CN101506505B - 预混合压缩自点火式发动机的运转方法 - Google Patents

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Abstract

一种预混合压缩自点火式发动机的运转方法，通过进行使用火花点火的压缩自点火运行，可缩短负载的施加时间和切断时间，足以投入实际使用。一种预混合压缩自点火式发动机的运转方法，使预先混合了燃料和空气的混合气在燃烧室内压缩自点火并燃烧，包括对混合气进行火花点火的火花点火装置(53)，利用调温装置(35)使混合气的进气温度维持大致一定，并根据负载的大小，切换进行火花点火运转、辅助性地使用火花点火的点火辅助压缩自点火运转、以及不使用火花点火的无点火压缩自点火运转。

Description

预混合压缩自点火式发动机的运转方法
技术领域
本发明涉及一种预混合压缩自点火式(HCCI：Homogeneous ChargeCompressed Ignition)发动机的运转方法。
背景技术
作为这种发动机，例如在专利文献1中公开了将预先混合了空气和燃料的混合气朝缸内的燃烧室供给、并通过对该混合气进行压缩来使其自点火的预混合压缩式自点火式发动机。另外，在专利文献1中还公开了在很难进行压缩自点火运转的发动机的启动时进行火花点火运转(SI运转)的内容。
与所谓的火花点火式的发动机相比，这种预混合压缩式自点火式发动机因能以较高的压缩比进行运转而具有热效率高的优点。另外，由于可降低燃烧温度，因此还能抑制NOx的生成。但是，由于使混合气自然点火，因此极难控制点火时间。
混合气的压缩自点火在很大程度上受到发动机的转矩和混合气的进气温度的影响。例如，图3表示发动机的转矩与混合气的进气温度间的关系，是表示可进行火花点火运转和压缩自点火运转的运转范围的曲线图，Z1表示可进行一般的火花点火运转(SI运转)的运转范围，Z3表示可进行压缩自点火运转(HCCI运转)的运转范围。
在图3中，为了通过火花点火运转来启动发动机并朝压缩自点火运转转移，首先需要像箭头Y1所示的那样提高进气温度。另外，在进气温度(T2)上升至可进行压缩自点火运转的运转范围Z3时，可施加负载，提高转矩(输出功率)，但为了提高转矩，如箭头Y2所示，若不再次降低进气温度，就无法维持压缩自点火运转。另外，在施加了最大的负载后，为了切断负载以减小转矩，若不再次提高进气温度，就无法维持压缩自点火运转。
因此，在进气温度升高后到施加负载之前或者到将施加的负载完全切断之前，需要使进气温度下降或上升用的较长时间，这在实用上存在问题。
在以往的预混合压缩自点火式发动机中，在将节气门阀(throttlevalve)完全打开的状态下根据负载对燃料控制阀(空气/燃料阀)进行调整，通过改变燃料浓度来调整(govern)发动机转速。因此，在图3的箭头Y3所示的进气温度设定下施加、切断负载时，若利用燃料控制阀进行调整，则在小负载时燃料浓度变稀，会产生不会自点火的问题。另一方面，也有使燃料控制阀保持一定开度，通过调整节气门阀来调整发动机转速的方法，但这种情况下，在负载增大时要将节气门(throttle)打开至全开附近，即使变更节气门开度，混合气量也几乎不变化，会产生调速功能无法充分地发挥作用的问题。
另外，在发动机的排气管中通常设置有对排气气体中含有的有害成分(大气污染物质)进行净化用的排气催化剂。如图12(B)所示，可知，排气气体中含有的大气污染物质(例如CO)在负载较大时可通过流过催化剂而得到适当净化，但在负载较小时没有被大幅度净化。这是因为，如图12(A)所示，在负载较小时，排气温度低，不会发生对大气污染物质进行净化用的化学反应。因此，在负载较小时也确保较高的排气温度以适当净化大气污染物质很重要。
专利文献1：日本专利特开2005-69097号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种预混合压缩自点火式发动机的运转方法，通过在火花点火运转与压缩自点火运转之间进行辅助性地使用火花点火的压缩自点火运转，可缩短负载的施加时间和切断时间，足以投入实际使用。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明是一种使预先混合了燃料和空气的混合气在燃烧室内压缩自点火并燃烧的预混合压缩自点火式发动机的运转方法，其特征是，包括对混合气进行火花点火的火花点火装置，利用调温装置使混合气的进气温度维持大致一定，并根据负载的大小，切换进行火花点火运转、辅助性地使用火花点火的点火辅助压缩自点火运转、以及不使用火花点火的无点火压缩自点火运转。
本发明最好还包括如下结构。
(1)在点火辅助压缩自点火运转中，预先设定作为目标的压缩自点火时间，并预先准备记录了可实现目标压缩自点火时间的火花点火时间的火花点火时间图，发动机启动后，在负载为规定大小以下时，在根据运转条件并参照火花点火时间图选择的火花点火时间进行火花点火，在负载为规定大小以上时，对目标压缩自点火时间与实际的压缩自点火时间进行比较，并根据该比较来调整火花点火时间，以使实际的压缩自点火时间成为目标压缩自点火时间。
(2)在冷态下刚启动了发动机后，减小过剩空气系数来进行火花点火运转。
(3)在上述结构(2)中，在冷态下刚启动了发动机后，使发动机转速上升至额定转速以上，以使发动机输出功率成为额定功率。
(4)在点火辅助压缩自点火运转和无点火压缩自点火运转时，构成为为了维持发动机转速而对节气门阀的开度进行调整，在节气门阀的开度成为规定大小以上时，根据该开度来减小过剩空气系数。
(5)在上述发动机的排气通路中包括对排气气体中含有的有害成分进行净化的催化剂，在上述发动机为小负载时或者排气温度低于规定大小时，为了一边维持发动机转速一边提高排气温度，而减小过剩空气系数并减少混合气流量。
发明效果
根据本发明，通过利用辅助性地使用火花点火的点火辅助压缩自点火运转，在使进气温度保持大致一定的状态下，可根据负载的大小使火花点火运转和压缩自点火运转(无点火压缩自点火运转)顺利地在短时间内转移。另外，通过进行点火辅助压缩自点火运转，可实质性地扩大压缩自点火的运转范围。
根据上述结构(1)，在负载为规定大小以上时，通过对实际的压缩自点火时间和目标压缩自点火时间进行比较来进行反馈控制，可将火花点火时间调整成适当时间。另一方面，在负载为规定大小以下时，很难检测实际的压缩自点火时间，若进行如上所述的反馈控制，火花点火时间会产生偏差，容易产生爆震等，因此，通过在根据火花点火时间图选择的时间进行火花点火，可进行更稳定的火花点火。
根据上述结构(2)，可迅速地使发动机从冷态升温成热态。因此，可利用发动机冷却水等迅速地提高进气温度，成为可施加负载的状态。
根据上述结构(3)，可更迅速地使发动机从冷态升温成热态，可迅速提高进气温度，以成为可施加负载的状态。
根据上述结构(4)，即使在大负载时等节气门阀的开度变得大于规定大小，也能利用该节气门阀来调整(govern)发动机转速。
根据上述结构(5)，在小负载运转时等排气温度低而无法充分地发挥催化剂的净化性能时，可通过一边维持发动机转速一边提高排气温度，来提高催化剂的净化率。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的预混合压缩自点火式发动机的概略剖视图。
图2是预混合压缩自点火式发动机的概略俯视图。
图3表示预混合压缩自点火式发动机的转矩与进气温度间的关系，是分别表示可进行火花点火运转、点火辅助压缩自点火运转和无点火压缩自点火运转的运转范围的曲线图。
图4(A)是表示转矩与进气温度间的关系的曲线图，图4(B)是表示转矩与过剩空气系数间的关系的曲线图。
图5(A)是表示从热态启动发动机时随着时间的经过发动机转速的变化的曲线图，图5(B)同样是表示随着时间的经过进气温度的变化的曲线图，图5(C)同样是表示随着时间的经过在施加负载时转矩的变化的曲线图。
图6是表示进行点火辅助压缩自点火运转时火花点火时间与压缩自点火时间间的关系的曲线图。
图7表示火花点火时间与进气温度间的关系，是表示压缩自点火时间的变化的曲线图。
图8(A)是表示在冷态下启动发动机时随着时间的经过转矩的变动的曲线图，图8(B)同样是表示进气温度的变化的曲线图，图8(C)同样是表示冷却水温度的变化的曲线图，图8(D)同样是表示润滑油温度的变化的曲线图。
图9(A)是表示在冷态下启动发动机时随着时间的经过输出功率的变化的曲线图，图9(B)同样是表示进气温度的变化的曲线图，图9(C)同样是表示发动机转速的变化的曲线图，图9(D)同样是表示轴转矩的变化的曲线图。
图10是表示与节气门阀的开度对应的、转矩的变化和燃料控制阀的开度的变化的曲线图。
图11(A)是表示输出功率与节气门阀的开度间的关系的曲线图，图11(B)是表示输出功率与燃料控制阀间的关系的曲线图。
图12(A)是表示转矩与排气温度间的关系的曲线图，图12(B)是表示转矩与CO排出量间的关系的曲线图。
图13(A)是表示转矩与节气门阀的开度间的关系的曲线图，图13(B)同样是表示转矩与燃料控制阀的开度间的关系的曲线图。
图14(A)是表示转矩与排气温度间的关系的曲线图，图14(B)同样是表示转矩与催化剂通过后的CO排出量间的关系的曲线图。
(符号说明)
11预混合压缩自点火式发动机
13缸
14活塞
31节气门阀
32燃料控制阀
35调温装置
45控制器
具体实施方式
[预混合压缩自点火式发动机的概况]
图1是本发明的实施方式所涉及的预混合压缩自点火式发动机11的概略剖视图，图2是其概略俯视图。本实施方式的预混合压缩自点火式发动机11是四汽缸(1号～4号)的四冲程发动机，具有发动机本体11A，该发动机本体11A包括：缸体12、缸盖15、以及曲柄箱18。在缸体12内设置有多个(四个)缸13，在各缸13内可自由滑动地嵌合有活塞14。在缸盖15上设置有进气口16和排气口17，进气口16和排气口17分别由进气门19和排气门20来开闭。进气门19和排气门20由气门传动装置21、22来驱动。
在吸气口16上连接着进气管24，在排气口17上连接着具有排气歧管25的排气管26。如图2所示，进气管24具有：主进气管27、与该主进气管27连接的进气缓冲罐28、以及从该进气缓冲罐28与各缸13连接的多个分岔进气管29。
如图1所示，在主进气管27上设置有节气门阀31、混合器33和加热装置(调温装置)35。被导入主进气管27的空气利用节气门阀31来调节流量，并与经由燃料控制阀(A/F valve)32供给来的燃料在混合器33中混合。在燃料控制阀32中设定燃料与空气的比例、即过剩空气系数。
空气与燃料的混合气在被加热装置35加热后流入进气缓冲罐28，并从各分岔进气管39经由进气口16被吸入各缸13内的燃烧室(进气行程)。在进气行程中供给到燃烧室内的混合气在压缩行程中被压缩，当活塞14到达上止点附近时自动点火，由此，将活塞14压下(膨胀行程)。燃烧气体在排气行程中从排气口17经由排气管26排出。
如图2所示，加热装置35具有热交换器40，该热交换器40设置在分岔成两条路径的主进气管27的一条路径38上。热交换器40将发动机冷却水作为热交换介质，在缸体12和缸盖15(图1)中循环的冷却水经由流路41朝热交换器40供给，并经由流路42返回冷却器(未图示)。在主进气管27的两条路径38、39中分别设置有流量调节阀43、44。
在主进气管27的另一条路径39上未设置热交换器40，流过该路径39的混合气在不被加热的情况下直接导入进气缓冲罐28。流量调节阀43、44对混合气朝主进气管27的各路径38、39的流入量进行调整(包括停止)，例如，通过仅打开一方的流量调节阀43以使混合气仅流过路径38，可迅速加热混合气，通过仅打开另一方的流量调节阀44以使混合气仅流过路径39，可不对混合气进行加热(相对来说进行冷却)。另外，通过将流量调节阀43、44双方打开，可使被加热的混合气与未被加热的混合气混合来进行细致的温度控制。
作为加热装置35的热交换介质，可利用润滑油和排气气体。作为加热装置35，也可使用电加热器。另外，也可不像上面那样使主进气管27分岔，而是将其形成为一条路径并设置加热装置35。
如图1所示，发动机11包括控制器45，利用该控制器45来控制节气门阀31、燃料控制阀32、加热装置35等。另外，在发动机11中设置有冷却水温度传感器47和进气温度传感器48、汽缸内压力传感器49、发动机转速传感器50、转矩传感器51、过剩空气系数传感器52等，各种传感器的检测信号被输入上述控制器45。
在本实施方式中，利用汽缸内压传感器49来检测各缸13内的压力，对该检测值进行分析并求解燃烧质量比例。另外，将燃烧质量比例达到50％的时刻作为压缩自点火时间。
在发动机11的缸盖15上设置有火花塞37。如图2所示，火花塞37通过高压阻尼线54与点火线圈55连接，火花塞37、高压阻尼线54和点火线圈55构成了火花点火装置53。对火花点火装置53的点火线圈55的通电由控制器45来进行动作控制。
[预混合压缩自点火式发动机的运转方法]
本来，预混合压缩自点火式发动机11是在不进行火花点火的情况下通过使混合气压缩自点火(HCCI)来进行运转的。但是，本实施方式的预混合压缩自点火发动机11在发动机11启动时、以及发动机11启动后到进行压缩自点火运转为止的过渡期的运转中使用火花点火。
此处，发动机启动时的运转是通过火花点火来使混合气燃烧的、所谓的火花点火运转(SI运转)。过渡期的运转不是火花点火运转，而是辅助性地使用火花点火装置53的压缩自点火运转。在本说明书中，将该过渡期的运转称作点火辅助压缩自点火运转，另外，将不使用火花点火的原来的压缩自点火运转称作无点火压缩自点火运转。
点火辅助压缩自点火运转是在很难进行无点火压缩自点火运转的运转条件下，通过火花点火来诱发压缩自点火的运转，是通过进行火花点火，利用该火花和点火后的传播火炎使处于压缩状态的混合气进行自点火的运转。
图3表示预混合压缩自点火式发动机11的转矩与进气温度间的关系，是分别表示可进行火花点火运转、点火辅助压缩自点火运转和无点火压缩自点火运转的运转范围的曲线图。Z1表示可进行火花点火运转的范围，Z2表示可进行点火辅助压缩自点火运转的范围，Z3表示可进行无点火压缩自点火运转的范围。在本实施方式中，到进气温度上升一定程度为止进行火花点火运转(Z1)，之后，一旦进气温度上升至规定T1，如箭头Y3所示，便一边维持进气温度一边朝点火辅助压缩自点火运转(Z2)转移，之后进行无点火压缩自点火运转(Z3)。下面进行详细说明。
发动机11在启动时处于冷状态(冷态)，当然，进气温度也低。因此，点火辅助压缩自点火运转(Z2)和无点火压缩自点火运转(Z1)都很难进行。因此，如范围Z1所示，进行通过火花点火来使混合气燃烧的火花点火运转。此时，利用燃料控制阀32(图1)将过剩空气系数设定成较小(燃料浓)。由于一旦进行火花点火运转，发动机冷却水的温度便会逐渐上升，因此可利用加热装置35(图2)使进气温度上升。
一旦进气温度达到可通过无点火压缩自点火运转(Z3)产生最大的转矩Tr1的温度T1，便利用加热装置35使进气温度维持T1。接着，施加负载，从火花点火运转(Z1)朝点火辅助压缩自点火运转(Z2)转移。此时，利用燃料控制阀32使过剩空气系数慢慢上升(使燃料变稀)。之后，在最大转矩接近Tr1而进入范围Z3时，停止火花点火，朝无点火压缩自点火运转转移。
图4(A)是表示转矩与进气温度间的关系的曲线图，图4(B)是表示转矩与过剩空气系数间的关系的曲线图。用实线来表示本发明，用点划线来表示现有技术(不进行点火辅助压缩自点火运转，在图3的箭头Y2的条件下进行无点火压缩自点火运转时)。
在本实施方式中，是当在使进气温度维持T1的状态下使过剩空气系数慢慢增大时，从火花点火运转经点火辅助压缩自点火运转朝无点火压缩自点火运转转移。在现有技术中，是在使进气温度从T2逐渐朝T1下降的同时，在将节气门阀完全打开的状态下使过剩空气系数慢慢减小，进行无点火压缩自点火运转。
因此，在本实施方式中，不像现有技术那样使进气温度在T2与T1之间变化，可在不需要进气温度变化所需的时间的情况下增大转矩。
当在转矩达到最大的状态下切断负载来减小转矩时，以图3的Y3的逆过程来进行运转。即，从无点火压缩自点火运转(Z3)经点火辅助压缩自点火运转(Z2)朝火花点火运转(Z1)转移。这种情况下也能使进气温度保持大致一定，因此可迅速切断负载。
图5(A)表示在实验中使发动机11从热状态(热态)启动时随着时间的经过发动机转速的变化，图5(B)同样表示进气温度的变化，图5(C)同样表示施加负载时转矩的变化。在图5(A)和图5(B)中，发动机转速在发动机启动后的短时间内上升至额定转速附近，进气温度也从大致相同的时间起维持T1的状态。在图5(C)中，可使转矩在发动机转速和进气温度大致稳定后的短时间内上升。另外，还可缩短切断负载到转矩成为0(空转状态)所需的时间。
在上述说明中，在进行点火辅助压缩自点火运转和无点火压缩自点火运转时，也可预先使燃料控制阀32的开度保持一定。
(点火辅助压缩自点火运转的压缩自点火时间的调整)
图6是表示进行点火辅助压缩自点火运转时火花点火时间与压缩自点火时间间的关系的曲线图。从图6可知，在火花点火时间从提前角侧朝滞后角侧滞后时，压缩自点火时间也相应地从提前角侧朝滞后角侧滞后。
在本实施方式中，通过调整火花点火时间，来调整压缩自点火时间。
另外，从图6可知，一旦火花点火时间相对于某一时间t1位于提前角侧，则即便使其进一步提前，压缩自点火时间也不再提前。反之，一旦火花点火时间相对于某一时间t2位于滞后角侧，则即便使其进一步滞后，压缩自点火时间也几乎不再滞后。这可认为是已经自然地开始压缩自点火。
在本实施方式中，针对这种特性，将上述t1设定成火花点火的提前角侧的界限时间(提前角界限)，并将t2设定成滞后角侧的界限时间(滞后角界限)，对火花点火装置53(图2)进行动作控制，以在两界限时间t1、t2之间进行火花点火。由此，能通过进行火花点火可靠地诱发压缩自点火。
可通过下面的方法，用控制器45来控制对图2所示的火花点火装置53的点火线圈55的通电，来进行火花点火时间的调整。
首先，例如预先设定可实现热效率、排气气体中含有的大气污染物质(有害成分)的排出量等的平衡的目标压缩自点火时间。如上所述，实际的自点火时间根据汽缸内压传感器49(图1)的检测值进行求解。接着，对目标压缩自点火时间与实际的压缩自点火时间进行比较，根据该比较来调整火花点火时间，以使实际的压缩自点火时间成为目标压缩自点火时间。即，通过对目标压缩自点火时间与实际的压缩自点火时间进行比较，来对火花点火时间进行反馈控制。
图7的曲线图表示火花点火时间与进气温度间的关系，表示的是压缩自点火时间的变化。在该曲线图中，用W来表示目标压缩自点火时间(例如曲柄角为TDC+6°的时间)。根据该曲线图可知，例如在进气温度为Ta时，通过将火花点火时间调整成ta，便可将实际的压缩自点火时间调整成目标压缩自点火时间。
作为大气污染物质的NOx在点火时间早时具有增大的倾向，THC(未燃碳氢化合物)和CO(一氧化碳)在点火时间晚时具有增大的倾向，因此，目标压缩自点火时间例如可设定成使它们的排出平衡地减少的时间。
采用本实施方式这样的多汽缸发动机11时，压缩自点火时间因各汽缸的散热性差异引起的压缩端温度差异而不同。因此，通过调整各汽缸的火花点火时间，还可统一压缩自点火时间。一旦统一了压缩自点火时间，便可提高循环效率和热效率。
(压缩自点火时间调整的例外情况)
如图3所示，在箭头Y3中，在刚从火花点火运转(Z1)朝点火辅助压缩自点火运转(Z2)转移的状态下、转矩较小时(负载较小时)，噪声的比例变高，因此，很难利用汽缸内压传感器49(图1)来检测压力。因此，无法根据该检测值来准确求解燃烧质量比例(即压缩自点火时间)。因此，若进行如上所述的反馈控制，则反而可能会阻碍运转的稳定性。特别是在开始施加负载时，火花点火时间前进至提前角界限t1，容易产生爆震。
因此，在负载为规定大小以下时(即在本实施方式中的、像图4(B)那样过剩空气系数为规定大小以下时)，不进行上述反馈控制，而是通过进行使用如下的图(map)的计划控制，来确保运转的稳定性。
即，绘制与进气温度等运转条件相对应的可实现目标压缩自点火时间的火花点火时间，从而制成火花点火时间图，并将该火花点火时间图存储到控制器45的存储器(未图示)中。接着，检测该运转状况，并参照火花点火时间图来选定与该检测值对应的火花点火时间，对火花点火装置53进行控制，以在该火花点火时间进行火花点火。
通过进行这种计划控制，即使在小负载时，也能进行稳定的压缩自点火时间的控制(火花点火时间的控制)。
(在冷态下的暖机方法)
上面，在图3和图4中说明了可缩短从进气温度上升至T1的状态起到施加、切断负载为止的时间的情况。下面，对缩短从冷状态(冷态)开始通过火花点火运转来启动发动机11使进气温度达到T1为止的时间或者成为可进行点火辅助压缩自点火运转为止的时间的情况进行说明。
图8(A)表示在冷态下启动发动机11时转矩随着时间的经过而发生的变化，图8(B)同样表示进气温度的变化，图8(C)同样表示冷却水温度的变化，图8(D)同样表示润滑油温度的变化。另外，作为比较，同时表示了现有技术的情况。
如图8(A)所示，在现有技术中，刚启动后，在不施加负载(使转矩成为0)的情况下进行运转。由此，如图8(C)、图8(D)所示，冷却水温度和润滑油温度慢慢上升。如图8(B)所示，随着冷却水温度的上升，加热装置35(图2)使进气温度也上升。另外，如图8(A)所示，在启动后不久施加负载，可使转矩达到最大。与之相对，在本发明中，在发动机刚启动后就施加负载，在产生比最大转矩小的(图例中为大致一半的)转矩的状态下进行运转。由此，如图8(B)～图8(D)所示，可知进气温度、冷却水温度和润滑油温度比以往早上升。另外，如图8(A)所示，可比以往早施加最大的负载。
在本实施方式中，由于在发动机刚启动后就施加负载，因此对燃料控制阀32(图1)的开度进行调整，将过剩空气系数设定成较小(燃料浓)，并相应地将节气门阀31(图1)的开度调小，以防产生爆震。负载的大小设定成不会产生爆震的最大负载。之后，为了维持施加了负载的运转状态，随着时间的经过，一边对燃料控制阀和节气门阀的开度进行适当调整一边将过剩空气系数逐渐增大至可进行压缩自点火的值。
在本实施方式中，可如图9所示地更早地提高进气温度。图9(A)表示在冷态下启动发动机11时输出功率随着时间的经过而产生的变化，图9(B)同样表示进气温度的变化，图9(C)同样表示发动机转速的变化，图9(D)同样表示轴转矩的变化。实线表示本发明，虚线表示现有技术。
在本发明中，在发动机刚启动后，与轴转矩对应地使发动机转速上升至额定转速以上，并使输出功率上升至额定功率。由此，可知进气温度早上升。另外，在利用发动机11来驱动发电机时，为了防止因发动机转速上升得比额定转速大而导致频率变动，利用逆变器来进行输出控制。
(大负载时发动机转速的调整)
在进行点火辅助压缩自点火运转和无点火压缩自点火运转时，在使燃料控制阀32(图1)的开度保持一定的情况下提高负载，通过加大节气门阀31(图1)的开度，可将发动机转速调整(govern)成一定值。图10是表示这种情况下的、与节气门阀31的开度对应的转矩和燃料控制阀32的开度的变化的曲线图，用实线来表示本发明，用双点划线来表示现有技术。在该图中可知，采用现有技术时，在大负载区域内即使将节气门阀31打开，转矩(输出功率)也不会大幅度上升。因此，无法施加大负载。
与之相对，在本发明中，在节气门阀31的开度增大至规定大小以上时，将燃料控制阀32从一定状态朝打开方向调整。由此，可增大转矩。
这种情况下，对燃料控制阀32如下地进行控制。即，对节气门阀31打开了规定大小以上时与该开度的增量对应的燃料控制阀32的开度的增量进行预先设定而制成图，并将该图存储到控制器45的存储器中。在节气门阀31打开了规定大小以上时，根据其增量，参照图来选择燃料控制阀32的开度的增量，并利用控制器45来打开燃料控制阀32。
图11(A)是表示上述情况时输出功率与节气门阀31的开度间的关系的曲线图，图11(B)同样是表示输出功率与燃料控制阀32的开度间的关系的曲线图。
从图11(A)、图11(B)也可知，在节气门阀31打开规定大小以上时，燃料控制阀32打开，输出功率上升。
(排气气体催化剂的净化率的提高)
如图1所示，在排气管26中设置有对排气气体中含有的大气污染物质进行净化的排气催化剂60。一般而言，如图12(A)所示，排气温度随着转矩的上升而上升。另一方面，如图12(B)所示，排气气体中含有的CO排出量在通过催化剂前随着转矩的增大而慢慢减少，在通过催化剂后，在大转矩区域内降低至0附近，但在小转矩区域、即排气温度较低的区域内并没有大幅度降低。
鉴于这种状况，在本实施方式中，在小转矩区域内提高排气温度，由此来促进催化剂对大气污染物质的净化。具体而言，根据发动机转速的调整方法，使用以下方法。
(1)在利用燃料控制阀32(图1)来调整发动机转速时
如图1所示，将检测排气温度的排气温度传感器61预先设置在排气管26上，由于是小负载，因此，在排气温度传感器61的检测值低于预先设定的界限温度时，将节气门阀31朝关闭方向调整。在将节气门阀31朝关闭方向调整时，实质的燃料供给量减少，但为了补偿该减少，维持发动机转速，将燃料控制阀32朝打开方向调整。另外，在将燃料控制阀32朝打开方向调整时，过剩空气系数变小，因此排气温度上升。因此，即使在小负载时，也能提高催化剂对大气污染物质的净化率。
图13(A)是表示进行了上述(1)的控制时转矩与节气门阀的开度间的关系的曲线图，图13(B)同样是表示转矩与燃料控制阀32的开度间的关系的曲线图。另外，图14(A)是表示进行了上述控制时转矩与排气温度间的关系的曲线图，图14(B)同样是表示转矩与催化剂通过后的CO排出量间的关系的曲线图。从上面的曲线图可知，上述各控制方法是有效的。
(2)在利用节气门阀31来调整发动机转速时
由于是小负载，因此在排气温度传感器61的检测值低于预先设定的界限温度时，将燃料控制阀32朝打开方向调整。在将燃料控制阀32朝打开方向调整时，过剩空气系数变小，因此排气温度上升。由此，可提高催化剂对大气污染物质的净化率。另外，为了在过剩空气系数变小时实质的燃料供给量不增大，将节气门阀31朝关闭方向调整，并维持发动机转速。
通过进行上述(2)的控制，可获得图14所示的结果。
本发明并不局限于上述实施方式，可进行适当的设计变更。例如，在上述实施方式中例示了四汽缸的预混合压缩自点火式发动机11，但汽缸数没有限定。

Claims (6)

1.一种预混合压缩自点火式发动机的运转方法，使预先混合了燃料和空气的混合气在燃烧室内压缩自点火并燃烧，其特征在于，
包括对混合气进行火花点火的火花点火装置，
利用调温装置使混合气的进气温度维持大致一定，并根据负载的大小，切换进行火花点火运转、辅助性地使用火花点火的点火辅助压缩自点火运转、以及不使用火花点火的无点火压缩自点火运转。
2.如权利要求1所述的预混合压缩自点火式发动机的运转方法，其特征在于，
在点火辅助压缩自点火运转中，预先设定作为目标的压缩自点火时间，并预先准备火花点火时间图，该火花点火时间图记录了可实现目标压缩自点火时间的火花点火时间，
发动机启动后，在负载为规定大小以下时，在根据运转条件并参照火花点火时间图选择的火花点火时间进行火花点火，在负载为规定大小以上时，对目标压缩自点火时间与实际的压缩自点火时间进行比较，并根据该比较来调整火花点火时间，以使实际的压缩自点火时间成为目标压缩自点火时间。
3.如权利要求1所述的预混合压缩自点火式发动机的运转方法，其特征在于，在冷态下刚启动了发动机后，减小过剩空气系数来进行火花点火运转。
4.如权利要求3所述的预混合压缩自点火式发动机的运转方法，其特征在于，在冷态下刚启动了发动机后，使发动机转速上升至额定转速以上，以使发动机输出功率成为额定功率。
5.如权利要求1所述的预混合压缩自点火式发动机的运转方法，其特征在于，
在点火辅助压缩自点火运转和无点火压缩自点火运转时，构成为为了维持发动机转速而对节气门阀的开度进行调整，
在节气门阀的开度成为规定大小以上时，根据该开度来减小过剩空气系数。
6.如权利要求1所述的预混合压缩自点火式发动机的运转方法，其特征在于，
在所述发动机的排气通路中包括对排气气体中含有的有害成分进行净化的催化剂，
所述发动机在小负载时或者排气温度低于规定大小时，为了一边维持发动机转速一边提高排气温度，而减小过剩空气系数并减少混合气流量。
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