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WO2010095258A1 - 内燃機関 - Google Patents

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WO2010095258A1
WO2010095258A1 PCT/JP2009/053155 JP2009053155W WO2010095258A1 WO 2010095258 A1 WO2010095258 A1 WO 2010095258A1 JP 2009053155 W JP2009053155 W JP 2009053155W WO 2010095258 A1 WO2010095258 A1 WO 2010095258A1
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WO
WIPO (PCT)
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cetane number
internal combustion
combustion engine
fuel
exhaust
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2009/053155
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
橋詰　剛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to PCT/JP2009/053155 priority Critical patent/WO2010095258A1/ja
Publication of WO2010095258A1 publication Critical patent/WO2010095258A1/ja
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    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine.
  • a technique is known that detects the cetane number of fuel and reduces the HC emission amount by increasing the swirl ratio or advancing the fuel injection timing when the cetane number is low (for example, Patent Documents). 1).
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to suppress misfire due to a change in the cetane number of the fuel.
  • the internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is, the internal combustion engine according to the present invention is Cetane number detection means for detecting the cetane number of the fuel; Swirl ratio changing means for changing the swirl ratio in the cylinder; When the cetane number detected by the cetane number detection means is lower than a reference value, swirl ratio control means for lowering the swirl ratio than when it is high, It is characterized by providing.
  • the reference value can be the lower limit of the cetane number that can suppress misfire.
  • the reference value may be set with a certain margin.
  • the internal combustion engine according to the present invention may employ the following means. That is, the internal combustion engine according to the present invention is Cetane number detection means for detecting the cetane number of the fuel; An injection valve for injecting fuel into the cylinder; When the cetane number detected by the cetane number detection means is lower than a reference value, the injection timing control means for changing the timing of injecting the fuel into the cylinder to the compression stroke top dead center side than when it is high; It is good also as providing.
  • the injection timing when fuel is injected before the compression stroke top dead center, the injection timing is delayed toward the compression stroke top dead center, and when fuel is injected after the compression stroke top dead center, the injection timing is compressed. Advance toward the top dead center of the journey. At the top dead center of the compression stroke, the temperature in the cylinder becomes the highest before the combustion of the fuel, so that the fuel is easily combusted. That is, by bringing the fuel injection timing closer to the top dead center of the compression stroke, fuel is injected when the temperature is higher, so misfire can be suppressed.
  • the internal combustion engine according to the present invention may employ the following means. That is, the internal combustion engine according to the present invention is Cetane number detection means for detecting the cetane number of the fuel; A variable valve mechanism that changes the valve overlap; When the cetane number detected by the cetane number detection means is lower than a reference value, valve overlap control means for making the valve overlap longer than when it is high, It is good also as providing.
  • the internal combustion engine according to the present invention may employ the following means. That is, the internal combustion engine according to the present invention is Cetane number detection means for detecting the cetane number of the fuel; Exhaust pressure changing means for changing the pressure of the exhaust; When the cetane number detected by the cetane number detection means is lower than a reference value, an exhaust pressure control means for increasing the pressure of the exhaust than when it is high, It is good also as providing.
  • the exhaust pressure changing means includes an exhaust throttle valve that changes the cross-sectional area of the exhaust passage of the internal combustion engine,
  • the exhaust pressure control means may reduce the opening of the exhaust throttle valve when the cetane number detected by the cetane number detection means is lower than a reference value than when it is higher.
  • the exhaust pressure changing means includes a variable capacity turbocharger that changes the flow rate of the exhaust gas blown to the turbine to change the opening degree of the nozzle vane so that the supercharging pressure becomes a desired pressure.
  • the exhaust pressure control means may make the opening degree of the nozzle vane smaller when the cetane number detected by the cetane number detection means is lower than a reference value than when it is higher.
  • An EGR device that connects the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine and introduces a part of the exhaust as EGR gas into the intake passage; EGR gas amount control means for reducing the amount of EGR gas when the cetane number detected by the cetane number detection means is lower than a reference value, than when it is high; May be provided.
  • the exhaust gas recirculated by the EGR device is hereinafter referred to as external EGR gas.
  • external EGR gas The exhaust gas recirculated by the EGR device.
  • the engine temperature detection means for detecting the temperature of the internal combustion engine is provided,
  • the swirl ratio control means may reduce the degree of lowering the swirl ratio as the temperature of the internal combustion engine is higher.
  • the temperature in the cylinder rises due to heat from the internal combustion engine. For this reason, the temperature in the cylinder can be increased by increasing the heat transfer coefficient on the cylinder wall surface. That is, by reducing the degree of lowering the swirl ratio and increasing the heat transfer coefficient, the temperature in the cylinder can be increased, and misfire can be suppressed.
  • the temperature of the internal combustion engine may be, for example, the temperature of cooling water or the temperature of lubricating oil.
  • the swirl ratio control means can bring the swirl ratio close to 0 when the cetane number detected by the cetane number detection means is lower than a reference value.
  • an injection valve for injecting fuel into the cylinder;
  • An injection pressure control means for lowering the pressure of the fuel injected from the injection valve when the cetane number detected by the cetane number detection means is lower than a reference value, than when it is high; Can be provided.
  • the diffusion of fuel can be suppressed by reducing the pressure of the fuel injected from the injection valve, an air-fuel mixture with a higher fuel concentration can be formed. Moreover, since the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface is reduced, it is possible to suppress the fuel from being mixed with the lubricating oil. Furthermore, since the temperature drop of the fuel can be suppressed, the ignition delay can be shortened.
  • the internal combustion engine according to the present invention can suppress misfire due to a change in the cetane number of the fuel.
  • 1 is a longitudinal sectional view illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment. It is the figure which showed the relationship between a cetane number and a swirl ratio.
  • 3 is a flowchart showing a control flow of a swirl according to the first embodiment. It is the figure which showed the relationship between the cooling water temperature of an internal combustion engine, and a swirl ratio. It is the figure which showed the relationship between a cetane number and the injection pressure of fuel. It is the figure which showed the relationship between a cetane number and internal EGR gas amount. It is the figure which showed the relationship between a cetane number and the amount of external EGR gas.
  • It is sectional drawing which shows the structure of a variable capacity type
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing a schematic configuration of the internal combustion engine 1 according to the present embodiment.
  • 1 is a longitudinal sectional view
  • FIG. 2 is a transverse sectional view.
  • the internal combustion engine 1 in order to display the internal combustion engine 1 simply, some components are not shown.
  • the internal combustion engine 1 includes four cylinders 2, only one cylinder is shown in FIG.
  • the internal combustion engine 1 is, for example, a diesel engine.
  • An intake branch pipe 41 is connected to the cylinder head 10 of the internal combustion engine 1.
  • Two intake branch pipes 41 are connected to each cylinder, and each intake manifold 41 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port 3. Inflow of intake air into the cylinder 2 is controlled by an intake valve 5.
  • Two intake valves 5 are provided for each cylinder 2. The intake valve 5 is opened and closed by the intake side valve mechanism 23.
  • Each intake branch pipe 41 is connected to a surge tank 42.
  • An intake pipe 43 that leads to the atmosphere is connected to the surge tank 42.
  • the intake port 3, the intake branch pipe 41, the surge tank 42, and the intake pipe 43 are collectively referred to as an intake passage 4.
  • a compressor housing 51 of a turbocharger 50 that operates using exhaust energy as a drive source is provided.
  • An intake pipe 43 upstream of the compressor housing 51 is provided with a throttle 16 that adjusts the amount of intake air flowing through the intake pipe 43.
  • An air flow meter 95 that outputs a signal corresponding to the amount of air flowing through the intake pipe 43 is attached to the intake pipe 43 upstream of the throttle 16. The air flow meter 95 measures the intake air amount of the internal combustion engine 1.
  • one intake branch pipe 41 of each cylinder 2 is provided with an intake control valve 17 that adjusts the amount of intake air flowing through the intake branch pipe 41.
  • the opening degree of the intake control valve 17 is reduced, the amount of intake air flowing through the intake branch pipe 41 provided with the intake control valve 17 is reduced. A large amount of air flows into the cylinder 2 from the other intake branch pipe 41, so that the air swirls within the cylinder 2 and the swirl ratio increases. Conversely, increasing the opening of the intake control valve 17 reduces the swirl ratio.
  • the intake control valve 17 corresponds to the swirl ratio changing means in the present invention.
  • an exhaust pipe 8 is connected to the internal combustion engine 1.
  • the exhaust pipe 8 communicates with the combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port 7 provided in the cylinder head 10.
  • the exhaust of gas to the outside of the cylinder 2 is controlled by the exhaust valve 9.
  • the exhaust valve 9 is opened and closed by an exhaust side valve mechanism 26.
  • Each cylinder 2 is provided with two exhaust valves 9.
  • a turbine housing 52 of the turbocharger 50 is provided in the middle of the exhaust pipe 8.
  • the exhaust pipe 8 downstream of the turbine housing 52 is provided with an exhaust throttle valve 18 that adjusts the amount of exhaust flowing through the exhaust pipe 8.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an EGR device 30 that recirculates a part of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 8 (hereinafter referred to as external EGR gas) to the intake passage 4.
  • the EGR device 30 includes an EGR passage 31 and an EGR valve 32.
  • the EGR passage 31 connects the exhaust pipe 8 upstream of the turbine housing 52 and the surge tank 42.
  • the EGR gas is recirculated through the EGR passage 31.
  • the EGR valve 32 adjusts the amount of EGR gas flowing through the EGR passage 31 by adjusting the passage area of the EGR passage 31.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an injection valve 82 for injecting fuel into the cylinder 2.
  • the internal combustion engine 1 according to the present embodiment is designed so that the combustion of fuel starts after the fuel injection from the injection valve 82 is completed.
  • the internal combustion engine may have a relatively large number of injection holes and a relatively low swirl ratio. Moreover, it is good also as an internal combustion engine with a comparatively low compression ratio.
  • this embodiment can also be applied to an internal combustion engine designed to start combustion of fuel during fuel injection from the injection valve 82.
  • the internal combustion engine 1 is provided with a crankshaft 13, and a piston 15 connected to the crankshaft 13 via a connecting rod 14 reciprocates in the cylinder 2.
  • a pressure sensor 93 that measures the pressure in the cylinder 2 and a water temperature sensor 94 that measures the temperature of the cooling water are attached to the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an ECU 90 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1.
  • the ECU 90 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like for storing various programs and maps, and a unit that controls the operating condition of the internal combustion engine 1 according to the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the driver's request. It is.
  • an accelerator opening sensor 91 and a crank position sensor 92 are electrically connected to the ECU 90.
  • the ECU 90 receives a signal corresponding to the accelerator opening from the accelerator opening sensor 91 and calculates an engine load required for the internal combustion engine 1 in accordance with this signal.
  • the ECU 90 also receives a signal corresponding to the rotation angle of the output shaft of the internal combustion engine 1 from the crank position sensor 92 and calculates the engine rotation speed (engine speed) of the internal combustion engine 1.
  • the throttle 90, the intake control valve 17, the exhaust throttle valve 18, the EGR valve 32, and the injection valve 82 are connected to the ECU 90 through electric wiring, and the ECU 90 controls the opening / closing timing thereof.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the cetane number and the swirl ratio. In FIG. 3, when the cetane number of the fuel is lower than the reference value, the swirl ratio is lowered as the cetane number is lower.
  • the ignition delay period becomes longer as the cetane number becomes lower, the time from when the fuel is injected from the injection valve 82 to when the fuel is ignited becomes longer. That is, it takes a long time for the fuel to diffuse. For this reason, since the air-fuel mixture is diluted in the cylinder 2, it is difficult to ignite. If the swirl ratio is high at this time, the diffusion of fuel is promoted, so that the air-fuel mixture is further diluted. Further, when the swirl ratio is high, the heat transfer coefficient on the wall surface becomes high, so that the temperature in the cylinder 2 is further lowered. This lengthens the ignition delay period.
  • the dilution of the air-fuel mixture can be suppressed by lowering the swirl ratio than when the cetane number is higher than the reference value. Further, since the temperature in the cylinder can be kept high, the ignition delay period can be shortened. In this way, misfire can be suppressed even with a low cetane number fuel. Thereby, the discharge of HC can be suppressed.
  • misfire can be suppressed, even if there is a slight variation in the fuel injection amount or the EGR gas amount, it is acceptable.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a swirl control flow according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed every predetermined time.
  • step S101 the cetane number of the fuel is detected.
  • the cetane number is detected as follows, for example.
  • the timing at which the rate of change of the pressure in the cylinder 2 with respect to the change in the crank angle is maximized is detected as the actual ignition timing.
  • the period from the fuel injection timing to the actual ignition timing is detected as an ignition delay period.
  • the cetane number of the fuel can be calculated according to the detected ignition delay period.
  • the ECU 90 that processes step S101 corresponds to the cetane number detection means in the present invention.
  • step S102 it is determined whether or not the cetane number of the fuel is less than the reference value A.
  • This reference value A is obtained in advance by experiments or the like as the lower limit value of the cetane number that does not cause misfire.
  • the reference value A may be a standard cetane number of fuel. If an affirmative determination is made in step S102, the process proceeds to step S103, and if a negative determination is made, this routine is terminated.
  • step S103 the swirl ratio is decreased. That is, the opening degree of the intake control valve 17 is increased according to the relationship shown in FIG. In this case, the opening degree of the intake control valve 17 may be changed so that the swirl ratio approaches zero.
  • the relationship between the opening degree of the intake control valve 17 and the swirl ratio is obtained in advance by experiments or the like.
  • the ECU 90 that processes step S103 corresponds to the swirl ratio control means in the present invention.
  • the intake control valve 17 may be a valve that can be maintained only fully closed and fully open, or may be a valve that can maintain an arbitrary opening degree from fully open to fully closed.
  • the intake control valve 17 When the intake control valve 17 is a valve that can only be fully closed and fully opened, the intake control valve 17 is fully opened when the cetane number is lower than the reference value. When the cetane number is equal to or higher than the reference value, the intake control valve 17 is fully closed.
  • the intake control valve 17 is a valve capable of maintaining an arbitrary opening degree from fully open to fully closed
  • the cetane number is lower than the reference value
  • the cetane number is higher than the reference value.
  • the opening degree of the intake control valve 17 is increased.
  • the opening degree of the intake control valve 17 is increased.
  • the opening degree of the intake control valve 17 is increased as the cetane number is lower. You may do it.
  • the swirl ratio is controlled by the intake control valve 17, but even if the swirl ratio is controlled by changing the opening of one of the two intake valves 5 provided in one cylinder. good.
  • the swirl ratio can be increased by maintaining one intake valve 5 in a fully closed state.
  • a swirl ratio can be raised by making the opening degree of one intake valve 5 into the closed side rather than a normal opening degree.
  • the cetane number of the fuel is detected based on the pressure in the cylinder 2, but the cetane number may be detected by other means instead.
  • the actual ignition timing can be detected based on the angular velocity of the crankshaft 13, and the period from the fuel injection timing to the actual ignition timing can be detected as the ignition delay period.
  • the cetane number of the fuel can be calculated according to the detected ignition delay period.
  • the cetane number is generally larger as the specific gravity of the fuel is larger, the cetane number can be obtained by measuring the specific gravity of the fuel. The relationship between the specific gravity of the fuel and the cetane number is obtained in advance and stored in the ECU 90.
  • the swirl ratio is lowered, so that the diffusion of the fuel can be suppressed. Further, since the heat transfer coefficient on the wall surface of the cylinder 2 is reduced, a temperature drop in the cylinder 2 can be suppressed. By these, misfire can be suppressed. And when suppressing a misfire by making a swirl ratio low, the temperature rise effect in the cylinder 2 is high compared with the control by the following Examples. For example, when the amount of internal EGR gas is increased as in the fifth embodiment, there is a possibility that pump loss increases and fuel consumption deteriorates. Further, for example, when the fuel injection timing is brought closer to the top dead center side of the compression stroke as in the fourth embodiment, there is a possibility that combustion noise increases. That is, if the swirl ratio is lowered, misfire can be most effectively suppressed.
  • the swirl ratio is changed based on the temperature of the internal combustion engine 1. Specifically, the swirl ratio is increased as the temperature of the internal combustion engine 1 increases.
  • the temperature of the internal combustion engine 1 may be, for example, a cooling water temperature, a lubricating oil temperature, or a temperature in the cylinder 2.
  • the cooling water temperature obtained by the water temperature sensor 94 is set as the temperature of the internal combustion engine 1.
  • the water temperature sensor 94 corresponds to the engine temperature detecting means in the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the coolant temperature of the internal combustion engine 1 and the swirl ratio.
  • This may be a diagram for correcting the relationship between the cetane number and the swirl ratio described in the first embodiment. That is, it may be used as a correction coefficient. That is, when the swirl ratio is lowered in the first embodiment, the degree of decrease in the swirl ratio may be reduced as the temperature of the internal combustion engine 1 is higher.
  • the first embodiment may be applied when the temperature of the internal combustion engine 1 is lower than the threshold, and the second embodiment may be applied when the temperature is equal to or higher than the threshold.
  • the gas in the cylinder 2 can receive heat from the internal combustion engine 1. Therefore, increasing the heat transfer coefficient on the wall surface of the cylinder 2 raises the temperature in the cylinder 2. Can be made. That is, when the temperature of the internal combustion engine 1 is high, the temperature in the cylinder 2 can be further increased by increasing the swirl ratio, so that misfire can be suppressed.
  • the pressure of the fuel injected from the injection valve 82 is lowered as compared with the case where the cetane number is higher than the reference value.
  • the pressure of the fuel injected from the injection valve 82 can be changed by adjusting the pressure of the fuel in the common rail, for example.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the cetane number and the fuel injection pressure.
  • the fuel injection pressure is lowered as the cetane number is lower. This relationship is obtained in advance by experiments or the like.
  • step S103 shown in FIG. 4 instead of lowering the swirl ratio, or reducing the swirl ratio and reducing the fuel injection pressure.
  • the ECU 90 for reducing the fuel injection pressure corresponds to the injection pressure control means in the present invention.
  • the diffusion of fuel can be suppressed by lowering the fuel injection pressure.
  • misfire can be suppressed.
  • the swirl ratio is lowered, the diffusion of fuel is further suppressed, and the effect is further enhanced.
  • the fuel pressure may be decreased by a predetermined pressure as compared with the case where the fuel cetane number is higher than the reference value. Furthermore, in this embodiment, the fuel pressure is reduced when the cetane number is lower than the reference value. However, the fuel pressure may be reduced as the cetane number is lower regardless of the reference value.
  • the fuel injection timing from the injection valve 82 is made closer to the top dead center side of the compression stroke than when the fuel is higher than the reference value. Note that the injection timing in this case indicates the timing of main injection when multiple injections including pilot injection are performed.
  • the temperature rises as the gas in the cylinder 2 is compressed.
  • the temperature is highest at the top dead center of the compression stroke.
  • the fuel injected from the injection valve 82 is more easily ignited as the temperature in the cylinder 2 is higher. That is, the closer the fuel injection timing is to the top dead center of the compression stroke, the easier it is for the fuel to burn, so that misfire can be suppressed.
  • the fuel injection timing when the fuel injection timing is before the compression stroke top dead center, the fuel injection timing is retarded to approach the compression stroke top dead center. Further, for example, when the fuel injection timing is after the compression stroke top dead center, the fuel injection timing is advanced to approach the compression stroke top dead center.
  • changing the fuel injection timing it may be changed by a predetermined time. Further, the fuel injection timing may be changed according to the cetane number. That is, the lower the cetane number, the closer the fuel injection timing to the top dead center of the compression stroke. These relationships are obtained in advance by experiments or the like. Further, when the cetane number is lower than the reference value, the fuel injection timing may be adjusted to the compression stroke top dead center.
  • step S103 shown in FIG. 4 instead of lowering the swirl ratio or reducing the swirl ratio, the fuel injection timing may be brought closer to the top dead center of the compression stroke.
  • the ECU 90 that brings the fuel injection timing closer to the top dead center of the compression stroke corresponds to the injection timing control means in the present invention.
  • the internal EGR gas amount is increased as compared with the case where the fuel cetane number is higher than the reference value.
  • the internal EGR gas refers to burned gas remaining in the cylinder 2 or burned gas that is re-introduced into the cylinder 2 after being discharged from the cylinder 2 to the intake port 3 or the exhaust port 7. This is different from the external EGR gas supplied by the EGR device 30.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the cetane number and the amount of internal EGR gas.
  • the internal EGR gas amount is increased as the cetane number is lower. This relationship is obtained in advance by experiments or the like. Then, in step S103 shown in FIG. 4, instead of reducing the swirl ratio, or reducing the swirl ratio, the internal EGR gas amount may be increased.
  • the internal EGR gas amount can be increased by increasing the exhaust pressure.
  • the exhaust pressure increases, the burned gas becomes difficult to be discharged from the cylinder 2, so that a lot of burned gas remains in the cylinder 2. That is, the amount of internal EGR gas increases.
  • an exhaust throttle valve 18 that changes the passage area of the exhaust pipe 8 is provided, and the exhaust pressure is increased by reducing the opening of the exhaust throttle valve 18.
  • the ECU 90 that increases the exhaust pressure by reducing the opening of the exhaust throttle valve 18 corresponds to the exhaust pressure control means in the present invention.
  • the temperature in the cylinder 2 increases. That is, since a large amount of burned gas having a high temperature remains in the cylinder 2, the temperature in the cylinder 2 is maintained high. Thereby, the ignition delay period of fuel can be shortened. In addition, since the internal EGR gas contains active species having high reactivity, the ignition delay period is shortened when the amount of the internal EGR gas is increased. Therefore, misfire can be suppressed.
  • the external EGR gas amount is decreased by the amount corresponding to the increase in the internal EGR gas amount.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the cetane number and the amount of external EGR gas.
  • the cetane number of the fuel is lower than the reference value, the lower the cetane number, the smaller the external EGR gas amount.
  • the external EGR gas amount is adjusted so that the sum of the internal EGR gas amount and the external EGR gas amount is constant. This may be done by adjusting the external EGR gas amount so that the intake air amount measured by the air flow meter 95 is constant.
  • the external EGR gas amount is changed by adjusting the opening degree of the EGR valve 32.
  • the opening degree of the EGR valve 32 is increased, the external EGR gas amount increases and the intake air amount decreases.
  • the external EGR gas amount can be changed by adjusting the opening of the throttle 16. That is, as the opening degree of the throttle 16 is decreased, the pressure on the downstream side of the throttle 16 is decreased, so that the external EGR gas amount is increased. At this time, the intake air amount decreases.
  • the ECU 90 that changes the external EGR gas amount corresponds to the EGR gas amount control means in the present invention.
  • the internal EGR gas amount may be increased by a predetermined amount as compared with the case where the fuel cetane number is higher than the reference value. Further, in this embodiment, the internal EGR gas amount is increased when the cetane number is lower than the reference value. However, the internal EGR gas amount may be increased as the cetane number is lower regardless of the reference value.
  • a variable capacity turbocharger is adopted as the turbocharger 50, and the amount of internal EGR gas is increased by reducing the opening of the nozzle vane.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the variable capacity turbocharger 50.
  • FIG. 9 shows a case where the nozzle vane 54 is open.
  • FIG. 10 shows a case where the nozzle vane 54 is closed.
  • the variable capacity turbocharger 50 is configured to include a plurality of nozzle vanes 54 around a turbine 53 provided in a turbine housing 52 as shown in the figure.
  • This nozzle vane 54 is opened and closed by an actuator 55.
  • the nozzle vane 54 is rotated to the closing side, the gap between the adjacent nozzle vanes 54 is narrowed, and the flow path between the nozzle vanes 54 is closed.
  • the nozzle vane 54 is rotated to the opening side, the gap between the adjacent nozzle vanes 54 is widened, and the flow path between the nozzle vanes 54 is opened.
  • variable displacement turbocharger 50 configured as described above, the direction of the flow path between the nozzle vanes 54 and the gap between the nozzle vanes 54 are changed by adjusting the rotation direction and the rotation amount of the nozzle vanes 54 by the actuator 55. It becomes possible to do. That is, by controlling the rotation direction and the rotation amount of the nozzle vane 54, the direction, flow velocity, and amount of exhaust blown to the turbine 53 are adjusted.
  • the actuator 55 is operated by the ECU 90.
  • the ECU 90 that increases the exhaust pressure by reducing the opening of the nozzle vane 54 corresponds to the exhaust pressure control means in the present invention.
  • the internal EGR gas amount is increased by lengthening the valve overlap.
  • the intake side valve mechanism 23 continuously changes the operating angle or lift amount of the intake valve 5.
  • the operating angle or lift amount of the intake valve 5 can be continuously changed by adjusting the period during which the cam pressing force provided to the camshaft is transmitted to the intake valve 5. If the intake valve 5 is driven by electromagnetic force, the operating angle or lift amount of the intake valve 5 can be continuously changed.
  • the exhaust side valve mechanism 26 has the same structure.
  • the intake side valve mechanism 23 and the exhaust side valve mechanism 26 are controlled by the ECU 90.
  • the intake side valve mechanism 23 or the exhaust side valve mechanism 26 corresponds to the variable valve mechanism in the present invention.
  • the opening / closing timing of the intake valve 5 or the exhaust valve 9 is adjusted so that the burned gas discharged from the cylinder 2 to the intake port 3 or the exhaust port 7 is again introduced into the cylinder 2.
  • the burned gas can be made to flow backward from the exhaust port 7 to the cylinder 2 by lengthening the valve overlap, which is a period in which both the intake valve 5 and the exhaust valve 9 are open near the top dead center of the exhaust stroke.
  • the amount of internal EGR gas can be increased.
  • the relationship between the valve overlap and the internal EGR gas amount is obtained in advance by experiments or the like.
  • the ECU 90 that lengthens the valve overlap corresponds to the valve overlap control means in the present invention.

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Abstract

　燃料のセタン価の変化により失火することを抑制する。燃料のセタン価を検知するセタン価検知手段９０と、気筒内のスワール比を変化させるスワール比変更手段１７と、セタン価検知手段９０により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、スワール比を低くするスワール比制御手段９０と、を備える。スワール比を低くすることにより、燃料の拡散と気筒内の温度低下とを抑制する。

Description

内燃機関
　本発明は、内燃機関に関する。
　燃料のセタン価を検知し、このセタン価が低い場合にスワール比を高くするか又は燃料噴射時期を進角させることにより、ＨＣの排出量を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　しかし、近年開発された内燃機関では、排気性能の向上や燃費性能の向上のために、例えば圧縮比を失火が起こらない限界付近まで低下させて燃料を燃焼させている。このため、外乱が大きくなると失火が起こり易い。
　このような内燃機関において従来技術のようにセタン価が低い場合にスワール比を高くすると、燃料の拡散が促進されて混合気が希薄化してしまい、失火する虞がある。また、スワール比を高くすると熱損失が増大して気筒内の温度が低下するため、これによっても失火する虞がある。これらにより、ＨＣが排出される虞がある。従来の内燃機関では、例えば圧縮比が高いために圧縮行程上死点近傍での気筒内の温度が高かったため、外乱が多少あっても失火し難かったが、近年開発された内燃機関では圧縮比が低いために気筒内の温度が低いので失火が起こり易い。
特開２００４－３０８４４０号公報 特開２００７－２３１７９０号公報
　本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料のセタン価の変化により失火することを抑制することにある。
　上記課題を達成するために本発明による内燃機関は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関は、
　燃料のセタン価を検知するセタン価検知手段と、
　気筒内のスワール比を変化させるスワール比変更手段と、
　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、スワール比を低くするスワール比制御手段と、
　を備えることを特徴とする。
　ここで、セタン価が低いと、着火遅れ期間が延びるため、燃料の拡散時間が長くなるので、燃料濃度の低い混合気が形成される。これに対し、スワール比を低くすれば、燃料の拡散を抑制することができるため、より燃料濃度の高い混合気を形成することができる。また、スワール比を低くすることにより、気筒壁面における熱伝達率が低くなるため、熱損失を小さくすることができる。これにより、気筒内の温度を高くすることができるため、着火遅れ期間を短くすることができる。これらにより、失火を抑制できる。
　なお、基準値とは、失火を抑制できるセタン価の下限値とすることができる。ある程度の余裕を持って基準値を設定しても良い。
　上記課題を達成するために本発明による内燃機関は、以下の手段を採用しても良い。すなわち、本発明による内燃機関は、
　燃料のセタン価を検知するセタン価検知手段と、
　気筒内へ燃料を噴射する噴射弁と、
　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、気筒内へ燃料を噴射する時期を圧縮行程上死点側へ変更する噴射時期制御手段と、
　を備えることを特徴としても良い。
　つまり、燃料が圧縮行程上死点前に噴射されている場合には、噴射時期を圧縮行程上死点へ向けて遅らせ、圧縮行程上死点後に噴射されている場合には、噴射時期を圧縮行程上死点へ向けて進ませる。圧縮行程上死点では、燃料の燃焼前に気筒内の温度が最も高くなるため、燃料が燃焼し易い。つまり燃料噴射時期を圧縮行程上死点に近づけることで、より温度が高いときに燃料を噴射させることになるので、失火を抑制できる。
　上記課題を達成するために本発明による内燃機関は、以下の手段を採用しても良い。すなわち、本発明による内燃機関は、
　燃料のセタン価を検知するセタン価検知手段と、
　バルブオーバーラップを変更する可変動弁機構と、
　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記バルブオーバーラップを長くするバルブオーバーラップ制御手段と、
を備えることを特徴としても良い。
　つまり、吸気弁と排気弁とが共に開いている期間であるバルブオーバーラップを長くすることで、排気通路から気筒内に既燃ガスをより多く逆流させることができるため、気筒内の既燃ガス量をより多くすることができる。このようにバルブオーバーラップを長くすることで、内部ＥＧＲガスを増加させている。つまり、高温の既燃ガスが気筒内に多く存在するため、気筒内の温度が高くなるので、燃料が燃焼し易くなる。また、既燃ガス中には、反応性の高い活性種が存在するため、着火遅れを短くできる。これらにより失火を抑制できる。
　上記課題を達成するために本発明による内燃機関は、以下の手段を採用しても良い。すなわち、本発明による内燃機関は、
　燃料のセタン価を検知するセタン価検知手段と、
　排気の圧力を変更する排気圧力変更手段と、
　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記排気の圧力を高くする排気圧力制御手段と、
　を備えることを特徴としても良い。
　排気の圧力を高くすることで、気筒内に既燃ガスが多く存在することになる。これは、気筒外へ既燃ガスを排出し難くしても良く、一旦気筒外へ排出した既燃ガスを再度気筒内に吸入するようにしても良い。このように排気の圧力を高くすることで、内部ＥＧＲガスを増加させている。
　また、前記排気圧力変更手段は、内燃機関の排気通路の断面積を変更する排気絞り弁を含んで構成され、
　前記排気圧力制御手段は、前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記排気絞り弁の開度を小さくしても良い。
　排気絞り弁の開度を小さくすることにより、該排気絞り弁よりも上流側の排気の圧力が上昇するので、既燃ガスが気筒外へ排出され難くなる。これにより、気筒内に既燃ガスが多く残留することになる。
　また、前記排気圧力変更手段は、過給圧を所望の圧力とすべくタービンに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開度を変更することにより可変とする可変容量型ターボチャージャを含んで構成され、
　前記排気圧力制御手段は、前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記ノズルベーンの開度を小さくしても良い。
　ノズルベーンの開度を小さくすることにより、該ノズルベーンよりも上流側の排気の圧力が上昇するので、既燃ガスが気筒外へ排出され難くなる。これにより、気筒内に既燃ガスが多く残留することになる。
　なお、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続し排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ導入するＥＧＲ装置と、
　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記ＥＧＲガスの量を減少させるＥＧＲガス量制御手段と、
　を備えても良い。
　ＥＧＲ装置により還流される排気を以下、外部ＥＧＲガスと称する。ここで、排気の圧力を上昇させて内部ＥＧＲガス量を増加させた場合に、外部ＥＧＲガス量を減少させれば、気筒内に存在する既燃ガス量が過多となることを抑制できる。これにより、スモークの発生を抑制できる。
　なお、内燃機関の温度を検知する機関温度検知手段を備え、
　前記スワール比制御手段は、内燃機関の温度が高いほど、スワール比を低くする度合いを小さくしても良い。
　内燃機関の温度が高くなると、内燃機関から熱を受けて気筒内の温度が上昇する。このため、気筒壁面における熱伝達率を高めたほうが気筒内の温度を上昇させることができる。つまり、スワール比を低くする度合いを小さくして、熱伝達率を高めることにより、気筒内の温度をより高くすることができるため、失火を抑制できる。内燃機関の温度は、例えば冷却水の温度または潤滑油の温度としても良い。
　なお、前記スワール比制御手段は、前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、スワール比を０に近づけることができる。
　つまり、単にスワール比を低くするのではなく、スワール比を０に近づける。これにより、燃料の拡散をより抑制できる。
　また本発明においては、気筒内へ燃料を噴射する噴射弁と、
　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、噴射弁から噴射する燃料の圧力を低下させる噴射圧力制御手段と、
　を備えることができる。
　噴射弁から噴射する燃料の圧力を低下させることにより、燃料の拡散を抑制することができるため、より燃料濃度の高い混合気を形成することができる。また、気筒壁面に付着する燃料量が少なくなるので、燃料が潤滑油に混ざることを抑制できる。さらに、燃料の温度低下を抑制できるため、着火遅れを短縮することができる。
　本発明に係る内燃機関によれば、燃料のセタン価の変化により失火することを抑制できる。
実施例に係る内燃機関の概略構成を表す縦断面図である。 実施例に係る内燃機関の概略構成を表す横断面図である。 セタン価とスワール比との関係を示した図である。 実施例１に係るスワールの制御フローを示したフローチャートである。 内燃機関の冷却水温度とスワール比との関係を示した図である。 セタン価と燃料の噴射圧力との関係を示した図である。 セタン価と内部ＥＧＲガス量との関係を示した図である。 セタン価と外部ＥＧＲガス量との関係を示した図である。 可変容量型ターボチャージャの構成を示す断面図である。 可変容量型ターボチャージャの構成を示す断面図である。
符号の説明
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気ポート
４     吸気通路
５     吸気弁
７     排気ポート
８     排気管
９     排気弁
１０   シリンダヘッド
１３   クランクシャフト
１４   コンロッド
１５   ピストン
１６   スロットル
１７   吸気制御弁
１８   排気絞り弁
２３   吸気側動弁機構
２６   排気側動弁機構
３０   ＥＧＲ装置
３１   ＥＧＲ通路
３２   ＥＧＲ弁
４１   吸気枝管
４２   サージタンク
４３   吸気管
５０   ターボチャージャ
５１   コンプレッサハウジング
５２   タービンハウジング
５３   タービン
５４   ノズルベーン
５５   アクチュエータ
８２   噴射弁
９０   ＥＣＵ
９１   アクセル開度センサ
９２   クランクポジションセンサ
９３   圧力センサ
９４   水温センサ
９５   エアフローメータ
　以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、下記の実施例は、可能な限り組み合わせることができる。
　図１及び図２は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。図１は縦断面図、図２は横断面図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は４つの気筒２を備えているが、図１では１気筒のみを表している。内燃機関１は、例えばディーゼル機関である。
　内燃機関１のシリンダヘッド１０には、吸気枝管４１が接続されている。この吸気枝管４１は、各気筒に２本ずつ接続されており、夫々が吸気ポート３を介して各気筒２の燃焼室と通じている。気筒２への吸気の流入は吸気弁５によって制御される。この吸気弁５は、各気筒２に２本ずつ備わる。そして、吸気弁５の開閉は、吸気側動弁機構２３によって行われる。
　夫々の吸気枝管４１は、サージタンク４２に接続されている。サージタンク４２には、大気へ通じる吸気管４３が接続されている。なお、本実施例では、吸気ポート３、吸気枝管４１、サージタンク４２、吸気管４３を合わせて吸気通路４と称する。
　吸気管４３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５０のコンプレッサハウジング５１が設けられている。また、コンプレッサハウジング５１よりも上流の吸気管４３には、該吸気管４３を流れる吸気の量を調節するスロットル１６が備えられている。このスロットル１６よりも上流の吸気管４３には、該吸気管４３内を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９５が取り付けられている。このエアフローメータ９５により内燃機関１の吸入空気量が測定される。
　また、各気筒２の一方の吸気枝管４１には、該吸気枝管４１を流れる吸気の量を調節する吸気制御弁１７が備えられている。吸気制御弁１７の開度を小さくすると、該吸気制御弁１７が備わる吸気枝管４１を流通する吸気の量が少なくなる。そして、気筒２内には他方の吸気枝管４１から多くの空気が流れ込むことにより、該空気が気筒２内で旋回してスワール比が大きくなる。逆に、吸気制御弁１７の開度を大きくすることによりスワール比が小さくなる。なお、本実施例においては吸気制御弁１７が、本発明におけるスワール比変更手段に相当する。
　一方、内燃機関１には、排気管８が接続されている。排気管８は、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート７を介して各気筒２の燃焼室と通じている。そして、気筒２外へのガスの排出は排気弁９によって制御される。この排気弁９の開閉は排気側動弁機構２６によって行われる。各気筒２には、夫々２本の排気弁９が備わる。
　そして、排気管８の途中には、ターボチャージャ５０のタービンハウジング５２が設けられている。タービンハウジング５２よりも下流の排気管８には、該排気管８を流れる排気の量を調節する排気絞り弁１８が備えられている。
　また、内燃機関１には、排気管８内を流通する排気の一部（以下、外部ＥＧＲガスという。）を吸気通路４へ再循環させるＥＧＲ装置３０が備えられている。このＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１、ＥＧＲ弁３２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３１は、タービンハウジング５２よりも上流の排気管８と、サージタンク４２と、を接続している。このＥＧＲ通路３１を通って、ＥＧＲガスが再循環される。また、ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１の通路面積を調節することにより、該ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの量を調節する。
　また、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する噴射弁８２が取り付けられている。なお、本実施例に係る内燃機関１は、噴射弁８２からの燃料噴射が完了した後に燃料の燃焼が始まるように設計されている。噴射弁８２の噴孔が比較的多く且つスワール比が比較的低い内燃機関としても良い。また、圧縮比が比較的低い内燃機関としても良い。ただし、噴射弁８２からの燃料噴射の最中に燃料の燃焼が始まるように設計された内燃機関であっても本実施例を適用できる。
　そして、内燃機関１には、クランクシャフト１３が備わり、該クランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復運動を行う。内燃機関１には、気筒２内の圧力を測定する圧力センサ９３、及び冷却水の温度を測定する水温センサ９４が取り付けられている。
　さらに、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
　上記各種センサの他、アクセル開度センサ９１およびクランクポジションセンサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されている。ＥＣＵ９０はアクセル開度センサ９１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ９０はクランクポジションセンサ９２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度（機関回転数）を算出する。
　一方、ＥＣＵ９０には、スロットル１６、吸気制御弁１７、排気絞り弁１８、ＥＧＲ弁３２、噴射弁８２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０によりこれらの開閉時期が制御される。
　そして、本実施例では、燃料のセタン価が基準値よりも低い場合には、基準値以上の場合よりも吸気制御弁１７の開度を大きくすることでスワール比を低下させる。図３は、セタン価とスワール比との関係を示した図である。図３では、燃料のセタン価が基準値よりも低い場合に、セタン価が低いほどスワール比を低くしている。
　ここで、セタン価が低いほど着火遅れ期間が長くなるため、噴射弁８２から燃料が噴射されてから燃料が着火するまでの時間が長くなる。つまり、燃料が拡散する時間が長くなる。このため、気筒２内では混合気が希薄化するので着火し難くなる。このときにスワール比が高いと、燃料の拡散が促進されるため、さらに混合気が希薄化してしまう。また、スワール比が高いと壁面における熱伝達率が高くなるため、気筒２内の温度がより低下する。これによって着火遅れ期間が長くなる。
　これに対し、セタン価が基準値よりも低い場合には、基準値以上の場合よりも、スワール比を低下させれば混合気の希薄化を抑制できる。また、気筒内の温度を高く維持することができるため、着火遅れ期間を短くすることができる。このようにして、セタン価の低い燃料であっても失火を抑制できる。これによりＨＣの排出を抑制することができる。
　また、失火を抑制できるため、燃料噴射量またはＥＧＲガス量に若干のばらつきがあったとしても許容できる。
　図４は、本実施例に係るスワールの制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
　ステップＳ１０１では、燃料のセタン価が検知される。セタン価は例えば以下のようにして検知する。
　まず、気筒２内の圧力のクランク角変化に対する変化率が最大となる時期を実際の着火時期として検知する。そして、燃料噴射時期から実際の着火時期までの期間を着火遅れ期間として検知する。着火遅れ期間とセンタ価との関係を予め求めておくことで、検知した着火遅れ期間に応じて燃料のセタン価を算出することができる。なお、本実施例ではステップＳ１０１を処理するＥＣＵ９０が、本発明におけるセタン価検出手段に相当する。
　ステップＳ１０２では、燃料のセタン価が基準値Ａ未満であるか否か判定される。この基準値Ａは、失火が起こらないセタン価の下限値として予め実験等により求めておく。基準値Ａは、標準的な燃料のセタン価としても良い。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
　ステップＳ１０３では、スワール比が低下される。つまり、図３に示した関係に従って、吸気制御弁１７の開度が大きくされる。この場合、スワール比が０に近づくように吸気制御弁１７の開度を変更しても良い。吸気制御弁１７の開度とスワール比との関係は予め実験等により求めておく。なお、本実施例ではステップＳ１０３を処理するＥＣＵ９０が、本発明におけるスワール比制御手段に相当する。
　なお、吸気制御弁１７は全閉及び全開のみ維持可能な弁としても良く、全開から全閉までの間の任意の開度を維持可能な弁としても良い。
　吸気制御弁１７が全閉及び全開のみ維持可能な弁とした場合には、セタン価が基準値よりも低いときには吸気制御弁１７を全開とする。また、セタン価が基準値以上の場合には吸気制御弁１７を全閉とする。
　また、吸気制御弁１７が全開から全閉までの間の任意の開度を維持可能な弁とした場合には、セタン価が基準値よりも低いときには、セタン価が基準値以上の場合よりも吸気制御弁１７の開度を大きくする。なお、本実施例ではセタン価が基準値よりも低い場合に吸気制御弁１７の開度を大きくしているが、基準値によらず、セタン価が低いほど吸気制御弁１７の開度を大きくしても良い。
　さらに、本実施例では、吸気制御弁１７によりスワール比を制御しているが、１つの気筒に２本備わる吸気弁５の何れか一方の開度を変化させることでスワール比を制御しても良い。例えば、吸気弁５を開くときに、一方の吸気弁５を全閉で維持することでスワール比を高くすることができる。また、一方の吸気弁５の開度を通常の開度よりも閉じ側とすることでスワール比を高めることができる。
　なお、本実施例では、気筒２内の圧力に基づいて燃料のセタン価を検知しているが、これに代えて、他の手段によりセタン価を検知しても良い。例えば、クランクシャフト１３の角速度に基づいて実際の着火時期を検知し、燃料噴射時期から実際の着火時期までの期間を着火遅れ期間として検知することができる。着火遅れ期間とセンタ価との関係を予め求めておくことで、検知した着火遅れ期間に応じて燃料のセタン価を算出することができる。
　また、一般に燃料の比重が大きいほどセタン価が大きいため、燃料の比重を測定することによりセタン価を求めることができる。燃料の比重とセタン価との関係は予め求めてＥＣＵ９０に記憶させておく。
　さらに、セタン価と燃料の蒸発性には相関関係があるため、これらの関係を予め記憶しておき、燃料の蒸発性を検知することでセタン価を求めることもできる。
　以上説明したように本実施例によれば、燃料のセタン価が基準値未満の時には、スワール比が低くされるため、燃料の拡散を抑制できる。また、気筒２の壁面における熱伝達率を低下させるため、気筒２内の温度低下を抑制できる。これらにより、失火を抑制できる。そして、スワール比を低くして失火を抑制する場合には、以下の実施例による制御と比較して、気筒２内の温度上昇効果が高い。例えば実施例５のように内部ＥＧＲガス量を増加させる場合には、ポンプ損失が増加して燃費が悪化する虞がある。また、例えば実施例４のように燃料の噴射時期を圧縮行程上死点側へ近づける場合には、燃焼騒音が増加する虞がある。すなわち、スワール比を低くすると、最も効果的に失火を抑制できる。
　本実施例では、セタン価が基準値よりも低い場合であって、スワール比を低下させている場合に、内燃機関１の温度に基づいてスワール比を変化させる。具体的には、内燃機関１の温度が高くなるほど、スワール比を高くする。なお、内燃機関１の温度は、例えば冷却水温度、潤滑油温度、または気筒２内の温度としても良い。本実施例では、水温センサ９４により得られる冷却水温度を内燃機関１の温度とする。なお、本実施例においては水温センサ９４が、本発明における機関温度検知手段に相当する。
　図５は、内燃機関１の冷却水温度とスワール比との関係を示した図である。冷却水温度が低いほどスワール比を低くしている。これは、実施例１において説明したセタン価とスワール比との関係を補正するための図としても良い。つまり、補正係数として用いても良い。すなわち、実施例１においてスワール比を低くするときに、内燃機関１の温度が高いほどスワール比の低下度合いを小さくしても良い。また、内燃機関１の温度が閾値よりも低い場合に実施例１を適用し、閾値以上の場合に実施例２を適用しても良い。これらの関係は予め実験等により求めておく。
　ここで、内燃機関１の温度が上昇すると、気筒２内のガスが内燃機関１から熱を受け取ることができるため、気筒２の壁面における熱伝達率を高めたほうが、気筒２内の温度を上昇させることができる。つまり、内燃機関１の温度が高いときには、スワール比を高くすることにより、気筒２内の温度をより上昇させることができるため、失火することを抑制できる。
　本実施例では、燃料のセタン価が基準値よりも低い場合には、基準値以上の場合よりも、噴射弁８２から噴射する燃料の圧力を低下させる。
　噴射弁８２から噴射する燃料の圧力の変更は、例えばコモンレール内の燃料の圧力を調節することにより可能となる。
　図６は、セタン価と燃料の噴射圧力との関係を示した図である。燃料のセタン価が基準値よりも低い場合に、セタン価が低いほど、燃料の噴射圧力を低くしている。この関係は予め実験等により求めておく。そして、図４に示したステップＳ１０３において、スワール比を低下する代わりに、または、スワール比を低下するのと共に燃料噴射圧力を低下させれば良い。なお、本実施例では燃料噴射圧力を低下させるＥＣＵ９０が、本発明における噴射圧力制御手段に相当する。
　ここで、燃料の噴射圧力を低下させることにより、燃料の拡散を抑制することができる。これにより、混合気の希薄化を抑制できるため、失火を抑制できる。同時にスワール比を低下させれば、燃料の拡散がさらに抑制されるため、さらに効果が高まる。
　また、燃料の噴射圧力を低下させることにより、気筒２の壁面に付着する燃料量が減少する。これにより、燃料の温度低下を抑制できるため、着火遅れ期間を短くすることができる。
　なお、燃料のセタン価が基準値よりも低い場合には、基準値以上の場合よりも、燃料の圧力を所定の圧力だけ低下させても良い。さらに、本実施例ではセタン価が基準値よりも低い場合に燃料の圧力を低下させているが、基準値によらず、セタン価が低いほど、燃料の圧力を低下しても良い。
　本実施例では、燃料のセタン価が基準値よりも低い場合には、基準値以上の場合よりも、噴射弁８２からの燃料の噴射時期を圧縮行程上死点側へ近づける。なお、この場合の噴射時期は、パイロット噴射等を含めて複数回の噴射が行われている場合には、主噴射の時期を指す。
　ここで、圧縮行程では、気筒２内のガスが圧縮されるにしたがって温度が上昇する。そして、圧縮行程上死点において温度が最も高くなる。噴射弁８２から噴射された燃料は、気筒２内の温度が高いほど着火し易い。つまり、燃料噴射時期を圧縮行程上死点に近づけるほど、燃料が燃焼し易くなるため、失火することを抑制できる。
　例えば燃料噴射時期が圧縮行程上死点よりも前の場合には、燃料噴射時期を遅角させることにより圧縮行程上死点へ近づける。また、例えば燃料噴射時期が圧縮行程上死点よりも後の場合には、燃料噴射時期を進角させることにより圧縮行程上死点へ近づける。燃料噴射時期を変化させる場合には、所定の時期だけ変化させても良い。また、セタン価に応じて燃料噴射時期を変更しても良い。つまり、セタン価が低いほど、燃料噴射時期をより圧縮行程上死点へ近づけても良い。これらの関係は予め実験等により求めておく。さらに、セタン価が基準値よりも低い場合には、燃料噴射時期を圧縮行程上死点に合わせても良い。
　そして、図４に示したステップＳ１０３において、スワール比を低下する代わりに、または、スワール比を低下するのと共に燃料噴射時期を圧縮行程上死点へ近づければ良い。なお、本実施例では燃料噴射時期を圧縮行程上死点へ近づけるＥＣＵ９０が、本発明における噴射時期制御手段に相当する。
　本実施例では、燃料のセタン価が基準値よりも低い場合には、基準値以上の場合よりも、内部ＥＧＲガス量を増加させる。内部ＥＧＲガスは、気筒２内に残留する既燃ガスや、気筒２から吸気ポート３または排気ポート７へ排出された後に再度気筒２内に導入される既燃ガスをいう。これは、ＥＧＲ装置３０により供給される外部ＥＧＲガスとは異なる。
　図７は、セタン価と内部ＥＧＲガス量との関係を示した図である。燃料のセタン価が基準値よりも低い場合に、セタン価が低いほど、内部ＥＧＲガス量を多くしている。この関係は予め実験等により求めておく。そして、図４に示したステップＳ１０３において、スワール比を低下する代わりに、または、スワール比を低下するのと共に内部ＥＧＲガス量を増加させれば良い。
　例えば排気の圧力を高めることにより、内部ＥＧＲガス量を増加させることができる。排気の圧力が高まると、気筒２内から既燃ガスが排出され難くなるため、気筒２内に多くの既燃ガスが残留する。つまり、内部ＥＧＲガス量が増加する。本実施例では、排気管８の通路面積を変更する排気絞り弁１８を備え、該排気絞り弁１８の開度を小さくすることにより、排気の圧力を高めている。なお、本実施例では排気絞り弁１８の開度を小さくすることにより排気の圧力を高めるＥＣＵ９０が、本発明における排気圧力制御手段に相当する。
　このようにして内部ＥＧＲガス量を増加させると、気筒２内の温度が高くなる。つまり、温度の高い既燃ガスが気筒２内に多く残留するため、気筒２内の温度が高いまま維持される。これにより、燃料の着火遅れ期間を短くすることができる。また、内部ＥＧＲガスには反応性の高い活性種が含まれているため、内部ＥＧＲガス量を多くすると着火遅れ期間が短くなる。したがって、失火を抑制できる。
　なお、内部ＥＧＲガス量が多くなりすぎると、気筒２内の酸素濃度が低くなりすぎて燃焼状態が悪化する虞がある。これによりスモークが排出される虞がある。そこで本実施例では、内部ＥＧＲガス量を増加させた分、外部ＥＧＲガス量を減少させる。
　図８は、セタン価と外部ＥＧＲガス量との関係を示した図である。燃料のセタン価が基準値よりも低い場合に、セタン価が低いほど、外部ＥＧＲガス量を少なくしている。この関係は予め実験等により求めておく。例えば、内部ＥＧＲガス量と外部ＥＧＲガス量との和が一定となるように、外部ＥＧＲガス量を調節する。これは、エアフローメータ９５で測定される吸入空気量が一定となるように、外部ＥＧＲガス量を調節しても良い。
　外部ＥＧＲガス量の変更は、ＥＧＲ弁３２の開度を調節することにより行う。ＥＧＲ弁３２の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲガス量が多くなり、吸入空気量が少なくなる。また、スロットル１６の開度を調節することによっても外部ＥＧＲガス量を変更することができる。つまり、スロットル１６の開度を小さくするほど、該スロットル１６よりも下流側の圧力が低下するため、外部ＥＧＲガス量が増加する。このときには、吸入空気量は減少する。なお、本実施例では外部ＥＧＲガス量を変更するＥＣＵ９０が、本発明におけるＥＧＲガス量制御手段に相当する。
　このようにして、気筒２内の既燃ガス量が過多となることを抑制できるため、スモークが排出されることを抑制できる。
　なお、燃料のセタン価が基準値よりも低い場合には、基準値以上の場合よりも、内部ＥＧＲガス量を所定の量だけ増加させても良い。さらに、本実施例ではセタン価が基準値よりも低い場合に内部ＥＧＲガス量を増加させているが、基準値によらず、セタン価が低いほど内部ＥＧＲガス量を増加しても良い。
　本実施例では、ターボチャージャ５０に可変容量型ターボチャージャを採用し、ノズルベーンの開度を小さくすることにより内部ＥＧＲガス量を増加させる。
　図９は、可変容量型ターボチャージャ５０の構成を示す断面図である。図９はノズルベーン５４が開いている場合を示している。なお、図１０にノズルベーン５４が閉じている場合を示す。
　可変容量型ターボチャージャ５０は、図に示すように、タービンハウジング５２内に設けられたタービン５３の周囲に複数のノズルベーン５４を備えて構成されている。このノズルベーン５４は、アクチュエータ５５により開閉される。このノズルベーン５４を閉じ側へ回動させると、隣接するノズルベーン５４間の間隙が狭くなり、ノズルベーン５４間の流路が閉じられることになる。一方、ノズルベーン５４を開き側へ回動させると、隣接するノズルベーン５４間の間隙が広くなり、ノズルベーン５４間の流路が開かれることになる。
　このように構成された可変容量型ターボチャージャ５０では、アクチュエータ５５によってノズルベーン５４の回動方向と回動量とを調節することにより、ノズルベーン５４間の流路の向き、及びノズルベーン５４間の間隙を変更することが可能となる。即ち、ノズルベーン５４の回動方向と回動量とを制御することにより、タービン５３に吹き付けられる排気の方向、流速、量が調節されることになる。アクチュエータ５５はＥＣＵ９０により操作される。
　そして、ノズルベーン５４の開度を小さくすることにより、通路面積が減少するため、該ノズルベーン５４よりも上流側の排気の圧力が高くなる。これにより内部ＥＧＲガス量を増加させることができる。ノズルベーン５４の開度と内部ＥＧＲガス量との関係は予め実験等により求めておく。なお、本実施例ではノズルベーン５４の開度を小さくすることにより排気の圧力を高めるＥＣＵ９０が、本発明における排気圧力制御手段に相当する。
　本実施例では、バルブオーバーラップを長くすることにより内部ＥＧＲガス量を増加させる。
　本実施例における吸気側動弁機構２３は、吸気弁５の作用角又はリフト量を連続的に変更する。例えば、カムシャフトに備わるカムの押圧力が吸気弁５へ伝達される期間を調節することにより吸気弁５の作用角又はリフト量を連続的に変更することができる。また、吸気弁５を電磁力により駆動すれば、吸気弁５の作用角又はリフト量を連続的に変更することができる。なお、排気側動弁機構２６についても同じ構造とする。吸気側動弁機構２３及び排気側動弁機構２６は、ＥＣＵ９０により制御される。なお、本実施例では吸気側動弁機構２３または排気側動弁機構２６が、本発明における可変動弁機構に相当する。
　そして、気筒２内から吸気ポート３または排気ポート７へ排出された既燃ガスを再度気筒２内に導入するように、吸気弁５または排気弁９の開閉時期を調節する。例えば排気行程上死点近傍で吸気弁５及び排気弁９が共に開いている期間であるバルブオーバーラップを長くすることで、排気ポート７から気筒２へ既燃ガスを逆流させることができる。これにより、内部ＥＧＲガス量を増加させることができる。バルブオーバーラップと内部ＥＧＲガス量との関係は予め実験等により求めておく。なお、本実施例ではバルブオーバーラップを長くするＥＣＵ９０が、本発明におけるバルブオーバーラップ制御手段に相当する。

Claims (10)

  1. 　燃料のセタン価を検知するセタン価検知手段と、
    　気筒内のスワール比を変化させるスワール比変更手段と、
    　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、スワール比を低くするスワール比制御手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関。
  2. 　燃料のセタン価を検知するセタン価検知手段と、
    　気筒内へ燃料を噴射する噴射弁と、
    　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、気筒内へ燃料を噴射する時期を圧縮行程上死点側へ変更する噴射時期制御手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関。
  3. 　燃料のセタン価を検知するセタン価検知手段と、
    　バルブオーバーラップを変更する可変動弁機構と、
    　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記バルブオーバーラップを長くするバルブオーバーラップ制御手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関。
  4. 　燃料のセタン価を検知するセタン価検知手段と、
    　排気の圧力を変更する排気圧力変更手段と、
    　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記排気の圧力を高くする排気圧力制御手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関。
  5. 　前記排気圧力変更手段は、内燃機関の排気通路の断面積を変更する排気絞り弁を含んで構成され、
    　前記排気圧力制御手段は、前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記排気絞り弁の開度を小さくすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
  6. 　前記排気圧力変更手段は、過給圧を所望の圧力とすべくタービンに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開度を変更することにより可変とする可変容量型ターボチャージャを含んで構成され、
    　前記排気圧力制御手段は、前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記ノズルベーンの開度を小さくすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
  7. 　内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続し排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ導入するＥＧＲ装置と、
    　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、前記ＥＧＲガスの量を減少させるＥＧＲガス量制御手段と、
    　を備えることを特徴とする請求項３から６の何れか１項に記載の内燃機関。
  8. 　内燃機関の温度を検知する機関温度検知手段を備え、
    　前記スワール比制御手段は、内燃機関の温度が高いほど、スワール比を低くする度合いを小さくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  9. 　前記スワール比制御手段は、前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、スワール比を０に近づけることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  10. 　気筒内へ燃料を噴射する噴射弁と、
    　前記セタン価検知手段により検知されるセタン価が基準値よりも低いときには、高いときよりも、噴射弁から噴射する燃料の圧力を低下させる噴射圧力制御手段と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
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