in inhalation efficiency of fresh air.

実開昭56−50769号公報Jikkai Sho 56-50769 特開昭60−230554号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-23554 特開2017−25774号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-25774 特開2017−25775号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-25775 特開昭60−184923号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-184923

ところで、近年、ガソリンエンジンでは、吸気への水の噴射により高負荷域でのノッキングを抑制するとともに、それに伴う点火時期の進角、排気温度の低減、リッチ運転の回避とストイキ運転領域の拡大、さらには、燃費の向上を目的とする水噴射システムが注目されつつある。 By the way, in recent years, in gasoline engines, knocking in a high load region is suppressed by injecting water into the intake air, and the ignition timing is advanced, the exhaust temperature is reduced, rich operation is avoided, and the stoichiometric operation area is expanded. Furthermore, a water injection system for the purpose of improving fuel efficiency is attracting attention.

しかし、この種の水噴射システムを採用したエンジンでは、吸気への水の噴射により燃焼が遅れる傾向がある。このため、同一の点火時期の下では等容度が低下して、その結果、燃費が悪化する場合がある。ここで、等容度とは、燃焼が上死点で容積変化をしないで一気に行われると仮想した等容燃焼サイクルの熱効率を1とした場合に、燃焼が上死点を離れるにつれて起こる熱効率の低下の度合いを、全燃焼行程に対して積分したものである。すなわち、等容度が大きい値になるほど、燃焼室内で混合気が短時間で燃焼しており、熱効率、燃焼速度が高いことを示している。 However, in an engine that employs this type of water injection system, combustion tends to be delayed due to the injection of water into the intake air. Therefore, under the same ignition timing, the isochoricity may decrease, and as a result, the fuel consumption may deteriorate. Here, the isochoricity is the thermal efficiency that occurs as the combustion leaves the top dead center, assuming that the thermal efficiency of the ischoric combustion cycle, which is assumed to be performed at once without changing the volume at the top dead center, is 1. The degree of decrease is integrated with respect to the entire combustion stroke. That is, the larger the isochoricity is, the shorter the time the air-fuel mixture is burned in the combustion chamber, and the higher the thermal efficiency and the combustion speed are.

ここで、等容燃焼サイクル(オットーサイクル)での理論熱効率ηは,圧縮比をε、作動流体の比熱比をκとすると、
η=1 − 1/εκ-1
の式で表される。このため、圧縮比εが一定であっても、比熱比κを大きくすることで熱効率の向上が期待できる。
Here, the theoretical thermal efficiency η in the isochoric combustion cycle (Otto cycle) is calculated assuming that the compression ratio is ε and the specific heat ratio of the working fluid is κ.
η = 1-1 / ε κ-1
It is expressed by the formula of. Therefore, even if the compression ratio ε is constant, improvement in thermal efficiency can be expected by increasing the specific heat ratio κ.

しかし、吸気に対して圧縮行程の前段で水を噴射したとすると、圧縮行程での未燃混合ガスの比熱比(約1.34)、膨張行程での燃焼ガスの比熱比(約1.37)に対して、3原子分子である水蒸気(HO:比熱比1.33)を追加しても、燃焼室全体の気体の比熱比は、大きくは変化しないと考えられる。このため、圧縮行程の前段での水の噴射は、ノッキングの抑制には効果があるものの、熱効率の向上にはそれほど大きな効果は期待できない。したがって、吸気への水の噴射による高負荷運転領域でのノッキング抑制と、熱効率の向上とを両立させることが求められる。 However, if water is injected into the intake air before the compression stroke, the specific heat ratio of the unburned mixed gas in the compression stroke (about 1.34) and the specific heat ratio of the combustion gas in the expansion stroke (about 1.37). relative), steam is 3 atom molecules (H 2 O: adding a specific heat ratio 1.33), the specific heat ratio of the gas in the entire combustion chamber is greater is considered unchanged. Therefore, although the injection of water in the pre-stage of the compression stroke is effective in suppressing knocking, it cannot be expected to have a great effect in improving the thermal efficiency. Therefore, it is required to achieve both suppression of knocking in a high load operation region by injecting water into the intake air and improvement of thermal efficiency.

そこで、この発明の課題は、吸気への水の噴射により、高負荷運転領域のノッキング抑制と熱効率の向上を両立させることである。 Therefore, an object of the present invention is to achieve both knocking suppression in a high load operation region and improvement of thermal efficiency by injecting water into the intake air.

上記の課題を解決するために、本願の発明者は、比熱比が温度の関数であり、温度が下がるほど気体の比熱比は高くなる特性があることに着目した。すなわち、吸気への水噴射による圧縮行程中の燃焼ガス温度低下は約20k程度であるのに対し、同じく、吸気への水噴射による膨張行程中の燃焼ガス温度低下は約100〜200k程度と大きく、水の噴射に関しては、膨張行程での比熱比の増大効果が高いことに着目した。 In order to solve the above problems, the inventor of the present application has noticed that the specific heat ratio is a function of temperature, and that the specific heat ratio of gas increases as the temperature decreases. That is, while the decrease in the combustion gas temperature during the compression stroke due to the water injection to the intake air is about 20 k, the decrease in the combustion gas temperature during the expansion stroke due to the water injection to the intake air is as large as about 100 to 200 k. Regarding the injection of water, we focused on the high effect of increasing the specific heat ratio in the expansion stroke.

すなわち、この発明は、エンジンの燃焼室に接続される吸気ポート及び排気ポートと、前記燃焼室内に供給される吸気に燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記燃料を燃焼させるための点火用火花を発生する点火装置と、前記吸気に水を噴射する水噴射装置と、前記水噴射装置による水の噴射量を決定する水噴射量決定手段と、前記水噴射装置による水の噴射を制御する水噴射制御手段と、を備え、前記水噴射装置は、前記エンジンの1燃焼サイクル中における吸気行程中あるいは吸気行程中及び圧縮行程中に水の噴射を行う第1水噴射と、膨張行程中に水の噴射を行う第2水噴射が設定されるエンジンの制御装置を採用した。 That is, the present invention provides an intake port and an exhaust port connected to the combustion chamber of an engine, a fuel injection device that injects fuel into the intake air supplied to the combustion chamber, and an ignition spark for burning the fuel. An ignition device to be generated, a water injection device for injecting water into the intake air, a water injection amount determining means for determining the injection amount of water by the water injection device, and a water injection for controlling water injection by the water injection device. The water injection device includes a control means, and the water injection device includes a first water injection that injects water during an intake stroke or an intake stroke and a compression stroke during one combustion cycle of the engine, and water during an expansion stroke. We adopted an engine control device in which a second water injection for injection is set.

ここで、前記第1水噴射は、前記吸気行程中にのみ行われる構成を採用することができる。 Here, the first water injection can adopt a configuration in which the first water injection is performed only during the intake stroke.

また、前記水噴射装置は、前記吸気ポート内に水を噴射する第1水噴射装置と、前記燃焼室内に直接水を噴射する第2水噴射装置と、を備え、前記第1水噴射は前記第1水噴射装置によって行い、前記第2水噴射は前記第2水噴射装置によって行う構成を採用することができる。 Further, the water injection device includes a first water injection device that injects water into the intake port and a second water injection device that directly injects water into the combustion chamber, and the first water injection device is the same. It is possible to adopt a configuration in which the first water injection device is used and the second water injection is performed by the second water injection device.

前記燃焼室内の気体の温度を推定する燃焼ガス温度推定手段と、前記燃焼室内の気体の比熱比を推定する比熱比推定手段と、を備え、前記水噴射量決定手段は、リッチ運転時においてストイキ運転に移行するために必要な点火時期進角を得るための前記1燃焼サイクル中における水噴射量を前記第1水噴射による水の噴射量である第1水噴射量として決定し、前記燃焼ガス温度推定手段は、前記第1水噴射量に相当する水の噴射によって得られる燃焼ガスの温度低減量を推定し、前記比熱比推定手段は、前記温度低減量に相当する燃焼ガスの温度変化によって得られる燃焼ガスの比熱比増大量を推定し、前記水噴射量決定手段は、前記比熱比増大量が所定値未満である場合に前記比熱比増大量を前記所定値以上とするために必要な前記第2水噴射による水の噴射量である第2水噴射量を決定する構成を採用することができる。 The combustion gas temperature estimating means for estimating the temperature of the gas in the combustion chamber and the specific heat ratio estimating means for estimating the specific heat ratio of the gas in the combustion chamber are provided, and the water injection amount determining means is stoichiometric during rich operation. The water injection amount during the one combustion cycle for obtaining the ignition timing advance required for shifting to the operation is determined as the first water injection amount, which is the injection amount of water by the first water injection, and the combustion gas. The temperature estimating means estimates the temperature reduction amount of the combustion gas obtained by injecting water corresponding to the first water injection amount, and the specific heat ratio estimating means estimates the temperature change of the combustion gas corresponding to the temperature reduction amount. The water injection amount determining means is necessary for estimating the specific heat ratio increase amount of the obtained combustion gas and making the specific heat ratio increase amount equal to or more than the predetermined value when the specific heat ratio increase amount is less than a predetermined value. A configuration for determining the second water injection amount, which is the injection amount of water by the second water injection, can be adopted.

また、前記水噴射量決定手段は、リッチ運転時においてストイキ運転に移行するために必要な点火時期進角を得るための前記1燃焼サイクル中における水噴射量を前記第1水噴射による水の噴射量である第1水噴射量として決定し、運転条件に応じて前記1燃焼サイクル当たりで最大限供給可能な水噴射総量を算出し、前記第1水噴射量が前記水噴射総量より少ない場合は、前記第2水噴射による水の噴射量として前記水噴射総量と前記第1水噴射量との差に相当する第2水噴射量を決定する構成を採用することができる。 In addition, the water injection amount determining means injects water by the first water injection to obtain the ignition timing advance angle required for shifting to the stoichiometric operation during the rich operation. It is determined as the first water injection amount, which is the amount, the total amount of water injection that can be supplied to the maximum per one combustion cycle is calculated according to the operating conditions, and when the first water injection amount is smaller than the total water injection amount. As the amount of water injected by the second water injection, a configuration can be adopted in which the second water injection amount corresponding to the difference between the total amount of water injection and the first water injection amount is determined.

この発明は、エンジンの1燃焼サイクル中における吸気行程中あるいは吸気行程中及び圧縮行程中に第1水噴射を行い、膨張行程中に第2水噴射を行うようにしたので、比熱比の増大効果が高い膨張行程での水噴射の効果で、高負荷運転領域のノッキング抑制と熱効率の向上を両立させることができる。 In the present invention, the first water injection is performed during the intake stroke, the intake stroke, and the compression stroke in one combustion cycle of the engine, and the second water injection is performed during the expansion stroke, so that the effect of increasing the specific heat ratio is obtained. Due to the effect of water injection in the high expansion stroke, knocking suppression in the high load operation region and improvement of thermal efficiency can be achieved at the same time.

この発明の実施形態に係るエンジンの要部拡大図である。It is an enlarged view of the main part of the engine which concerns on embodiment of this invention. この発明の実施形態に係る制御のチャート図である。It is a chart diagram of the control which concerns on embodiment of this invention. (a)は要求進角量マップ、(b)は可能進角量マップである。(A) is a required advance amount map, and (b) is a possible advance amount map. (a)〜(e)は、既燃ガスの比熱比の温度に対する変化を示すマップである。(A) to (e) are maps showing changes in the specific heat ratio of the burnt gas with respect to temperature.

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図1は、この実施形態のエンジン1の燃焼室2とシリンダヘッド付近を示す縦断面図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the vicinity of the combustion chamber 2 and the cylinder head of the engine 1 of this embodiment.

エンジン1のシリンダ内にはピストン8が収容されている。シリンダの上面、内周面、及び、ピストン8の上面等により燃焼室2が形成されている。燃焼室2の上部のシリンダヘッドには、エンジン1の燃焼室2に接続されその燃焼室2内に吸気を送り込む吸気ポート3、及び、燃焼室2に接続されその燃焼室2からの排気を送り出す排気ポート4を備えている。 A piston 8 is housed in the cylinder of the engine 1. The combustion chamber 2 is formed by the upper surface of the cylinder, the inner peripheral surface, the upper surface of the piston 8, and the like. The cylinder head above the combustion chamber 2 has an intake port 3 connected to the combustion chamber 2 of the engine 1 to send intake air into the combustion chamber 2, and an intake port 3 connected to the combustion chamber 2 to send out exhaust gas from the combustion chamber 2. It is provided with an exhaust port 4.

また、吸気ポート3内には、燃焼室2内に供給される吸入空気(吸気)に燃料を噴射する燃料噴射装置(インジェクタ)9を備えている。また、燃焼室2の頂部には、その燃焼室2内に供給された燃料を燃焼させるための点火用火花を発生する点火装置7を備えている。 Further, the intake port 3 is provided with a fuel injection device (injector) 9 for injecting fuel into the intake air (intake) supplied into the combustion chamber 2. Further, the top of the combustion chamber 2 is provided with an ignition device 7 for generating an ignition spark for burning the fuel supplied into the combustion chamber 2.

吸気ポート3の燃焼室2への開口である吸気弁孔は、吸気バルブ5によって開閉される。また、同様に、排気ポート4の燃焼室2への開口である排気弁孔も、排気バルブ6によって開閉される。燃料噴射装置9によって吸気ポート3内の吸気に燃料が噴射され、混合気が形成される。形成された混合気は燃焼室2へと移動し、燃焼室2内で燃焼した後、その排気ガスは、排気ポート4を通じて外部へ排出される。 The intake valve hole, which is an opening of the intake port 3 to the combustion chamber 2, is opened and closed by the intake valve 5. Similarly, the exhaust valve hole, which is an opening of the exhaust port 4 to the combustion chamber 2, is also opened and closed by the exhaust valve 6. Fuel is injected into the intake air in the intake port 3 by the fuel injection device 9, and an air-fuel mixture is formed. The formed air-fuel mixture moves to the combustion chamber 2, burns in the combustion chamber 2, and then the exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust port 4.

これらの図面では、この発明に直接関係する吸気側の部材や手段を中心に示し、他の部材等については図示省略している。また、図面では、一つのシリンダのみを示しているが、エンジン1は単気筒であってもよいし、複数のシリンダを備えた多気筒であってもよい。 In these drawings, the members and means on the intake side directly related to the present invention are mainly shown, and other members and the like are not shown. Further, although the drawing shows only one cylinder, the engine 1 may be a single cylinder or a multi-cylinder including a plurality of cylinders.

吸気ポート3の断面形状は、通路の上面3a側と下面3b側とを結ぶ上下方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも小さく設定された、いわゆる横長のオーバル形状となっている。このようなオーバル形状は、吸気ポート3の上流寄りに配置されるインテークマニホールド内の吸気通路から、吸気バルブ5のバルブステム5bがシリンダヘッド1に支持される箇所であるバルブ支持部付近までの区間において継続している。 The cross-sectional shape of the intake port 3 is a so-called horizontally long oval shape in which the maximum diameter in the vertical direction connecting the upper surface 3a side and the lower surface 3b side of the passage is set smaller than the maximum diameter in the width direction orthogonal to the maximum diameter. It has become. Such an oval shape is a section from the intake passage in the intake manifold arranged upstream of the intake port 3 to the vicinity of the valve support portion where the valve stem 5b of the intake valve 5 is supported by the cylinder head 1. Continues at.

吸気ポート3内に配置される燃料噴射装置9は、吸気ポート3の下面3b側から吸気ポート3内の空間に向かって噴射口9aが臨むように配置される。その噴射口9aの弁が開放されることにより、燃料は、図中に矢印で示す吸気流れ方向に沿って下流側へ向かって噴射される。 The fuel injection device 9 arranged in the intake port 3 is arranged so that the injection port 9a faces the space in the intake port 3 from the lower surface 3b side of the intake port 3. When the valve of the injection port 9a is opened, the fuel is injected toward the downstream side along the intake flow direction indicated by the arrow in the figure.

このエンジン1には、吸気に対して水を噴射する2つの水噴射装置10が備えられている。 The engine 1 is provided with two water injection devices 10 that inject water with respect to intake air.

吸気ポート3内には、燃焼室2内に供給される吸気に水を噴射する水噴射装置10が配置されている。この吸気ポート3内の水噴射装置10を、特に、第1水噴射装置11と称する。第1水噴射装置11は、吸気ポート3の上面3a側から吸気ポート3内の空間側へ向かって、供給口11aが指向するように配置されている。その供給口11aから、水は、吸気流れ方向に沿って下流側へ向かって噴射される。 In the intake port 3, a water injection device 10 for injecting water into the intake air supplied to the combustion chamber 2 is arranged. The water injection device 10 in the intake port 3 is particularly referred to as a first water injection device 11. The first water injection device 11 is arranged so that the supply port 11a is directed from the upper surface 3a side of the intake port 3 toward the space side in the intake port 3. From the supply port 11a, water is ejected toward the downstream side along the intake flow direction.

また、燃焼室2内には、燃焼室2内の吸気に直接水を噴射する水噴射装置10が配置されている。この燃焼室2内の水噴射装置10を、特に、第2水噴射装置12と称する。第2水噴射装置12は、燃焼室2の内周壁側から燃焼室2のシリンダ軸心へ向かって、供給口12aが指向するように配置されている。その供給口12aから、水は、燃焼室2内の吸気へ向かって噴射される。 Further, in the combustion chamber 2, a water injection device 10 for directly injecting water into the intake air in the combustion chamber 2 is arranged. The water injection device 10 in the combustion chamber 2 is particularly referred to as a second water injection device 12. The second water injection device 12 is arranged so that the supply port 12a is directed from the inner peripheral wall side of the combustion chamber 2 toward the cylinder axis of the combustion chamber 2. Water is injected from the supply port 12a toward the intake air in the combustion chamber 2.

この実施形態では、第1水噴射装置11及び第2水噴射装置12の各供給口11a,12aから噴射される流体として、水を採用している。吸気に噴射される流体としては、純粋な水以外にも、水と他の物質との混合物、例えば、燃料の燃焼性を抑えるアンチノック剤を含んだ水溶液等を採用することも可能である。これらの第1水噴射装置11及び第2水噴射装置12から噴射される水を含んだ流体を、以下、単に水と称する。水は、エンジン1の周囲や、このエンジン1を搭載する車両のいずれかの箇所に設けられたタンクに充填され、そのタンクからポンプ等によって供給口11a,12aへ送り出される。供給口11a,12aの弁が開放されることにより、その供給口11a,12aから噴射された水は吸気と合流して、燃焼室2内ではそのほとんどが順次気化した状態(水蒸気)となっていく。 In this embodiment, water is adopted as the fluid injected from the supply ports 11a and 12a of the first water injection device 11 and the second water injection device 12. As the fluid injected into the intake air, in addition to pure water, a mixture of water and other substances, for example, an aqueous solution containing an antiknock agent that suppresses the combustibility of fuel can be adopted. The fluid containing water injected from the first water injection device 11 and the second water injection device 12 is hereinafter simply referred to as water. Water is filled in a tank provided around the engine 1 or at any position of the vehicle on which the engine 1 is mounted, and is sent from the tank to the supply ports 11a and 12a by a pump or the like. When the valves of the supply ports 11a and 12a are opened, the water injected from the supply ports 11a and 12a merges with the intake air, and most of the water is sequentially vaporized (water vapor) in the combustion chamber 2. I will go.

なお、エンジン1は、燃料噴射装置9が吸気ポート3内に設けられたものに限らず、燃料噴射装置9が燃焼室2内に臨むように設けられて、燃焼室2内の吸入空気に燃料を直接噴射する筒内直接噴射式エンジンであってもよい。 The engine 1 is not limited to the one in which the fuel injection device 9 is provided in the intake port 3, but the fuel injection device 9 is provided so as to face the combustion chamber 2 and fuels the intake air in the combustion chamber 2. It may be an in-cylinder direct injection engine that directly injects fuel.

このエンジン1を搭載する車両は、電子制御ユニット20を備えている。電子制御ユニット20は、吸排気バルブ5,6の開閉制御や、燃料噴射装置9による燃料噴射の制御、点火時期の制御等を含む、エンジン1や補機類全般の制御を行うほか、車両に搭載された機器類の制御も行う。 The vehicle equipped with the engine 1 includes an electronic control unit 20. The electronic control unit 20 controls the engine 1 and accessories in general, including opening / closing control of intake / exhaust valves 5 and 6, fuel injection control by the fuel injection device 9, ignition timing control, and the like. It also controls the installed equipment.

また、電子制御ユニット20は、水噴射装置10を構成する第1水噴射装置11及び第2水噴射装置12による水噴射の制御も行う。ここで、電子制御ユニット20は、水噴射装置10による水の噴射量を決定する水噴射量決定手段21と、水噴射装置10による水の噴射を制御する水噴射制御手段22とを備えている。さらに、電子制御ユニット20は、燃焼室2内の気体の温度を推定する燃焼ガス温度推定手段23と、燃焼室2内の気体の比熱比を推定する比熱比推定手段24とを備えている。 The electronic control unit 20 also controls water injection by the first water injection device 11 and the second water injection device 12 that constitute the water injection device 10. Here, the electronic control unit 20 includes a water injection amount determining means 21 for determining the water injection amount by the water injection device 10, and a water injection control means 22 for controlling the water injection by the water injection device 10. .. Further, the electronic control unit 20 includes a combustion gas temperature estimating means 23 for estimating the temperature of the gas in the combustion chamber 2 and a specific heat ratio estimating means 24 for estimating the specific heat ratio of the gas in the combustion chamber 2.

水噴射装置10は、水の噴射形態として、エンジン1の1燃焼サイクル中における吸気行程中、あるいは、吸気行程中及び圧縮行程中に水の噴射を行う第1水噴射Aと、膨張行程中に水の噴射を行う第2水噴射Bが設定される。 The water injection device 10 has, as a water injection form, a first water injection A that injects water during the intake stroke, or during the intake stroke and the compression stroke of the engine 1, and during the expansion stroke. A second water injection B for injecting water is set.

この実施形態では、図2に示すように、排気行程、吸気行程、圧縮行程、膨張行程からなる1燃焼サイクル中において、第1水噴射Aは、吸気行程中にのみ行われているが、この第1水噴射の期間を、吸気行程と圧縮行程に跨る期間に設定してもよい。また、第1水噴射Aの終了時期と第2水噴射Bの開始時期は同時ではなく、第1水噴射Aの期間と第2水噴射Bの期間との間に重複する期間は設定されない。すなわち、第1水噴射Aと第2水噴射Bとの間には、水の噴射が行われない水噴射停止期間が設定されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, the first water injection A is performed only during the intake stroke in one combustion cycle including the exhaust stroke, the intake stroke, the compression stroke, and the expansion stroke. The period of the first water injection may be set to a period straddling the intake stroke and the compression stroke. Further, the end time of the first water injection A and the start time of the second water injection B are not simultaneous, and no overlapping period is set between the period of the first water injection A and the period of the second water injection B. That is, a water injection stop period in which water is not injected is set between the first water injection A and the second water injection B.

また、この実施形態では、図2に示すように、第2水噴射Bは、圧縮行程と膨張行程との境界である圧縮上死点から少し時間が経過した段階で水の噴射を開始しているが、第2水噴射Bの開始時期を圧縮上死点に設定してもよい。なお、第1水噴射A、第2水噴射Bの終了時期は、それぞれ設定された量の水噴射を終えた時期となる。 Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the second water injection B starts water injection at a stage where a little time has passed from the compression top dead center, which is the boundary between the compression stroke and the expansion stroke. However, the start time of the second water injection B may be set to the compression top dead center. The end time of the first water injection A and the second water injection B is the time when the set amounts of water injection are completed.

また、この実施形態では、水噴射装置10として、第1水噴射装置11と第2水噴射装置12の2つの装置を備えており、第1水噴射Aは第1水噴射装置11によって行われ、第2水噴射Bは第2水噴射装置12によって行われている。また、第2水噴射装置12の噴射圧は、第1水噴射装置11の噴射圧よりも高圧に設定されている。 Further, in this embodiment, the water injection device 10 includes two devices, a first water injection device 11 and a second water injection device 12, and the first water injection A is performed by the first water injection device 11. , The second water injection B is performed by the second water injection device 12. Further, the injection pressure of the second water injection device 12 is set to be higher than the injection pressure of the first water injection device 11.

吸気への燃料の噴射に関しては、図2に示すように、吸気行程中に行う第1燃料噴射Cと、圧縮行程中に行う第2燃料噴射Dとを行う分割噴射の態様としているが、燃料の噴射形態に関しては、この分割噴射には限定されない。例えば、分割噴射を行わずに、吸気行程中にのみ燃料噴射を行う態様、吸気行程から圧縮行程に跨って連続的に燃料噴射を行う態様等も考えられる。 Regarding the injection of fuel into the intake air, as shown in FIG. 2, the mode of the divided injection is such that the first fuel injection C performed during the intake stroke and the second fuel injection D performed during the compression stroke are performed. The injection form of the above is not limited to this divided injection. For example, a mode in which fuel injection is performed only during the intake stroke without performing split injection, a mode in which fuel injection is continuously performed from the intake stroke to the compression stroke, and the like can be considered.

この発明の第1の制御例を説明する。ここで、燃料と空気との混合比率である空燃比が、燃料が理論上完全燃焼する最適な値(1:14.7)である運転領域を、理論空燃比によるストイキ運転領域と称し、ストイキ運転領域での運転をストイキ運転と称する。 The first control example of this invention will be described. Here, the operating region in which the air-fuel ratio, which is the mixing ratio of fuel and air, is the optimum value (1: 14.7) in which the fuel is theoretically completely combusted is referred to as the stoichiometric operating region based on the stoichiometric air-fuel ratio. Driving in the driving area is called stoichiometric driving.

第1の制御例において、水噴射量決定手段21は、ストイキ運転領域よりもリッチ側で運転されている状態、すなわち、リッチ運転時において、ストイキ運転に移行するために必要な点火時期進角を得るための水の噴射量、すなわち第1水噴射量を決定する。第1水噴射量は、その時点での運転条件、例えば、エンジン回転数や負荷から算出される。エンジン回転数や負荷等の運転条件と、ストイキ運転に移行するために必要な点火時期進角の量、必要な第1水噴射量との関係は、電子制御ユニット20がマップ等の情報を保持している。この決定された第1水噴射量は、第1水噴射Aによって吸気中に噴射される。第1水噴射Aを行えば、特に、高負荷運転領域において、燃焼室2内の温度の低下によってノッキングの発生が抑制されることから、点火時期進角の制御が可能となる。 In the first control example, the water injection amount determining means 21 is operating on the rich side of the stoichiometric operation region, that is, in the rich operation, the ignition timing advance angle required for shifting to the stoichiometric operation is determined. The injection amount of water for obtaining, that is, the first water injection amount is determined. The first water injection amount is calculated from the operating conditions at that time, for example, the engine speed and the load. The electronic control unit 20 holds information such as a map regarding the relationship between operating conditions such as engine speed and load, the amount of ignition timing advance required to shift to stoichiometric operation, and the required first water injection amount. doing. The determined first water injection amount is injected into the intake air by the first water injection A. When the first water injection A is performed, the occurrence of knocking is suppressed due to the decrease in the temperature in the combustion chamber 2, especially in the high load operation region, so that the ignition timing advance can be controlled.

なお、制御の目標となる空燃比が理論空燃比(1:14.7)である場合に、実際の空燃比が理論空燃比からどれだけ離れているかを示す指標として、標準化した空燃比λ(ラムダ)が使用される。ここで、
標準化空燃比λ=(実際に供給される空燃比)/(理論的に必要な空燃比)である。このため、実際に供給される空燃比が理論空燃比の状態で、標準化空燃比λ=1である。また、ストイキ運転に移行するための制御に関し、標準化空燃比λ=0.97〜1.03の領域をラムダウインドウと称し、標準化空燃比λをこのラムダウインドウの範囲内に収めるよう、電子制御ユニット20は、排気通路に設けたOセンサ(ラムダセンサ)からの情報を活用して、その制御を行っている。
When the air-fuel ratio that is the target of control is the stoichiometric air-fuel ratio (1: 14.7), the standardized air-fuel ratio λ (as an index showing how far the actual air-fuel ratio is from the stoichiometric air-fuel ratio). Lambda) is used. here,
The standardized air-fuel ratio λ = (actually supplied air-fuel ratio) / (theoretical required air-fuel ratio). Therefore, the air-fuel ratio actually supplied is the stoichiometric air-fuel ratio, and the standardized air-fuel ratio λ = 1. Further, regarding the control for shifting to the stoichiometric operation, the region of the standardized air-fuel ratio λ = 0.97 to 1.03 is called a lambda window, and the electronic control unit is set so that the standardized air-fuel ratio λ is within the range of this lambda window. Reference numeral 20 denotes a control thereof utilizing information from an O 2 sensor (lambda sensor) provided in the exhaust passage.

つぎに、燃焼ガス温度推定手段23は、第1水噴射量に相当する水の噴射によって得られる燃焼ガスの温度低減量を推定する。燃焼ガスの温度低減量は、その時の運転条件、例えば、エンジン回転数、吸入空気量、吸入空気温度等の変数から理論的に算出することができる。あるいは、その形式と同型のエンジンを用いた実験で実験式等を作成しておき、その実験式に基づいて上記各変数から算出してもよい。そして、比熱比推定手段24は、燃焼ガスの温度低減量に相当する燃焼ガスの温度変化によって得られる燃焼ガスの比熱比増大量を推定する。燃焼ガスの温度変化と燃焼ガスの比熱比増大量との関係も同様に、その時の運転条件から理論的に算出してもよいし、実験式等に基づいて算出してもよい。これらの第1水噴射量とその水噴射に伴う燃焼ガスの温度低減量との関係、及び、燃焼ガスの温度変化と燃焼ガスの比熱比増大量との関係は、それぞれ電子制御ユニット20がマップ等の情報を保持している。 Next, the combustion gas temperature estimating means 23 estimates the temperature reduction amount of the combustion gas obtained by injecting water corresponding to the first water injection amount. The amount of temperature reduction of the combustion gas can be theoretically calculated from variables such as the operating conditions at that time, for example, the engine speed, the intake air amount, and the intake air temperature. Alternatively, an empirical formula or the like may be created by an experiment using an engine of the same type as the type, and the calculation may be performed from the above variables based on the empirical formula. Then, the specific heat ratio estimating means 24 estimates the specific heat ratio increase amount of the combustion gas obtained by the temperature change of the combustion gas corresponding to the temperature reduction amount of the combustion gas. Similarly, the relationship between the temperature change of the combustion gas and the amount of increase in the specific heat ratio of the combustion gas may be calculated theoretically from the operating conditions at that time, or may be calculated based on an empirical formula or the like. The electronic control unit 20 maps the relationship between the first water injection amount and the temperature reduction amount of the combustion gas accompanying the water injection, and the relationship between the temperature change of the combustion gas and the specific heat ratio increase amount of the combustion gas. Etc. are held.

ここで、水噴射量決定手段21は、推定された比熱比増大量が予め決められた所定値未満である場合に、その比熱比増大量を所定値以上とするために必要な第2水噴射Bによる水の噴射量、すなわち第2水噴射量を決定する。第2水噴射量は、その時点での運転条件、例えば、エンジン回転数や負荷から算出される。エンジン回転数や負荷等の運転条件と、必要な第2水噴射量との関係は、電子制御ユニット20がマップ等の情報を保持している。この決定された第2水噴射量は、第2水噴射Bによって吸気中に噴射される。第2水噴射Bを行えば、比熱比κの増大により熱効率の向上を図ることができる。 Here, the water injection amount determining means 21 is a second water injection required to increase the specific heat ratio increase amount to a predetermined value or more when the estimated specific heat ratio increase amount is less than a predetermined value. The amount of water injected by B, that is, the amount of second water injected is determined. The second water injection amount is calculated from the operating conditions at that time, for example, the engine speed and the load. The electronic control unit 20 holds information such as a map regarding the relationship between the operating conditions such as the engine speed and the load and the required second water injection amount. The determined second water injection amount is injected into the intake air by the second water injection B. If the second water injection B is performed, the thermal efficiency can be improved by increasing the specific heat ratio κ.

ここで、比熱比増大量に関する所定値として、例えば、水の噴射によって生じる比熱比κの増大量Δκ=0.1を採用できる。第1水噴射Aによる比熱比κの増大量Δκが0.1未満である場合は、膨張行程における第2水噴射Bを行い、さらに比熱比の増大を図る。第2水噴射Bは燃焼には影響しないので、水の噴射による失火等の問題は発生しない。また、第1水噴射Aのみで燃焼ガスの比熱比の増大効果が十分に得られる場合は(所定値以上である場合は)、第2水噴射Bは行わない。これにより、必要以上に水を噴射することによる水消費量の増大、水タンク内の水不足を防止できる。 Here, as a predetermined value regarding the amount of increase in the specific heat ratio, for example, the amount of increase in the specific heat ratio κ caused by the injection of water Δκ = 0.1 can be adopted. When the amount of increase Δκ of the specific heat ratio κ by the first water injection A is less than 0.1, the second water injection B in the expansion stroke is performed to further increase the specific heat ratio. Since the second water injection B does not affect combustion, problems such as misfire due to water injection do not occur. Further, when the effect of increasing the specific heat ratio of the combustion gas can be sufficiently obtained only by the first water injection A (when it is equal to or more than a predetermined value), the second water injection B is not performed. As a result, it is possible to prevent an increase in water consumption and a shortage of water in the water tank due to spraying water more than necessary.

ちなみに、吸気行程や圧縮行程の第1水噴射Aにおいて水を噴射し過ぎると、燃焼悪化による失火が発生し、トルク低下やドラビリ悪化に繋がるため、運転状態に応じて設定された量に基づく適切な噴射量の制御が求められる。これに対し、膨張行程における第2水噴射Bでは、水の噴射が燃焼に及ぼす影響が少ない。このため、仮に、第1水噴射Aで燃焼限界まで水を噴射していたとしても、第2水噴射Bで、燃焼悪化を招くことなく水噴射の増大が可能である。これにより、比熱比の増大を促進してさらなる燃費改善を図ることができる。 By the way, if too much water is injected in the first water injection A of the intake stroke or the compression stroke, misfire occurs due to deterioration of combustion, which leads to a decrease in torque and deterioration of drivability. Therefore, it is appropriate based on the amount set according to the operating condition. Control of the injection amount is required. On the other hand, in the second water injection B in the expansion stroke, the influence of the water injection on the combustion is small. Therefore, even if the first water injection A injects water to the combustion limit, the second water injection B can increase the water injection without causing deterioration of combustion. As a result, it is possible to promote an increase in the specific heat ratio and further improve fuel efficiency.

なお、第2水噴射Bによって噴射される第2水噴射量は、第1水噴射Aによって比熱比の増大が所定値以上得られない場合に、その追加噴射によって比熱比の増大(燃焼ガスの温度低下)が十分に為されると期待できる程度を下限の量とする。また、水消費量を抑制するために、必要以上の水噴射を回避することを目的として、エンジン回転数及び負荷等の運転条件に基づいて、マップ等からその上限の量を決定する。ここで、運転状態が高負荷高回転であるほど、水噴射量は多くなる。 The second water injection amount injected by the second water injection B increases the specific heat ratio (combustion gas) by the additional injection when the increase in the specific heat ratio cannot be obtained by the first water injection A by a predetermined value or more. The lower limit is the amount that can be expected to be sufficiently reduced (temperature drop). Further, in order to suppress water consumption, the upper limit amount is determined from a map or the like based on operating conditions such as engine speed and load for the purpose of avoiding unnecessary water injection. Here, the higher the load and the higher the rotation speed, the larger the water injection amount.

図3(a)(b)は、必要な点火時期進角を得るのに対応する第1水噴射量を決定するためのマップ(グラフ)の例である。 FIGS. 3A and 3B are examples of a map (graph) for determining the first water injection amount corresponding to obtain the required ignition timing advance angle.

図3(a)は、特に、いわゆる全域ストイキ運転化(全域λ=1運転化)のため必要な点火進角量マップである。図中に矢印で示されたポイントは、その時点での運転状態におけるエンジン回転数(横軸)とエンジン負荷(縦軸)に対応する点であり、そのポイントが予め設定された多数の進角量ラインのうち、どの進角量ライン上にあるかによって、必要な進角量を読み取ることができる。図中には、示されたポイントに対応する1つの進角量ラインを記載している。ここで決定された点火進角量は、第1水噴射Aの実施によって得られるものである。 FIG. 3A is an ignition advance amount map required for so-called whole area stoichiometric operation (entire area λ = 1 operation). The points indicated by the arrows in the figure correspond to the engine speed (horizontal axis) and engine load (vertical axis) in the operating state at that time, and the points correspond to a large number of preset advance angles. The required advance amount can be read depending on which advance amount line is on the amount line. In the figure, one advance amount line corresponding to the indicated point is described. The ignition advance amount determined here is obtained by carrying out the first water injection A.

図3(b)は、水噴射率(Mw/Mf)と可能点火進角量の関係を示すマップである。ここで、Mw:水噴射質量流量、Mf:燃料質量流量としている。ここでは、1次元マップを採用しているが、エンジン回転数によって異なる複数のマップを備えた2次元マップとすることもできる。図中に横軸で示す水噴射率は、運転状態に応じて決まる要求点火進角量、すなわち、図中に縦軸で示す進角量に基づいて決定される。ここで決定された水噴射率は、第1水噴射Aに対応するものであるので、この水噴射率(Mw/Mf)に燃料噴射量(Mf:燃料質量流量)を掛ければ、第1水噴射量を決定することができる。 FIG. 3B is a map showing the relationship between the water injection rate (Mw / Mf) and the possible ignition advance amount. Here, Mw: water injection mass flow rate and Mf: fuel mass flow rate. Here, a one-dimensional map is adopted, but a two-dimensional map including a plurality of maps that differ depending on the engine speed can also be used. The water injection rate shown on the horizontal axis in the figure is determined based on the required ignition advance amount determined according to the operating state, that is, the advance angle amount shown on the vertical axis in the figure. Since the water injection rate determined here corresponds to the first water injection A, if this water injection rate (Mw / Mf) is multiplied by the fuel injection amount (Mf: fuel mass flow rate), the first water The injection amount can be determined.

また、図4〜図6を用いて、第1水噴射Aの第1水噴射量では不足している分の比熱比の変化量及びそれに対応する温度低減幅を求め、この温度低減幅を得るのに必要な第2水噴射Bの第2水噴射量を決定してもよい。 Further, with reference to FIGS. 4 to 6, the amount of change in the specific heat ratio and the corresponding temperature reduction range are obtained for the amount of the first water injection amount of the first water injection A that is insufficient, and this temperature reduction range is obtained. The second water injection amount of the second water injection B required for the above may be determined.

図4(a)〜(e)の各上段は、既燃ガスに含まれる各種気体成分の比熱比の温度に対するマップ(グラフ)である。図4(a)〜(e)の各下段は、同じく各種成分の空燃比とモル分率の関係のマップ(グラフ)である。図4(a)は二酸化炭素(CO)、図4(b)は水(HO)、図4(c)は窒素(N)、図4(d)は酸素(O)、図4(e)は一酸化炭素(CO)を示している。 The upper part of each of FIGS. 4A to 4E is a map (graph) with respect to the temperature of the specific heat ratio of various gas components contained in the burnt gas. The lower part of each of FIGS. 4A to 4E is a map (graph) of the relationship between the air-fuel ratio and the mole fraction of various components. FIG. 4 (a) shows carbon dioxide (CO 2 ), FIG. 4 (b) shows water (H 2 O), FIG. 4 (c) shows nitrogen (N 2 ), and FIG. 4 (d) shows oxygen (O 2 ). FIG. 4 (e) shows carbon monoxide (CO).

ここで、図4(a)〜(e)の下段のマップを用いて、その時点での空燃比に基づいて、既燃ガスに含まれる各種気体成分のモル分率を読み取り、その各種気体成分のモル分率から、既燃ガスの平均の比熱比を算出する。平均の比熱比は、図4(a)〜(e)の上段のマップを用いて、各気体成分を構成する分子の比熱比κの温度に対する変化特性と、前述の各気体成分のモル分率に基づいて算出することができる。 Here, using the lower maps of FIGS. 4A to 4E, the mole fractions of various gas components contained in the burned gas are read based on the air-fuel ratio at that time, and the various gas components are read. The average specific heat ratio of the burnt gas is calculated from the mole fraction of. The average specific heat ratio is determined by using the upper map of FIGS. 4A to 4E, the change characteristics of the specific heat ratio κ of the molecules constituting each gas component with respect to temperature, and the mole fraction of each gas component described above. Can be calculated based on.

そして、求められる比熱比増大量の所定値に対して、第1水噴射Aでは不足している分の比熱比増大量(第2水噴射Bでの比熱比の必要増大量)に対応した温度低減幅(第2水噴射Bでの必要温度低減幅)を求め、この温度低減幅を得られる第2水噴射量を、平均の比熱比に基づく水噴射量と気化熱の関係から決定することができる。なお、マップ数の削減のため、平均の比熱比に代えて、空気の比熱比を用いてもよい。 Then, with respect to the predetermined value of the required specific heat ratio increase amount, the temperature corresponding to the specific heat ratio increase amount (necessary increase amount of the specific heat ratio in the second water injection B) that is insufficient in the first water injection A. The reduction width (required temperature reduction width in the second water injection B) is obtained, and the second water injection amount at which this temperature reduction width can be obtained is determined from the relationship between the water injection amount based on the average specific heat ratio and the heat of vaporization. Can be done. In order to reduce the number of maps, the specific heat ratio of air may be used instead of the average specific heat ratio.

つぎに、第2の制御例を説明する。 Next, a second control example will be described.

第2の制御例においては、水噴射量決定手段21は、リッチ運転時においてストイキ運転に移行するために必要な点火時期進角を得るために必要な1燃焼サイクル中における水噴射量を第1水噴射Aとして決定している。 In the second control example, the water injection amount determining means 21 first determines the water injection amount in one combustion cycle required to obtain the ignition timing advance required for shifting to the stoichiometric operation during the rich operation. It is determined as water injection A.

そして、第1水噴射Aでは、ストイキ運転化に必要な量の水噴射を行う。そして、運転条件に応じて1燃焼サイクル当たりで最大限供給可能な水噴射総量を算出する。すなわち、1燃焼サイクル当たりでこの噴射装置の機能上噴射できる最大限の量が水噴射総量である。そして、膨張行程での第2水噴射Bでは、第1水噴射Aにより噴射される第1水噴射量が水噴射総量よりも少ない場合に、水噴射総量と第1水噴射量との差に相当する第2水噴射量の水の噴射を行う。つまり、第2水噴射量は、水噴射総量と第1水噴射量との差(水噴射総量>第1水噴射量)で決定される。 Then, in the first water injection A, the amount of water required for the stoichiometric operation is injected. Then, the total amount of water injection that can be supplied to the maximum per combustion cycle is calculated according to the operating conditions. That is, the maximum amount that can be injected due to the function of this injection device per combustion cycle is the total amount of water injection. Then, in the second water injection B in the expansion stroke, when the first water injection amount injected by the first water injection A is smaller than the total water injection amount, the difference between the total water injection amount and the first water injection amount A corresponding second water injection amount of water is injected. That is, the second water injection amount is determined by the difference between the total water injection amount and the first water injection amount (total water injection amount> first water injection amount).

すなわち、第2の制御例では、運転条件に応じて1燃焼サイクル当たりで最大限供給可能な水噴射総量を算出するとともに、ストイキ運転化に必要な点火時期進角を得るための第1水噴射量を算出し、第1水噴射Aで噴射される第1水噴射量が水噴射総量より少ない場合は、その差分を、追加の第2水噴射Bとして噴射を行うものである。 That is, in the second control example, the total amount of water injection that can be supplied to the maximum per combustion cycle is calculated according to the operating conditions, and the first water injection for obtaining the ignition timing advance required for the stoichiometric operation is obtained. When the amount is calculated and the amount of the first water injection injected by the first water injection A is smaller than the total amount of water injection, the difference is used as the additional second water injection B for injection.

上記の実施形態では、エンジン1は、燃焼室2内に供給される吸気に水を噴射する2つの水噴射装置10;11,12が備えられている構成としている。また、膨張行程における第2水噴射Bにおける水の噴射量を増大する目的で、第2水噴射Bは、高圧の筒内噴射弁(第2水噴射装置12)によるものとしている。また、吸気行程や圧縮行程における第1水噴射Aは、吸気ポート3に配置した低圧のポート噴射弁(第1水噴射装置11)によるものとしている。第2水噴射Bを第1水噴射Aよりも高圧の噴射とすることで、膨張行程での第2水噴射Bでは比熱比の変化が瞬時に行われ、熱損失低減による燃費向上効果がさらに高くなる。また、吸気行程や圧縮行程での第1水噴射Aを低圧の噴射とすることで、水が燃焼室2の内壁面に付着することを回避し、水噴射による吸気温度低減効果をより効率的に得ることが可能となる。 In the above embodiment, the engine 1 is provided with two water injection devices 10; 11 and 12 that inject water into the intake air supplied into the combustion chamber 2. Further, for the purpose of increasing the amount of water injected in the second water injection B in the expansion stroke, the second water injection B is based on a high-pressure in-cylinder injection valve (second water injection device 12). Further, the first water injection A in the intake stroke and the compression stroke is based on the low pressure port injection valve (first water injection device 11) arranged in the intake port 3. By making the second water injection B a higher pressure injection than the first water injection A, the specific heat ratio is instantly changed in the second water injection B in the expansion stroke, and the fuel efficiency improvement effect by reducing the heat loss is further improved. It gets higher. Further, by making the first water injection A in the intake stroke or the compression stroke a low pressure injection, it is possible to prevent water from adhering to the inner wall surface of the combustion chamber 2, and the intake temperature reduction effect by the water injection is more efficient. It becomes possible to obtain.

ただし、上記の第2水噴射Bを高圧の噴射、第1水噴射Aを低圧の噴射とすることによる効果、あるいは、第2水噴射Bを筒内噴射弁による噴射、第1水噴射Aをポート噴射弁による噴射とすることによる効果を望まない場合は、この実施形態には限定されず、第1水噴射A及び第2水噴射Bを単一の水噴射装置10で行ってもよい。このとき、第1水噴射A及び第2水噴射Bをそれぞれ低圧の噴射としてもよいし、それぞれ高圧の噴射としてもよい。また、第1水噴射A及び第2水噴射Bをそれぞれ筒内噴射弁による噴射としてもよいし、それぞれポート噴射弁による噴射としてもよい。 However, the effect of making the second water injection B a high pressure injection and the first water injection A a low pressure injection, or the second water injection B being injected by an in-cylinder injection valve and the first water injection A When the effect of the injection by the port injection valve is not desired, the first water injection A and the second water injection B may be performed by a single water injection device 10 without being limited to this embodiment. At this time, the first water injection A and the second water injection B may be low-pressure injections or high-pressure injections, respectively. Further, the first water injection A and the second water injection B may be injected by the in-cylinder injection valve, respectively, or may be injected by the port injection valve, respectively.

以上、この発明の一実施形態について説明したが、本発明の範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be applied.

1 エンジン
2 燃焼室
3 吸気ポート
4 排気ポート
7 点火装置
9 燃料噴射装置
10 水噴射装置
11 第1水噴射装置
12 第2水噴射装置
20 電子制御ユニット
21 水噴射量決定手段
22 水噴射制御手段
23 燃焼ガス温度推定手段
24 比熱比推定手段
A 第1水噴射
B 第2水噴射
1 Engine 2 Combustion chamber 3 Intake port 4 Exhaust port 7 Ignition device 9 Fuel injection device 10 Water injection device 11 First water injection device 12 Second water injection device 20 Electronic control unit 21 Water injection amount determining means 22 Water injection control means 23 Combustion gas temperature estimation means 24 Specific heat ratio estimation means A First water injection B Second water injection

Claims (5)

エンジンの燃焼室に接続される吸気ポート及び排気ポートと、
前記燃焼室内に供給される吸気に燃料を噴射する燃料噴射装置と、
前記燃料を燃焼させるための点火用火花を発生する点火装置と、
前記吸気に水を噴射する水噴射装置と、
前記水噴射装置による水の噴射量を決定する水噴射量決定手段と、
前記水噴射装置による水の噴射を制御する水噴射制御手段と、
を備え、
前記水噴射装置は、前記エンジンの1燃焼サイクル中における吸気行程中あるいは吸気行程中及び圧縮行程中に水の噴射を行う第1水噴射と、膨張行程中に水の噴射を行う第2水噴射が設定されるエンジンの制御装置。
Intake and exhaust ports connected to the combustion chamber of the engine,
A fuel injection device that injects fuel into the intake air supplied to the combustion chamber,
An ignition device that generates an ignition spark for burning the fuel,
A water injection device that injects water into the intake air,
A water injection amount determining means for determining the water injection amount by the water injection device,
A water injection control means for controlling the injection of water by the water injection device,
With
The water injection device has a first water injection that injects water during an intake stroke, an intake stroke, and a compression stroke in one combustion cycle of the engine, and a second water injection that injects water during an expansion stroke. The engine control device that is set.
前記第1水噴射は、前記吸気行程中にのみ行われる請求項1に記載のエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 1, wherein the first water injection is performed only during the intake stroke. 前記水噴射装置は、前記吸気ポート内に水を噴射する第1水噴射装置と、前記燃焼室内に直接水を噴射する第2水噴射装置と、を備え、
前記第1水噴射は前記第1水噴射装置によって行い、前記第2水噴射は前記第2水噴射装置によって行う請求項1又は2に記載のエンジンの制御装置。
The water injection device includes a first water injection device that injects water into the intake port and a second water injection device that directly injects water into the combustion chamber.
The engine control device according to claim 1 or 2, wherein the first water injection is performed by the first water injection device, and the second water injection is performed by the second water injection device.
前記燃焼室内の気体の温度を推定する燃焼ガス温度推定手段と、
前記燃焼室内の気体の比熱比を推定する比熱比推定手段と、を備え、
前記水噴射量決定手段は、リッチ運転時においてストイキ運転に移行するために必要な点火時期進角を得るための前記1燃焼サイクル中における水噴射量を前記第1水噴射による水の噴射量である第1水噴射量として決定し、
前記燃焼ガス温度推定手段は、前記第1水噴射量に相当する水の噴射によって得られる燃焼ガスの温度低減量を推定し、
前記比熱比推定手段は、前記温度低減量に相当する燃焼ガスの温度変化によって得られる燃焼ガスの比熱比増大量を推定し、
前記水噴射量決定手段は、前記比熱比増大量が所定値未満である場合に前記比熱比増大量を前記所定値以上とするために必要な前記第2水噴射による水の噴射量である第2水噴射量を決定する請求項1〜3の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。
A combustion gas temperature estimating means for estimating the temperature of the gas in the combustion chamber,
A specific heat ratio estimating means for estimating the specific heat ratio of the gas in the combustion chamber is provided.
The water injection amount determining means sets the water injection amount in the one combustion cycle for obtaining the ignition timing advance required for shifting to the stoichiometric operation in the rich operation by the water injection amount by the first water injection. Determined as a certain first water injection amount,
The combustion gas temperature estimating means estimates the temperature reduction amount of the combustion gas obtained by injecting water corresponding to the first water injection amount, and estimates the temperature reduction amount of the combustion gas.
The specific heat ratio estimating means estimates the specific heat ratio increase amount of the combustion gas obtained by the temperature change of the combustion gas corresponding to the temperature reduction amount.
The water injection amount determining means is the injection amount of water by the second water injection required to make the specific heat ratio increase amount equal to or more than the predetermined value when the specific heat ratio increase amount is less than a predetermined value. 2. The engine control device according to any one of claims 1 to 3 for determining a water injection amount.
前記水噴射量決定手段は、リッチ運転時においてストイキ運転に移行するために必要な点火時期進角を得るための前記1燃焼サイクル中における水噴射量を前記第1水噴射による水の噴射量である第1水噴射量として決定し、運転条件に応じて前記1燃焼サイクル当たりで最大限供給可能な水噴射総量を算出し、前記第1水噴射量が前記水噴射総量より少ない場合は、前記第2水噴射による水の噴射量として前記水噴射総量と前記第1水噴射量との差に相当する第2水噴射量を決定する請求項1〜3の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The water injection amount determining means sets the water injection amount in the one combustion cycle for obtaining the ignition timing advance required for shifting to the stoichiometric operation in the rich operation by the water injection amount by the first water injection. It is determined as a certain first water injection amount, the total amount of water injection that can be supplied to the maximum per one combustion cycle is calculated according to the operating conditions, and when the first water injection amount is smaller than the total water injection amount, the said The engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the second water injection amount corresponding to the difference between the total water injection amount and the first water injection amount is determined as the water injection amount by the second water injection. Control device.
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