JP2003097317A - 予混合圧縮着火エンジンの着火時期制御方法 - Google Patents

予混合圧縮着火エンジンの着火時期制御方法

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義寛 助川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 予混合圧縮着火エンジンにおいて、装置を複
雑にすることなく、低コストで、エンジンの運転条件に
合わせて圧縮着火時期を最適に制御することのできる予
混合圧縮着火エンジンの着火時期制御方法を提供するこ
と。 【解決手段】 ピストン圧縮によって予混合気を自己着
火させる予混合圧縮着火式内燃機関において、圧縮着火
運転領域で、エンジン回転数が低回転から高回転に変化
するに伴い、噴霧燃料の燃焼室内壁面への衝突量を連続
的又は段階的に増加するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は予混合圧縮着火式内
燃機関に係り、特に、圧縮着火時期を最適に制御するこ
とのできる予混合圧縮着火エンジンの着火時期制御方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、均一予混合気を圧縮して自己着火
させる燃焼方式を採用した予混合圧縮着火式内燃機関が
提案されている。この機関は、従来のガソリンエンジン
およびディーゼル機関でなしえない超希薄領域（空燃比
８０以上）の機関運転が可能であり、火炎温度低下およ
び均一混合気による着火燃焼を実現することから、ＮＯ
ｘおよび煤の大幅な同時低減を可能とする機関である。
【０００３】一般に予混合気が圧縮されてある温度に到
達すると、燃料である炭化水素の脱水素反応を創始反応
とする低温酸化反応と称する反応が開始される。この低
温酸化反応が進行すると、青炎と呼ばれる素反応を経由
し自己着火に至る。この自己着火現象は、混合気中の多
点で同時に起こるため、燃焼室内を全体でみた燃焼期間
は、従来のガソリン機関における火花点火（一点点火）
による燃焼期間、もしくはディーゼル機関における噴霧
燃焼の燃焼期間よりもはるかに短い。このことが、火炎
温度とその継続時間に依存するＮＯｘ生成を抑制する結
果となり、圧縮着火式内燃機関において低ＮＯｘを実現
する要因となっている。
【０００４】従来の火花点火機関の点火プラグの点火に
よって生じる火炎伝播による燃焼期間は、エンジン回転
数の上昇に伴い短くなる傾向がある。これは、エンジン
の回転の上昇に伴い燃焼室内に生成される空気流の乱れ
強度が強くなり、その結果、火炎面の面積（反応面積）
が増加するからである。従って、火花点火機関では、熱
発生をしている時間をクランク角度で見た熱発生クラン
ク角は、エンジン回転数によらずほぼ一定に保つことが
できる。
【０００５】これに対し予混合圧縮着火機関において
は、自己着火現象が混合気中の多点で同時に起こるた
め、燃焼期間が火花点火機関に比べ非常に短く、かつエ
ンジン回転数の高低によらずほぼ一定であることが知ら
れている。これは、予混合圧縮着火では、圧縮着火によ
って燃料が燃焼するもので、燃焼室の全域でほぼ同時に
燃焼し、火炎面が存在しないためガス流動の影響を受け
難いためである。したがって、予混合圧縮着火機関で
は、熱発生クランク角がエンジン回転数によって変わる
ことになる。すなわち、エンジンが低回転の場合には、
燃焼クランク角が長く、高回転では短くなる。
【０００６】ガソリンエンジンに代表されるオットーサ
イクルによるレシプロ機関は、熱発生が最大となるクラ
ンク角が圧縮上死点付近にあると最も熱効率が高くな
る。予混合圧縮着火機関の場合、自己着火現象が混合気
中の多点で同時に起こり、燃焼期間がエンジン回転数の
高低によらずほぼ一定であることから、エンジン回転数
によって熱発生クランク角が変わることになり、エンジ
ン回転数によって熱発生が最大となるクランク角が圧縮
上死点付近からずれることになる。このため、予混合圧
縮着火機関では、最も熱効率が高くなるように、エンジ
ン回転数毎に圧縮上死点付近に熱発生の最大値が来るよ
うに、着火時期を精度良く制御する必要がある。
【０００７】しかし、予混合圧縮着火機関の場合は、予
混合圧縮着火領域では、点火プラグを用いずに、ピスト
ンによって燃焼室内の混合気を圧縮したときに生じる圧
縮熱によって自ら着火する自着火現象を利用するため、
着火時期を精度良く制御するのは、火花点火機関のよう
に点火プラグへの電力供給を制御して点火時期を制御す
るものに比較して困難なものとなっている。
【０００８】このような問題を解決するため、従来、特
開２０００−２２０４８２号公報においては、予混合気
に混合して気化するときに予混合気の潜熱を奪うことに
よって圧縮自着火のタイミングを制御することができる
ことから、予混合気の潜熱を奪う液体の混合量の調節を
行って予混合気に混合し、圧縮自着火のタイミングを制
御する方法が提案されている。
【０００９】また、特開２０００−２６５８６７号公報
においては、エンジン動作サイクルにおける圧縮自着火
のタイミングを検出可能、且つ予混合気と比熱比が異な
り燃焼室内で反応しないコントロールガスを燃焼室内に
供給可能な構造とし、検出された着火タイミングに基づ
いて、燃焼室内に供給されるコントロールガスの供給量
を制御して、圧縮着火のタイミングを制御する方法が提
案されている。
【００１０】また、特開２０００−２２７０２７号公報
においては、エンジン動作サイクルにおける圧縮自着火
のタイミングを検出可能とし、且つ吸気ポート上流部に
吸気温度を制御する手段を設け、検出された着火タイミ
ングに基づいて、燃焼室内に供給される吸気温度を制御
することで、圧縮着火のタイミングを制御する方法が提
案されているまた、特開平１０−２３８３７４号公報に
おいては、燃焼室内に着火時期に合わせて着火を開始さ
せる着火燃料インジェクタと、燃焼室の容積を可変して
圧縮比を可変する圧縮比可変機構と、内燃機関の負荷状
態に応じて予混合燃料量及び圧縮比を可変する制御手段
を備え、負荷状態に基づく予混合燃料量に応じて圧縮比
を可変しつつ、着火時期に合わせて着火燃料を供給して
着火を開始する方法が提案されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなそれぞれの従来例には、次のような問題がある。
【００１２】特開２０００−２２０４８２号公報にあっ
ては、混合気に蒸発潜熱を奪う液体を混合して圧縮自着
火のタイミングを制御するものであるため、従来のエン
ジンに加え、液体を注入するためのポンプや、その液体
を蓄えるタンク、また液体注入量を制御するための制御
弁などを設ける必要があり、コストの上昇や、これら機
器の取付スペースの確保、定期的な液体の供給が煩雑と
なるという問題がある。
【００１３】また、特開２０００−２６５８６７号公報
にあっては、混合気にコントロールガスを混合して圧縮
自着火のタイミングを制御するものであるため、従来の
エンジンに加え、コントロールガスを注入するためのポ
ンプや、そのガスを蓄えるタンク、またコントロールガ
ス量を制御するための制御弁などを設ける必要があり、
コストの上昇や、これら機器の取付スペースの確保、定
期的なコントロールガスの供給が煩雑となるという問題
がある。
【００１４】また、特開２０００−２２７０２７号公報
にあっては、燃焼室内に供給される吸気温度を制御して
圧縮着火のタイミングを制御するものであるため、従来
のエンジンに加え、吸気温度を制御する手段を設ける必
要があり、コストの上昇や、これら機器の取付スペース
の確保が問題となる。また、吸気ポートに吸気を加熱ま
たは冷却する手段を設けるため、吸気温度の応答遅れに
よって自着火タイミングを高精度に制御するのが困難に
なるという問題がある。
【００１５】さらに、特開平１０−２３８３７４号公報
にあっては、負荷状態に基づく予混合燃料量に応じて圧
縮比を可変しつつ、着火時期に合わせて着火燃料を供給
して圧縮着火のタイミングを制御するものであるため、
燃焼室の圧縮比を可変にする構造が複雑となり、信頼性
の低下を来たし、コストが上昇するという問題がある。
【００１６】本発明の目的は、予混合圧縮着火エンジン
において、装置を複雑にすることなく、低コストで、エ
ンジンの運転条件に合わせて圧縮着火時期を最適に制御
することのできる予混合圧縮着火エンジンの着火時期制
御方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、ピスト
ン圧縮によって予混合気を自己着火させる予混合圧縮着
火式内燃機関において、圧縮着火運転領域で、エンジン
回転数が低回転から高回転に変化するに伴い、噴霧燃料
の燃焼室内壁面への衝突量を連続的又は段階的に増加す
るようにしたものである。
【００１８】本発明の他の特徴は、ピストン圧縮によっ
て予混合気を自己着火させる予混合圧縮着火式内燃機関
において、燃焼室内に空気を供給する吸気ポート内に燃
料を噴射する燃料インジェクタを備え、圧縮着火運転領
域で、エンジン回転数が低回転から高回転に変化するに
伴い、前記燃料インジェクタから前記吸気ポート内に噴
射する噴霧燃料の噴射時期を吸気行程噴射から排気行程
噴射へ連続的又は段階的に進角させるようにしたもので
ある。
【００１９】本発明のさらに他の特徴は、ピストン圧縮
によって予混合気を自己着火させる予混合圧縮着火式内
燃機関において、燃焼室内の圧力を検出する圧力センサ
と、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ
とを設け、圧縮着火運転領域で、前記圧力センサによっ
て検出された燃焼室内の圧力の最大値が圧縮上死点後１
０〜１５°の範囲になるように着火時期を制御するよう
にしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
【００２１】図１には、本発明に係る予混合圧縮着火エ
ンジンの着火時期制御方法の一実施の形態を示す圧縮着
火式内燃機関の構成図である。
【００２２】図１において、圧縮着火式内燃機関は、燃
焼室１を有しており、この燃焼室１では、ピストン２の
下降動によって吸気ポート３から空気と燃料の混合気を
吸入し、吸入した混合気をピストン２の上昇動によって
圧縮して爆発させてピストン２を急激に押し下げる動作
が行われる。この燃焼室１には、図２に示す如く、吸気
ポート３および排気ポート４が連通されている。また、
吸気ポート３では、吸気弁５によって、排気ポート４で
は排気弁６によってそれぞれ燃焼室との通路開閉を行っ
ており、吸気弁５、排気弁６がそれぞれ燃焼室との通路
開閉手段として用いられている。
【００２３】また、燃焼室１内には、燃料噴射弁７と、
点火プラグ８が配置されている。この燃料噴射弁７は、
燃焼室１内に直接燃料を噴射するよう燃焼室１の上部に
設置されており、噴射ノズルがピストン２に対向して設
けられている。なお、燃料噴射弁７を吸気ポート３の分
岐部の間に配置し、噴射ノズルがピストン２の表面に対
し、斜めになるような筒内噴射方式であっても構わな
い。
【００２４】また、この点火プラグ８は、エンジンコン
トロールユニット９（以下、ＥＣＵと記す）から火花点
火燃焼を指示された場合に、火花放電するためのもので
ある。このＥＣＵ９には、アクセル開度検出装置１０の
出力値、ブレーキ踏力検出装置１１の出力値、車速検出
装置１２の出力値が入力するようになっている。このア
クセル開度検出装置１０は、アクセルに設けられてお
り、このアクセル開度検出装置１０は、エンジン負荷の
検出を行っている。また、ブレーキ踏力検出装置１１
は、ブレーキに設けられており、ブレーキの踏力の検出
を行っている。このアクセル開度検出装置１０とブレー
キ踏力検出装置１１は、車両を運転するドライバの意図
を検出するドライバ意図検出手段を構成している。すな
わち、このドライバ意図検出手段は、どういう負荷が要
求されているかをエンジン側で判断するものである。ま
た、車速検出装置１２は、自動車の車速を検出するもの
で、車両走行状態を検出する車両走行状態検出手段を構
成している。
【００２５】さらに、吸気ポート３には、吸入空気量調
整装置（スロットルバルブ）１３が設けられており、吸
気ポート３内に供給される空気量を調整するものであ
る。この吸気ポート３の吸入空気量調整装置１３の上流
側には、エアフローセンサ１４が設けられている。この
エアフローセンサ１４は、吸気ポート３内に供給される
空気の温度を検出するものである。また、燃焼室１内近
傍には、シリンダブロック１５の周囲に配設されるウォ
ータジャケットを流れ、エンジンを冷却する冷却水の温
度を検出する機関冷却水温センサ１６が設けられてい
る。
【００２６】また、排気ポート４には、空燃比センサ１
７が設けられている。この空燃比センサ１７は、排気ポ
ート４から排気される排気ガスの空燃比を検出するもの
である。また、この排気ポート４の空燃比センサ１７の
下流側には、触媒１８が設置されており、この触媒１８
の下流側には、触媒後排温センサ１９が設置されてい
る。また、燃焼室１には、圧力センサ２０が設けられて
いる。この圧力センサ２０は、燃焼室１内の圧力を測定
するもので、機関が予め設定されている圧縮着火運転モ
ードでの最高エンジン回転数においても、燃焼室１内の
圧力ピーク時のクランク角度を１°以内で検出できる応
答性を有するものである。また、ピストン２には、コン
ロッド２１が取り付けられており、このコンロッド２１
は、クランク軸２２に回転自在に取り付けられている。
このクランク軸２２の近傍には、機関のクランク角を検
出するクランク角センサ２３が設けられている。
【００２７】この機関運転条件を検出するエアフローセ
ンサ１４、機関冷却水温センサ１６、空燃比センサ１
７、触媒１８の後ろに設置されている触媒後排温センサ
１９、燃焼室１内の圧力を測定する圧力センサ２０およ
びクランク角センサ２３からの出力値は、ＥＣＵ９に逐
次取り込まれる。
【００２８】本機関の圧縮比は、燃焼室１内の混合気が
自着火に至る温度に達するよう１５〜２０程度に設定さ
れている。
【００２９】本実施の形態において、エンジン負荷はア
クセル開度検出装置１０の出力値により演算される。し
たがって、機関負荷検出手段は、アクセル開度検出装置
１０である。この圧縮着火式内燃機関を搭載した車両の
加速度を把握する手段としては、本発明では車両に取り
付けられた車速検出装置（車速センサ）１２の微分値を
用いているが、この車両に加速度センサを設置し、その
出力値を用いてもよい。
【００３０】また、ブレーキ踏力検出装置１１の出力値
は、ドライバがブレーキペダルを踏んだかどうかを判定
するＯＮ・ＯＦＦ信号を用いているが、ブレーキペダル
後ろにブレーキ踏力センサを設置してその出力値を用い
ることも可能であり、またブレーキの油圧配管中に油圧
センサを設けることによってドライバのブレーキ踏力を
把握してもよい。
【００３１】また、図１に示すように、吸入空気量調整
装置１３の下流側の吸気ポート３には、吸気圧センサ２
４を設置してもよい。この吸気圧センサ２４は、吸入空
気量調整装置１３の下流側の吸気ポート３を通過する吸
入空気の圧力を検出するものである。なお、図１におい
て、２５は、吸気弁５の可変バルブ機構で、２６は、排
気弁６の可変バルブ機構である。
【００３２】本機関では、圧縮着火と火花点火を、各セ
ンサの検出値によって切り替える。図３は、エンジン回
転数と負荷に対して、圧縮着火の運転領域と火花点火に
よる運転領域の一例を示したものである。
【００３３】この図３に図示の例では、エンジン回転数
がＮｃ以下、かつ負荷がＬｃ以下の場合には、予混合圧
縮着火によって運転され、それ以上のエンジン回転数及
び負荷では火花点火によって運転される。したがって、
エンジン回転数がＮｃ以下で負荷がＬｃより大きい場合
は、火花点火によって運転され、エンジン回転数がＮｃ
以上の場合は、負荷がＬｃ以下であっても火花点火によ
って運転されるということである。これは、エンジン回
転数Ｎが高速（Ｎ＞Ｎｃ）の場合には、負荷Ｌが低負荷
（Ｌ＜Ｌｃ）であっても、燃焼室１内での燃料の化学反
応時間が短くなるため自着火に至らず、また、エンジン
回転数Ｎが低速（Ｎ＜Ｎｃ）てあっても、負荷Ｌが高負
荷（Ｌ＞Ｌｃ）領域での自着火運転ではノッキングが発
生するためである。
【００３４】圧縮着火運転と火花点火運転との切替え
は、あらかじめ圧縮着火燃焼による運転を行なう条件と
火花点火燃焼による運転を行なう条件に基づいて行われ
る。この運転の切替えの条件は、アクセル開度検出装置
１０の検出値であるアクセル開度、空燃比センサ１７の
検出値である空燃比（Ａ／Ｆ）、車速検出装置１２の検
出値である車速、クランク角センサ２３の出力値の検出
値であるエンジン回転数Ｎ、エアフローセンサ１４の検
出値である吸気温度、機関冷却水温センサ１６の検出値
である機関冷却水温、触媒後排温センサ１９のそれぞれ
がマップとしてＥＣＵ９に書き込まれている。
【００３５】図４には、圧縮着火による燃焼方法か、火
花点火による燃焼方法かを決定する制御フローチャート
が示されている。
【００３６】図４において、まず、ステップ３０におい
て、アクセル開度検出装置１０の検出値であるアクセル
開度と、ブレーキ踏力検出装置１１の検出値であるブレ
ーキ踏力の読み込みを行う。このステップ３０において
アクセル開度とブレーキ踏力の読み込みを行うと、ステ
ップ３２において、車速検出装置１２の検出値である車
速とクランク角センサ２３の出力値の検出値であるエン
ジン回転数Ｎの読み込みを行い、エンジン（機関）負荷
の演算を行う。このステップ３２においてエンジン（機
関）負荷の演算を行うと、ステップ３４において、機関
冷却水温センサ１６の検出値である機関冷却水温の読み
込みを行い、ステップ３６において、触媒後排温センサ
１９の検出値の読み込みを行い、ステップ３８におい
て、エアフローセンサ１４の検出値である吸気温度の読
み込みを行う。これらの検出値の読み込みを行うと、ス
テップ４０において、これらの読み込んだ検出値を比
較、判断し、圧縮着火燃焼モード（圧縮着火による燃焼
方法）か否かを判定する。このステップ４０において圧
縮着火燃焼モード（圧縮着火による燃焼方法）であると
判定すると、ステップ４２において、図３の圧縮着火燃
焼モード（圧縮着火による燃焼方法）を選択する。ま
た、このステップ４０において火花点火燃焼モード（火
花点火による燃焼方法）であると判定すると、ステップ
４４において、図３の火花点火燃焼モード（火花点火に
よる燃焼方法）を選択する。
【００３７】次に、図４における判定結果により、圧縮
着火燃焼モード（圧縮着火による燃焼方法）が選択され
ている（圧縮着火燃焼による運転が指示されている）場
合について説明する。
【００３８】ＥＣＵ９には、アクセル開度検出装置１
０、およびエンジン回転数Ｎを検出する手段としてクラ
ンク角センサ２３の出力値が取り込まれており、この出
力値より、このエンジンの出力トルクが定まり、燃料噴
射弁７からの燃料噴射量および吸入空気量を決定する。
【００３９】一方、燃焼室１内において混合気の圧縮着
火時期は、燃焼室１温度履歴および圧力履歴、また混合
気の空燃比に依存することがわかっている。そこで図１
中の各センサ出力値によって、吸気弁５の可変バルブ機
構２５よび排気弁６の可変バルブ機構２６、さらに吸入
空気量調整装置１３を制御する。この吸入空気量調整装
置１３は、本実施の形態においては、スロットルバルブ
である。このときの吸入空気量調整装置１３は、電子制
御式スロットルであることが望ましいが、アクセルペダ
ルとワイヤ連結された方式のスロットルを用いてもよ
い。
【００４０】図５には、ドライバ意図、車両走行状態、
機関運転条件および各センサ出力値に応じて定まるエン
ジンの出力トルクに対し、燃料噴射量が予めＥＣＵ９に
書き込まれている場合の制御フローチャートが示されて
いる。
【００４１】まず、ステップ５０において、ＥＣＵ９に
ドライバ意図としてアクセル開度検出装置１０の検出値
およびブレーキ踏力検出装置１１の出力値を読み込む。
このステップ５０においてそれぞれのドライバ意図検出
値を読み込むと、ステップ５２において、車両走行状態
および機関運転条件として、アクセル開度検出装置１０
の検出値、空燃比センサ１７の検出値、クランク角セン
サ２３の検出値、エアフローセンサ１４の検出値および
それに搭載された吸気温度センサの検出値、機関冷却水
温センサ２４の検出値、触媒後排温センサ１９の検出値
の各出力値をＥＣＵ９に読み込む。このステップ５２に
おいて車両走行状態および機関運転条件の読み込みを行
うと、ステップ５４において、これらの検出値に基づい
て、ＥＣＵ９内に記憶されている燃料噴射量マップおよ
び目標空燃比マップによって、燃料噴射量および目標空
燃比の検索を行う。このステップ５４において燃料噴射
量および目標空燃比の検索を行うと、ステップ５６にお
いて、この検索した燃料噴射量および目標空燃比の２つ
の目標値より、目標となる空気量の演算を行い、目標空
気量を求める。
【００４２】このステップ５６において目標空気量を求
めると、ステップ５８において、エアフローセンサ１４
の出力値、エアフローセンサ１４内の吸気温度センサの
出力値、およびクランク角センサ２３の出力値に応じ
て、吸入空気量調整装置（スロットルバルブ）１３、吸
気弁５の可変バルブ機構２５、排気弁６の可変バルブ機
構２６の操作量を決定する。このステップ５８において
操作量を決定すると、ステップ６０において、吸入空気
量調整装置（スロットルバルブ）１３、吸気弁５の可変
バルブ機構２５、排気弁６の可変バルブ機構２６を操作
する。そして、ステップ６２において、目標空気量にな
ったか否かを判定し、このステップ６２において目標空
気量になっていないと判定すると、ステップ５８に戻
り、このステップ６２において目標空気量になったと判
定すると、ステップ５０に戻る。
【００４３】次に、図６に基づいて、本実施の形態にお
いて用いる燃料噴霧の形態について説明する。
【００４４】燃料噴射弁７には、燃料ポンプ１０１によ
って概ね３〜１２ＭＰａの圧力の燃料が供給され、燃料
噴射弁７の先端の弁がＥＣＵ９からの開弁信号２０１に
よって決められた期間、開かれることによって所定量の
燃料が燃料噴射弁７から燃焼室１内に噴射される。この
とき、燃料の気化を充分に行うために、噴射される燃料
噴霧１００の平均粒径は概ね３０μm以下になるよう燃
料噴射弁７の構造及び燃料圧力が決められている。な
お、燃料ポンプ１０１の圧力はＥＣＵ９からの燃圧設定
信号２０２により設定される。この燃料噴射弁７のノズ
ル先端から噴霧される燃料噴霧１００は、図６に示すよ
うに、燃料噴射弁７のノズル先端を頂点とした円錐形状
となる。このとき、噴霧断面内の流量分布（単位面積当
たり流量）は図７のＡに示すような均一な分布であるこ
とが望ましい。これは、空気と燃料との接触面積を増や
して、燃料の気化を良くするためと、燃料噴霧がピスト
ンに衝突した時に、ピストン上にできるだけ均一かつ厚
みの薄い液膜を形成するためである。図７のＢに示すよ
うに、流量分布が大きい噴霧では、流量の多い部分で気
化が不充分となったり、噴霧がピストンに衝突したとき
に、ピストン上に局所的に厚い液膜ができやすく、すす
や未燃ＨＣの増加につながる。
【００４５】また、図６に図示の燃料噴射弁７から燃料
を噴射したときの燃料噴霧１００の到達距離Ｌｐ（ペネ
トレーション）は、図８に示すように大気圧、常温条件
下で、自着火運転の最大負荷に相当する量の燃料を、静
止空気中に噴射したときの最大ペネトレーションＬｐｍ
ａｘがピストンストローク長の概ね７０％〜９０％の範
囲にあることが望ましい。これは下死点近傍で燃料を噴
射したときには、噴霧をピストンにほとんど当てること
なく、燃焼室中で気化させ、吸気行程前半で噴射した場
合には、燃料の少なくとも一部をピストンに衝突させる
ためである。噴霧ペネトレーションは、燃料ポンプによ
る燃料圧力を可変とし、圧縮着火運転時に上記条件とな
るように燃料圧力をＥＣＵ９によって設定する。また
は、燃料噴射弁７を自着火運転時の燃料圧力を一定圧力
とし、その燃料圧力でのペネトレーションが、最大ペネ
トレーションＬｐｍａｘがピストンストローク長の概ね
７０％〜９０％の範囲となるような構造としてもよい。
【００４６】一方、図６に図示の燃料噴射弁７から燃料
を噴射したときの燃料噴霧１００の噴霧角θは噴霧ペネ
トレーションがピストンストローク長の７０〜９０％の
時に、燃料噴霧１００の噴霧の幅Ｌｗが燃焼室１ボア直
径の９０〜１００％であるように設定されることが望ま
しい。
【００４７】この燃料噴霧１００の噴霧の幅Ｌｗがこれ
より広い噴霧角をもって燃料噴射弁７から燃料が噴射さ
れる場合には、下死点近傍で燃料を噴射すると、燃料噴
霧１００の一部が燃焼室１のボア壁に付着し、オイル希
釈や未燃ＨＣの増加につながる。また、燃料噴射弁７か
ら燃料を噴射したときの燃料噴霧１００の噴霧角θが燃
料噴霧１００の噴霧の幅Ｌｗよりも狭い噴霧角で燃料噴
射弁７から燃料が噴射される場合には、燃料噴射弁７か
ら噴射される燃料の噴霧の集中度が増すため、燃料の気
化が悪化してしまう。
【００４８】図９〜図１３には、本発明に係る予混合圧
縮着火エンジンの着火時期制御方法を適用する圧縮着火
式内燃機関における自着火運転時の燃料噴霧と混合気形
成の方法の動作工程が示されている。図９は、吸気行
程、図１０は、圧縮行程、図１１は、自着火行程、図１
２は、膨張行程、図１３は、排気行程をそれぞれ示して
いる。
【００４９】自着火運転時、吸気行程においては、図９
に示す如く、吸気弁５が開き、吸気ポート３からは、吸
入空気量調整装置（スロットルバルブ）１３によって所
定の空気流量になるように調整された空気が燃焼室１内
に導入される。そして、燃料噴射弁７からは、図９に示
す如く、ＥＣＵ９によって決められた所定量の燃料が、
ＥＣＵ９によって決められた時期に燃焼室１内に噴射さ
れる。この図９は、吸気行程の中期に燃料が噴射された
例を示しており、平均粒径が３０μｍ以下に微粒化され
た燃料噴霧１００は、燃焼室１内の空気と熱交換するこ
とで蒸発する。また、燃料噴射弁７から噴射された燃料
の一部はピストン２の冠面に衝突し、ピストン２から熱
を受けて蒸発する。
【００５０】これらの蒸発した燃料は、図９に示される
吸気行程で生成される空気流動によって燃焼室１内で空
気と混合し、図１０に示す如く、混合気１０３を形成す
る。図１０に示される圧縮行程では、吸気弁５が閉じら
れ、ピストン２が上昇する。このピストン２が上昇する
ことで、燃焼室１内は、圧力、温度が上昇し、低温酸化
反応が進行する。そして、ピストン２がさらに上昇し続
け、やがて、上死点付近にまで上昇すると、図１１に示
す如く、燃焼室１内の混合気１０３は、青炎反応を経由
し自己着火に至る。このように燃焼室１内の混合気１０
３が青炎反応を起こし自己着火すると、燃焼室１内の温
度、圧力が急激に上昇し、燃焼室１内は、急激に膨張す
る。
【００５１】この燃焼室１内の温度、圧力が急激に上昇
する図１２に示す如き膨張行程では、ピストン２が下方
に押し下げられ、クランク軸２１を回転させ動力を得
る。この図１２に示す如き膨張行程でピストン２が下方
に押し下げられ下死点にきた後、再び上昇し始める。こ
のピストン２が上方に押し上げられる図１３に示す如き
排気行程では、排気弁６が開き、燃焼ガス１０４が排気
ポート４を通って、触媒１８に供給される。この触媒１
８では、排気ガス中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯなどの有害成
分が浄化される。この触媒１８において有害成分の浄化
がされた排気ガスは、消音器（図示しない）を通って、
大気中に排出される。
【００５２】なお、本実施の形態において、図３０に示
すようにピストン２の冠面２Ａをピストン２本体より熱
容量の大きな部材、例えばセラミック等で構成すると、
ピストン２の冠面２Ａの温度が上昇するため、ピストン
２に付着した燃料を速やかに気化させることができる。
【００５３】次に、本発明に係る予混合圧縮着火エンジ
ンの着火時期制御方法の一実施の形態について説明す
る。本実施の形態においては、この圧縮着火運転時の自
着火時期を適正にするために、エンジン回転速度に応じ
て燃料噴射時期を制御している。
【００５４】まず、自着火運転における着火時期制御の
必要性について説明する。
【００５５】図１４には、圧縮着火運転時の自着火にお
けるクランク角に対する熱発生率が示されている。
【００５６】この図１４では、自着火の着火時期を一定
とし、エンジン回転数を変えたときに熱発生率がクラン
ク角でどのように変化するかを示したものである。圧縮
着火運転時の自着火においては、エンジン回転数に関わ
らず絶対時間で見たときの熱発生期間が殆ど変化しない
という特性がある。図１４に示す如く、エンジン回転が
最適回転の時は、圧縮上死点付近で熱発生が最大とな
る。しかし、自着火の着火時期が一定である場合、エン
ジン回転が低回転においては、熱発生が最大となるクラ
ンク角度が進角し（図１４で圧縮上死点より左側に移動
した位置になる）、エンジン回転が高回転においては、
熱発生が最大となるクランク角度が遅角する（図１４で
圧縮上死点より右側に移動した位置になる）。すなわ
ち、圧縮着火運転時の自着火においては、エンジン回転
数に関わらず絶対時間で見たときの熱発生期間が殆ど変
化しないため、エンジン回転が低回転の場合は、青炎反
応を経由し自着火してからピストン２の上昇速度が自着
火燃焼速度よりも遅く、圧縮上死点にくる前に熱発生の
最大となるピークがきてしまい、圧縮上死点付近より早
い時期に熱発生が最大となってしまう。また、エンジン
回転が高回転の場合は、青炎反応を経由し自着火してか
らピストン２の上昇速度が自着火燃焼速度よりも速く、
ピストン２が圧縮上死点にきても熱発生の最大となるピ
ークが来ない状態で、ピストン２が圧縮上死点付近を通
過した後の時期に熱発生の最大となるピークがきてしま
い、ピストン２が圧縮上死点を通過した後に熱発生が最
大となってしまう。
【００５７】したがって、ピストン２が圧縮上死点付近
で熱発生が最大となる場合が最も熱効率が良くなること
から、エンジン回転が低回転の場合も、エンジン回転が
高回転の場合も、ピストン２が圧縮上死点にきたときに
熱発生の最大となるピークがくるように制御すれば熱効
率が最も良くなる。そのためには、エンジン回転数によ
って着火時期を適切に制御する必要がある。具体的に
は、低回転時には着火時期を遅角し、高回転で進角させ
ることで、熱発生時期を最適化できる。
【００５８】一方、自着火の着火時期と混合気の温度と
の間には非常に強い相関があることが知られている。図
１５には、この混合気温度と着火遅れ時間との関係が示
されている。
【００５９】図１５において、縦軸には、着火時期が、
横軸には、混合気温度の逆数が採ってある。このように
図１５の横軸に混合気温度の逆数を採ってあるため、横
軸の左側にいくほど混合気温度が高いことを示してい
る。また、図１５の縦軸の着火遅れ時間は、対数軸で示
してある。この図１５に示される特性から明らかなよう
に、混合気の温度が高くなるにしたがって、着火遅れ時
間は、急速に短くなっていく。すなわち、圧縮着火で
は、混合気の温度を少し変えるだけで、着火時期を大き
く変化させることができることがわかる。
【００６０】そこで、本実施の形態においては、燃料噴
霧１００の気化潜熱を利用して、混合気温度を最適な着
火時期となるように制御している。
【００６１】低回転で圧縮着火運転を行う時には、図１
６に示す如く、燃焼室１内に吸気下死点近傍で燃料噴射
弁７から燃料を噴射する。燃料噴射弁７から噴射された
燃料噴霧１００のペネトレーションはピストンストロー
ク長さの概ね７０〜９０％になるように、燃料圧力及び
燃料噴射弁７の構造が決められているため、燃料噴霧１
００の殆どは、ピストン２に当たることなく、燃焼室１
の空気中で気化することになる。この燃焼室１内に燃料
噴射弁７から燃料が噴射されると、燃焼室１内の空気か
ら気化潜熱を奪うため、燃焼室１内に生成される混合気
の温度は低くなる。このため、着火遅れ時間が長くな
り、着火時期は遅角する。
【００６２】一方、高回転で圧縮着火運転を行う時に
は、図１７に示す如く、燃焼室１内に吸気行程の前半で
燃料噴射弁７から燃料を噴射する。このときの燃料噴射
弁７のノズルとピストン２との距離は、燃料噴射弁７か
ら噴射された燃料噴霧１００のペネトレーションに比べ
充分短いため、燃料噴霧１００の多くはピストン２の冠
面２Ａに衝突し、ピストン２上に液膜が形成される。こ
の燃料噴射弁７から噴射された燃料噴霧１００の断面内
の流量分布は、均一であるため、このとき生成される液
膜は一様な厚さとなる。このピストン２の冠面２Ａに衝
突して生じたピストン２上の液膜は、ピストン２から熱
を受けて気化するため、燃焼室１内の空気から奪う気化
潜熱は少なく、生成される混合気の温度が低回転時より
高くなる。これにより、着火遅れ時間は短く、着火時期
を低回転時に比べ進角させることができる。
【００６３】図１８には、本実施の形態における、圧縮
着火運転時のエンジン回転数と燃料噴射時期の関係が示
されている。このようなエンジン回転数と燃料噴射時期
の関係が、ＥＣＵ９のマップに予め格納されており、ク
ランク角センサ２３によって検出したエンジン回転数Ｎ
に基づき、燃料の噴射時期が決定される。
【００６４】エンジンの回転数Ｎが最も低い場合には、
吸気下死点で燃料を噴射し、エンジンの回転上昇に伴
い、噴射時期を吸気上死点に向けて連続的に進角させて
いく。燃料噴射時期の進角と共に、ピストン２に衝突す
る噴霧量が増えるため、ピストン熱による気化割合が増
え、相対的に気化潜熱による冷却分が減少し、混合気温
度が高くなる。これによって、着火時期が進角し、高回
転でも熱効率の高い燃焼が可能となる。
【００６５】なお、エンジンに吸気される空気の温度
は、外気温やエンジン水温、排気ガス再循環量（ＥＧＲ
量）などによっても変わるため、これらの影響を補正す
る制御を組み合わせるとさらに精度の高い着火時期制御
が可能となる。外気温度は、図１に示すエアフローセン
サ１４によって検出され、また、冷却水温は機関冷却水
温センサ１６によって検出される。
【００６６】また、ＥＧＲ量は、吸気弁５の可変バルブ
機構２５、排気弁６の可変バルブ機構２６の弁動作タイ
ミングに応じて、予めＥＣＵ９内にマップとして格納さ
れている。また、本実施の形態には図示していないが、
外部ＥＧＲを用いる場合には、ＥＧＲ量がＥＧＲ量を制
御する弁の開度、エンジン回転数、エンジン負荷によっ
て予めマップとしてＥＣＵ９に書き込まれており、この
マップを参照することでＥＧＲ量が判る。これらの検出
値を用いて、エンジン回転数Ｎに対する燃料噴射時期を
図１９のように補正する。すなわち、空気温度の上昇、
水温の上昇、ＥＧＲ量の増加に伴い、混合気温度が上昇
し着火時期が進角する方向になるため、これを遅角させ
るよう、高回転側での燃料噴射時期を遅角させるよう、
噴射時期マップを補正する。
【００６７】また、着火時期を制御する方法には、図２
０に示す如く、燃料噴射時期を一定にして燃料噴射圧力
を変えることによって行う方法がある。エンジン回転数
が低い場合には、図２１に示す如く、ＥＣＵ９から燃料
ポンプ１０１に送られる燃圧設定信号２０２によって燃
料圧力が低く設定され、燃焼室内に燃料噴射弁７から噴
射される燃料噴霧１００のペネトレーションが短くな
る。これによって、ピストン２に衝突する燃料量が減
り、燃焼室１内の混合気温度は、燃料の気化潜熱によっ
て下がる。この結果、着火時期が遅角する。
【００６８】一方、エンジン回転数が高い場合には、図
２２に示す如く、ＥＣＵ９から燃料ポンプ１０１に送ら
れる燃圧設定信号２０２によって燃料圧力が高く設定さ
れ、燃焼室１内に燃料噴射弁７から噴射される燃料噴霧
１００のペネトレーションが長くなる。これによって、
ピストン２に衝突する燃料量が増え、燃焼室１内の混合
気温度の低下は少なくなり、着火時期が進角する。
【００６９】また、着火時期を制御する方法には、燃料
噴射時期を一定にして１サイクルあたりの燃料噴射回数
を変えることによって行う方法がある。図２３に示す如
く、燃料圧力を一定にして、エンジン回転数の低下に伴
い、吸気行程に燃焼室１内に直接噴射する噴射回数を増
やしていく。この場合、エンジンの要求負荷が一定とす
ると燃料噴射量は、一定となるため、噴射回数が増える
に従い、１噴射あたりの噴射期間は短くなる。ここで噴
射量、燃料圧力が一定の場合、噴霧のペネトレーション
は、図２４に示すように、噴射回数の増加に伴い短くな
る。これは、噴射回数が増えるに従い、トータルの噴射
期間（最初の噴射開始から、最後の噴射が終わるまでの
期間）が長くなるため、噴霧の平均速度が下がるためで
ある。
【００７０】このように低回転側で噴射回数を増やすこ
とで噴霧のペネトレーションが短くなり、ピストンへの
噴霧衝突量が減少する。この結果、気化潜熱による混合
気の温度低下が大きくなり、着火時期を遅角できる。逆
に高回転では、噴射回数を減らすことで噴霧のペネトレ
ーションが長くなり、ピストンへの噴霧衝突量が増加す
る。この結果、気化潜熱による混合気の温度低下が小さ
くなり、着火時期を進角できる。
【００７１】また、ポート噴射式エンジンにおいても、
燃料噴射時期によって着火時期を制御することができ
る。この場合には、図２５に示すように圧縮着火運転の
低回転時には、吸気ポート３に取り付けられた燃料噴射
弁７から吸気行程で燃料が噴射される。燃料は、吸気ポ
ート３の壁面に付着することなく、燃焼室１内で気化す
る。吸気行程で噴射された燃料の一部は吸気弁に衝突す
るが、大部分は吸気弁５に付着することなく再飛散し、
吸気流動に乗って燃焼室１内に入り気化する。このた
め、燃焼室１内の混合気は気化潜熱によって冷却され、
着火時期が遅角する。
【００７２】一方高回転時には、図２６に示す如く、燃
料は燃料噴射弁７から排気行程に噴射される。この場合
には、吸気弁５が閉じているため、燃料は吸気弁５に付
着して液膜を形成し、吸気弁５からの伝熱によって吸気
ポート３内で気化する。このようにして混合気は燃料の
気化潜熱によって冷却されることがなく、着火時期が進
角する。
【００７３】図２７に図示のグラフから、エンジン回転
数Ｎの上昇に伴い、燃料噴射時期を吸気行程から排気行
程に連続的に変えると、吸気弁、吸気ポート壁面の伝熱
で気化する燃料の割合と、燃焼室内で気化する燃料の割
合を連続的に変えることができるため、きめの細かい着
火時期制御が可能となる。
【００７４】次にフィードバック制御を取り入れた、着
火時期の最適化制御の実施の形態について説明する。図
２８には、圧縮着火燃焼時の筒内圧力の時間変化が示さ
れている。図２８に示す如き燃焼室１内の圧力の変化
は、図１に示した筒内圧力センサ２０によって検出され
る。燃焼室１の筒内圧は、燃料の燃焼に伴い上昇する
が、着火時期の違いにより、筒内圧のピーク位置に違い
が出てくる。すなわち、着火が早いＡでは、筒内圧のピ
ークは圧縮上死点（ＴＤＣ）直後に現れ、また着火が遅
いＣでは、上死点から大きく遅れて圧力のピークが現
れ、その絶対値も低くなる。一般に筒内圧のピーク位置
は圧縮上死点後１０〜１５°となると熱効率が最も高く
なることが知られていることから、Ｂのような圧力波形
を得るように着火時期を制御すれば熱効率の高い燃焼が
可能となる。
【００７５】そこで本実施の形態においては、図１に示
す筒内圧センサ４９の圧力検出値とクランク角センサ２
３のクランク角検出値より、圧力が最大となるクランク
角度Θｐｍａｘを求める。Θｐｍａｘが圧縮上死点後１
０〜１５°より進角している場合には、着火時期が早す
ぎるため、着火時期を遅らせるべく、燃料噴射時期を現
在の設定時期よりも吸気下死点側にずらす。これによっ
て燃料噴霧のピストン２への衝突が減るため、燃料の気
化潜熱による混合気の温度低下幅が増え、着火時期を遅
角できる。逆に、Θｐｍａｘが圧縮上死点後１０〜１５
°より遅角している場合には、着火時期が遅すぎるた
め、着火時期を早めるべく、燃料噴射時期を現在の設定
時期よりも吸気上死点側へずらす。これによって燃料噴
霧のピストン衝突が増えるため、燃料の気化潜熱による
混合気の温度低下幅が減り、着火時期を進角できる。
【００７６】このような方法を用いれば、エンジン回転
数Ｎや外気温、水温、ＥＧＲ量の変化による着火時期の
変動も一括して、適正時期に補正できるため、より精度
の高い着火時期制御が可能となる。
【００７７】また、Θｐｍａｘを検出して着火時期を制
御するパラメータは燃料噴射時期以外にも考えられる。
例えば、可変バルブ機構または外部ＥＧＲによるＥＧＲ
量、吸気を加熱装置する装置を設けた場合にはその加熱
量、燃料圧力を可変する機構を設けた場合には、燃料圧
力の設定値、１サイクルあたりの燃料の噴射回数、圧縮
比を可変する機構を設けた場合には圧縮比の設定値をそ
れぞれΘｐｍａｘが圧縮上死点後１０〜１５°になるよ
うに制御することで、熱効率の高い圧縮着火運転が可能
である。なお、圧縮比を可変する機構は、図２９に示す
ように燃焼室１に連通する副室１０５を設け、この副室
１０５の容積を副室ピストン１０４の移動により変える
ことで実現できる。副室ピストン１０４は、油圧、空気
圧、電磁力などを用いて任意の位置に移動できる。
【００７８】また、吸気ポート噴射式エンジンにもフィ
ードバックを用いた着火時期制御は適用可能であり、前
述した噴射時期制御によって、Θｐｍａｘが圧縮上死点
後１０〜１５°になるように着火時期を制御できる。す
なわちΘｐｍａｘが圧縮上死点後１０〜１５°より進角
している場合には、着火時期が早すぎるため、着火時期
を遅らせるべく、燃料噴射時期を現在の設定時期よりも
吸気行程側へずらす。またΘｐｍａｘが圧縮上死点後１
０〜１５°より遅角している場合には、着火時期が遅す
ぎるため、着火時期を早めるべく、燃料噴射時期を現在
の設定時期よりも排気行程側へずらすことで、最適な着
火時期を得ることができる。
【００７９】このように圧縮着火運転時に、エンジンが
低回転から高回転になるに伴い、燃料噴霧１００の燃焼
室１の壁面への衝突量を増やすことで、低回転では燃焼
室１内の混合気を気化潜熱によって冷却するため、着火
時期を遅角でき、高回転では、燃料気化が燃焼室１の壁
面からの伝熱によってなされるため燃焼室１内の混合気
温度の気化冷却が減り、着火時期が進角する。
【００８０】燃料噴霧１００の図３０に示すピストン２
の冠面２Ａへの衝突量を変える手段の１つは、燃料噴射
時期であって、燃焼室１内に燃料を直接噴射する燃料噴
射弁７を備えた予混合圧縮着火式内燃機関において、圧
縮着火運転時に、エンジンが低回転時には、吸気下死点
近傍で燃料を噴射することで、ピストン２への燃料付着
を減少し、エンジンが高回転時には、吸気上死点近傍で
燃料を噴射することで、ピストン２への燃料付着を増加
できる。
【００８１】燃料噴霧１００の図３０に示すピストン２
の冠面２Ａへの衝突量を変える手段の１つは、燃料噴射
時期であって、燃焼室１内に燃料を直接噴射する燃料噴
射弁７を備えた予混合圧縮着火式内燃機関において、圧
縮着火運転時に、エンジンが低回転から高回転になるに
伴い、燃料噴射時期を、吸気行程の後期から吸気行程の
前期に向けて進角させることで、低回転から高回転に向
けて連続的に燃料のピストン２への付着量を増やすこと
で、着火時期をきめ細かく制御することができる。
【００８２】燃料噴霧１００の図３０に示すピストン２
の冠面２Ａへの衝突量を変える手段の１つは、燃料噴射
圧力であって燃焼室１内に燃料を直接噴射する燃料噴射
弁７を備えた予混合圧縮着火式内燃機関において、圧縮
着火運転時に、エンジンが低回転から高回転になるに伴
い、燃料噴射圧力を高めることで、低回転では噴霧ペネ
トレーションが短いためピストン２の冠面２Ａへの燃料
付着が減り、高回転では噴霧ペネトレーションが長いた
めピストン２の冠面２Ａへの燃料付着が増える。
【００８３】燃料噴霧１００の図３０に示すピストン２
の冠面２Ａへの衝突量を変える手段の１つは、燃料噴射
回数であって、燃焼室１内に燃料を直接噴射する燃料噴
射弁７を備えた予混合圧縮着火式内燃機関において、圧
縮着火運転時に、エンジンが低回転から高回転になるに
伴い、１サイクルあたりの燃料噴射回数を減らすことで
噴霧ペネトレーションが長くなり高回転域での燃料のピ
ストン２の冠面２Ａへの燃料付着量が増加する。
【００８４】また、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料
噴射弁７を設け、圧縮着火運転時に、エンジンが低回転
から高回転になるに伴い、燃料噴霧１００の噴射時期を
吸気行程噴射から排気行程噴射へ進角させることで、低
回転では燃料噴霧１００が燃焼室１内で気化するため、
気化潜熱によって混合気温度が下がり、高回転では、排
気行程噴射のため、噴霧は吸気弁５または吸気ポート３
の壁面からの伝熱で気化するため、混合気温度は下がら
ない。これによって低回転では着火を遅角し、高回転で
は進角させることができる。
【００８５】また圧縮着火運転時の筒内圧力の最大値が
圧縮上死点後、１０〜１５°の範囲になるように着火時
期を制御することで、最も高い熱効率を得ることができ
る。
【００８６】燃焼室１の筒内圧力の最大値が圧縮上死点
後、１０〜１５°の範囲になるように制御するには、燃
焼室１の壁面への燃料付着量の増減、または吸気加熱手
段の吸気加熱量の増減、または、ＥＧＲ量の増減によっ
て混合気温度を変える方法がある。
【００８７】燃焼室１内に燃料を直接噴射する燃料噴射
弁７を備えた予混合圧縮着火式内燃機関において、圧縮
運転時の燃焼室１の筒内圧力が最大となるクランク角が
圧縮上死点後、１０〜１５°よりも早い場合には、吸気
行程での燃料噴射時期を遅角させることで燃料のピスト
ン２の冠面２Ａへの付着が減り、気化冷却によって混合
気温度が下がることで着火時期を遅角できる。また、圧
縮運転時の筒内圧力が最大となるクランク角が圧縮上死
点後、１０〜１５°よりも遅い場合には、吸気行程での
燃料噴射時期を進角させることで、気化冷却効果を減ら
し混合気温度を上げることで着火時期を進角できる。
【００８８】吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁
７を備えた予混合圧縮着火式内燃機関において、圧縮運
転時の筒内圧力が最大となるクランク角が圧縮上死点
後、１０〜１５°よりも早い場合には、吸気行程での燃
料噴射割合を増やすことで、気化冷却によって混合気温
度が下がることで着火時期を遅角できる。また圧縮運転
時の燃焼室１の筒内圧力が最大となるクランク角が圧縮
上死点後、１０〜１５°よりも遅い場合には、排気行程
での燃料噴射割合を増やすことで気化冷却効果を減らし
混合気温度を上げることで着火時期を進角できる。
【００８９】燃焼室１内に燃料を直接噴射する燃料噴射
弁７を備えた予混合圧縮着火式内燃機関において、圧縮
運転時の燃焼室１の筒内圧力が最大となるクランク角が
圧縮上死点後、１０〜１５°よりも早い場合には、燃料
噴射圧力を低くすることで噴霧ペネトレーションが短く
なり燃料のピストン２の冠面２Ａへの付着が減って、混
合気の気化冷却により着火時期を遅角できる。また、圧
縮運転時の燃焼室１の筒内圧力が最大となるクランク角
が圧縮上死点後、１０〜１５°よりも遅い場合には、吸
気行程での燃料噴射圧力を高くすることで噴霧ペネトレ
ーションが長くなり、燃料のピストン２の冠面２Ａへの
付着が増え、混合気の気化冷却が減り、着火時期を進角
できる。
【００９０】燃焼室１内に燃料を直接噴射する燃料噴射
弁７を備えた予混合圧縮着火式内燃機関において、圧縮
運転時の燃焼室１の筒内圧力が最大となるクランク角が
圧縮上死点後、１０〜１５°よりも早い場合には、１サ
イクルあたりの燃料噴射回数を増やすことで噴霧ペネト
レーションが短くなり燃料のピストン２の冠面２Ａへの
付着が減って、混合気の気化冷却により着火時期を遅角
できる。また圧縮運転時の燃焼室１の筒内圧力が最大と
なるクランク角が圧縮上死点後、１０〜１５°よりも遅
い場合には、１サイクルあたりの燃料噴射回数を減らす
ことで、噴霧ペネトレーションが長くなり、燃料のピス
トン２の冠面２Ａへの付着が増え、混合気の気化冷却が
減り、着火時期を進角できる。
【００９１】吸気ポート３の上流部に吸気加熱装置を備
えた予混合圧縮着火式内燃機関において、圧縮運転時の
燃焼室１の筒内圧力が最大となるクランク角が圧縮上死
点後、１０〜１５°よりも早い場合には、吸気加熱装置
の加熱量を減らすことで、混合気温度が下がり着火時期
を遅角できる。また、圧縮運転時の筒内圧力が最大とな
るクランク角が圧縮上死点後、１０〜１５°よりも遅い
場合には、吸気加熱装置の加熱量を増やすことで、混合
気温度が上がり着火時期を進角できる。
【００９２】外部ＥＧＲ供給手段または吸排弁可変タイ
ミング手段を備えた予混合圧縮着火式内燃機関におい
て、圧縮運転時の燃焼室１の筒内圧力が最大となるクラ
ンク角が圧縮上死点後、１０〜１５°よりも早い場合に
は、外部ＥＧＲ供給手段または吸排弁可変タイミング手
段によるＥＧＲ量を減らすことで、混合気温度が下がり
着火時期を遅角できる。また、圧縮運転時の燃焼室１の
筒内圧力が最大となるクランク角が圧縮上死点後、１０
〜１５°よりも遅い場合には、外部ＥＧＲ供給手段また
は吸排弁可変タイミング手段によるＥＧＲ量を増やすこ
とで、混合気温度が上がり着火時期を進角できる。
【００９３】圧縮比を可変とする手段を備えた予混合圧
縮着火式内燃機関において、圧縮運転時の燃焼室１の筒
内圧力が最大となるクランク角が圧縮上死点後、１０〜
１５°よりも早い場合には、圧縮比可変手段により、圧
縮比を下げることにより圧縮行程での混合気温度が下が
るため着火時期を遅角できる。また、圧縮運転時の燃焼
室１の筒内圧力が最大となるクランク角が圧縮上死点
後、１０〜１５°よりも遅い場合には、圧縮比可変手段
により、圧縮比を上げることにより圧縮行程での混合気
温度が上がるため着火時期を進角できる。
【００９４】燃料噴射弁７から圧縮着火噴射時と同じ、
空気圧力、空気温度、燃料圧力、燃料噴射量の条件のも
とで、自由空間中に噴射される噴霧の最大ペネトレーシ
ョンがピストンストローク長の７０〜９０％とすること
によって、吸気行程の下死点付近で燃焼室１に噴射され
た燃料は、ピストン２の冠面２Ａに衝突することなく、
燃料の気化潜熱による混合気の冷却効果を最大限に利用
できる。また、吸気行程前半で燃料噴射した場合は、噴
霧の少なくとも一部がピストンに衝突することで、気化
冷却効果を減らして、混合気温度を上げることができ
る。
【００９５】燃料噴射弁７から圧縮着火噴射時と同じ、
空気圧力、空気温度、燃料圧力、燃料噴射量の条件のも
とで、自由空間中に噴射される噴霧のペネトレーション
がピストンストローク長の７０〜９０％であるとき、噴
霧の横幅がボア直径の９０〜１００％とすることで、吸
気行程下死点近傍で燃料を燃焼室１内へ噴射した場合
に、燃料のボア壁面への付着を防止でき、オイル希釈や
未燃ＨＣ排出を防ぐことができる。また、燃料がピスト
ンに衝突した場合に、ピストン２の冠面２Ａの広い面積
に燃料が付着するため、液膜厚さが薄くなり、すすや未
燃ＨＣの排出、燃料の気化の悪化を防止できる。
【００９６】吸気温度、機関冷却水温度、ＥＧＲ量が上
昇するに伴い、圧縮着火運転時の高回転域での燃料噴射
時期を吸気下死点方向にずらす補正をすることで、高回
転時の着火時期が前記条件の変化によって最適着火時期
より進角するのを防ぐことができる。
【００９７】吸気温度、機関冷却水温度、ＥＧＲ量が上
昇するに伴い、圧縮着火運転時の高回転域での燃料噴射
圧力を下げる補正をすることで条件の変化によって最適
着火時期より進角するのを防ぐことができる。
【００９８】ピストン２の冠面２Ａをピストン２本体よ
り熱容量の大きな材料で構成することによって、ピスト
ン２の冠面２Ａの温度が高くなるため、圧縮着火運転時
にピストン２の冠面２Ａに付着した燃料を確実に気化さ
せることができる。
【００９９】
【発明の効果】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの
着火時期制御方法によれば、燃料の気化潜熱を利用した
混合気温度制御によって、圧縮着火式内燃機関における
圧縮着火運転時の着火時期をエンジンの運転条件に合わ
せて最適に制御することができる。
【０１００】また、本発明に係る予混合圧縮着火エンジ
ンの着火時期制御方法によれば、筒内圧力の最大値とな
るクランク角度が、熱効率が最も高くなるようにフィー
ドバック制御により着火時期を設定することによって、
外気温や、冷却水温の変化などの外乱が入っても、常に
熱効率の高い燃焼を行うことができる。
【０１０１】さらに、本発明に係る予混合圧縮着火エン
ジンの着火時期制御方法によれば、極めてＮＯｘ排出の
少なく、熱効率の高い圧縮着火式内燃機関を低コストで
実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火時
期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関の全体概略図
である。
【図２】図１に図示の燃焼室と吸気ポート、排気ポート
との関係を示す平面図である。
【図３】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火時
期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関の回転数と負
荷に対する運転モードマップを示す図である。
【図４】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火時
期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における運転
モード選択フローチャートである。
【図５】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火時
期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における圧縮
着火燃焼領域での吸入空気量調整装置および可変バルブ
機構制御フローチャートである。
【図６】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火時
期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関に用いる燃料
噴霧の形態を示す図である。
【図７】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火時
期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関に用いる燃料
噴霧の断面流量分布を示す図である。
【図８】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火時
期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関に用いる燃料
噴霧のペネトレーション時間変化を示す図である。
【図９】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火時
期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における圧縮
着火運転時の吸気行程を示す図である。
【図１０】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における圧
縮着火運転時の圧縮行程を示す図である。
【図１１】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における圧
縮着火運転時の着火行程を示す図である。
【図１２】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における圧
縮着火運転時の膨張行程を示す図である。
【図１３】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における圧
縮着火運転時の排気行程を示す図である。
【図１４】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関の圧縮着火
時の熱発生率のクランク角による変化を示す図である。
【図１５】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関の自己着火
における混合気温度と着火遅れ時間との関係を示す図で
ある。
【図１６】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における低
回転運転時の燃料噴霧挙動を示す図である。
【図１７】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における高
回転運転時の燃料噴霧挙動を示す図である。
【図１８】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関におけるエ
ンジン回転数に対する燃料噴射時期を示す図である。
【図１９】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関におけるエ
ンジン回転数に対する燃料噴射時期の外乱に対する補正
を示す図である。
【図２０】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法の実施の形態を示す燃料圧力による着火時
期制御特性図である。
【図２１】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法の実施の形態を示す燃料圧力による着火時
期制御の低回転運転時の燃料噴霧挙動を示す図である。
【図２２】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法の実施の形態を示す燃料圧力による着火時
期制御の高回転運転時の燃料噴霧挙動を示す図である。
【図２３】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法の実施の形態を示す燃料噴射回数による着
火時期制御を行う状態を示す図である。
【図２４】図２３に図示の燃料噴射回数による噴霧ペネ
トレーションの変化を示す図である。
【図２５】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用するポート噴射方式圧縮着火式内燃
機関における燃料噴射時期による着火時期制御の低回転
運転時の燃料噴霧挙動を示す図である。
【図２６】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用するポート噴射方式圧縮着火式内燃
機関における燃料噴射時期による着火時期制御の高回転
運転時の燃料噴霧挙動を示す図である。
【図２７】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用するポート噴射方式圧縮着火式内燃
機関におけるエンジン回転数に対する燃料噴射時期によ
る着火時期制御の特性を示す図である。
【図２８】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関の圧縮着火
燃焼時の筒内圧力の時間変化を示す図である。
【図２９】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関における圧
縮比を可変する機構を示す図である。
【図３０】本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの着火
時期制御方法を適用する圧縮着火式内燃機関におけるピ
ストンの構成図である。
【符号の説明】
１……………燃焼室 ２……………ピストン ２Ａ…………冠面 ３……………吸気ポート ４……………排気ポート ５……………吸気弁 ６……………排気弁 ７……………燃料噴射弁 ８……………点火プラグ ９……………エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ） １０…………アクセル開度検出装置 １１…………ブレーキ踏力検出装置 １２…………車速検出装置 １３…………吸入空気量調整装置（スロットルバルブ） １４…………エアフローセンサ １６…………機関冷却水温センサ １７…………空燃比センサ １９…………触媒後排温センサ ２０…………圧力センサ ２３…………クランク角センサ １００………燃料噴霧 １０１………燃料ポンプ １０２………燃料タンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ Ｋ 15/04 15/04 Ｆ 41/02 ３５１ 41/02 ３５１ 41/38 41/38 Ｂ 41/40 41/40 Ｆ 45/00 ３６０ 45/00 ３６０Ａ ３６０Ｂ ３６４ ３６４Ｎ ３６４Ｚ ３６８ ３６８Ｓ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２Ａ 3/26 3/26 Ｄ Ｆ０２Ｍ 31/04 Ｆ０２Ｍ 31/04 Ａ 61/14 ３１０ 61/14 ３１０Ｄ (72)発明者 木原 裕介 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 3G023 AA00 AA05 AB03 AB06 AC02 AC05 AD01 AD13 AG02 AG03 3G066 AA02 AA13 AB02 AD10 AD12 BA08 BA14 BA61 CC01 CD22 DA01 DA04 DA06 DC00 DC05 DC09 DC13 DC17 3G084 BA14 BA15 BA20 BA22 BA23 BA26 DA04 FA05 FA10 FA18 FA20 FA29 FA33 3G092 AA01 AA06 AA07 AA11 AA12 AA17 AB02 BB06 BB08 DC09 DD09 DE03S HA06Z HA11Z HB02X HB03Z HD05Z HD07X HE01Z HE08Z HF21Z 3G301 HA01 HA04 HA05 HA13 HA19 JA03 JA21 KA06 KA24 KA25 LB04 LB06 MA19 MA26 ND02 NE11 PA11Z PA18Z PB05A PB08A PB10Z PD02Z PE01Z PE08Z

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストン圧縮によって予混合気を自己着
    火させる予混合圧縮着火式内燃機関において、圧縮着火
    運転領域で、エンジン回転数が低回転から高回転に変化
    するに伴い、噴霧燃料の燃焼室内壁面への衝突量を連続
    的又は段階的に増加することを特徴とする予混合圧縮着
    火式内燃機関の着火時期制御方法。
  2. 【請求項２】 前記燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料
    インジェクタを備え、圧縮着火運転領域で、前記燃料イ
    ンジェクタから前記燃焼室内壁面への噴霧燃料の衝突量
    を燃料噴射時期によって変化させるものであって、エン
    ジン回転数が低回転時には、吸気下死点近傍で燃料を噴
    射し、エンジン回転数が高回転時には、吸気上死点近傍
    で燃料を噴射するようにしたことを特徴とする請求項１
    に記載の予混合圧縮着火式内燃機関の着火時期制御方
    法。
  3. 【請求項３】 前記燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料
    インジェクタを備え、圧縮着火運転領域で、前記燃料イ
    ンジェクタから前記燃焼室内壁面への噴霧燃料の衝突量
    を燃料噴射時期によって変化させるものであって、エン
    ジン回転数が低回転から高回転に変化するに伴い、前記
    燃料噴射時期を、吸気行程の後期から吸気行程の前期に
    向けて連続的又は段階的に進角させるようにしたことを
    特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火式内燃機関
    の着火時期制御方法。
  4. 【請求項４】 前記燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料
    インジェクタを備え、圧縮着火運転領域で、前記燃料イ
    ンジェクタから前記燃焼室内壁面への噴霧燃料の衝突量
    を該燃料インジェクタから噴射する燃料の噴射圧力によ
    って変化させるものであって、エンジン回転数が低回転
    から高回転に変化するに伴い、前記燃料の噴射圧力を連
    続的又は段階的に高くすることを特徴とする請求項１に
    記載の予混合圧縮着火式内燃機関の着火時期制御方法。
  5. 【請求項５】 前記燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料
    インジェクタを備え、圧縮着火運転領域で、前記燃料イ
    ンジェクタから前記燃焼室内壁面への噴霧燃料の衝突量
    を該燃料インジェクタから噴射する燃料の噴射回数によ
    って変化させるものであって、エンジン回転数が低回転
    から高回転に変化するに伴い、１サイクル当たりの燃料
    噴射回数を連続的又は段階的に減少することを特徴とす
    る請求項１に記載の予混合圧縮着火式内燃機関の着火時
    期制御方法。
  6. 【請求項６】 ピストン圧縮によって予混合気を自己着
    火させる予混合圧縮着火式内燃機関において、燃焼室内
    に空気を供給する吸気ポート内に燃料を噴射する燃料イ
    ンジェクタを備え、圧縮着火運転領域で、エンジン回転
    数が低回転から高回転に変化するに伴い、前記燃料イン
    ジェクタから前記吸気ポート内に噴射する噴霧燃料の噴
    射時期を吸気行程噴射から排気行程噴射へ連続的又は段
    階的に進角させることをことを特徴とする予混合圧縮着
    火式内燃機関の着火時期制御方法。
  7. 【請求項７】 ピストン圧縮によって予混合気を自己着
    火させる予混合圧縮着火式内燃機関において、燃焼室内
    の圧力を検出する圧力センサと、クランク軸の回転角度
    を検出するクランク角センサとを設け、圧縮着火運転領
    域で、前記圧力センサによって検出された燃焼室内の圧
    力の最大値が圧縮上死点後１０〜１５°の範囲になるよ
    うに着火時期を制御することを特徴とする予混合圧縮着
    火式内燃機関の着火時期制御方法。
  8. 【請求項８】 ピストン圧縮によって予混合気を自己着
    火させる予混合圧縮着火式内燃機関において、前記着火
    時期制御は、燃焼室壁面への燃料付着量の増減、または
    吸気加熱手段の吸気加熱量の増減、または、ＥＧＲ量の
    増減、または圧縮比の増減、または燃料噴射回数の増減
    によって行うものであることを特徴とする請求項７に記
    載の予混合圧縮着火式内燃機関の着火時期制御方法。
  9. 【請求項９】 前記燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料
    インジェクタを備え、圧縮着火運転領域で、前記着火時
    期制御を燃料噴射時期によって行うものであって、前記
    圧力センサによって検出された前記燃焼室内の圧力が最
    大となるクランク角が圧縮上死点後１０〜１５°よりも
    早い場合には、吸気行程での燃料噴射時期を遅角させ、
    前記燃焼室内の圧力が最大となるクランク角が圧縮上死
    点後１０〜１５°よりも遅い場合には、吸気行程での燃
    料噴射時期を進角させることを特徴とする請求項７に記
    載の予混合圧縮着火式内燃機関の着火時期制御方法。
  10. 【請求項１０】 前記燃焼室内に空気を供給する吸気ポ
    ート内に燃料を噴射する燃料インジェクタを備え、圧縮
    着火運転領域で、前記着火時期制御を燃料噴射時期によ
    って行うものであって、前記圧力センサによって検出さ
    れた前記燃焼室内の圧力が最大となるクランク角が圧縮
    上死点後１０〜１５°よりも早い場合には、吸気行程で
    の燃料噴射割合を増加し、前記燃焼室内の圧力が最大と
    なるクランク角が圧縮上死点後１０〜１５°よりも遅い
    場合には、排気行程での燃料噴射割合を増加することを
    特徴とする請求項７に記載の予混合圧縮着火式内燃機関
    の着火時期制御方法。
  11. 【請求項１１】 前記燃焼室内に空気を供給する吸気ポ
    ート内に燃料を噴射する燃料インジェクタを備え、圧縮
    着火運転領域で、前記着火時期制御を燃料噴射圧力によ
    って行うものであって、前記圧力センサによって検出さ
    れた前記燃焼室内の圧力が最大となるクランク角が圧縮
    上死点後１０〜１５°よりも早い場合には、燃料噴射圧
    力を低くし、前記燃焼室内の圧力が最大となるクランク
    角が圧縮上死点後１０〜１５°よりも遅い場合には、吸
    気行程での燃料噴射圧力を高くすることを特徴とする請
    求項７に記載の予混合圧縮着火式内燃機関の着火時期制
    御方法。
  12. 【請求項１２】 前記燃焼室内に空気を供給する吸気ポ
    ート内に燃料を噴射する燃料インジェクタを備え、圧縮
    着火運転領域で、前記着火時期制御を燃料噴射回数によ
    って行うものであって、前記圧力センサによって検出さ
    れた前記燃焼室内の圧力が最大となるクランク角が圧縮
    上死点後１０〜１５°よりも早い場合には、１サイクル
    あたりの燃料噴射回数を増加し、前記燃焼室内の圧力が
    最大となるクランク角が圧縮上死点後１０〜１５°より
    も遅い場合には、１サイクルあたりの燃料噴射回数を減
    少することを特徴とする請求項７に記載の予混合圧縮着
    火式内燃機関の着火時期制御方法。
  13. 【請求項１３】 前記燃焼室内に空気を供給する吸気ポ
    ート内に燃料を噴射する燃料インジェクタを備え、圧縮
    着火運転領域で、前記着火時期制御を吸気加熱手段の吸
    気加熱量によって行うものであって、前記圧力センサに
    よって検出された前記燃焼室内の圧力が最大となるクラ
    ンク角が圧縮上死点後１０〜１５°よりも早い場合に
    は、前記吸気加熱装置の加熱量を減らし、前記燃焼室内
    の圧力が最大となるクランク角が圧縮上死点後１０〜１
    ５°よりも遅い場合には、前記吸気加熱装置の加熱量を
    増やすことを特徴とする請求項７に記載の予混合圧縮着
    火式内燃機関の着火時期制御方法。
  14. 【請求項１４】 前記燃焼室内に空気を供給する吸気ポ
    ート内に燃料を噴射する燃料インジェクタを備え、圧縮
    着火運転領域で、前記着火時期制御をＥＧＲ量によって
    行うものであって、前記圧力センサによって検出された
    前記燃焼室内の圧力が最大となるクランク角が圧縮上死
    点後１０〜１５°よりも早い場合には、前記外部ＥＧＲ
    供給手段または吸排弁可変タイミング手段によるＥＧＲ
    量を減らし、前記燃焼室内の圧力が最大となるクランク
    角が圧縮上死点後１０〜１５°よりも遅い場合には、前
    記外部ＥＧＲ供給手段または吸排弁可変タイミング手段
    によるＥＧＲ量を増やすことを特徴とする請求項７に記
    載の予混合圧縮着火式内燃機関の着火時期制御方法。
  15. 【請求項１５】 前記燃焼室内に空気を供給する吸気ポ
    ート内に燃料を噴射する燃料インジェクタを備え、圧縮
    着火運転領域で、前記着火時期制御を圧縮比可変手段に
    よる圧縮比によって行うものであって、前記圧力センサ
    によって検出された前記燃焼室内の圧力が最大となるク
    ランク角が圧縮上死点後１０〜１５°よりも早い場合に
    は、前記圧縮比可変手段により圧縮比を下げ、前記燃焼
    室内の圧力が最大となるクランク角が圧縮上死点後１０
    〜１５°よりも遅い場合には、前記圧縮比可変手段によ
    り圧縮比を上げることを特徴とする請求項７に記載の予
    混合圧縮着火式内燃機関の着火時期制御方法。
  16. 【請求項１６】 前記圧縮着火運転領域と同じ空気圧
    力、空気温度、燃料圧力、燃料噴射量の条件のもとで、
    自由空間中に噴射される噴霧の最大ペネトレーションを
    ピストンストローク長の７０〜９０％にしたものである
    請求項２、３又は９に記載の予混合圧縮着火式内燃機関
    の着火時期制御方法。
  17. 【請求項１７】 前記圧縮着火運転領域と同じ空気圧
    力、空気温度、燃料圧力、燃料噴射量の条件のもとで、
    自由空間中に噴射される噴霧の最大ペネトレーションを
    ピストンストローク長の７０〜９０％にし、噴霧の横幅
    をボア直径の９０〜１００％にしたものである請求項
    ２、３又は９に記載の予混合圧縮着火式内燃機関の着火
    時期制御方法。
  18. 【請求項１８】 吸気温度または機関冷却水温またはＥ
    ＧＲ量を検出または予測する手段を設け、前記検出また
    は予測する手段によって検出された吸気温度、機関冷却
    水温度、ＥＧＲ量が上昇するに伴い、前記圧縮着火運転
    領域の高回転域での燃料噴射時期を吸気下死点方向に遅
    角する補正をすることを特徴とする請求項２又は３に記
    載の予混合圧縮着火式内燃機関の着火時期制御方法。
  19. 【請求項１９】 吸気温度または機関冷却水温またはＥ
    ＧＲ量を検出または予測する手段を設け、前記検出また
    は予測する手段によって検出された吸気温度、機関冷却
    水温度、ＥＧＲ量が上昇するに伴い、圧縮着火運転領域
    の高回転域での燃料噴射圧力を下げる補正をすることを
    特徴とする請求項４に記載の予混合圧縮着火式内燃機関
    の着火時期制御方法。
  20. 【請求項２０】 前記ピストンの冠面をピストン本体よ
    り熱容量の大きな部材で構成したことを特徴とする請求
    項１、２、３、４、５、９、１１、１２又は１９に記載
    の予混合圧縮着火式内燃機関のピストン。
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