JP3770041B2 - 圧縮着火エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグの火花点火によらず、圧縮行程後期から上死点付近で自己着火させる圧縮着火エンジンに関し、
要求トルクとエンジン回転数から自己着火が可能となる空気量を決定し、高負荷から低負荷で且つ高回転から低回転までの運転領域で自己着火が可能な圧縮着火エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃費低減を目的に、エンジンの高圧縮比化，吸気加熱等により燃焼室内での混合気の温度を上昇させ、所定の運転領域において点火プラグの火花点火ではなく、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火させる圧縮着火エンジンが特開昭62−157220号に記載されている。
【０００３】
また、燃焼室内の混合気が自己着火した時、燃焼ガス中のイオンを介して流れるイオン電流に基づき着火時期を検出し、エンジン運転状態に基づいて決められた目標着火時期と前記着火時期との比較結果に応じ、エンジン排気ガスを吸気系に還流する、もしくはヒータを吸気系に設けることより吸入空気を加熱し、自己着火による着火時期を適切に制御する方法が、特開平11-6436号に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧縮着火エンジンにおいて、エンジン排ガスを吸気系に還流する方法は高温の排気ガスを用いることにより自己着火を容易にするが、当量比を大きく出来ず高負荷運転は困難である。また、吸入空気をヒータ等で加熱すると空気は膨張するため充填効率が低下し、要求出力値を満たすことができない。
【０００５】
本発明はこのような問題に着目し、エンジン排気ガスの還流、及び吸気用ヒータを設けることなく、高負荷運転領域で自己着火が可能な圧縮着火エンジンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、点火プラグの火花点火によらず、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火させる圧縮着火エンジンにおいて、エンジン回転数と要求トルクの関係から燃料噴射量を決定する手段と、エンジン回転数から着火時期を決定する手段と、エンジン回転数と燃料噴射量の関係から着火時期を決定する手段と、吸入空気量が前記目標吸入空気量となるように制御する吸入空気量制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、マイクロコンピュータを搭載したコントローラを設け、前記コントローラにエンジン回転数，アクセル踏み込み量を入力することより燃料噴射量，着火時期，着火時期を決定し、且つ吸入空気量制御手段の動作を制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、吸入空気量制御手段として、吸気弁の開閉時期を運転状態に基づき可変できる機構を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、吸入空気量制御手段として、過給機を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、吸入空気量制御手段として、排気ターボ過給機を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を、図を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例に係る圧縮着火エンジンの構成を示す。この圧縮着火エンジンは、吸入空気量制御手段として後述する電磁式吸気弁９を備え、吸気弁の開閉時期を制御することにより充填効率を調節することが可能である。また、充填効率が１００％の場合において圧縮比は２０となり、所定の運転領域において点火プラグによる火花点火ではなく、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火する。
【００１３】
この圧縮着火エンジンのシリンダ１にピストン２が挿入され、ピストン２はコンロッド３を経由してクランク軸４と接続している。このピストン２の上下運動によりクランク軸を回転させる。シリンダ１とピストン２によって形成される燃焼室５に通じるように吸気管６、排気管７を設け、吸気管６には燃料噴射弁８を設ける。吸気管６，排気管７にはそれぞれ電磁式の吸気弁９，排気弁１０が設けられる。図示はしていないが、燃焼室５の中心上部に点火プラグが設けられる。
【００１４】
アクセル１１はアクセル踏み込み量が検出可能なセンサを備え、その信号がコントローラ１２に入力される。またクランク軸４に回転数が検出可能なセンサを設け、信号はコントローラ１２に入力される。
【００１５】
コントローラ１２は、アクセル踏み込み量、即ち要求トルクに対する燃料噴射量、及びクランク軸４の回転数に対する目標点火時期のデータベースを予め用意しており、コントローラ１２により燃料噴射量が決定すると、燃料噴射量の信号が燃料噴射弁８へ出力される。
【００１６】
自己着火時期は空燃比と温度によって制御され、コントローラ１２では回転数と燃料噴射量に対する目標空気量のデータベースを予め用意し、データベースを参照することにより、目標着火時期において自己着火を生じさせるために必要な目標吸入空気量を決定する。
【００１７】
前記目標吸入空気量の要求を満たすために、コントローラ１２では吸気弁９の開閉時期を決定し、開閉時期の信号が吸気弁９へ出力される。
【００１８】
排気弁１０も電磁式が用いられ、コントローラ１２によって制御されているが、カム式の排気弁を用いても良い。
【００１９】
高速走行で高トルクが要求される運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ
１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。要求トルクと回転数から燃料噴射量を決定するマップを図２に示す。要求トルクが同じでも高速走行時のように回転数が高くなれば燃料噴射量は少なくなる。
【００２０】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。マップを図３に示す。回転数によって最適な着火時期は変わることはなく、また、トルクや空燃比の影響を殆ど受けることはない。
【００２１】
上述した燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。マップを図４に示す。
【００２２】
自己着火では、図５に示すように冷炎，青炎，熱炎の３つの燃焼が生じる。約７００Ｋで冷炎が生じ、９００Ｋまで青炎燃焼が続く。９００Ｋを越えると熱炎の領域となる。熱発生の殆どは熱炎の領域で生じ、冷炎，青炎の燃焼時間だけ燃焼が遅れることとなる。ここで冷炎，青炎の発生している時間を着火遅れ時間と定義するが、着火遅れ時間は、空燃比，温度，圧力によって決まる。
【００２３】
高回転運転領域の場合は一サイクルあたりの時間は短く、自己着火させるためには燃焼室５内の温度を高くし冷炎の発生が早くなるように制御する。燃焼室５内の空気を圧縮した場合、空燃比が高いほど比熱比は大きく、時間に対する温度上昇率は高くなるため、本実施例のように高トルクで回転数が高い領域では目標吸入空気量が高くなるよう設定する。
【００２４】
次にコントローラ１２において、前記目標吸入空気量となるように電磁式吸気弁９の動作を決定する。クランク角度に対する弁リフト量を図６に示す。破線は高回転での火花点火運転領域での吸気弁９の動作を表し、本実施例のように高回転の場合、空気はピストン下死点後も慣性によって流入し、燃焼室５の圧力が入り口より高くなると逆流を生じる。そこで、早く吸気弁９を閉じるように制御することにより、吸入空気量を増して充填効率、即ち圧縮比を高めることができる。
【００２５】
吸気行程が始まるとコントローラ１２から信号が電磁式吸気弁９へ送信され、所定のタイミングで開く。エンジン回転数によって異なるが燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。燃料を吸気行程前期に噴射することにより、燃料と空気の混合を促す。
【００２６】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達する時期で吸気弁９は閉じ、充填効率は１０５から１１０％、圧縮比で
２２となり目標吸入空気量を達成する。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。以上のように、吸気の加熱，排気ガスの還流を用いず、電磁式吸気弁を用いて吸入空気量を制御するにより、高回転で高トルクの領域で圧縮着火運転を可能とする。
【００２７】
低速走行で低トルクの運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００２８】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００２９】
低回転の場合、高回転と同じ時期で自己着火させると圧縮行程で燃焼が生じて負の仕事が増えるため、目標着火時期は遅くする。
【００３０】
燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００３１】
低回転運転領域の場合は一サイクルあたりの時間は長く、自己着火を遅らせるために燃焼室５内の温度を低くし冷炎の発生が遅くなるよう目標吸入空気量を低く設定する。
【００３２】
次にコントローラ１２において、前記目標吸入空気量となるように電磁式吸気弁９の動作を決定する。クランク角度に対する弁リフト量を図７に示す。破線は低回転での火花点火運転領域での吸気弁９の動作を表し、低回転の場合は空気の流入に慣性効果はなく、ピストン２の動きと吸入空気量は一致する。そこで、早く吸気弁９を閉じるように制御することにより、吸入空気量を減らし、充填効率、即ち圧縮比を減少することができる。
【００３３】
吸気行程が始まるとコントローラ１２から信号が電磁式吸気弁９へ送信され、所定のタイミングで開く。燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。
【００３４】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達すより早く吸気弁９は閉じ、充填効率を減少させ目標吸入空気量を達成する。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。
【００３５】
以上のように、吸入空気量を減らし圧縮着火することにより燃焼温度を低くでき、ＮＯの発生を抑えることができる。
【００３６】
エンジン始動時は触媒の早期活性化を目的として、上死点または上死点以後に燃焼させ、排気ガスの温度を高くする。このような条件で圧縮着火運転する場合、エンジン回転数はアイドル相当で、トルクはエンジンの回転を維持できる値が要求値となる。
【００３７】
燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００３８】
始動時は低回転運転領域より更に目標吸入空気量を低く設定するため、コントローラ１２において、低トルク低回転の運転領域よりも早く吸気弁９を閉じるように制御することにより、吸入空気量を減らし圧縮比を減少することができる。
【００３９】
エンジンが始動すると、コントローラ１２から信号が電磁式吸気弁９へ送信され、所定のタイミングで開く。燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。
【００４０】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達するより早く吸気弁９は閉じ目標吸入空気量を達成する。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。吸入空気量を少なくしているため、上死点または上死点以後燃焼室５内で自己着火が生じる。
【００４１】
以上のように、吸入空気量を減らし圧縮着火することにより上死点または上死点以後に自己着火を生じさせ触媒を早期活性化できる。
【００４２】
図８は、本発明の第２の実施例に係る圧縮着火エンジンの構成を示す。この圧縮着火エンジンは、空気量制御手段として吸気管６上流に送風機１３とモータ
１４で構成された過給機を設け、充填効率を制御可能である。
【００４３】
また、充填効率が１００％の場合において圧縮比は１２となり、所定の運転領域において点火プラグによる火花点火ではなく、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火する。
【００４４】
この圧縮着火エンジンのシリンダ１にピストン２が挿入され、ピストン２はコンロッド３を経由してクランク軸４と接続している。シリンダ１とピストン２によって形成される燃焼室５に通じるように吸気管６，排気管７を設け、吸気管６には燃料噴射弁８を設けられる。吸気管６，排気管７にはカムで動作する吸気弁９，排気弁１０が設けられる。図示はしていないが、燃焼室５の中心上部に点火プラグが設けられる。
【００４５】
アクセル１１はアクセル踏み込み量が検出可能なセンサを備え、その信号がコントローラ１２に入力される。またクランク軸４に回転数が検出可能なセンサを設け、信号はコントローラ１２に入力される。
【００４６】
コントローラ１２は、アクセル踏み込み量、即ち要求トルクに対する燃料噴射量、及びクランク軸４の回転数に対する目標点火時期のデータベースを予め用意しており、コントローラ１２により燃料噴射量が決定すると、燃料噴射量の信号が燃料噴射弁８へ出力される。
【００４７】
自己着火時期は空燃比と温度によって制御され、コントローラ１２では回転数と燃料噴射量に対する目標空気量のデータベースを予め用意し、データベースを参照することにより、目標着火時期において自己着火を生じさせるために必要な目標吸入空気量を決定する。
【００４８】
前記目標吸入空気量の要求を満たすために、コントローラ１２では送風機１３の回転をモータ１４により制御する信号を送信し制御する。
【００４９】
高速走行で高トルクが要求される運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ
１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００５０】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００５１】
上述した燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００５２】
高回転運転領域の場合、自己着火させるために燃焼室５内の温度を高くし冷炎の発生が早くなるように制御する。燃焼室５内の空気を圧縮した場合、空燃比が高いほど比熱比は大きく、時間に対する温度上昇率は高くなるため、本実施例のように高トルクで回転数が高い領域では目標吸入空気量が高くなるよう設定する。
【００５３】
コントローラ１２は、前記目標吸入空気量となるように送風機１３をモータ
１４により回転させるよう信号を送る。送風機１３は圧縮した空気を吸気管６に送り込み、最大２００％に近い充填効率を達成できる。
【００５４】
吸気行程が始まると、カムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。高トルク高回転ではモータは高出力で動作する。
【００５５】
エンジン回転数によって異なるが燃料噴射時期は吸気開始からクランク角60°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達した後に吸気弁９は閉じるが、過給により充填効率を約２００％となり、目標吸入空気量を達成することができる。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。以上のように、吸気の加熱，排気ガスの還流を用いず、過給機を用いて吸入空気量を制御するにより、高回転で高トルクの領域で圧縮着火運転を可能とする。
【００５６】
低速走行で低トルクの運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００５７】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００５８】
低回転の場合、高回転と同じ時期で自己着火させると圧縮行程で燃焼が生じて負の仕事が増えるため、目標着火時期は遅くする。
【００５９】
燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００６０】
低回転運転領域の場合は一サイクルあたりの時間は長く、自己着火を遅らせるために燃焼室５内の温度を低くし冷炎の発生が遅くなるよう目標吸入空気量を低く設定する。
【００６１】
次にコントローラ１２において、前記目標吸入空気量となるように送風機１３をモータ１４により回転させる信号を送る。低トルク運転時は吸入空気量を減らし、充填効率は１１５０％となるよう制御する。
【００６２】
吸気行程が始まると、カムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。低トルク低回転ではモータは低出力で動作する。
【００６３】
吸気行程が始まるとカムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。
【００６４】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達した後に吸気弁９は閉じるが、過給により充填効率は１５０％となり、目標吸入空気量を達成することができる。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。
【００６５】
以上のように、吸入空気量を減らし圧縮着火することにより燃焼温度を低くでき、ＮＯの発生を抑えることができる。
【００６６】
図９は、本発明の第３の実施例に係る圧縮着火エンジンの構成を示す。この圧縮着火エンジンは空気量制御手段として、吸気管６上流の送風機１３，排気管７下流の排気タービン１５で構成される排気ターボ過給機を設け、高温，高圧の排気ガスを排気タービン１５に作用させることにより送風機１３から圧縮空気を送ることができる。
【００６７】
また、充填効率が１００％の場合において圧縮比は１２となり、所定の運転領域において点火プラグによる火花点火ではなく、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火する。
【００６８】
この圧縮着火エンジンのシリンダ１にピストン２が挿入され、ピストン２はコンロッド３を経由してクランク軸４と接続している。シリンダ１とピストン２によって形成される燃焼室５に通じるように吸気管６，排気管７を設け、吸気管６には燃料噴射弁８を設けられる。吸気管６，排気管７にはカムで動作する吸気弁９，排気弁１０が設けられる。図示はしていないが、燃焼室５の中心上部に点火プラグが設けられる。
【００６９】
アクセル１１はアクセル踏み込み量が検出可能なセンサを備え、その信号がコントローラ１２に入力される。またクランク軸４に回転数が検出可能なセンサを設け、信号はコントローラ１２に入力される。
【００７０】
コントローラ１２は、アクセル踏み込み量、即ち要求トルクに対する燃料噴射量、及びクランク軸４の回転数に対する目標点火時期のデータベースを予め用意しており、コントローラ１２により燃料噴射量が決定すると、燃料噴射量の信号が燃料噴射弁８へ出力される。
【００７１】
自己着火時期は空燃比と温度によって制御され、コントローラ１２では回転数と燃料噴射量に対する目標空気量のデータベースを予め用意し、データベースを参照することにより、目標着火時期において自己着火を生じさせるために必要な目標吸入空気量を決定する。
【００７２】
前記目標吸入空気量の要求を満たすために、コントローラ１２では送風機１３の回転をモータ１４により制御する信号を送信し制御する。
【００７３】
高速走行で高トルクが要求される運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ
１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００７４】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００７５】
上述した燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００７６】
高回転運転領域の場合、自己着火させるために燃焼室５内の温度を高くし冷炎の発生が早くなるように制御する。燃焼室５内の空気を圧縮した場合、空燃比が高いほど比熱比は大きく、時間に対する温度上昇率は高くなるため、本実施例のように高トルクで回転数が高い領域では目標吸入空気量が高くなるよう設定する。
【００７７】
コントローラ１２は、前記目標吸入空気量となるように送風機１３を排気タービン１５により回転させるよう信号を送る。送風機１３は圧縮した空気を吸気管６に送り込み、最大２００％に近い充填効率を達成できる。
【００７８】
吸気行程が始まると、カムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。
【００７９】
エンジン回転数によって異なるが燃料噴射時期は吸気開始からクランク角60°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達した後に吸気弁９は閉じるが、過給により充填効率を約２００％となり、目標吸入空気量を達成することができる。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。以上のように、吸気の加熱，排気ガスの還流を用いず、排気ターボ過給機を用いて吸入空気量を制御するにより、高回転で高トルクの領域で圧縮着火運転を可能とする。
【００８０】
低速走行で低トルクの運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００８１】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００８２】
低回転の場合、高回転と同じ時期で自己着火させると圧縮行程で燃焼が生じて負の仕事が増えるため、目標着火時期は遅くする。
【００８３】
燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００８４】
低回転運転領域の場合は一サイクルあたりの時間は長く、自己着火を遅らせるために燃焼室５内の温度を低くし冷炎の発生が遅くなるよう目標吸入空気量を低く設定する。
【００８５】
次にコントローラ１２において、前記目標吸入空気量となるように送風機１３を排気タービン１５により回転させる信号を送る。低トルク運転時は吸入空気量を減らし、充填効率は１５０％となるよう制御する。
【００８６】
吸気行程が始まると、カムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。
【００８７】
吸気行程が始まるとカムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。
【００８８】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達した後に吸気弁９は閉じるが、過給により充填効率は１５０％となり、目標吸入空気量を達成することができる。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。
【００８９】
以上のように、吸入空気量を減らし圧縮着火することにより燃焼温度を低くでき、ＮＯの発生を抑えることができる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁式吸気弁、または過給機のように吸入空気量を制御する手段を備えることにより、エンジン排気ガスの還流、及び吸気用ヒータを設けることなく、高負荷運転領域で自己着火が可能な圧縮着火エンジンを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の構成図。
【図２】自己着火運転時の燃料量を決定するマップ。
【図３】自己着火運転時の着火時期を決定するマップ。
【図４】自己着火運転時の目標空気量を決定するマップ。
【図５】自己着火燃焼時の温度変化のグラフ。
【図６】高トルク高回転運転時の電磁式吸気弁のリフト量。
【図７】低トルク低回転運転時の電磁式吸気弁のリフト量。
【図８】実施例２の構成図。
【図９】実施例３の構成図。
【符号の説明】
１…シリンダ、２…ピストン、３…コンロッド、４…クランク軸、５…燃焼室、６…吸気管、７…排気管、８…燃料噴射弁、９…吸気弁、１０…排気弁、１１…アクセル、１２…コントローラ、１３…送風機、１４…モータ、１５…排気タービン。
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグの火花点火によらず、圧縮行程後期から上死点付近で自己着火させる圧縮着火エンジンに関し、
要求トルクとエンジン回転数から自己着火が可能となる空気量を決定し、高負荷から低負荷で且つ高回転から低回転までの運転領域で自己着火が可能な圧縮着火エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃費低減を目的に、エンジンの高圧縮比化，吸気加熱等により燃焼室内での混合気の温度を上昇させ、所定の運転領域において点火プラグの火花点火ではなく、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火させる圧縮着火エンジンが特開昭62−157220号に記載されている。
【０００３】
また、燃焼室内の混合気が自己着火した時、燃焼ガス中のイオンを介して流れるイオン電流に基づき着火時期を検出し、エンジン運転状態に基づいて決められた目標着火時期と前記着火時期との比較結果に応じ、エンジン排気ガスを吸気系に還流する、もしくはヒータを吸気系に設けることより吸入空気を加熱し、自己着火による着火時期を適切に制御する方法が、特開平11-6436号に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧縮着火エンジンにおいて、エンジン排ガスを吸気系に還流する方法は高温の排気ガスを用いることにより自己着火を容易にするが、当量比を大きく出来ず高負荷運転は困難である。また、吸入空気をヒータ等で加熱すると空気は膨張するため充填効率が低下し、要求出力値を満たすことができない。
【０００５】
本発明はこのような問題に着目し、エンジン排気ガスの還流、及び吸気用ヒータを設けることなく、高負荷運転領域で自己着火が可能な圧縮着火エンジンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、点火プラグの火花点火によらず、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火させる圧縮着火エンジンにおいて、エンジン回転数と要求トルクの関係から燃料噴射量を決定する手段と、エンジン回転数から着火時期を決定する手段と、エンジン回転数と燃料噴射量の関係から着火時期を決定する手段と、吸入空気量が前記目標吸入空気量となるように制御する吸入空気量制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、マイクロコンピュータを搭載したコントローラを設け、前記コントローラにエンジン回転数，アクセル踏み込み量を入力することより燃料噴射量，着火時期，着火時期を決定し、且つ吸入空気量制御手段の動作を制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、吸入空気量制御手段として、吸気弁の開閉時期を運転状態に基づき可変できる機構を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、吸入空気量制御手段として、過給機を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、吸入空気量制御手段として、排気ターボ過給機を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を、図を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例に係る圧縮着火エンジンの構成を示す。この圧縮着火エンジンは、吸入空気量制御手段として後述する電磁式吸気弁９を備え、吸気弁の開閉時期を制御することにより充填効率を調節することが可能である。また、充填効率が１００％の場合において圧縮比は２０となり、所定の運転領域において点火プラグによる火花点火ではなく、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火する。
【００１３】
この圧縮着火エンジンのシリンダ１にピストン２が挿入され、ピストン２はコンロッド３を経由してクランク軸４と接続している。このピストン２の上下運動によりクランク軸を回転させる。シリンダ１とピストン２によって形成される燃焼室５に通じるように吸気管６、排気管７を設け、吸気管６には燃料噴射弁８を設ける。吸気管６，排気管７にはそれぞれ電磁式の吸気弁９，排気弁１０が設けられる。図示はしていないが、燃焼室５の中心上部に点火プラグが設けられる。
【００１４】
アクセル１１はアクセル踏み込み量が検出可能なセンサを備え、その信号がコントローラ１２に入力される。またクランク軸４に回転数が検出可能なセンサを設け、信号はコントローラ１２に入力される。
【００１５】
コントローラ１２は、アクセル踏み込み量、即ち要求トルクに対する燃料噴射量、及びクランク軸４の回転数に対する目標点火時期のデータベースを予め用意しており、コントローラ１２により燃料噴射量が決定すると、燃料噴射量の信号が燃料噴射弁８へ出力される。
【００１６】
自己着火時期は空燃比と温度によって制御され、コントローラ１２では回転数と燃料噴射量に対する目標空気量のデータベースを予め用意し、データベースを参照することにより、目標着火時期において自己着火を生じさせるために必要な目標吸入空気量を決定する。
【００１７】
前記目標吸入空気量の要求を満たすために、コントローラ１２では吸気弁９の開閉時期を決定し、開閉時期の信号が吸気弁９へ出力される。
【００１８】
排気弁１０も電磁式が用いられ、コントローラ１２によって制御されているが、カム式の排気弁を用いても良い。
【００１９】
高速走行で高トルクが要求される運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ
１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。要求トルクと回転数から燃料噴射量を決定するマップを図２に示す。要求トルクが同じでも高速走行時のように回転数が高くなれば燃料噴射量は少なくなる。
【００２０】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。マップを図３に示す。回転数によって最適な着火時期は変わることはなく、また、トルクや空燃比の影響を殆ど受けることはない。
【００２１】
上述した燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。マップを図４に示す。
【００２２】
自己着火では、図５に示すように冷炎，青炎，熱炎の３つの燃焼が生じる。約７００Ｋで冷炎が生じ、９００Ｋまで青炎燃焼が続く。９００Ｋを越えると熱炎の領域となる。熱発生の殆どは熱炎の領域で生じ、冷炎，青炎の燃焼時間だけ燃焼が遅れることとなる。ここで冷炎，青炎の発生している時間を着火遅れ時間と定義するが、着火遅れ時間は、空燃比，温度，圧力によって決まる。
【００２３】
高回転運転領域の場合は一サイクルあたりの時間は短く、自己着火させるためには燃焼室５内の温度を高くし冷炎の発生が早くなるように制御する。燃焼室５内の空気を圧縮した場合、空燃比が高いほど比熱比は大きく、時間に対する温度上昇率は高くなるため、本実施例のように高トルクで回転数が高い領域では目標吸入空気量が高くなるよう設定する。
【００２４】
次にコントローラ１２において、前記目標吸入空気量となるように電磁式吸気弁９の動作を決定する。クランク角度に対する弁リフト量を図６に示す。破線は高回転での火花点火運転領域での吸気弁９の動作を表し、本実施例のように高回転の場合、空気はピストン下死点後も慣性によって流入し、燃焼室５の圧力が入り口より高くなると逆流を生じる。そこで、早く吸気弁９を閉じるように制御することにより、吸入空気量を増して充填効率、即ち圧縮比を高めることができる。
【００２５】
吸気行程が始まるとコントローラ１２から信号が電磁式吸気弁９へ送信され、所定のタイミングで開く。エンジン回転数によって異なるが燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。燃料を吸気行程前期に噴射することにより、燃料と空気の混合を促す。
【００２６】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達する時期で吸気弁９は閉じ、充填効率は１０５から１１０％、圧縮比で
２２となり目標吸入空気量を達成する。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。以上のように、吸気の加熱，排気ガスの還流を用いず、電磁式吸気弁を用いて吸入空気量を制御するにより、高回転で高トルクの領域で圧縮着火運転を可能とする。
【００２７】
低速走行で低トルクの運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００２８】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００２９】
低回転の場合、高回転と同じ時期で自己着火させると圧縮行程で燃焼が生じて負の仕事が増えるため、目標着火時期は遅くする。
【００３０】
燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００３１】
低回転運転領域の場合は一サイクルあたりの時間は長く、自己着火を遅らせるために燃焼室５内の温度を低くし冷炎の発生が遅くなるよう目標吸入空気量を低く設定する。
【００３２】
次にコントローラ１２において、前記目標吸入空気量となるように電磁式吸気弁９の動作を決定する。クランク角度に対する弁リフト量を図７に示す。破線は低回転での火花点火運転領域での吸気弁９の動作を表し、低回転の場合は空気の流入に慣性効果はなく、ピストン２の動きと吸入空気量は一致する。そこで、早く吸気弁９を閉じるように制御することにより、吸入空気量を減らし、充填効率、即ち圧縮比を減少することができる。
【００３３】
吸気行程が始まるとコントローラ１２から信号が電磁式吸気弁９へ送信され、所定のタイミングで開く。燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。
【００３４】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達すより早く吸気弁９は閉じ、充填効率を減少させ目標吸入空気量を達成する。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。
【００３５】
以上のように、吸入空気量を減らし圧縮着火することにより燃焼温度を低くでき、ＮＯの発生を抑えることができる。
【００３６】
エンジン始動時は触媒の早期活性化を目的として、上死点または上死点以後に燃焼させ、排気ガスの温度を高くする。このような条件で圧縮着火運転する場合、エンジン回転数はアイドル相当で、トルクはエンジンの回転を維持できる値が要求値となる。
【００３７】
燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００３８】
始動時は低回転運転領域より更に目標吸入空気量を低く設定するため、コントローラ１２において、低トルク低回転の運転領域よりも早く吸気弁９を閉じるように制御することにより、吸入空気量を減らし圧縮比を減少することができる。
【００３９】
エンジンが始動すると、コントローラ１２から信号が電磁式吸気弁９へ送信され、所定のタイミングで開く。燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。
【００４０】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達するより早く吸気弁９は閉じ目標吸入空気量を達成する。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。吸入空気量を少なくしているため、上死点または上死点以後燃焼室５内で自己着火が生じる。
【００４１】
以上のように、吸入空気量を減らし圧縮着火することにより上死点または上死点以後に自己着火を生じさせ触媒を早期活性化できる。
【００４２】
図８は、本発明の第２の実施例に係る圧縮着火エンジンの構成を示す。この圧縮着火エンジンは、空気量制御手段として吸気管６上流に送風機１３とモータ
１４で構成された過給機を設け、充填効率を制御可能である。
【００４３】
また、充填効率が１００％の場合において圧縮比は１２となり、所定の運転領域において点火プラグによる火花点火ではなく、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火する。
【００４４】
この圧縮着火エンジンのシリンダ１にピストン２が挿入され、ピストン２はコンロッド３を経由してクランク軸４と接続している。シリンダ１とピストン２によって形成される燃焼室５に通じるように吸気管６，排気管７を設け、吸気管６には燃料噴射弁８を設けられる。吸気管６，排気管７にはカムで動作する吸気弁９，排気弁１０が設けられる。図示はしていないが、燃焼室５の中心上部に点火プラグが設けられる。
【００４５】
アクセル１１はアクセル踏み込み量が検出可能なセンサを備え、その信号がコントローラ１２に入力される。またクランク軸４に回転数が検出可能なセンサを設け、信号はコントローラ１２に入力される。
【００４６】
コントローラ１２は、アクセル踏み込み量、即ち要求トルクに対する燃料噴射量、及びクランク軸４の回転数に対する目標点火時期のデータベースを予め用意しており、コントローラ１２により燃料噴射量が決定すると、燃料噴射量の信号が燃料噴射弁８へ出力される。
【００４７】
自己着火時期は空燃比と温度によって制御され、コントローラ１２では回転数と燃料噴射量に対する目標空気量のデータベースを予め用意し、データベースを参照することにより、目標着火時期において自己着火を生じさせるために必要な目標吸入空気量を決定する。
【００４８】
前記目標吸入空気量の要求を満たすために、コントローラ１２では送風機１３の回転をモータ１４により制御する信号を送信し制御する。
【００４９】
高速走行で高トルクが要求される運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ
１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００５０】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００５１】
上述した燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００５２】
高回転運転領域の場合、自己着火させるために燃焼室５内の温度を高くし冷炎の発生が早くなるように制御する。燃焼室５内の空気を圧縮した場合、空燃比が高いほど比熱比は大きく、時間に対する温度上昇率は高くなるため、本実施例のように高トルクで回転数が高い領域では目標吸入空気量が高くなるよう設定する。
【００５３】
コントローラ１２は、前記目標吸入空気量となるように送風機１３をモータ
１４により回転させるよう信号を送る。送風機１３は圧縮した空気を吸気管６に送り込み、最大２００％に近い充填効率を達成できる。
【００５４】
吸気行程が始まると、カムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。高トルク高回転ではモータは高出力で動作する。
【００５５】
エンジン回転数によって異なるが燃料噴射時期は吸気開始からクランク角60°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達した後に吸気弁９は閉じるが、過給により充填効率を約２００％となり、目標吸入空気量を達成することができる。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。以上のように、吸気の加熱，排気ガスの還流を用いず、過給機を用いて吸入空気量を制御するにより、高回転で高トルクの領域で圧縮着火運転を可能とする。
【００５６】
低速走行で低トルクの運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００５７】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００５８】
低回転の場合、高回転と同じ時期で自己着火させると圧縮行程で燃焼が生じて負の仕事が増えるため、目標着火時期は遅くする。
【００５９】
燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００６０】
低回転運転領域の場合は一サイクルあたりの時間は長く、自己着火を遅らせるために燃焼室５内の温度を低くし冷炎の発生が遅くなるよう目標吸入空気量を低く設定する。
【００６１】
次にコントローラ１２において、前記目標吸入空気量となるように送風機１３をモータ１４により回転させる信号を送る。低トルク運転時は吸入空気量を減らし、充填効率は１１５０％となるよう制御する。
【００６２】
吸気行程が始まると、カムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。低トルク低回転ではモータは低出力で動作する。
【００６３】
吸気行程が始まるとカムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。
【００６４】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達した後に吸気弁９は閉じるが、過給により充填効率は１５０％となり、目標吸入空気量を達成することができる。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。
【００６５】
以上のように、吸入空気量を減らし圧縮着火することにより燃焼温度を低くでき、ＮＯの発生を抑えることができる。
【００６６】
図９は、本発明の第３の実施例に係る圧縮着火エンジンの構成を示す。この圧縮着火エンジンは空気量制御手段として、吸気管６上流の送風機１３，排気管７下流の排気タービン１５で構成される排気ターボ過給機を設け、高温，高圧の排気ガスを排気タービン１５に作用させることにより送風機１３から圧縮空気を送ることができる。
【００６７】
また、充填効率が１００％の場合において圧縮比は１２となり、所定の運転領域において点火プラグによる火花点火ではなく、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火する。
【００６８】
この圧縮着火エンジンのシリンダ１にピストン２が挿入され、ピストン２はコンロッド３を経由してクランク軸４と接続している。シリンダ１とピストン２によって形成される燃焼室５に通じるように吸気管６，排気管７を設け、吸気管６には燃料噴射弁８を設けられる。吸気管６，排気管７にはカムで動作する吸気弁９，排気弁１０が設けられる。図示はしていないが、燃焼室５の中心上部に点火プラグが設けられる。
【００６９】
アクセル１１はアクセル踏み込み量が検出可能なセンサを備え、その信号がコントローラ１２に入力される。またクランク軸４に回転数が検出可能なセンサを設け、信号はコントローラ１２に入力される。
【００７０】
コントローラ１２は、アクセル踏み込み量、即ち要求トルクに対する燃料噴射量、及びクランク軸４の回転数に対する目標点火時期のデータベースを予め用意しており、コントローラ１２により燃料噴射量が決定すると、燃料噴射量の信号が燃料噴射弁８へ出力される。
【００７１】
自己着火時期は空燃比と温度によって制御され、コントローラ１２では回転数と燃料噴射量に対する目標空気量のデータベースを予め用意し、データベースを参照することにより、目標着火時期において自己着火を生じさせるために必要な目標吸入空気量を決定する。
【００７２】
前記目標吸入空気量の要求を満たすために、コントローラ１２では送風機１３の回転をモータ１４により制御する信号を送信し制御する。
【００７３】
高速走行で高トルクが要求される運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ
１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００７４】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００７５】
上述した燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００７６】
高回転運転領域の場合、自己着火させるために燃焼室５内の温度を高くし冷炎の発生が早くなるように制御する。燃焼室５内の空気を圧縮した場合、空燃比が高いほど比熱比は大きく、時間に対する温度上昇率は高くなるため、本実施例のように高トルクで回転数が高い領域では目標吸入空気量が高くなるよう設定する。
【００７７】
コントローラ１２は、前記目標吸入空気量となるように送風機１３を排気タービン１５により回転させるよう信号を送る。送風機１３は圧縮した空気を吸気管６に送り込み、最大２００％に近い充填効率を達成できる。
【００７８】
吸気行程が始まると、カムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。
【００７９】
エンジン回転数によって異なるが燃料噴射時期は吸気開始からクランク角60°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達した後に吸気弁９は閉じるが、過給により充填効率を約２００％となり、目標吸入空気量を達成することができる。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。以上のように、吸気の加熱，排気ガスの還流を用いず、排気ターボ過給機を用いて吸入空気量を制御するにより、高回転で高トルクの領域で圧縮着火運転を可能とする。
【００８０】
低速走行で低トルクの運転領域で圧縮着火運転する場合、まず、アクセル１１の踏み込み量と、クランク軸４の回転数が検出され、コントローラ１２に信号が送られる。コントローラ１２ではアクセルの踏み込み量を要求トルクに変換し、要求トルクと回転数に応じた燃料噴射量をコントローラ１２に用意したデータベースから決定する。
【００８１】
次に、コントローラ１２は回転数から目標着火時期をデータベースにより決定する。
【００８２】
低回転の場合、高回転と同じ時期で自己着火させると圧縮行程で燃焼が生じて負の仕事が増えるため、目標着火時期は遅くする。
【００８３】
燃料噴射量，回転数を用い、コントローラ１２に用意したデータベースから圧縮着火するために必要な吸入空気量を決定する。
【００８４】
低回転運転領域の場合は一サイクルあたりの時間は長く、自己着火を遅らせるために燃焼室５内の温度を低くし冷炎の発生が遅くなるよう目標吸入空気量を低く設定する。
【００８５】
次にコントローラ１２において、前記目標吸入空気量となるように送風機１３を排気タービン１５により回転させる信号を送る。低トルク運転時は吸入空気量を減らし、充填効率は１５０％となるよう制御する。
【００８６】
吸気行程が始まると、カムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。
【００８７】
吸気行程が始まるとカムによって吸気弁９が開き、送風機１３によって圧縮された空気が燃焼室５へ流入する。燃料噴射時期は吸気開始からクランク角６０°までの間とし、コントローラ１２から燃料噴射弁８に信号が送信され、所定の量で燃料を噴射する。
【００８８】
燃料噴霧は吸入空気の流れに乗って燃焼室５に吸入される。ピストン２が下死点に達した後に吸気弁９は閉じるが、過給により充填効率は１５０％となり、目標吸入空気量を達成することができる。圧縮行程が始まると、燃焼室５内の温度は上昇し、燃料は気化して混合気を形成する。圧縮後期に到達すると、燃焼室５内で自己着火が生じ、出力を得ることができる。
【００８９】
以上のように、吸入空気量を減らし圧縮着火することにより燃焼温度を低くでき、ＮＯの発生を抑えることができる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁式吸気弁、または過給機のように吸入空気量を制御する手段を備えることにより、エンジン排気ガスの還流、及び吸気用ヒータを設けることなく、高負荷運転領域で自己着火が可能な圧縮着火エンジンを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の構成図。
【図２】自己着火運転時の燃料量を決定するマップ。
【図３】自己着火運転時の着火時期を決定するマップ。
【図４】自己着火運転時の目標空気量を決定するマップ。
【図５】自己着火燃焼時の温度変化のグラフ。
【図６】高トルク高回転運転時の電磁式吸気弁のリフト量。
【図７】低トルク低回転運転時の電磁式吸気弁のリフト量。
【図８】実施例２の構成図。
【図９】実施例３の構成図。
【符号の説明】
１…シリンダ、２…ピストン、３…コンロッド、４…クランク軸、５…燃焼室、６…吸気管、７…排気管、８…燃料噴射弁、９…吸気弁、１０…排気弁、１１…アクセル、１２…コントローラ、１３…送風機、１４…モータ、１５…排気タービン。
Claims (5)
- 点火プラグの火花点火によらず、圧縮行程後期または上死点付近で自己着火させる圧縮着火エンジンにおいて、
エンジン回転数と要求トルクの関係から燃料噴射量を決定する手段と、
エンジン回転数から着火時期を決定する手段と、
エンジン回転数と燃料噴射量の関係から目標吸入空気量を決定する手段と、
吸入空気量が前記目標吸入空気量となるように制御する吸入空気量制御手段を備え、
高トルクで回転数が高い領域では目標吸入空気量が高くなるよう設定し、
低速走行で低トルクの運転領域では、前記高トルクで回転数が高い領域よりも目標吸入空気量を低く設定し、
エンジン始動時は上死点または上死点以後に燃焼させ、且つ始動時は低回転運転領域より更に目標吸入空気量を低く設定した
ことを特徴とする圧縮着火エンジン。 - 請求項１において、
前記要求トルクは、アクセル踏み込み量の関係として求めることを特徴とする圧縮着火エンジン。 - 請求項１において、前記吸入空気量制御手段は、吸気弁の開閉時期を機関の運転状態に基づき可変できる電磁駆動機構を備えたことを特徴とする圧縮着火エンジン。
- 請求項１において、前記吸入空気量制御手段は、過給機を含んで構成されることを特徴とする圧縮着火エンジン。
- 請求項１において、前記吸入空気量制御手段は、排気ターボ過給機を含んで構成されることを特徴とする圧縮着火エンジン。
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