JP2002174135A - 圧縮自己着火式内燃機関 - Google Patents
圧縮自己着火式内燃機関Info
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Abstract
し、圧縮自己着火燃焼運転における着火時期許容範囲を
拡大する。 【解決手段】 ピストンの圧縮作用により燃焼室の混合
気を自己着火して燃焼させる圧縮自己着火式内燃機関に
おいて、圧縮自己着火後の熱発生期間中に燃焼室の温度
を下げることを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関にお
いて、自己着火時期が目標自己着火時期に対して早期と
なったり、自己着火後の圧力上昇率が目標圧力上昇率に
対し大きい場合に、燃料噴射弁19から燃焼室9に燃料
もしくは水を噴射して燃焼室9の温度を下げる。
Description
作用により燃焼室の混合気を自己着火して燃焼させる圧
縮自己着火式内燃機関に関する。
のための混合気のリーン化には、点火プラグによる火花
点火と火炎伝播による燃焼が不安定化することから、自
ずと限界があり、また、リーン燃焼時には、排気浄化の
ための触媒が、いわゆる量論比での燃焼時ほど浄化作
用、特にNOxの還元作用を発揮できないという問題が
ある。
の圧縮作用により自己着火燃焼させることにより、リー
ン燃焼と低エミッションを図った高圧縮比の圧縮自己着
火式内燃機関が知られている(例えば特開平7−332
141号公報参照)。
供給する燃料量の違い、つまり空燃比の違いが着火時期
に影響するために、最適な着火時期が得られる空燃比の
範囲が狭く、それ以外では過早着火や失火を招く。この
ような過早着火や失火を防ぐべく、着火時期を制御する
ようにした従来の圧縮自己着火式内燃機関としては、例
えば特開平10−196424号公報に記載されたもの
がある。
ピストンにより、燃焼室内のピストンの上死点付近にお
いて燃焼室の圧縮された混合気を、さらに付加的に圧縮
して混合気温度を過渡的に上昇させることで、自己着火
を誘発させるものである。
た従来の圧縮自己着火式内燃機関では、圧縮自己着火後
の燃焼が急峻となった場合には、排気温度上昇のため燃
焼室温度が高くなり、次サイクルの着火時期制御が極め
て困難となり、ノッキングの発生を回避することができ
ない。
が成立する着火時期の許容範囲を示している。曲線aは
ノッキング強度を示し、曲線bは燃焼の安定度を示して
いる。着火時期を早期にしていくとノッキング強度が増
大する一方、着火時期を遅らせていくと燃焼安定度が悪
化し、ノッキング強度の限界Nmおよび燃焼安定度の限
界Kmを考慮すると、圧縮自己着火燃焼運転における着
火時期許容範囲Sは極めて狭いものとなっている。
ノッキングの発生を回避し、圧縮自己着火燃焼運転にお
ける着火時期許容範囲を拡大することを目的としてい
る。
に、請求項1の発明は、ピストンの圧縮作用により燃焼
室の混合気を自己着火して燃焼させる圧縮自己着火式内
燃機関において、圧縮自己着火後の熱発生期間中に燃焼
室の温度を下げる構成としてある。
己着火式内燃機関において、燃焼室に燃料もしくは水の
少なくとも一方を供給して燃焼室の温度を下げる構成と
してある。
の圧縮自己着火式内燃機関において、自己着火時期が目
標自己着火時期より早期となった場合に、燃焼室内の温
度を下げる構成としてある。
己着火式内燃機関において、早期自己着火の検出は、燃
焼室の圧力を検出して行う構成としてある。
の圧縮自己着火式内燃機関において、自己着火時期の目
標自己着火時期に対するずれ量が大きいほど、燃料もし
くは水の供給量を多くする構成としてある。
の圧縮自己着火式内燃機関において、自己着火後の燃焼
室の圧力上昇率が目標圧力上昇率より大きい場合に、燃
焼室の温度を下げる構成としてある。
己着火式内燃機関において、圧力上昇率の目標圧力上昇
率に対するずれ量が大きいほど、燃料もしくは水の供給
量を多くする構成としてある。
ずれかに記載の圧縮自己着火式内燃機関機関において、
負荷の上昇とともに燃焼室に供給する燃料もしくは水の
量を多くする構成としてある。
後の熱発生期間中に燃焼室の温度を下げることで、急峻
燃焼を抑制でき、ノッキングの発生を回避できるととも
に、自己着火燃焼可能な着火時期許容範囲を拡大するこ
とができる。また、急峻燃焼によって発生する残留EG
Rガスによる燃焼室内温度上昇が回避されるので、着火
時期のサイクルばらつきを抑制でき、燃焼安定度を向上
させることができる。
もしくは水の少なくとも一方を供給することで燃焼室内
の温度が下がるので、急峻燃焼を抑制でき、ノッキング
の発生を回避できるとともに、自己着火燃焼可能な着火
時期許容範囲を拡大することができる。また、急峻燃焼
によって発生する残留EGRガスによる燃焼室内温度上
昇が回避されるので、着火時期のサイクルばらつきを抑
制でき、燃焼安定度を向上させることができる。
期に対し早期に自己着火した場合に、燃焼室の温度を下
げることで、急峻燃焼を抑制でき、ノッキングの発生を
回避できるとともに、自己着火燃焼可能な着火時期許容
範囲を拡大することができる。また、急峻燃焼によって
発生する残留EGRガスによる燃焼室内温度上昇が回避
されるので、着火時期のサイクルばらつきを抑制でき、
燃焼安定度を向上させることができる。
検出することで、目標自己着火時期に対する早期自己着
火時期を検出でき、早期自己着火を検出した場合に、燃
焼室の温度を下げることで、急峻燃焼を抑制でき、ノッ
キングの発生を回避できるとともに、自己着火燃焼可能
な着火時期許容範囲を拡大することができる。また、急
峻燃焼によって発生する残留EGRガスによる燃焼室内
温度上昇が回避されるので、着火時期のサイクルばらつ
きを抑制でき、燃焼安定度を向上させることができる。
になるほど燃焼が急峻になるので、自己着火時期の目標
自己着火時期に対するずれ量が大きいほど、燃料もしく
は水の供給量を多くすることで、自己着火時期の目標自
己着火時期に対するずれ量に拘わらず、ノッキングの発
生を回避でき、かつ自己着火燃焼可能な着火時期許容範
囲を拡大できるとともに、燃焼安定度向上も達成するこ
とができる。
焼室の圧力上昇率が目標圧力上昇率より大きい場合に、
燃焼室の温度を下げることで、急峻燃焼を抑制でき、ノ
ッキングの発生を回避できるとともに、自己着火燃焼可
能な着火時期許容範囲を拡大することができる。また、
急峻燃焼によって発生する残留EGRガスによる燃焼室
内温度上昇が回避されるので、着火時期のサイクルばら
つきを抑制でき、燃焼安定度を向上させることができ
る。
力上昇率が目標圧力上昇率に対して大きくなるほど、燃
料もしくは水の供給量を多くするようにしたので、圧力
上昇率の目標圧力上昇率に対するずれ量に拘わらず、ノ
ッキングの発生を回避でき、かつ自己着火燃焼可能な着
火時期許容範囲を拡大できるとともに、燃焼安定度向上
も達成することができる。
するにつれて燃焼がより急峻となるので、機関負荷の増
大とともに燃料もしくは水の供給量を多くすることで、
機関負荷の上昇に拘わらず、ノッキングの発生を回避で
き、かつ自己着火燃焼可能な着火時期許容範囲を拡大で
きるとともに、燃焼安定度向上も達成することができ
る。
面に基づき説明する。
縮自己着火内燃機関の全体構成図で、シリンダブロック
1に形成されているシリンダ3内にピストン5が上下動
可能に収容され、シリンダ3とピストン5とシリンダヘ
ッド7との間に燃焼室9が形成されている。シリンダヘ
ッド7には、燃焼室9に連通する吸気ポート11および
排気ポート13が形成されるとともに、これら各ポート
11,13を開閉する吸気バルブ15および排気バルブ
17がそれぞれ設けられている。
央には、燃料噴射弁19が設置され、燃料噴射弁19の
近傍には点火プラグ21が設置されている。また、シリ
ンダブロック1のシリンダヘッド7近傍には、燃焼室9
内の圧力を検出する筒内圧センサ23が取り付けられて
いる。
ンピュータなどで構成される電子制御装置25に入力さ
れる。電子制御装置25は、運転条件に応じて、ピスト
ン5の圧縮作用により混合気を自己着火して燃焼させる
圧縮自己着火燃焼と、点火プラグ21を用いた火花点火
燃焼とのいずれかの方式で運転を行うかを判定する燃焼
パターン判定部27と、火花点火燃焼時の燃焼制御パラ
メータを制御する火花点火燃焼制御部29と、圧縮自己
着火燃焼時の燃焼制御パラメータを制御する自己着火燃
焼制御部31と、圧縮自己着火燃焼運転時に筒内圧セン
サ23が検出した燃焼室9の圧力に基づいて、着火後の
燃焼室9の温度を制御する筒内温度制御部33とを備え
ている。
各構成要素は、マイクロコンピュータのプログラムとし
て実現されている。
7)は、図示しないクランク角センサおよびアクセル開
度センサがそれぞれ検出した機関回転数Nおよびアクセ
ル開度A(機関負荷T)に基づいて運転条件を判定し、
燃焼形態が圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とのいずれ
であるかを判定する。また、電子制御装置25は、上記
した運転条件に応じて燃料噴射量と点火時期とを算出
し、これら算出結果に基づいて燃料噴射弁19および点
火プラグ21に信号を出力する。
図2に示すように、中・低負荷運転領域以下および中回
転数領域以下の特定の運転条件において圧縮自己着火運
転を行う一方、高負荷運転領域または高回転数運転領域
において火花点火燃焼を行う。
火燃焼運転時での着火時期を変化させた場合の着火後の
筒内圧力(燃焼室9の圧力)および熱発生状態をそれぞ
れ示す波形図であり、破線の波形は着火時期を圧縮上死
点(TDC)直後に設定したもので、実線の波形は着火
時期を圧縮上死点直後からから遅角したものである。こ
れによれば、着火時期を進角すると、筒内圧力は破線で
示すように急峻となり、熱発生も同様に急峻となる。
を受けることから、一度着火時期が進角すると上昇する
ため、着火時期がより進角する傾向にある。そこで、本
実施形態では、自己着火後の熱発生期間中に、燃焼室9
の温度を下げることにより、筒内圧力および熱発生の変
化を緩やかにするものである。
て、着火後の燃焼期間中の燃焼室9の温度を下げた場合
の筒内圧力および熱発生状態を実線の波形としてそれぞ
れ示している。破線の波形は上記図3の破線波形と同じ
ものである。着火後の燃焼室9の温度を下げることで、
実線の波形で示すように、筒内圧力および熱発生状態が
緩やかに上昇しており、破線の波形で示すような急峻燃
焼を抑制できることがわかる。
でも、燃焼が緩やかとなり、ノッキングの発生を回避で
き、NOxの発生も抑制できるとともに、自己着火燃焼
可能な着火時期許容範囲を拡大することができる。ま
た、急峻燃焼によって発生する残留EGRガスによる燃
焼室9の温度上昇が回避されるので、着火時期のサイク
ルばらつきを抑制でき、燃焼安定度を向上させることが
できる。
ては、燃料噴射弁19から燃料を噴射し、この噴射した
燃料の気化潜熱を利用する。燃料に代えて、水を噴射す
るようにしてもよい。水噴射の場合は、水噴射専用の噴
射弁を、例えば燃料噴射弁19の近傍に設置する必要が
ある。
筒内圧センサ23が燃焼室9の圧力を検出し、この検出
値が着火時に相当する所定値以上となる時期が、目標と
する着火時期に対して早期であるかどうかによって行
う。図5は、目標着火時期Pに対しクランク角度でαだ
け早期に着火した場合に、燃料噴射を行うことで、実線
で示すような緩慢燃焼となる状態を示している。破線の
波形は、燃料噴射を行わない図4の破線波形と同じもの
である。
れ量が大きいほど燃焼が急峻になることから、図6に示
すように、このずれ量の増大に伴って燃焼期間中におけ
る燃料噴射量を多くする。これにより、自己着火時期の
目標自己着火時期に対するずれ量に拘わらず、ノッキン
グ回避、自己着火燃焼可能な着火時期許容範囲の拡大お
よび燃焼安定度の向上を確実に達成することができる。
間における燃焼室9の圧力を検出し、この検出値に基づ
く圧力上昇率が、目標圧力上昇率に対して大きい場合に
燃料噴射を行うようにする例を示している。この場合お
いても、自己着火後に燃料噴射を行うことで、実線で示
すような緩慢燃焼が得られる。
率に対するずれ量が大きくなるほど燃焼が急峻となるこ
とから、図8に示すように、このずれ量の増大に伴って
燃焼期間中における燃料噴射量を多くする。これによ
り、圧力上昇率の目標圧力上昇率に対するずれ量に拘わ
らず、ノッキング回避、自己着火燃焼可能な着火時期許
容範囲の拡大および燃焼安定度の向上を確実に達成する
ことができる。
急峻となるので、図9に示すように、機関負荷の増大に
伴って燃焼期間中の燃料噴射量を増大させる必要があ
る。このにより、機関負荷の上昇に拘わらず、ノッキン
グ回避、自己着火燃焼可能な着火時期許容範囲の拡大お
よび燃焼安定度の向上を確実に達成することができる。
おける電子制御装置25の制御動作を、図10および図
11のフローチャートに基づき説明する。まず、図10
において、機関回転数Nおよびアクセル開度A(機関負
荷T)を取り込み(ステップ101)、燃焼パターン判
定部27が燃焼形態を判定する(ステップ103)。す
なわち機関回転数Nおよび機関負荷Tから図2のマップ
を利用して火花点火燃焼を行うか圧縮自己着火燃焼を行
うかを判定する。火花点火燃焼を行う領域であれば、火
花点火燃焼制御部29が火花点火燃焼制御を行い(ステ
ップ105)、圧縮自己着火燃焼を行う領域であれば、
自己着火燃焼制御部31が圧縮自己着火燃焼の制御を行
う(ステップ107)。
している。まず、機関回転数Nおよび機関負荷Tに対す
る目標着火時期および目標圧力上昇率をそれぞれ設定
し、この各設定値を図示しないメモリに格納する(ステ
ップ1101)。次に、筒内圧センサ23により検出し
た燃焼室9の圧力に基づいて、着火時期および圧力上昇
率をそれぞれ算出する(ステップ1103)。
に格納した目標着火時期に対して早期であるかどうかを
判断するとともに、算出した圧力上昇率が前記メモリに
格納した目標圧力上昇率に対して大きいかどうかを判断
する(ステップ1105)。
制御部33が、図6のマップにより着火時期の目標着火
時期とのずれ量に応じて燃料噴射量を計算し(ステップ
1107)、計算した量の燃料噴射を行うよう燃料噴射
弁19に信号出力する(ステップ1109)。一方、圧
力上昇率が大きいと判断された場合には、筒内温度制御
部33が、図8のマップにより圧力上昇率の目標圧力上
昇率とのずれ量に応じて燃料噴射量を計算し(ステップ
1111)、計算した量の燃料噴射を行うよう燃料噴射
弁19に信号出力する(ステップ1113)。早期着火
でもなく、圧力上昇率も大きくない場合には、燃焼噴射
は行わない。
内燃機関の全体構成図である。
焼領域とを示す運転領域パターン図である。
する筒内圧力および熱発生状態を示す相関図である。
させない場合とを比較して示したクランク角度に対する
筒内圧力および熱発生状態を示す相関図である。
場合の燃料噴射によるクランク角度に対する熱発生状態
の相関図である。
る燃料噴射量を示す相関図である。
合の燃料噴射によるクランク角度に対する熱発生状態の
相関図である。
応する燃料噴射量を示す相関図である。
す相関図である。
トである。
トである。
囲をノッキング強度および燃焼安定度を考慮して示した
説明図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 ピストンの圧縮作用により燃焼室の混合
気を自己着火して燃焼させる圧縮自己着火式内燃機関に
おいて、圧縮自己着火後の熱発生期間中に燃焼室の温度
を下げることを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関。 - 【請求項2】 燃焼室に燃料もしくは水の少なくとも一
方を供給して燃焼室の温度を下げることを特徴とする請
求項1記載の圧縮自己着火式内燃機関。 - 【請求項3】 自己着火時期が目標自己着火時期より早
期となった場合に、燃焼室内の温度を下げることを特徴
とする請求項1または2記載の圧縮自己着火式内燃機
関。 - 【請求項4】 早期自己着火の検出は、燃焼室の圧力を
検出して行うことを特徴とする請求項3記載の圧縮自己
着火式内燃機関。 - 【請求項5】 自己着火時期の目標自己着火時期に対す
るずれ量が大きいほど、燃料もしくは水の供給量を多く
することを特徴とする請求項3または4記載の圧縮自己
着火式内燃機関。 - 【請求項6】 自己着火後の燃焼室の圧力上昇率が目標
圧力上昇率より大きい場合に、燃焼室の温度を下げるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の圧縮自己着火式
内燃機関。 - 【請求項7】 圧力上昇率の目標圧力上昇率に対するず
れ量が大きいほど、燃料もしくは水の供給量を多くする
ことを特徴とする請求項6記載の圧縮自己着火式内燃機
関。 - 【請求項8】 機関負荷の上昇とともに燃焼室に供給す
る燃料もしくは水の量を多くすることを特徴とする請求
項2ないし7のいずれかに記載の圧縮自己着火式内燃機
関。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000370428A JP3965905B2 (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | 圧縮自己着火式内燃機関 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000370428A JP3965905B2 (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | 圧縮自己着火式内燃機関 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002174135A true JP2002174135A (ja) | 2002-06-21 |
JP3965905B2 JP3965905B2 (ja) | 2007-08-29 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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JP (1) | JP3965905B2 (ja) |
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