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JP7225438B2 - Temperature control device and control method for auxiliary combustion chamber included in ignition device for internal combustion engine - Google Patents
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JP7225438B2 - Temperature control device and control method for auxiliary combustion chamber included in ignition device for internal combustion engine - Google Patents

Temperature control device and control method for auxiliary combustion chamber included in ignition device for internal combustion engine Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関に含まれる点火装置の燃料供給下の副燃焼室の温度制御装置と制御方法に関する。 The present invention relates to a temperature control device and control method for an auxiliary combustion chamber under fuel supply of an ignition device included in an internal combustion engine.

内燃機関の熱効率を向上させるため、特に、ガソリンあるいはガスエンジンの場合に、燃料供給下の副燃焼室を含む点火装置を利用することが既知である。このような点火装置の高点火エネルギーは、副燃焼室内で発生する予備燃焼により提供される。この予備燃焼は、副燃焼室内へ少量の燃料を噴射し、また、これにより生じた室内の空燃混合物を点火することで開始される。副燃焼室は、微細なオリフィスを介して主燃焼室に連結されているため、副燃焼室内の燃焼は、副燃焼室から主燃焼室内へ流入し、かつ、空燃混合物を点火する複数の反応性噴流へとつながる。この反応性噴流は、通常、主燃焼室全体に拡散することで、複数の点火スポットを提供し、このスポットが、頗る希薄な空燃混合物であっても、その確実な点火を可能とする。 In order to improve the thermal efficiency of internal combustion engines, it is known, in particular in the case of gasoline or gas engines, to utilize ignition devices which include a secondary combustion chamber under fuel supply. The high ignition energy of such igniters is provided by the precombustion occurring in the subcombustion chamber. This precombustion is initiated by injecting a small amount of fuel into the subcombustion chamber and igniting the resulting air-fuel mixture in the chamber. The secondary combustion chamber is connected to the primary combustion chamber through fine orifices so that combustion within the secondary combustion chamber flows from the secondary combustion chamber into the primary combustion chamber and undergoes multiple reactions that ignite the air-fuel mixture. leading to sexual jets. This reactive jet typically spreads throughout the main combustion chamber to provide multiple ignition spots that enable reliable ignition of even very lean air/fuel mixtures.

しかしながら、上述した予備燃焼を利用すると、粒子状放出物質の増加をもたらす可能性がある。例えば、高温状態の副燃焼室内への燃料噴射は、副燃焼室噴射器表面への残留物堆積につながる場合がある。この残留物の堆積は、延いては、粒子状放出物質の増加を導く可能性がある。さらに、主燃焼室内へ噴射された燃料は、副燃焼室の高温外面で自己点火する可能性があり、また、エンジンの熱損傷を引き起こす可能性がある。主燃焼室内の温度は、エンジン負荷の増大と共に上昇し、副燃焼室の温度も、主燃焼室から副燃焼室への熱伝達のため、上昇する。このため、例えば、エンジンの高負荷状態の間、高温状態が予期され得る。 However, the use of precombustion as described above can result in increased particulate emissions. For example, fuel injection into the subcombustion chamber at hot conditions may lead to residue buildup on the subcombustion chamber injector surfaces. This residue build-up can in turn lead to increased particulate emissions. Additionally, fuel injected into the primary combustion chamber can self-ignite on the hot outer surfaces of the secondary combustion chambers and can cause thermal damage to the engine. The temperature in the primary combustion chamber increases with increasing engine load, and the temperature in the secondary combustion chamber also increases due to heat transfer from the primary combustion chamber to the secondary combustion chamber. Thus, for example, during high load conditions of the engine, high temperature conditions can be expected.

例えば、高負荷状態の間、副燃焼室及びエンジンの熱損傷を回避するため、冷却手段を講じて、高温状態での副燃焼室表面での自己点火を抑制し、かつ、副燃焼室の熱損傷を回避する技術が提案された。これに関連して、燃焼発生後、副燃焼室内への燃料の追加噴射により、副燃焼室内の温度を下げることが提案された。追加噴射燃料の気化により、副燃焼室の内部が冷却されるのである。 For example, during high load conditions, to avoid thermal damage to the auxiliary combustion chamber and the engine, cooling measures are taken to suppress auto-ignition on the auxiliary combustion chamber surfaces at high temperatures and to reduce heat in the auxiliary combustion chamber. Techniques have been proposed to avoid damage. In this connection, it has been proposed to lower the temperature in the secondary combustion chamber by additionally injecting fuel into the secondary combustion chamber after combustion has occurred. Vaporization of the additionally injected fuel cools the inside of the auxiliary combustion chamber.

特許文献1(特開2018-91267号公報)には、燃料供給下の副燃焼室を有する内燃機関の制御装置が開示されており、副燃焼室燃焼の終了後、第二の/追加の噴射を実行することで、副燃焼室内の噴射器の温度を下げている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-91267) discloses a control device for an internal combustion engine having a sub-combustion chamber under fuel supply, and after completion of combustion in the sub-combustion chamber, second / additional injection to reduce the temperature of the injector in the subcombustion chamber.

しかしながら、上述したように、副燃焼室内への追加の/第二の噴射を実行することで、特に、エンジンの高負荷状態下においては、粒子状放出物質の増加/過度の粒子状放出物質を招く可能性がある。 However, as noted above, performing an additional/secondary injection into the secondary combustion chamber may result in increased particulate emissions/excessive particulate emissions, especially under high engine load conditions. may invite.

特開2018-91267号公報JP 2018-91267 A

本明細書に記載の発明主題は、燃焼機関の粒子状放出物質を増加させることなく、副燃焼室を効率的に冷却するための制御ユニット並びに制御方法を実現することを目的とする。 The subject matter described herein aims to provide a control unit and control method for efficiently cooling the subcombustion chamber without increasing the particulate emissions of the combustion engine.

上述した課題は、独立請求項に記載の発明主題により解決される。また、好ましい実施の形態は、従属項により記載される。 The above mentioned problems are solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are also described by the dependent claims.

内燃機関を制御するための制御ユニットは、副燃焼室の温度に応じて、内燃機関の副燃焼室内及び/又は主燃焼室内への噴射、あるいは、燃料量の噴射を制御する構成としてよい。この噴射とは、好ましくは、燃焼に資する燃料噴射後に発生する追加の噴射である。当該追加噴射は、以下の説明において、「冷却噴射」と呼称されることとし、特に、他の意味合いで明示されることなく使用される限り、用語「噴射」は、一般に冷却噴射を指すものとする。 The control unit for controlling the internal combustion engine may be configured to control the injection into the secondary combustion chamber and/or the main combustion chamber of the internal combustion engine, or the injection of the fuel quantity, depending on the temperature of the secondary combustion chamber. This injection is preferably an additional injection that occurs after the combustion-friendly fuel injection. Such additional injections shall be referred to as "cooling injections" in the following description, and the term "injection" shall generally refer to cooling injections, unless expressly used otherwise. do.

換言すれば、制御装置は、燃料を副燃焼室内あるいは主燃焼室内へ(冷却のため)噴射すべきか否かを「決定する」ステップを含む制御処理を実行してよい。この「決定ステップ」は、副燃焼室の温度に応じて講じられてよい。また、燃料を主燃焼室内及び副燃焼室内へ噴射する組み合わせ噴射を実行可能としてもよい。 In other words, the controller may perform a control process that includes "determining" whether fuel should be injected into the secondary combustion chamber or into the primary combustion chamber (for cooling). This "decision step" may be taken depending on the temperature of the secondary combustion chamber. Further, it may be possible to execute a combined injection in which fuel is injected into the main combustion chamber and the sub-combustion chamber.

副燃焼室燃料噴射器を備えた点火装置のモード/状態について、以下の説明で使用される用語に関し、燃料を副燃焼室内へ噴射するモードあるいは操作を「能動モード」と呼び、燃料を主燃焼室内へ噴射するモードあるいは操作を「受動モード」と呼ぶことに留意されたい。 Regarding the mode/state of an ignition system with secondary combustion chamber fuel injectors, with respect to the terminology used in the following description, the mode or operation of injecting fuel into the secondary combustion chamber is referred to as the "active mode" and the fuel is injected into the primary combustion chamber. Note that the mode or operation that injects into the chamber is referred to as the "passive mode."

内燃機関は、少なくとも一つシリンダーと、少なくとも一つの主燃焼室(略して「主室」)と、少なくとも一つの吸気ポートと、少なくとも一つの主燃料噴射器及び主燃焼室内の空燃混合物を点火する少なくとも一つの点火装置から構成してよい。点火装置は、スパークプラグ、副燃焼室燃料噴射器及び副燃焼室壁内の少なくとも一つのオリフィスを介して主燃焼室に連結される副燃焼室から構成してよい。 The internal combustion engine includes at least one cylinder, at least one main combustion chamber (abbreviated "main chamber"), at least one intake port, at least one main fuel injector, and ignites an air-fuel mixture in the main combustion chamber. may comprise at least one igniter that The ignition system may comprise a spark plug, a secondary combustion chamber fuel injector, and a secondary combustion chamber coupled to the primary combustion chamber via at least one orifice in the secondary combustion chamber wall.

副燃焼室の温度が、所定の温度よりも高い場合、制御ユニットは、主燃料噴射器を制御し、内燃機関の圧縮ストロークの間、主燃焼室内への噴射(冷却噴射)を実行する。好ましくは、当該所定の温度は、100℃~250℃の範囲にある値を有してもよい。所定の温度、あるいは、その値若しくはその値の範囲は、当該温度を確定する副燃焼室の置かれた場所に応じて設定されてもよい。更に好ましくは、当該範囲は、150℃~200℃の間に設定されてもよい。 If the temperature in the secondary combustion chamber is above a predetermined temperature, the control unit controls the main fuel injector to perform injection into the main combustion chamber (cooling injection) during the compression stroke of the internal combustion engine. Preferably, said predetermined temperature may have a value in the range of 100°C to 250°C. The predetermined temperature or its value or range of values may be set according to the location of the subcombustion chamber that establishes that temperature. More preferably, the range may be set between 150°C and 200°C.

上述したケースの場合、点火装置は受動モードで操作され、このため、冷却噴射の間、副燃焼室の内部へは、燃料が(直接には)(略)噴射されない。 In the case described above, the ignition device is operated in passive mode, so that no fuel is (nearly) injected (directly) into the subcombustion chamber during the cooling injection.

上述したように、エンジンの高負荷状態の間、副燃焼室内への追加の噴射/冷却噴射は、望ましからざる大量の粒子状放出物質を招く可能性がある。本願の発明主題は、副燃焼室を冷却するため、主燃焼室内(略して「主室」)への追加燃料噴射を利用して、これを回避している。具体的に言えば、ピストンが上方に移動中、主室内への冷却噴射が実行される場合、少なくとも少量の被噴射燃料が副燃焼室内へ流入し、かつ、室内で気化する一方、被噴射燃料のもう一方の(大方の)部分が、主燃焼室内で気化する。燃料の気化により、副燃焼室は冷却される。好ましくは、主燃焼室内への冷却噴射の開始は、圧縮ストロークの終了時点、先行する圧縮のために、シリンダー温度が上昇している時点で口火を切る(「後工程噴射」と呼んでもよい)。これにより、素早い燃料気化を招き、延いては、副燃焼室内並びに副燃焼室周囲の混合物温度を効果的に下げることができる。好ましくは、冷却噴射は、点火タイミング前に終了し、そうでない場合、室内の圧力上昇により、被噴射燃料の副燃焼室内への流入が阻止される場合がある。 As mentioned above, during high engine load conditions, the additional/cooling injection into the subcombustion chamber can result in undesirably large amounts of particulate emissions. The present subject matter avoids this by utilizing additional fuel injection into the main combustion chamber ("main chamber" for short) to cool the secondary combustion chamber. Specifically, when the piston is moving upward and a cooling injection into the main chamber is performed, at least a small amount of the injected fuel flows into the subcombustion chamber and vaporizes therein, while the injected fuel The other (larger) portion of is vaporized in the main combustion chamber. Vaporization of the fuel cools the sub-combustion chamber. Preferably, the start of the cooling injection into the main combustion chamber is piloted at the end of the compression stroke, when the cylinder temperature is rising due to the preceding compression (may be called "post-stroke injection"). . This leads to rapid fuel vaporization, which in turn effectively lowers the temperature of the mixture in and around the secondary combustion chamber. Preferably, the cooling injection ends before ignition timing, otherwise pressure build-up in the chamber may prevent injected fuel from entering the secondary combustion chamber.

被噴射燃料の主室から副燃焼室内への上述した流入、あるいは、移送については、副燃焼室内の圧力が、主燃焼室内の圧力よりも低い時点で、冷却噴射の口火が制御ユニットにより切られることを条件に、これを向上させることができる。主室と副燃焼室との前記圧力差異が、微細な燃料滴及び被冷却空燃混合物の副燃焼室内への移送をサポートしてもよい。 For the aforementioned inflow or transfer of injected fuel from the main chamber into the subcombustion chamber, the cooling injection is ignited by the control unit at a point in time when the pressure in the subcombustion chamber is lower than the pressure in the main combustion chamber. Provided that this can be improved. Said pressure differential between the primary chamber and the secondary combustion chamber may support the transfer of fine fuel droplets and cooled air-fuel mixture into the secondary combustion chamber.

主燃焼室と副燃焼室内の圧力を確定するため、圧力センサーを両室内に設けてもよい。副燃焼室に関しては、上述したように、中心電極の隣り/これに近接して/これの近隣に圧力センサーを備えた測定用スパークプラグを利用してもよい。また、副燃焼室内に小型の自立式圧力センサーを設置することを可能としてもよい。主燃焼室内の圧力を測定するためには、半永久使用の一般に既知の圧力センサーを利用することができる。 Pressure sensors may be provided in both chambers to determine the pressure in the primary and secondary combustion chambers. With respect to the subcombustion chamber, a measuring spark plug with a pressure sensor next to/proximate/near the center electrode may be utilized, as described above. It may also be possible to install a small self-contained pressure sensor in the secondary combustion chamber. A semi-permanent, commonly known pressure sensor can be utilized to measure the pressure in the main combustion chamber.

これに代えて、エンジンのテスト段階において、冷却噴射を実行すべき最適なクランク角度領域を確定することを可能としてもよい。このテスト段階には、全ての関連する運転ポイントを含めることができ、また、これによって確定された最適なクランク角度値を、特性曲線あるいはマップとして、制御ユニット内に記憶してもよい。 Alternatively, during the testing phase of the engine, it may be possible to determine the optimum crank angle region in which cooling injection should be performed. This test phase can include all relevant operating points, and the optimum crank angle value determined thereby can be stored as a characteristic curve or map in the control unit.

さらに、制御ユニットは、副燃焼室の温度に応じて冷却するため、主燃焼室内へ噴射すべき燃料量を調整してもよい。本願の発明主題の枠組み内において可能であることが好ましい複数回の冷却噴射を実行すべき場合には、冷却噴射の間、噴射すべき燃料量は、主燃焼室内への初回冷却噴射に対する副燃焼室の反応に合わせて調整してもよい。例えば、初回冷却噴射の後、副燃焼室の温度が下がる場合には、二回目の冷却噴射の間に噴射される燃料量を低減し、あるいは、初回冷却噴射の後、副燃焼室の温度が更に上昇し、若しくは、一定のままである場合には、これを増加してもよい。 Additionally, the control unit may adjust the amount of fuel to be injected into the main combustion chamber for cooling depending on the temperature of the secondary combustion chamber. If multiple cooling injections are to be carried out, which is preferably possible within the framework of the subject matter of the present application, the amount of fuel to be injected during the cooling injections is the secondary combustion for the first cooling injection into the main combustion chamber. It may be adjusted for the reaction of the chamber. For example, if the temperature of the sub-combustion chamber drops after the first cooling injection, the amount of fuel injected during the second cooling injection is reduced, or after the first cooling injection, the temperature of the sub-combustion chamber rises. If it rises further or remains constant, it may be increased.

具体的に言えば、例えば、主燃焼室内へ噴射される全燃料量の、一例として、1%を含む初回(後工程)冷却噴射の後、副燃焼室温度が下がらない場合(全量とは、燃焼目的で噴射される燃料量と冷却噴射の燃料量を含んでよい)、燃料量をそれぞれ全燃料量の1.5%あるいは2%まで増加してもよい。副燃焼室の温度が一定のままである場合、炭化水素及び/又は粒子状放出物質に依拠する後工程冷却燃料噴射の限界に達するまで、被噴射燃料量をさらに増やしてもよい。圧縮ストロークの間、冷却のため主燃焼室内へ噴射される最大燃料量は、全燃料量の4%~10%の範囲にあることが好ましく、また、その5%~7%の範囲にあることが更に好ましいと言える。また、例えば、副燃焼室温度は下がるが、所定の温度(閾値)未満に下がらない場合、副燃焼室を冷却するため噴射される燃料量は、温度勾配に応じて低減してもよい。あるいは、副燃焼室温度が急速に下がる場合には、被噴射燃料量を、全燃料量の1%等の大きい値分低減する一方、副燃焼室温度がゆっくりと下がる場合には、被噴射燃料量を、全燃料量の0.3%等の小さい値分低減してもよい。 Specifically, for example, if the sub-combustion chamber temperature does not decrease after the initial (post-process) cooling injection containing, for example, 1% of the total amount of fuel injected into the main combustion chamber (the total amount is the amount of fuel injected for combustion purposes and the amount of fuel injected for cooling injection), the amount of fuel may be increased to 1.5% or 2% of the total fuel amount, respectively. If the subcombustion chamber temperature remains constant, the amount of injected fuel may be further increased until the limits of post-cooling fuel injection relying on hydrocarbons and/or particulate emissions are reached. The maximum amount of fuel injected into the main combustion chamber for cooling during the compression stroke is preferably in the range of 4% to 10% of the total fuel amount and is in the range of 5% to 7% thereof. is more preferable. Also, for example, if the sub-combustion chamber temperature drops but does not fall below a predetermined temperature (threshold), the amount of fuel injected to cool the sub-combustion chamber may be reduced according to the temperature gradient. Alternatively, when the sub-combustion chamber temperature drops rapidly, the injected fuel amount is reduced by a large value such as 1% of the total fuel amount, while when the sub-combustion chamber temperature drops slowly, the injected fuel The amount may be reduced by a small amount such as 0.3% of the total fuel amount.

さらに、制御ユニットは、副燃焼室燃料噴射器を制御して、副燃焼室の温度に応じて、副燃焼室内への冷却噴射を実行してもよい。例えば、主燃焼室内への冷却噴射が、副燃焼室の温度低下を招かない場合及び/又は副燃焼室温度が、熱損傷を引き起こす別の温度閾値/第二温度閾値を超える場合、副燃焼室内への冷却噴射を実行してもよい。このような(緊急の/例外的な)状況下において、点火装置は、能動モードに切り替えられ、副燃焼室の高温表面により惹起された抑制されない自己点火による副燃焼室の熱損傷、延いては、エンジン損傷を回避するため、粒子状放出物質の増加可能性を気にすることなく、少量の燃料を副燃焼室内へ噴射してもよい。副燃焼室内へ噴射される燃料量は、好ましくは全燃料量の1%~5%の範囲であり、最も好ましくは2%~4%の範囲であってもよい。副燃焼室(能動モード)内への噴射を開始するための第二温度閾値は、第一温度閾値よりも高いことが好ましく、また、温度を確定する副燃焼室の置かれた場所に応じて、200℃~500℃の範囲にあってよい。最も好ましくは、300℃~400℃の範囲にあってもよい。 Further, the control unit may control the secondary combustion chamber fuel injectors to perform cooling injection into the secondary combustion chambers depending on the temperature of the secondary combustion chambers. For example, if the cooling injection into the main combustion chamber does not result in a temperature drop in the subcombustion chamber and/or if the subcombustion chamber temperature exceeds another/second temperature threshold that causes thermal damage, the subcombustion chamber A cooling injection to the may be performed. Under such (emergency/exceptional) circumstances, the igniter is switched to active mode and thermal damage to the subcombustion chamber due to uncontrolled self-ignition caused by the hot surfaces of the subcombustion chamber and thus the To avoid engine damage, a small amount of fuel may be injected into the subcombustion chamber without concern for possible increases in particulate emissions. The amount of fuel injected into the subcombustion chamber may preferably be in the range 1% to 5% of the total fuel amount, most preferably in the range 2% to 4%. The second temperature threshold for initiating injection into the subcombustion chamber (active mode) is preferably higher than the first temperature threshold and depends on the location of the subcombustion chamber determining the temperature. , in the range of 200°C to 500°C. Most preferably, it may be in the range of 300°C to 400°C.

能動モードを開始することで、主燃焼室への(後工程)冷却噴射は完全に停止され、あるいは、受動モードから能動モードへの連続的な移行が実行されてもよい。後者の場合、圧縮ストロークの終了時点で主燃焼室内へ噴射される燃料量は、連続的にあるいは段階的に低減されてよく、その際、副燃焼室内へ噴射される燃料量は、連続的にあるいは段階的に増加されてもよい。また、主燃焼室内へ第一燃料量を噴射し、かつ、第二燃料量を直接副燃焼室内へ噴射することにより、能動モードと受動モードとを組合わせることも可能と言える。 By initiating active mode, the (after-process) cooling injection into the main combustion chamber may be completely stopped, or a continuous transition from passive to active mode may be performed. In the latter case, the amount of fuel injected into the primary combustion chamber at the end of the compression stroke may be reduced continuously or stepwise, with the amount of fuel injected into the secondary combustion chamber being continuously Alternatively, it may be increased stepwise. It is also possible to combine active and passive modes by injecting a first fuel quantity into the main combustion chamber and a second fuel quantity directly into the secondary combustion chamber.

さらに、制御ユニットは、被測定温度及び/又は制御ユニット内に特性曲線あるいはマップとして記憶された特性パラメータに基づき副燃焼室の温度を確定してもよい。 Furthermore, the control unit may determine the temperature of the secondary combustion chamber on the basis of measured temperatures and/or characteristic parameters stored as characteristic curves or maps in the control unit.

副燃焼室温度は、副燃焼室内あるいは副燃焼室壁に永久的に取り付けられた少なくとも一つの温度センサーを利用することで測定されるのが好ましいと言える。例えば、副燃焼室内に設置された温度センサーは、室内のガス温度を測定可能である。代わりに、あるいは、加えて、副燃焼室壁の温度は、副燃焼室温度の基準温度として使役することができる。この場合、温度センサーは、例えば、主燃焼室に面した副燃焼室壁の下側表面に取り付けてもよい。 Preferably, the subcombustion chamber temperature is measured using at least one temperature sensor permanently mounted in the subcombustion chamber or on the walls of the subcombustion chamber. For example, a temperature sensor installed within the subcombustion chamber can measure the gas temperature within the chamber. Alternatively, or in addition, the temperature of the subcombustion chamber walls can be used as a reference temperature for the subcombustion chamber temperature. In this case, the temperature sensor may for example be mounted on the lower surface of the secondary combustion chamber wall facing the main combustion chamber.

代わりに、あるいは、加えて、副燃焼室内の圧力は、例えば、スパークプラグ内に一体化された圧力センサーにより測定されてもよい。副燃焼室内の圧力上昇を測定することで、室内の熱放出を想定することが可能となり、延いては、副燃焼室内の想定されるガス温度及び副燃焼室壁の温度との良好な相関関係を提供することになる。 Alternatively or additionally, the pressure in the secondary combustion chamber may be measured by a pressure sensor integrated in the spark plug, for example. By measuring the pressure rise in the precombustion chamber, it is possible to estimate the heat release in the chamber, which in turn has a good correlation with the assumed gas temperature in the precombustion chamber and the temperature of the precombustion chamber walls. will provide

さらに、温度センサーあるいは圧力センサーは、全ての関連する境界条件でエンジン運転を実行するテスト段階の間にのみ設けてもよい。テスト段階の間、副燃焼室内のガス温度及び/又は副燃焼室壁温度及び/又は副燃焼室内圧力が、例えば、様々なエンジン負荷及びスピード、様々なスパークタイミング、様々な空燃比、様々な吸気温度及び圧力、様々なEGR比、様々なバルブタイミング等で測定可能である。テスト段階で確定された特性副燃焼室温度は、制御ユニットにより連続して測定され、あるいは、算定されるパラメータに応じて、特性曲線あるいはマップとして、制御ユニット内に記憶されてもよい。 Furthermore, temperature sensors or pressure sensors may be provided only during test phases in which the engine is run under all relevant boundary conditions. During the test phase, the gas temperature in the subcombustion chamber and/or the subcombustion chamber wall temperature and/or the subcombustion chamber pressure may vary, for example, at different engine loads and speeds, different spark timings, different air/fuel ratios, different intake air. It can be measured at temperature and pressure, various EGR ratios, various valve timings, and so on. The characteristic subcombustion chamber temperature determined during the test phase can be continuously measured by the control unit or, depending on the calculated parameters, stored in the control unit as a characteristic curve or map.

さらに、特性副燃焼室温度は、関連するエンジン運転ポイントでの可能な限り全ての境界条件を考慮に入れて、CFDシミュレーションを実行することで確定されてもよい。また、当該シミュレーションにより確定された温度値は、特性曲線あるいはマップとして制御ユニット内に記憶されてもよい。 Additionally, the characteristic subcombustion chamber temperature may be determined by performing CFD simulations, taking into account all possible boundary conditions at the relevant engine operating point. The temperature values determined by the simulation may also be stored in the control unit as characteristic curves or maps.

さらに、本願に請求の発明主題は、少なくとも一つのシリンダーと、少なくとも一つの主燃焼室と、少なくとも一つの吸気ポートと、少なくとも一つの主燃料噴射器と、主燃焼室内の空燃混合物を点火するための少なくとも一つの点火装置と少なくとも一つの制御ユニットを有する内燃機関を制御するための方法を包摂し、点火装置はスパークプラグと、副燃焼室燃料噴射器と副燃焼室壁内の少なくとも一つのオリフィスを介して主燃焼室に連結された副燃焼室を備え、また、副燃焼室内及び/又は主燃焼室内へ(冷却のため)噴射すべき燃料量は、副燃焼室の温度に応じて、制御ユニットにより制御されてもよい。 Further, the presently claimed subject matter includes at least one cylinder, at least one main combustion chamber, at least one intake port, at least one main fuel injector, and igniting an air-fuel mixture in the main combustion chamber. a method for controlling an internal combustion engine having at least one ignition device and at least one control unit for, the ignition device comprising a spark plug, an auxiliary combustion chamber fuel injector and at least one in an auxiliary combustion chamber wall. a secondary combustion chamber connected to the primary combustion chamber via an orifice, and the amount of fuel to be injected into the secondary combustion chamber and/or into the primary combustion chamber (for cooling), depending on the temperature of the secondary combustion chamber, is: It may be controlled by a control unit.

本願の明細書に記載の発明主題によれば、副燃焼室の温度が(第一)所定温度よりも高い場合、被噴射燃料の少なくとも一部を副燃焼室内へ移送し、かつ、この燃料の潜熱により副燃焼室を冷却するため、内燃機関の圧縮ストロークの間、主燃料噴射器により、主燃焼室内への冷却噴射が実行されてもよい。 According to the subject matter described herein, at least a portion of the injected fuel is transferred into the secondary combustion chamber when the temperature of the secondary combustion chamber is higher than a (first) predetermined temperature, and A cooling injection may be performed by the main fuel injector into the main combustion chamber during the compression stroke of the internal combustion engine to cool the secondary combustion chamber with latent heat.

好ましくは、副燃焼室内の圧力が、主燃焼室内の圧力よりも低い場合、副燃焼室内への燃料移送をサポートするため、圧縮ストロークの間、主燃焼室内への冷却噴射は、主燃料噴射器により実行されてもよい。 Preferably, when the pressure in the secondary combustion chamber is lower than the pressure in the primary combustion chamber, cooling injection into the primary combustion chamber during the compression stroke is directed to the primary fuel injector to support fuel transfer into the secondary combustion chamber. may be performed by

さらに、圧縮ストロークの間、主燃焼室内への冷却噴射の燃料量は、副燃焼室の温度に応じて、主燃料噴射器により調整されてもよい。これにより、主燃焼室内への初回冷却噴射の後、副燃焼室温度の展開に応じて、噴射すべき燃料量を調整することが可能となる。 Additionally, during the compression stroke, the amount of fuel for cooling injection into the primary combustion chamber may be adjusted by the primary fuel injectors depending on the temperature of the secondary combustion chamber. This makes it possible, after the initial cooling injection into the main combustion chamber, to adjust the amount of fuel to be injected according to the evolution of the auxiliary combustion chamber temperature.

主燃焼室内へ導入される冷却噴射の燃料量をさらに増やしても、副燃焼室温度の低下が導かれない場合、あるいは、副燃焼室温度の第二温度閾値を上回る場合、副燃焼室の温度に応じて、副燃焼室燃料噴射器により、副燃焼室への噴射を実行してもよい。 If a further increase in the amount of cooling injection fuel introduced into the main combustion chamber does not lead to a decrease in the auxiliary combustion chamber temperature, or if the auxiliary combustion chamber temperature exceeds the second temperature threshold, the temperature of the auxiliary combustion chamber Injection into the subcombustion chamber may be performed by the subcombustion chamber fuel injector depending on the .

さらに、本願に請求の発明主題は、少なくとも一つのシリンダーと、少なくとも一つの主燃焼室と、少なくとも一つの吸気ポートと、少なくとも一つの主燃料噴射器と、主燃焼室内の空燃混合物を点火する少なくとも一つの点火装置を有する内燃機関を包摂し、点火装置は、スパークプラグと、副燃焼室燃料噴射器と、副燃焼室内の少なくとも一つのオリフィスを介して主燃焼室に連結された副燃焼室とを備え、また、内燃機関は、上述した制御ユニットを有するものであってよい。 Further, the presently claimed subject matter includes at least one cylinder, at least one main combustion chamber, at least one intake port, at least one main fuel injector, and igniting an air-fuel mixture in the main combustion chamber. An internal combustion engine having at least one ignition device, the ignition device being a secondary combustion chamber coupled to the primary combustion chamber via a spark plug, a secondary combustion chamber fuel injector, and at least one orifice in the secondary combustion chamber. and the internal combustion engine may have a control unit as described above.

さらに、本願に請求の発明主題は、コンピュータあるいは演算ユニットにより実行される場合、コンピュータに上述した方法あるいはその諸相を実行させる指令を含むメモリー内に格納可能なコンピュータプログラム製品並びにコンピュータにより実行される場合、コンピュータに前記方法あるいはその諸相を実行させる指令を含むコンピュータにより読み取り可能な(記憶)媒体を包摂するものであってよい。
発明の効果
Further, the presently claimed subject matter is also a computer program product storable in memory containing instructions which, when executed by a computer or computing unit, cause a computer to perform the above-described method or aspects thereof, as well as , a computer readable (storage) medium containing instructions for causing a computer to perform the method or aspects thereof.
Effect of the invention

要約すれば、内燃機関内に含まれる点火装置の燃料供給下の副燃焼室の温度を制御するための制御ユニット及びその方法は、粒子状放出物質を増加させることなく、エンジン高負荷時に、効率的な冷却を行う。副燃焼室温度に応じて、主燃焼室内及び/又は副燃焼室内への目標を定めた冷却噴射を実行することで、これを達成する。 In summary, a control unit and method for controlling the temperature of an auxiliary combustion chamber fueled by an igniter contained within an internal combustion engine provides an efficient and efficient operation at high engine loads without increasing particulate emissions. cooling. This is achieved by performing targeted cooling injections into the main combustion chamber and/or into the secondary combustion chambers, depending on the secondary combustion chamber temperature.

以下、添付の例示的な概略図面を参照しつつ、少なくとも一つの好ましい実施例に基づき、本願に請求の発明主題を更に詳しく説明する。 The subject matter claimed herein will now be described in greater detail below on the basis of at least one preferred embodiment with reference to the accompanying exemplary schematic drawings.

燃料供給下の副燃焼室を備えた点火装置を有する内燃機関のシリンダーを概略的に示す図である。1 schematically shows a cylinder of an internal combustion engine having an ignition device with a fueled secondary combustion chamber; FIG. 点火装置を概略的に示す図である。FIG. 2 schematically shows an ignition device; 副燃焼室温度に応じた様々な燃料噴射モードを概略的に示す。4 schematically shows different fuel injection modes depending on subcombustion chamber temperature; 副燃焼室温度に応じた様々な燃料噴射モードを概略的に示す。4 schematically shows different fuel injection modes depending on subcombustion chamber temperature; 副燃焼室温度に応じた様々な燃料噴射モードを概略的に示す。4 schematically shows different fuel injection modes depending on subcombustion chamber temperature; 副燃焼室温度に応じたエンジンサイクル間の様々な被噴射燃料量を概略的に示す。Fig. 4 schematically shows various injected fuel quantities during an engine cycle as a function of subcombustion chamber temperature; 副燃焼室温度に応じたエンジンサイクル間の様々な被噴射燃料量を概略的に示す。Fig. 4 schematically shows various injected fuel quantities during an engine cycle as a function of subcombustion chamber temperature; 副燃焼室温度に応じたエンジンサイクル間の様々な被噴射燃料量を概略的に示す。Fig. 4 schematically shows various injected fuel quantities during an engine cycle as a function of subcombustion chamber temperature; 副燃焼室内及び主燃焼室内で確定された圧力曲線並びに関連する圧力差異を例示する。4 illustrates the pressure curves and associated pressure differentials established within the subcombustion chamber and the main combustion chamber; 本願に請求の制御方法の一例としてフローチャートを示す。A flow chart is shown in this application as an example of a claim control method.

図1は、二つ以上のシリンダー100を有する別途特定されない内燃機関の例示としてのシリンダー100を概略的に示す。このエンジンは、例えば、二つ、三つ、四つ、六つ、八つあるいはこれより未満の、または、これ以上のシリンダー100を有するものであってよい。当該エンジンは、シリンダー100内での繰り返し往復運動のため、連結ロッド3を介してクランクシャフト(図示なし)により駆動される少なくとも一つのピストン2を有し、シリンダー内に主燃焼室を形成する。 FIG. 1 schematically shows an exemplary cylinder 100 of an internal combustion engine, not otherwise specified, having two or more cylinders 100 . The engine may have, for example, two, three, four, six, eight or fewer or more cylinders 100 . The engine has at least one piston 2 driven by a crankshaft (not shown) via a connecting rod 3 for repeated reciprocating motion within a cylinder 100 forming a main combustion chamber within the cylinder.

吸気バルブ6を備えた(エア)吸気ポート4並びに排気バルブ7を備えた排気ポート5が主燃焼室1に連結される。外気が、吸気ポート4を通して主燃焼室1内へ吸入される。排気ガスは、排気ポート5を介して燃焼室1から排出される。スパークプラグ10a、副燃焼室燃料噴射器10b、副燃焼室10cを備えた点火装置10が内燃機関に取り付けられる。温度センサー(図示なし)は、副燃焼室内(10c)あるいはこれに接して配設されてもよい。 An (air) intake port 4 with an intake valve 6 and an exhaust port 5 with an exhaust valve 7 are connected to the main combustion chamber 1 . Outside air is drawn into the main combustion chamber 1 through the intake port 4 . Exhaust gases are discharged from the combustion chamber 1 through an exhaust port 5 . An ignition device 10 comprising a spark plug 10a, a secondary combustion chamber fuel injector 10b and a secondary combustion chamber 10c is mounted in an internal combustion engine. A temperature sensor (not shown) may be disposed in or on the secondary combustion chamber (10c).

点火装置10のスパークプラグ10aは、点火コイル(図示なし)に電気的に連結されてもよい。スパークプラグ10aは、点火コイルと組み合わさって、好ましくは、可変スパーク持続時間あるいはマルチスパーク点火を提供するスパーク点火装置を形成する。内燃機関は、一つ以上の点火装置10を有してもよい。好ましくは、シリンダー100毎に少なくとも一つの点火装置10を有する。点火装置10又はその少なくとも一部は、主燃焼室1の内側に連結されることで、反応性噴流(点線にて表示)が主燃焼室内に導入可能となる。さらに、直噴燃料噴射器8又は少なくともその一部が、主燃焼室1の内側に結合され、これにより、室内へ燃料を噴射することが可能となる。この直噴燃料噴射器8は、好ましくは、電子液圧式燃料噴射器あるいは圧電式燃料噴射器であってもよい。これに加えて、ポート燃料噴射器9が、シリンダー100の吸気ポート4に連結される。直噴燃料噴射器8の高圧燃料供給あるいはポート燃料噴射器9の高圧又は低圧燃料供給は説明されていない。主燃料噴射は、直噴主燃料噴射器8あるいはポート主燃料噴射器9により実行されてよく、若しくは、噴射器双方間で分担されてもよい。 Spark plug 10a of ignition device 10 may be electrically coupled to an ignition coil (not shown). Spark plug 10a in combination with an ignition coil preferably forms a spark igniter that provides variable spark duration or multi-spark ignition. An internal combustion engine may have one or more ignition devices 10 . Preferably, each cylinder 100 has at least one ignition device 10 . An ignition device 10, or at least a portion thereof, is coupled inside the main combustion chamber 1 so that a reactive jet (indicated by dashed lines) can be introduced into the main combustion chamber. Furthermore, a direct fuel injector 8, or at least a part thereof, is coupled inside the main combustion chamber 1, which makes it possible to inject fuel into the chamber. This direct fuel injector 8 may preferably be an electrohydraulic fuel injector or a piezoelectric fuel injector. Additionally, a port fuel injector 9 is connected to the intake port 4 of the cylinder 100 . The high pressure fueling of the direct fuel injectors 8 or the high or low pressure fueling of the port fuel injectors 9 is not discussed. The main fuel injection may be performed by the direct main fuel injector 8 or the port main fuel injector 9, or may be shared between both injectors.

図1には更に、点火装置を制御するための制御ユニット11が図示されている。この制御ユニット11は、点火装置10、直噴主燃料噴射器8及び/又はポート主燃料噴射器9に電気的に接続され、また、複数のユニット/噴射器/アクチュエータを制御する。制御ユニット11は、例えば、エンジンコントロールユニット(ECU)であってよい。 FIG. 1 also shows a control unit 11 for controlling the ignition device. This control unit 11 is electrically connected to the ignition system 10, the direct main fuel injectors 8 and/or the port main fuel injectors 9, and controls a plurality of units/injectors/actuators. The control unit 11 may be, for example, an engine control unit (ECU).

また、制御ユニット11は、その他の制御ユニットであってもよく、制御ユニット11と制御下ユニットとの信号線接続は、図1に示す例と異なるものでもよい。例えば、制御下ユニットのサブグループを制御する複数の制御ユニット11を設けてもよく、一例として、一方の制御ユニット11-1は、点火装置10のみを制御し、もう一方の制御ユニット11-2は、燃料噴射器8、9のみを制御する等の構成としてもよい。さらにまた、複数の制御ユニット11がある場合、これらの制御ユニット11は、階層的に若しくはその他の態様で相互接続されてもよい。これに代えて、複数のアクチュエータの全ての制御機能を包摂する単一の制御ユニット11を設けてもよい。 Also, the control unit 11 may be another control unit, and the signal line connection between the control unit 11 and the unit under control may be different from the example shown in FIG. For example, there may be multiple control units 11 controlling sub-groups of units under control, one control unit 11-1 controlling only the ignition device 10 and the other control unit 11-2 may be configured such that only the fuel injectors 8 and 9 are controlled. Furthermore, if there are multiple control units 11, these control units 11 may be interconnected hierarchically or in some other manner. Alternatively, a single control unit 11 may be provided which encompasses all control functions for the actuators.

さらに、図示の無い少なくとも一つの温度センサーを、副燃焼室10c内あるいは点火装置10の副燃焼室壁10dに設けてもよい(図2参照)。この温度センサーは、副燃焼室冷却処置を、時宜を得て開始してエンジン損傷を阻止するため、特性副燃焼室温度を監視することを可能とする。 Furthermore, at least one temperature sensor (not shown) may be provided in the auxiliary combustion chamber 10c or on the auxiliary combustion chamber wall 10d of the ignition device 10 (see FIG. 2). This temperature sensor allows monitoring of the characteristic subcombustion chamber temperature for timely initiation of subcombustion chamber cooling measures to prevent engine damage.

さらに、図示の無い圧力センサーが、例えば、主燃焼室1の壁内及び/又は点火装置10の副燃焼室10c内に配設されてもよい。主燃焼室1内及び/又は副燃焼室10c内の圧力を測定すると、フィードバック燃焼制御の実現が可能になり、また、両室内の状態に関する追加情報を提供することで、副燃焼室冷却処置を向上させることにもなる。 Furthermore, pressure sensors, not shown, may be arranged, for example, in the walls of the main combustion chamber 1 and/or in the auxiliary combustion chamber 10c of the ignition device 10. FIG. Measuring the pressure in the main combustion chamber 1 and/or in the subcombustion chamber 10c allows feedback combustion control to be achieved and also provides additional information about the conditions in both chambers to guide the subcombustion chamber cooling measures. It will also improve.

図2に、点火装置10の概略図を示す。点火装置10は、燃料噴射器10a、スパークプラグ10b、副燃焼室10cを備える。副燃焼室10cは、副燃焼室壁10dにより主燃焼室1とは区分され、この副燃焼室壁内には、副燃焼室燃焼により生成された反応性噴流を主燃焼室1内に導入するオリフィス10eが配設されている。 FIG. 2 shows a schematic diagram of the ignition device 10 . The ignition device 10 includes a fuel injector 10a, a spark plug 10b, and an auxiliary combustion chamber 10c. The sub-combustion chamber 10c is separated from the main combustion chamber 1 by the sub-combustion chamber wall 10d, and the reactive jet generated by the sub-combustion chamber combustion is introduced into the main combustion chamber 1 into the sub-combustion chamber wall. An orifice 10e is provided.

更に、図示の無い少なくとも一つの温度センサーが、副燃焼室10c内及び/又は副燃焼室壁10dに設けられてもよい。室内のガス温度を測定することを可能とする態様で副燃焼室内に配設された温度センサーは、先ず、ガス温度から副燃焼室の部品温度を推定することを可能とし、次に、副燃焼室燃焼の品質に関する情報を導き出すために有用であってもよい。代わりに、あるいは、加えて、副燃焼室壁10dに取り付けられた温度センサーは、その関連する温度を供給することが可能となる。この場合、温度センサーは、例えば、副燃焼室壁10d下側表面のオリフィス10eに近接して取り付けてよく、これは、この場所が、最高温度となることが予期されるためである。これにより、副燃焼室壁の温度上昇に関する情報を早期に得ることが可能となる。センサーを過昇温による損傷から保護するため、副燃焼室10cの先端から離間した位置にある副燃焼室壁に温度センサーを配設することが可能であってもよい。 Furthermore, at least one temperature sensor (not shown) may be provided in the sub-combustion chamber 10c and/or on the sub-combustion chamber wall 10d. A temperature sensor arranged in the subcombustion chamber in a manner that makes it possible to measure the gas temperature in the chamber, first makes it possible to deduce the temperature of the components of the subcombustion chamber from the gas temperature, and then the temperature of the subcombustion chamber. It may be useful for deriving information about the quality of chamber combustion. Alternatively, or in addition, a temperature sensor mounted on the sub-combustion chamber wall 10d can supply its associated temperature. In this case, the temperature sensor may be mounted, for example, close to the orifice 10e in the lower surface of the sub-combustion chamber wall 10d, as this is where the highest temperature is expected. This makes it possible to obtain information about the temperature rise of the sub-combustion chamber wall at an early stage. In order to protect the sensor from damage due to overheating, it may be possible to place the temperature sensor on the subcombustion chamber wall at a distance from the tip of the subcombustion chamber 10c.

代わりに、あるいは、加えて、スパークプラグ10b、例えば、スパークプラグの中心電極及び/又は接地電極に、少なくとも一つの温度センサーを配設することが可能であってもよい。代わりに、あるいは、加えて、少なくとも一つの温度センサーを、副燃焼室燃料噴射器10aの先端に取り付けてもよい。この位置に温度センサーを設ければ、特に、副燃焼室噴射により予期され得る粒子状放出物質の増加に関する情報の提供が可能となろう。 Alternatively or additionally, it may be possible to arrange at least one temperature sensor on the spark plug 10b, for example on the center electrode and/or on the ground electrode of the spark plug. Alternatively or additionally, at least one temperature sensor may be mounted on the tip of the secondary combustion chamber fuel injector 10a. A temperature sensor at this location would be able to provide information, among other things, about the expected increase in particulate emissions due to subcombustion chamber injection.

副燃焼室10cの形状は、図2に図示される形状に限定されず、半球形状、円錐形状、円筒形状若しくはこれらの組み合わせ等の様々な多数形状にデザイン可能である。さらに、副燃焼室壁10d内のオリフィス10eの数、幾何形状、位置については、図2に図示される例に限定されない。副燃焼室10cには、副燃焼室壁10d内の様々な位置に配設され、また、様々な径を備えた複数のオリフィス10eを設けてもよい。主燃焼室1に噴射されるものとは異なる燃料を噴射するため、副燃焼室噴射器10aは、エンジン(図示なし)の高圧燃料供給側あるいは低圧燃料供給側に連結されてもよく、若しくは、別個の燃料供給側(図示なし)に連結されてもよい。スパークプラグ10bは、点火装置10内に包摂されるか、点火装置10から遠隔したエンジンの別の場所に位置する点火コイル(図示なし)に電気的に連結されてもよい。好ましくは、点火装置10各々について、一つの点火コイルを設けてもよいが、複数の点火装置10について単一の点火コイルを設けることが可能であってもよい。 The shape of the sub-combustion chamber 10c is not limited to the shape illustrated in FIG. 2, and can be designed in various shapes such as a hemispherical shape, a conical shape, a cylindrical shape, or a combination thereof. Furthermore, the number, geometry and position of orifices 10e in sub-combustion chamber wall 10d are not limited to the example illustrated in FIG. The secondary combustion chamber 10c may be provided with a plurality of orifices 10e disposed at various locations within the secondary combustion chamber wall 10d and having various diameters. The secondary combustion chamber injector 10a may be coupled to either the high pressure fuel supply or the low pressure fuel supply of the engine (not shown) to inject a different fuel than that injected into the main combustion chamber 1, or It may be connected to a separate fuel supply (not shown). The spark plug 10b may be contained within the ignition device 10 or electrically coupled to an ignition coil (not shown) located elsewhere in the engine remote from the ignition device 10. FIG. Preferably, one ignition coil may be provided for each ignition device 10 , but it may be possible to provide a single ignition coil for a plurality of ignition devices 10 .

図3a~図3cは、副燃焼室温度Tpcに応じた様々な燃料噴射モードを概略的に例示する。図3aは、副燃焼室温度Tpcが(第一)温度閾値T未満のままであり、副燃焼室冷却が不要で、かつ、吸気ストロークの間、主燃焼室1内へ主噴射(燃焼に資する)が一回のみ実行される場合を例示する。代わりに、あるいは、加えて、燃焼に資する主噴射あるいは主噴射の少なくとも一部は、吸気ポート4内へ導入されてもよい。図3bは、副燃焼室温度TPCが所定の第一及び第二温度(閾値)T及びTの間にある状態を例示する。この場合、主室1への冷却噴射は、圧縮ストロークの終了時点、より精確に言えば、上死点発火FTDC前の所定のクランク角度において実行される。適切な噴射タイミングは、図5との関連で説明する点火タイミングと関係している。さらに、図3cは、副燃焼室温度TPCが閾値Tを上回り、吸気ストロークの間、主室噴射(燃焼に資する)に加えて、副燃焼室10c内への冷却噴射が、上死点発火FTDC直前に実行される場合を例示している。 Figures 3a-3c schematically illustrate various fuel injection modes depending on the secondary combustion chamber temperature Tpc . FIG. 3a shows that the secondary combustion chamber temperature T pc remains below the (first) temperature threshold T 1 , no secondary combustion chamber cooling is required, and the main injection (combustion ) is executed only once. Alternatively or additionally, the main injection or at least part of the main injection that contributes to combustion may be introduced into the intake port 4 . FIG. 3b illustrates the situation where the subcombustion chamber temperature TPC lies between predetermined first and second temperatures (thresholds) T1 and T2 . In this case, the cooling injection into the main chamber 1 is performed at the end of the compression stroke, more precisely at a predetermined crank angle before top dead center firing FTDC. Proper injection timing is related to ignition timing as described in connection with FIG. Furthermore, FIG. 3c shows that the sub-combustion chamber temperature TPC exceeds the threshold value T2 , and during the intake stroke, in addition to the main chamber injection (contributing to combustion), the cooling injection into the sub-combustion chamber 10c is It illustrates the case where it is executed immediately before firing FTDC.

図4a~図4cに、副燃焼室温度TPCに応じたエンジンサイクル間での様々な被噴射燃料量を概略的に示す。副燃焼室温度TPCが第一温度閾値T未満のままである場合、全燃料量が、吸気ストロークの間、主燃焼室1内へ噴射される。代わりに、あるいは、加えて、燃焼に資する全燃料量あるいはその少なくとも一部が、吸気ポート4内へ噴射されてもよい。副燃焼室温度TPCが閾値Tを上回る場合、主室1あるいは吸気ポート4内へ導入される全燃料量の一部が、圧縮ストロークの間、冷却効果を達成するため、噴射される。図4bに概略的に例示されるように、冷却のための前記燃料量は、副燃焼室温度TPCの上昇と共に増加する。圧縮ストロークの後工程で噴射される燃料の少なくとも一部は、副燃焼室10cを冷却する他に、主室1内の熱放出にも寄与する。このため、図4aに概略的に例示されるように、圧縮ストロークの間に燃料量を増やすと、吸気ストロークの間に被噴射燃料を減らすことができる。図4cに概略的に例示されるように、副燃焼室温度TPCが閾値Tを上回る場合、副燃焼室10c内への冷却噴射が実行される。図4cに示される点線は、圧縮ストロークの間に主燃焼室1内へ冷却噴射が実行されなかった場合の副燃焼室10c内に必要とされる被噴射燃料量を例示する。 Figures 4a-4c schematically show different amounts of injected fuel during the engine cycle as a function of the subcombustion chamber temperature TPC . If the auxiliary combustion chamber temperature TPC remains below the first temperature threshold T1 , the entire fuel quantity is injected into the main combustion chamber 1 during the intake stroke. Alternatively, or in addition, all or at least a portion of the fuel quantity for combustion may be injected into the intake port 4 . If the subcombustion chamber temperature TPC is above the threshold T1 , a portion of the total fuel quantity introduced into the main chamber 1 or intake port 4 is injected during the compression stroke to achieve a cooling effect. As schematically illustrated in FIG. 4b, said fuel quantity for cooling increases with increasing subcombustion chamber temperature TPC . At least part of the fuel injected after the compression stroke cools the sub-combustion chamber 10c and also contributes to heat release within the main chamber 1 . Thus, increasing the amount of fuel during the compression stroke can reduce the injected fuel during the intake stroke, as schematically illustrated in Figure 4a. If the secondary combustion chamber temperature TPC is above the threshold value T2 , as schematically illustrated in FIG. 4c, a cooling injection into the secondary combustion chamber 10c is performed. The dashed line shown in FIG. 4c illustrates the quantity of injected fuel required in the subcombustion chamber 10c if no cooling injection was performed into the main combustion chamber 1 during the compression stroke.

図5に、副燃焼室10c及び主室1内で測定された圧力曲線並びにその結果としての圧力差異を例示する。図5より、主燃焼室1内へ導入される後工程冷却噴射は、副燃焼室10c内での燃焼が開始されている前に実行すべきことが導き出せる。そうでない場合には、室内の圧力上昇により、被噴射燃料の副燃焼室10内への流入が阻止された。図5には、副燃焼室内への後工程噴射周期が、上死点発火FTDC前の一定角度で開始され、主燃焼室圧力Pcylと副燃焼室圧力Pprechamberとの圧力差異が降下する時点で終了することが例示されている。これは、点火がスパークプラグ10bにより実行されてから、副燃焼室10c内の燃焼が開始されるケースであってもよい。このため、点火タイミングに関連して可能な限り最も遅い時点での噴射タイミングを確定することも可能であってもよい。さらに、副燃焼室10cを効率的に冷却するには、主室1への冷却噴射をできる限り遅れて開始すべきである。従って、冷却噴射の開始は、前記噴射の可能な限り最も遅い終了時点及び被噴射燃料量に応じて確定されてもよい。 FIG. 5 illustrates the pressure curves measured in the subcombustion chamber 10c and the main chamber 1 and the resulting pressure differences. From FIG. 5, it can be derived that the post-process cooling injection introduced into the main combustion chamber 1 should be executed before combustion within the sub-combustion chamber 10c is started. Otherwise, the flow of injected fuel into the secondary combustion chamber 10 was blocked due to the pressure increase in the chamber. In FIG. 5, the post-process injection cycle into the sub-combustion chamber starts at a certain angle before the top dead center firing FTDC, and the time point when the pressure difference between the main combustion chamber pressure P cyl and the sub-combustion chamber pressure P prechamber drops. It is exemplified that it ends with . This may be the case when ignition is carried out by the spark plug 10b and then combustion in the secondary combustion chamber 10c is started. Thus, it may also be possible to establish injection timing at the latest possible point in time relative to ignition timing. Furthermore, in order to efficiently cool the subcombustion chamber 10c, the cooling injection into the main chamber 1 should be started as late as possible. The start of the cooling injection may thus be determined as a function of the latest possible end time of said injection and the quantity of fuel to be injected.

主室1内の圧力及び副燃焼室10c内の圧力を確定するため、圧力センサーを両室内に取り付けてもよい。副燃焼室10cに関しては、中心電極の隣に圧力センサーを備えた測定用スパークプラグを利用してもよい。また、副燃焼室10c内に取り付け可能な小型の圧力センサーを利用することが可能であってもよい。主燃焼室1内の圧力を測定するためには、半永久使用の一般に既知の圧力センサーを利用可能である。 Pressure sensors may be installed in both chambers to establish the pressure in the main chamber 1 and the pressure in the subcombustion chamber 10c. For the secondary combustion chamber 10c, a measuring spark plug with a pressure sensor next to the center electrode may be used. It may also be possible to utilize a small pressure sensor that can be mounted within the secondary combustion chamber 10c. For measuring the pressure in the main combustion chamber 1, generally known pressure sensors for semi-permanent use are available.

これに代えて、エンジンテスト段階で、主室1への後工程冷却噴射の理想的な周期を確定することが可能であってもよい。このテスト段階では、全ての関連する運転ポイントを考慮に入れ、また、主燃焼室1内への後工程噴射の被確定最適クランク角度範囲を、制御ユニット11内に特性曲線あるいはマップとして記憶させてもよい。 Alternatively, it may be possible to establish the ideal period of post-cooling injection into the main chamber 1 during the engine test phase. In this test phase, all relevant operating points are taken into account and the determined optimum crank angle range for the post-process injection into the main combustion chamber 1 is stored in the control unit 11 as a characteristic curve or map. good too.

図6に、本願に請求の制御方法の一例を示すフローチャートを例示する。副燃焼室温度TPCが許容可能な範囲内に留まる限り、副燃焼室内へ噴射される燃料質量mf_PC、並びに圧縮ストロークの間主燃焼室内へ噴射される燃料質量mf_MC_CSはゼロにセットされ(ステップS100、S101)、温度閾値T及びTが時間ステップΔt毎に定期的にチェックされる。副燃焼室温度TPCを監視するための時間ステップΔtは、好ましくは10ms~1000msの範囲にあり、最も好ましくは50ms~500msの範囲にあってもよい。副燃焼室温度TPCが第二閾値温度Tを上回る場合、所定の限界値mF_PCmaxに達するまで、時間ステップΔt毎に、所定値Δmf_PCだけ、副燃焼室燃料質量mf_PCを増加させる(ステップS102)。所定値Δmf_PCは、好ましくは全燃料質量の0.1%~1%の範囲にあり、最も好ましくは全燃料質量の0.3%~0.7%の範囲にあってもよい。さらに、所定の限界値mF_PCmaxは、全燃料質量の5%であればよく、最も好ましくは全燃料質量の4%であってもよい。第二閾値温度Tは、好ましくは温度を確定する副燃焼室の置かれた場所に応じて、200℃~400℃の範囲にあり、最も好ましくは250℃~350℃の範囲にあってもよい。 FIG. 6 illustrates a flow chart showing an example of a claim control method in the present application. As long as the secondary combustion chamber temperature T PC remains within the permissible range, the fuel mass m f_PC injected into the secondary combustion chamber as well as the fuel mass m f_MC_CS injected into the main combustion chamber during the compression stroke are set to zero ( Steps S100, S101), the temperature thresholds T1 and T2 are checked periodically every time step Δt. The time step Δt for monitoring the subcombustion chamber temperature T PC may preferably lie in the range 10 ms to 1000 ms, most preferably in the range 50 ms to 500 ms. If the secondary combustion chamber temperature TPC is above the second threshold temperature T2 , increase the secondary combustion chamber fuel mass mf_PC by a predetermined value Δmf_PC at each time step Δt until a predetermined limit value mF_PCmax is reached ( step S102). The predetermined value Δm f_PC may preferably be in the range 0.1% to 1% of the total fuel mass, most preferably in the range 0.3% to 0.7% of the total fuel mass. Further, the predetermined limit value mF_PCmax may be 5% of the total fuel mass, most preferably 4% of the total fuel mass. The second threshold temperature T2 is preferably in the range 200° C. to 400° C., most preferably in the range 250° C. to 350° C., depending on the location of the secondary combustion chamber that establishes the temperature. good.

副燃焼室燃料質量mf_PCが限界値mF_PCmaxを上回り、副燃焼室温度TPCが依然として閾値Tを上回ったままである場合、好ましくは1kW~10kWに範囲にあり、最も好ましくは2kW~5kWの範囲にあってもよい所定の値ΔPだけ、エンジンパワーPを下げる(ステップS103)。エンジンパワーPが所定の閾値Pminを下回らない限り、各時間ステップΔt後に、パワー低下を実行する。エンジンパワーが閾値Pminを下回る場合、エンジンをリンプホームモードで運転し、あるいは、完全に停止する結果を招くエラーが検出される(ステップS104)。これに関連して、エンジンパワー限界値Pminは、好ましくは定格パワーの85%~98%の範囲にあり、最も好ましくは定格パワーの90%~95%の範囲にあってもよい。 If the secondary combustion chamber fuel mass mf_PC exceeds the limit value mF_PCmax and the secondary combustion chamber temperature TPC still remains above the threshold value T2 , the power supply is preferably in the range 1 kW to 10 kW, most preferably 2 kW to 5 kW. The engine power P is reduced by a predetermined value ΔP that may be within the range (step S103). A power reduction is performed after each time step Δt as long as the engine power P does not fall below a predetermined threshold P min . If the engine power is below the threshold Pmin , an error is detected that results in the engine running in limp home mode or shutting down completely (step S104). In this connection, the engine power limit value P min may preferably lie in the range 85% to 98% of rated power, most preferably in the range 90% to 95% of rated power.

副燃焼室温度TPCが温度閾値Tを上回らないが温度閾値Tを上回る場合、冷却のため、圧縮ストロークの間、主燃焼室内へ噴射される燃料質量mf_MC_CSは、所定の限界値mF_MC_CSmaxに達するまで、時間ステップΔt毎に、値Δmf_MC_CSだけ増加される(ステップS105)。所定値mf_MC_CSは、好ましくは全燃料質量の1%~20%の範囲にあり、最も好ましくは全燃料質量の10%~15%の範囲にあってもよい。さらに、所定の限界値mF_MC_CSmaxは、全燃料質量の10%~50%の範囲にあり、最も好ましくはその20%~40%の範囲にあってもよい。 If the secondary combustion chamber temperature TPC does not exceed the temperature threshold T2 , but exceeds the temperature threshold T1 , the fuel mass mf_MC_CS injected into the main combustion chamber during the compression stroke for cooling is limited to a predetermined limit value m It is increased by the value Δm f_MC_CS at each time step Δt until F_MC_CSmax is reached (step S105). The predetermined value m f_MC_CS may preferably be in the range 1%-20% of the total fuel mass, most preferably in the range 10%-15% of the total fuel mass. Furthermore, the predetermined limit value mF_MC_CSmax may lie in the range 10% to 50% of the total fuel mass, most preferably in the range 20% to 40% thereof.

前記限界値mF_MC_CSmaxを上回る場合には、mf_MC_CSをゼロに設定することで主燃焼室1への後工程冷却噴射を停止し(ステップS106)、また、副燃焼室への被噴射燃料量mf_PCを値Δmf_PCだけ増加させることで、副燃焼室冷却噴射をスイッチオンにする(ステップS102)。以下のステップでは、状態TPC>Tについて述べたのと同じ手順が実行される。これに関連して、mf_MC_CSをゼロに設定する代わりに、主燃焼室1内への被噴射燃料量及び副燃焼室10c内への被噴射燃料量を平行して連続的にあるいは段階的に増加させることで、後工程主室噴射から副燃焼室噴射への連続的な移行を実行することが可能であってもよい。もう一つの可能性としては、主燃焼室1内へ第一燃料量を導入し、副燃焼室10c内へ第二燃料量を直接導入することで、冷却噴射双方の組み合わせとしてもよい。 When the limit value m F_MC_CSmax is exceeded, m f_MC_CS is set to zero to stop the post-process cooling injection into the main combustion chamber 1 (step S106), and the amount of injected fuel m By increasing f_PC by the value Δmf_PC , the auxiliary combustion chamber cooling injection is switched on (step S102). In the following steps, the same procedure as described for the state T PC >T 2 is performed. In this connection, instead of setting m f_MC_CS to zero, the amount of fuel injected into the main combustion chamber 1 and the amount of fuel injected into the sub-combustion chamber 10c are changed continuously or stepwise in parallel. By increasing, it may be possible to perform a continuous transition from post-process main chamber injection to sub-combustion chamber injection. Another possibility is to introduce a first fuel quantity into the main combustion chamber 1 and a second fuel quantity directly into the subcombustion chamber 10c, thus providing a combination of both cooling injections.

本明細書に開示され、また、添付の図に示される様々な実施形態、諸相および諸例の全ての特徴要素は、大概、その一部あるいは全体を組合わせてもよい。また、本明細書に記載の発明主題は、発明活動を伴わずに、当業者にとり自明である限り、これらの組み合わせを範疇に含むものとする。 Generally, all features of the various embodiments, aspects and examples disclosed herein and shown in the accompanying figures may be combined in part or in whole. In addition, the inventive subject matter described herein is intended to include such combinations as would be obvious to a person skilled in the art without inventive activity.

また、詳細な説明及び添付図面は、本明細書に上梓される方法、装置並びにシステムの原理原則を単に例示するものであることに留意されたい。従って、当業者であれば、本明細書に明示的に記載あるいは表示がなくとも、本願に請求の発明主題の原理原則を具現化し、その精髄と範疇内に包摂される様々な構成を創意工夫可能であると理解されたい。 Also, it should be noted that the detailed description and accompanying drawings merely illustrate the principles of the methods, apparatus and systems presented herein. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that various constructions which embody the principles of the claimed subject matter herein and are encompassed within its spirit and scope, even though not expressly described or represented herein, can be devised. It should be understood that it is possible.

再度要約すれば、本願の発明主題は、副燃焼室温度に応じて、圧縮ストロークの間、主燃焼室内への目標を定めた冷却噴射を導入することにより及び/又は副燃焼室内への目標を定めた冷却噴射を導入することにより、副燃焼室の許容できない高温を回避するものである。圧縮ストロークの終了時点で主燃焼室内へ冷却噴射を導入することで、粒子状放出物質を増加させることなく、副燃焼室温度を制御する一助とする。ピストンの上方移動が被噴射燃料の少なくとも一部を副燃焼室内へ移送し、この被噴射燃料が気化可能で、副燃焼室を冷却可能とする。従って、粒子状放出物質の増加を招き得る副燃焼室内への直接冷却噴射が、本願の発明主題によりエンジンの幅広い運転範囲に亘って回避され、かつ、この直接冷却噴射は、副燃焼室の温度が過度に高温である場合にのみ実行される。 Summarizing again, the present subject matter is dependent on the secondary combustion chamber temperature by introducing a targeted cooling injection into the primary combustion chamber during the compression stroke and/or by introducing a targeted cooling injection into the secondary combustion chamber. By introducing a defined cooling injection, an unacceptably high temperature in the subcombustion chamber is avoided. Introducing cooling injection into the main combustion chamber at the end of the compression stroke helps control secondary combustion chamber temperature without increasing particulate emissions. Upward movement of the piston transfers at least a portion of the injected fuel into the subcombustion chamber so that the injected fuel can vaporize and cool the subcombustion chamber. Accordingly, direct cooling injection into the secondary combustion chamber, which can lead to increased particulate emissions, is avoided by the present subject matter over a wide operating range of the engine, and this direct cooling injection reduces the temperature of the secondary combustion chamber. is too hot.

1・・主燃焼室、2・・ピストン、3・・連結ロッド、4・・吸気ポート、5・・排気ポート、6・・吸気バルブ、7・・排気バルブ、8・・直噴主燃料噴射器、9・・ポート主燃料噴射器、10・・点火装置、10a・・スパークプラグ、10b・・副燃焼室燃料噴射器、10c・・副燃焼室、10d・・副燃焼室壁、10e:オリフィス、11・・制御ユニット、100・・シリンダー 1 Main combustion chamber 2 Piston 3 Connecting rod 4 Intake port 5 Exhaust port 6 Intake valve 7 Exhaust valve 8 Direct injection main fuel injection 9 Port main fuel injector 10 Ignition device 10a Spark plug 10b Sub-combustion chamber fuel injector 10c Sub-combustion chamber 10d Sub-combustion chamber wall 10e: Orifice, 11... Control unit, 100... Cylinder

Claims (10)

少なくとも一つのシリンダー(100)と、少なくとも一つの主燃焼室(1)と、少なくとも一つの吸気ポート(4)と、少なくとも一つの主燃料噴射器(8、9)と、前記主燃焼室(1)内の空燃混合物を点火する構成の少なくとも一つの点火装置(10)とを有する内燃機関のための制御ユニット(11)であって、
前記点火装置(10)は、スパークプラグ(10a)と、副燃焼室燃料噴射器(10b)及び副燃焼室壁(10d)内の少なくとも一つのオリフィス(10e)を介して前記主燃焼室(1)に連結された副燃焼室(10c)とを備え、
前記制御ユニット(11)は、前記副燃焼室(10c)の温度に応じて、前記副燃焼室(10c)内及び/又は前記主燃焼室(1)内への燃料噴射を制御する構成とし、前記副燃焼室(10c)内の圧力が前記主燃焼室(1)内の圧力よりも低い場合に、前記主燃料噴射器(8)を制御して、前記主燃焼室(1)内への噴射を実行する構成としたことを特徴とする、制御ユニット(11)。
at least one cylinder (100), at least one main combustion chamber (1), at least one intake port (4), at least one main fuel injector (8, 9), said main combustion chamber (1 a control unit (11) for an internal combustion engine comprising at least one ignition device (10) configured to ignite an air-fuel mixture in
Said ignition device (10) is connected to said main combustion chamber (1) through a spark plug (10a), a secondary combustion chamber fuel injector (10b) and at least one orifice (10e) in a secondary combustion chamber wall (10d). ) and a sub-combustion chamber (10c) connected to
The control unit (11) is configured to control fuel injection into the sub-combustion chamber (10c) and/or the main combustion chamber (1) according to the temperature of the sub-combustion chamber (10c) , controlling said main fuel injector (8) to inject fuel into said main combustion chamber (1) when the pressure in said secondary combustion chamber (10c) is lower than the pressure in said main combustion chamber (1); A control unit (11), characterized in that it is arranged to carry out injection .
前記副燃焼室(10c)の温度が所定温度よりも高い場合に、前記制御ユニット(11)は、前記主燃料噴射器(8)を制御して、前記内燃機関の圧縮ストロークの間、前記主燃焼室(1)内への噴射を実行する構成としたことを特徴とする、請求項1記載の制御ユニット(11)。 When the temperature of the secondary combustion chamber (10c) is above a predetermined temperature, the control unit (11) controls the main fuel injector (8) to 2. A control unit (11) according to claim 1, characterized in that it is arranged to carry out an injection into the combustion chamber (1). 前記制御ユニット(11)は、前記副燃焼室(10)の温度に応じて、前記主燃焼室(1)内への噴射燃料量を調整する構成としたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の制御ユニット(11)。
ット(11)。
2. The control unit (11) is configured to adjust the amount of fuel injected into the main combustion chamber (1) according to the temperature of the auxiliary combustion chamber ( 10c ). or a control unit (11) according to 2 .
(11).
被測定温度に基づき及び/又は前記制御ユニット内に特性曲線あるいはマップとして記憶された特性パラメータに基づき、前記副燃焼室(10c)の温度を確定する構成としたことを特徴とする、請求項1~の少なくとも一つに記載の制御ユニット(11)。 Claim 1, characterized in that the temperature of the auxiliary combustion chamber (10c) is determined based on the temperature to be measured and/or on the basis of characteristic parameters stored in the control unit as characteristic curves or maps. 4. Control unit (11) according to at least one of claims 1 to 3 . 少なくとも一つのシリンダー(100)と、少なくとも一つの主燃焼室(1)と、少なくとも一つの吸気ポート(4)と、少なくとも一つの主燃料噴射器(8、9)と、前記主燃焼室(1)内の空燃混合物を点火する構成の少なくとも一つの点火装置(10)と少なくとも一つの制御ユニット(11)とを有する内燃機関を制御するための方法であって、
前記点火装置(10)が、スパークプラグ(10a)と、副燃焼室燃料噴射器(10b)と副燃焼室壁(10d)内の少なくとも一つのオリフィス(10e)を介して前記主燃焼室(1)に連結された副燃焼室(10c)とを備え、
前記副燃焼室(10c)内及び/又は前記主燃焼室(1)内への燃料噴射は、前記副燃焼室(10c)の温度に応じて、前記制御ユニット(11)により制御され
前記副燃焼室(10c)内の圧力が前記主燃焼室(1)内の圧力よりも低い場合に、前記主燃焼室(1)内への噴射が前記主燃料噴射器(8)により実行されることを特徴とする内燃機関を制御するための方法。
at least one cylinder (100), at least one main combustion chamber (1), at least one intake port (4), at least one main fuel injector (8, 9), said main combustion chamber (1 ) and at least one control unit (11), the method for controlling an internal combustion engine comprising:
Said ignition device (10) is connected to said main combustion chamber (1) through a spark plug (10a), a secondary combustion chamber fuel injector (10b) and at least one orifice (10e) in a secondary combustion chamber wall (10d). ) and a sub-combustion chamber (10c) connected to
fuel injection into the sub-combustion chamber (10c) and/or into the main combustion chamber (1) is controlled by the control unit (11) according to the temperature of the sub-combustion chamber (10c) ;
injection into said main combustion chamber (1) is carried out by said main fuel injector (8) when the pressure in said secondary combustion chamber (10c) is lower than the pressure in said main combustion chamber (1); A method for controlling an internal combustion engine, characterized by:
前記副燃焼室(10c)の温度が所定温度よりも高い場合に、前記内燃機関の圧縮ストロークの間、前記主燃焼室(1)内への噴射が、前記主燃料噴射器(8)により実行されることを特徴とする、請求項記載の内燃機関を制御するための方法。 Injection into the main combustion chamber (1) is performed by the main fuel injector (8) during the compression stroke of the internal combustion engine when the temperature of the secondary combustion chamber (10c) is above a predetermined temperature. 6. A method for controlling an internal combustion engine according to claim 5 , characterized in that: 前記主燃焼室(1)内への噴射燃料量が、前記副燃焼室(10c)の温度に応じて、前記制御ユニット(11)により調整されることを特徴とする、請求項5又は6に記載の内燃機関を制御するための方法。 7. The method according to claim 5 or 6 , characterized in that the amount of fuel injected into the main combustion chamber (1) is adjusted by the control unit (11) according to the temperature of the auxiliary combustion chamber (10c). A method for controlling the described internal combustion engine. 前記副燃焼室(10c)内への噴射が、前記副燃焼室(10c)の温度に応じて、前記副燃焼室燃料噴射器(10b)により実行されることを特徴とする、請求項の少なくとも一つに記載の内燃機関を制御するための方法。 5- , characterized in that the injection into the subcombustion chamber (10c) is performed by the subcombustion chamber fuel injector (10b) depending on the temperature of the subcombustion chamber (10c). 8. A method for controlling an internal combustion engine according to at least one of 7 . 請求項1~の少なくとも一つに記載の少なくとも一つの制御ユニット(11)を有する内燃機関。 Internal combustion engine comprising at least one control unit (11) according to at least one of claims 1-4 . コンピュータにより実行される場合、前記コンピュータに請求項の少なくとも一つに記載の方法を実行させる指令を含むメモリー内に格納可能なコンピュータプログラム製品。 A computer program product storable in memory comprising instructions which, when executed by a computer, cause said computer to perform the method of at least one of claims 5-8 .
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