JP2007162540A - エンジンシステムおよびそれを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】自己着火の時期を短時間で制御することができるエンジンシステムおよびそれを備えた車両を提供することである。
【解決手段】エンジン１００のシリンダ１内の上部には燃焼室３が設けられる。燃焼室３は吸気ポート４および排気ポート５を介してエンジン１００の外部に連通する。吸気ポート４の下流側の開口端４ａに吸気弁６が開閉自在に配置され、排気ポート５の上流側の開口端５ａに排気弁７が開閉自在に配置される。吸気ポート４には、吸気管１１が取り付けられる。吸気管１１には、シリンダ１内に燃料を供給するためのインジェクタ９が設けられる。ＥＣＵ５０は、吸気弁６が開いているときに燃料が開口端５ａに到達するようにインジェクタ９による燃料の供給を制御しかつ燃料の供給時期を変化させることにより混合気の自己着火の時期を変化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンシステムおよびそれを備える車両に関する。

エンジンの熱効率を改善するために、混合気の燃料の濃度を薄くすること（空燃比のリーン化）、または排気ガスをシリンダ内へ再導入することによりエンジンの熱損失およびポンプ損失を低減する手法が知られている。

しかしながら、点火プラグを用いて混合気を着火させる火花点火方式のエンジンにおいては、空燃比をリーン化または排気ガスを大量に再導入した場合、混合気の燃焼速度が低下し、燃焼状態が不安定になる。そのため、エンジンの熱効率を大幅に向上させることができない。

上記のような燃焼状態の不安定化を防止する技術としては、ＨＣＣＩ（Homogeneous-Charge Compression-Ignition combustion；予混合圧縮自己着火）方式が知られている。ＨＣＣＩ方式は、混合気を圧縮することにより筒内温度を上昇させ、火花点火を行うことなく混合気を自己着火させるものである。ＨＣＣＩ方式によれば、混合気の複数の箇所から燃焼反応が生じるため、燃焼速度が低下せず、安定した燃焼が可能となる。

しかしながら、ＨＣＣＩ方式においては、点火プラグによる火花点火が行われないので、着火時期を制御することは容易ではない。これまでにも、着火時期を制御するための種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

特許文献１に記載されている予混合圧縮自着火エンジンにおいては、冷却水量の調整、またはバーナ装置を用いることにより給気温度を調整している。それにより、自己着火のタイミングを制御している。

特許文献２に記載されている予混合圧縮自着火エンジンにおいては、給気弁または排気弁の開閉タイミングを制御することにより、圧縮自己着火前のシリンダ内に給気される排ガスの量を制御している。それにより、自己着火のタイミングを制御している。

特許文献３に記載されている予混合圧縮自着火エンジンにおいては、排気ポートの流量調整弁の開閉時期を調整することにより、シリンダ内に残留する排ガスの量を制御している。それにより、自己着火のタイミングを制御している。
特開２０００−２２７０２７号公報 特開２０００−２７４２４６号公報 特開２００１−５９４２１号公報

しかしながら、エンジンを構成する各装置の応答速度には限界がある。そのため、上記特許文献１〜３のように、給気温度の制御または弁の開閉タイミングを制御する方法では、自己着火の時期を短時間で制御することは困難である。

本発明の目的は、自己着火の時期を短時間で制御することができるエンジンシステムおよびそれを備えた車両を提供することである。

（１） 第１の発明に係るエンジンシステムは、機械装置を駆動するエンジンシステムであって、シリンダを有し、シリンダ内の混合気が自己着火燃焼を行うエンジンと、エンジンの動作を制御する制御手段とを備え、エンジンは、シリンダ内に空気を導く吸気通路と、吸気通路の下流側の開口端に開閉可能に設けられた吸気弁と、吸気通路を介してシリンダ内へ燃料を供給する燃料供給手段とを含み、制御手段は、吸気弁が開いているときに燃料が開口端に到達するように燃料供給手段による燃料の供給を制御しかつ燃料の供給時期を変化させることにより混合気の自己着火の時期を変化させるものである。

本発明に係るエンジンシステムは、エンジンおよび制御手段を備える。エンジンは、シリンダ、吸気通路、吸気弁および燃料供給手段を含む。燃料供給手段は、吸気通路を介してシリンダ内へ燃料を供給する。制御手段は、吸気弁が開いているときに燃料が吸気通路の下流側の開口端に到達するように、燃料供給手段による燃料の供給を制御するとともに、その供給時期を変化させることにより混合気の自己着火の時期を変化させる。

この場合、エンジンの燃料供給手段以外の構成要素の制御信号に対する応答速度が遅い場合でも、その影響を受けずに混合気の自己着火の時期を制御することができる。したがって、エンジンの１サイクルごとに混合気の自己着火の時期を制御することが可能になる。すなわち、混合気の自己着火の時期を短時間で制御することが可能になる。

また、吸気弁が開いているときに燃料が開口端に到達するので、燃料が吸気通路に滞留することを防止することができる。それにより、混合気の自己着火の時期を確実に制御することができる。

また、燃料供給手段は、吸気通路を介して燃料をシリンダ内へ供給する。この場合、燃料供給手段は、シリンダ内の高温および高圧の燃焼ガスと接触することがないので、燃料供給手段の耐久性を向上させるためのコスト増加を低減することができる。

（２） 制御手段は、混合気の自己着火の時期を遅角させるときに燃料の供給時期を進角させ、混合気の自己着火の時期を進角させるときに燃料の供給時期を遅角させてもよい。

この場合、燃料の供給時期を進角させることにより、シリンダ内で燃料と空気とを混合するための時間を十分に確保することができる。それにより、混合気の燃料濃度が均一になり、混合気の燃焼反応はシリンダ内において全体的に起こる。そのため、混合気の燃焼時期が遅くなる。また、燃料の供給時期を遅角させることにより、シリンダ内で燃料と空気とを混合するための時間が短くなる。それにより、混合気の燃料濃度が不均一になり、混合気の燃料濃度が高い領域で早期に燃焼反応が起こる。そのため、混合気の燃焼時期が早くなる。以上の結果、燃料の供給時期を進角または遅角させることにより、容易に混合気の自己着火の時期を調整することができる。

（３） エンジンシステムは、混合気の燃焼時期を計測する燃焼時期計測手段と、混合気の最適な燃焼時期を記憶する記憶手段とをさらに備え、制御手段は、燃焼時期計測手段により計測された燃焼時期と記憶手段に記憶された最適な燃焼時期との誤差が小さくなるように混合気の自己着火の時期を制御してもよい。

この場合、記憶手段に記憶された最適な燃焼時期に近づくように混合気の自己着火の時期が制御される。それにより、ノッキングおよび失火等を防止することができ、エンジンの安定した運転が可能になる。

（４） エンジンシステムは、混合気を火花点火燃焼させる点火手段をさらに備え、制御手段は、誤差の絶対値が所定の値より大きい場合に点火手段により混合気を火花点火燃焼させてもよい。

この場合、燃焼時期計測手段によって実際に測定された燃焼時期が記憶手段に記憶された最適な燃焼時期と大きく異なっている場合には、火花点火燃焼が行われる。それにより、混合気の早期着火および失火等の不整燃焼を防止することができる。

（５） 第２の発明に係る車両は、駆動輪と、第１の発明に係るエンジンシステムと、第１の発明に係るエンジンシステムにより発生される動力を駆動輪に伝達する伝達機構とを備えたものである。

本発明に係る車両においては、第１の発明に係るエンジンシステムにより発生される動力が、伝達機構により駆動輪に伝達され、駆動輪が駆動される。

この場合、第１の発明に係るエンジンシステムにより、エンジンの燃料供給手段以外の構成要素の制御信号に対する応答速度が遅い場合でも、その影響を受けずに混合気の自己着火の時期を制御することができる。したがって、エンジンの１サイクルごとに混合気の自己着火の時期を制御することが可能になる。すなわち、混合気の自己着火の時期を短時間で制御することが可能になる。

また、吸気弁が開いているときに燃料が開口端に到達するので、燃料が吸気通路に滞留することを防止することができる。それにより、混合気の自己着火の時期を確実に制御することができる。

また、燃料供給手段は、吸気通路を介して燃料をシリンダ内へ供給する。この場合、燃料供給手段は、シリンダ内の高温および高圧の燃焼ガスと接触することがないので、燃料供給手段の耐久性を向上させるためのコスト増加を低減することができる。

本発明によれば、エンジンの燃料供給手段以外の構成要素の制御信号に対する応答速度が遅い場合でも、その影響を受けずに混合気の自己着火の時期を制御することができる。したがって、エンジンの１サイクルごとに混合気の自己着火の時期を制御することが可能になる。すなわち、混合気の自己着火の時期を短時間で制御することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態に係るエンジンシステムおよびそれを備える車両について図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態のエンジンシステムは、ＨＣＣＩ（Homogeneous-Charge Compression-Ignition combustion；予混合圧縮自己着火）方式および火花点火方式による燃焼を行う。

（１）自動二輪車の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る自動二輪車の模式図である。

図１の自動二輪車６００においては、本体フレーム６０１の前端にヘッドパイプ６０２が設けられる。ヘッドパイプ６０２にフロントフォーク６０３が左右方向に揺動可能に設けられる。フロントフォーク６０３の下端に前輪６０４が回転可能に支持される。ヘッドパイプ６０２の上端にはハンドル６０５が取り付けられる。

本体フレーム６０１の中央部には、後述するエンジンシステム２００が設けられる。図１には、エンジンシステム２００に含まれるエンジン１００、吸気管１１、排気管１２および排気再循環装置１３が示される。エンジンシステム２００の上部には燃料タンク６０６が設けられ、燃料タンク６０６の後方にはシート６０７が設けられる。

エンジンシステム２００の後方に延びるように、本体フレーム６０１にリアアーム６０８が接続される。リアアーム６０８は、後輪６０９および後輪ドリブンスプロケット６１０を回転可能に保持する。また、エンジンシステム２００の排気管１２には三元触媒６１６が介挿され、排気管１２の後端にはマフラー６１２が取り付けられる。

エンジンシステム２００のエンジン１００にドライブシャフト６１３が取り付けられ、ドライブシャフト６１３には後輪ドライブスプロケット６１４が取り付けられる。後輪ドライブスプロケット６１４は、チェーン６１５を介して後輪６０９の後輪ドリブンスプロケット６１０に連結される。

（２）エンジンシステムの構成
図２は、エンジンシステム２００を示す模式図である。図２に示すように、エンジンシステム２００は、ＥＣＵ５０（Electronic Control Unit；電子制御ユニット）、エンジン１００、吸気管１１、排気管１２および排気再循環装置１３を含む。

エンジン１００はシリンダ１を有し、シリンダ１内には、ピストン２が上下動可能に設けられる。また、シリンダ１内の上部には燃焼室３が設けられる。燃焼室３は吸気ポート４および排気ポート５を介してエンジン１００の外部に連通する。吸気ポート４の下流側の開口端４ａに吸気弁６が開閉自在に配置され、排気ポート５の上流側の開口端５ａに排気弁７が開閉自在に配置される。吸気弁６の上端には、吸気弁６を駆動するための吸気弁駆動装置６ａが設けられる。排気弁７の上端には、排気弁７を駆動するための排気弁駆動装置７ａが設けられる。燃焼室３の上部には、燃焼室３内で火花点火を行うための点火プラグ８が設けられる。

エンジン１００には、吸気ポート４と連通するように吸気管１１が取り付けられ、排気ポート５と連通するように排気管１２が取り付けられる。吸気管１１および排気管１２には、排気再循環装置１３が設けられる。排気再循環装置１３は、吸気管１１と排気管１２とを連通させる配管１３ａ、および配管１３ａ内に設けられた排気再循環バルブ１３ｂを有する。

エンジン１００が作動する際には、空気が吸気管１１を通して吸気ポート４からシリンダ１内に吸入される。シリンダ１内において混合気の燃焼により生じた既燃ガスは、排気ポート５から排気管１２を通して排出される。このとき、排気管１２を通る排気の少なくとも一部は、排気再循環装置１３により吸気管１１へと導かれる。排気管１２から吸気管１１へと導かれる排気の流量は、排気再循環バルブ１３ｂにより調整される。

また、吸気管１１内で配管１３ａとの合流部より上流側にスロットルバルブ１４が設けられる。図示しないアクセルを操作することにより直接的または間接的にスロットルバルブ１４の開度が調整される。それにより、空気の流量が調整される。本実施の形態においては、運転者は、アクセルの操作量（以下、アクセル開度と呼ぶ）を調節することにより要求トルクを決定することができる。したがって、エンジン１００のトルクを大きくしたい場合すなわち高負荷運転時にはアクセル開度を大きくし、エンジン１００のトルクを小さくしたい場合すなわち中低負荷運転時には、アクセル開度を小さくする。なお、本実施の形態においては、ＥＣＵ５０によってもスロットルバルブ１４の開度が調整される。

吸気管１１において、配管１３ａとスロットルバルブ１４との間には、シリンダ１内に燃料を供給するためのインジェクタ９が設けられる。また、シリンダ１には、シリンダ１内の混合気の燃焼時期を計測するための燃焼時期計測器１０が設けられる。

ＥＣＵ５０は、運転領域判定部５１、火花点火燃焼制御部５２、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３、および記憶部５４を含む。なお、図２においては、機能的な構成を示すブロック図によりＥＣＵ５０を示している。運転領域判定部５１、火花点火燃焼制御部５２、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３、および記憶部５４は、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムにより実現されてもよく、これら各機能部の一部または全てが電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。

ＥＣＵ５０には、エンジン回転数センサ３１からエンジン回転数ＥＲが与えられ、アクセル開度センサ３２からアクセル開度ＡＯが与えられ、油温センサ３３から油温ＯＴが与えられ、水温センサ３４から水温ＷＴが与えられ、クランク角度センサ３５からエンジン１００のクランク角度ＣＤが与えられ、燃焼時期計測器１０から燃焼時期ＢＰが与えられる。また、ＥＣＵ５０には、図示しないスロットル開度センサからスロットル開度ＴＯが与えられる。なお、スロットル開度ＴＯとはスロットルバルブ１４の開き角度を示す。

ＥＣＵ５０は、吸気弁駆動装置６ａに吸気弁制御信号ＩＶを与え、排気弁駆動装置７ａに排気弁制御信号ＥＶを与え、排気再循環バルブ１３ｂに排気再循環バルブ制御信号ＥＧＲを与え、点火プラグ８に点火信号ＳＩを与え、インジェクタ９に噴射信号ＦＩを与え、スロットルバルブ１４にスロットルバルブ制御信号ＴＶを与える。これにより、ＥＣＵ５０は、吸気弁駆動装置６ａ、排気弁駆動装置７ａ、点火プラグ８、インジェクタ９、排気再循環バルブ１３ｂおよびスロットルバルブ１４を制御する。

（３）エンジンの動作
次に、エンジン１００の動作について説明する。本実施の形態においては、指定された負荷領域に応じてＨＣＣＩ方式による燃焼（以下、ＨＣＣＩ燃焼と呼ぶ）および火花点火方式による燃焼（以下、火花点火燃焼と呼ぶ）が選択的に行なわれるように、ＥＣＵ５０によりエンジン１００の動作が制御される。以下、ＥＣＵ５０による制御動作について説明する。

図３は、ＥＣＵ５０の制御動作を示すフローチャートである。

まず、図３に示すように、ＥＣＵ５０が運転情報を取得する（ステップＳ１）。ここで、運転情報とは、エンジンシステム２００の動作状態に関する情報であり、例えば、アクセル開度ＡＯ、エンジン回転数ＥＲ、油温ＯＴ、水温ＷＴ、クランク角度ＣＤ、噴射信号ＦＩ、スロットル開度ＴＯ、吸気弁６および排気弁７の開閉タイミング、ならびに排気再循環バルブ１３ｂの開度等を含む。

次に、ＥＣＵ５０の運転領域判定部５１は、ステップＳ１で取得されたアクセル開度ＡＯが、指定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２で用いられる指定範囲は、エンジン１００が安定したＨＣＣＩ燃焼を行うことができるように任意に決定することができる。

アクセル開度ＡＯが指定範囲内の場合、ＥＣＵ５０のＨＣＣＩ燃焼制御部５３がＨＣＣＩ燃焼処理を行う（ステップＳ３）。その後、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２において、アクセル開度ＡＯが指定範囲外の場合、ＥＣＵ５０の火花点火燃焼制御部５２が火花点火燃焼処理を行う（ステップＳ４）。この場合、通常の火花点火燃焼の制御が行われる。その後、ステップＳ１に戻る。

以下、ステップＳ３におけるＨＣＣＩ燃焼処理についてさらに詳細に説明する。本実施の形態においては、エンジン１００の回転数に応じて目標となる燃焼時期（以下、目標燃焼時期と呼ぶ）が予め定められており、燃焼時期計測器１０によって検出される燃焼時期ＢＰが目標燃焼時期と等しくなるように各部が制御される。なお、目標燃焼時期とは、取得した運転情報に基づいて自己着火燃焼を行う場合に、熱効率および燃焼の安定性が最も向上する着火時期のことである。目標燃焼時期は、任意の運転情報に対応できるようにマップとして記憶部５４（図２参照）に記憶されている。

まず、燃焼時期ＢＰについて説明する。

上述したように、燃焼時期ＢＰは燃焼時期計測器１０によって検出される。例えば、燃焼時期ＢＰは、シリンダ１内の熱発生率が最大となる時期（ｄＱ／ｄθが最大となる時期）、または燃焼によるシリンダ１内の圧力の変化率が最大となる時期（ｄＰ／ｄθが最大となる時期）のいずれかとして検出することができる。なお、上記Ｑはシリンダ１内の発熱量を示し、Ｐはシリンダ１内の圧力を示し、θはクランク角度を示す。

また、燃焼質量割合が５０％となる時期を燃焼時期ＢＰとして用いてもよい。図４は、シリンダ１におけるクランク角度と熱発生率との関係、およびクランク角度と燃料質量割合との関係の一例を示したものである。燃焼質量割合が５０％となる時期はｄＰ／ｄθが最大となる時期に比べてやや遅角側の値となるが、図４に示すように、燃焼質量割合が５０％となる時期とｄＱ／ｄθが最大となる時期とはほぼ同一である。したがって、燃焼質量割合が５０％となる時期を燃焼時期ＢＰとしてもよい。

また、エンジン１００の１サイクルにおけるイオン電流を積算した場合に、その積算値の５０％となる時期は燃焼質量割合が５０％となる時期とほぼ同一であるので、このイオン電流の積算値の５０％となる時期を燃焼時期ＢＰとしてもよい。

本実施の形態においては、燃焼時期計測器１０として、例えば、イオンプローブ等によってイオン電流を測定することができる装置を用いる。そして、測定されたイオン電流の積算値の５０％の時期を燃焼時期ＢＰとする。

次に、ＨＣＣＩ燃焼処理時のＥＣＵ５０の制御動作について説明する。

図５は、図３のステップＳ３に示されるＨＣＣＩ燃焼処理の詳細を示すフローチャートである。

図５に示すように、ＥＣＵ５０のＨＣＣＩ燃焼制御部５３（図２参照）は、図３のステップＳ１で取得したエンジン回転数ＥＲ（運転情報）に応じた目標燃焼時期を記憶部５４から読み込む（ステップＳ１１）。

次に、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は、図３のステップＳ１で取得した運転情報に基づいて、燃料噴射時期、燃料噴射量および空気量を決定する（ステップＳ１２）。なお、空気量は、混合気の空燃比が理論空燃比（約１４．５：１）となるように決定される。また、本実施の形態においては、このステップＳ１２において決定される燃料噴射時期が、混合気の燃焼時期を決定する主な要因となる。燃料噴射時期については後述する。

次に、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は、ステップＳ１１で読み込んだ目標燃焼時期およびステップＳ１２で決定した空気量に基づいて既燃ガス量および再循環排気量を決定する（ステップＳ１３）。なお、この処理においては、既燃ガス量および再循環排気量を調整することにより、シリンダ１内の温度を調整することができる。

次に、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は、１サイクル前の処理において補正係数が算出されたか否かを判別する（ステップＳ１４）。なお、補正係数は、後述するステップＳ２０の処理において算出される。

補正係数が算出されている場合、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は、ステップＳ１３で決定された既燃ガス量および再循環排気量に補正係数を乗算する（ステップＳ１５）。

次に、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は、ステップＳ１２で決定された燃料噴射時期、燃料噴射量および空気量ならびにステップＳ１５で算出された既燃ガス量および再循環排気量に基づいて、吸気弁６の開閉タイミング、排気弁７の開閉タイミング、排気再循環バルブ１３ｂの開度、およびスロットルバルブ１４の開度を決定する（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１４において補正係数が算出されていない場合は、ステップＳ１２で決定された燃料噴射量および空気量ならびにステップＳ１３で決定された既燃ガス量および再循環排気量に基づいて、吸気弁６の開閉タイミング、排気弁７の開閉タイミング、排気再循環バルブ１３ｂの開度、およびスロットルバルブ１４の開度を決定する。

次に、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は、ステップＳ１６で決定された吸気弁６の開閉タイミング、排気弁７の開閉タイミング、排気再循環バルブ１３ｂの開度、およびスロットルバルブ１４の開度に基づいて混合気を自己着火燃焼させるとともに、燃焼時期計測器１０から実際の燃焼時期ＢＰを取得する（ステップＳ１７）。

次に、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は、ステップＳ１１で読み込んだ目標燃焼時期とステップＳ１６で取得した実際の燃焼時期ＢＰとの誤差を算出する（ステップＳ１８）。次に、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は、ステップＳ１８で算出された誤差の絶対値が予め設定されたしきい値以上か否かを判別する（ステップＳ１９）。

誤差の絶対値がしきい値以下の場合、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は、再循環排気量および既燃ガス量に対する補正係数を算出する（ステップＳ２０）。その後、ＨＣＣＩ燃焼制御部５３は図５のステップＳ１に戻る。

ステップＳ１９において誤差の絶対値がしきい値より大きい場合、火花点火燃焼制御部５２（図１参照）が火花点火燃焼処理を行う（ステップＳ２１）。その後、図５のステップＳ１に戻る。これらステップＳ１９およびステップＳ２１の処理を設けることにより、実際の燃焼時期ＢＰが目標燃焼時期と大きく異なっている場合には、ＨＣＣＩ燃焼を行わずに火花点火燃焼を行うことができる。それにより、混合気の早期着火および失火等の不整燃焼を防止することができる。

なお、ステップＳ２０において算出される再循環排気量および既燃ガス量に対する補正係数は、目標燃焼時期と実際の燃焼時期ＢＰとの誤差が小さくなるように算出される。具体的には、実燃焼時期が目標燃焼時期よりも遅い場合には、再循環排気に対する既燃ガスの割合を大きくし、実燃焼時期が目標燃焼時期よりも早い場合には、既燃ガスに対する再循環排気の割合を大きくするように補正係数を算出する。

（４）燃焼時期
次に、燃料時期について説明する。上述したように、本実施の形態においては、燃料噴射時期がシリンダ１（図２）内の混合気の燃焼時期を決定する主な要因となる。ここで、本発明者らは、種々の実験等により、シリンダ１内への燃料の注入時期と燃焼時期とに以下の関係があることを見出した。

エンジン１００（図２）の吸気行程において、吸気弁６（図２）が閉じる直前に燃料がシリンダ１内に供給される場合、シリンダ１内で燃料と空気とを混合するための十分な時間を確保することができない。そのため、混合気の燃料濃度が不均一になる。この場合、燃焼室３（図２）内において、混合気の燃料濃度の高い領域で早期に燃焼反応が起こり、その燃焼反応が燃焼室３内の全体へと広がる。それにより、混合気の燃焼時期が早くなる。

一方、吸気弁６が開いた直後に燃料がシリンダ１内に供給される場合、シリンダ１内で燃料と空気とを混合するための時間を十分に確保することができる。そのため、混合気の燃料濃度が均一になる。この場合、燃焼室３内において、混合気の燃焼反応は全体的に起こる。それにより、局所的な混合気の燃焼反応が早期に起こる上記の場合と比べて、混合気の燃焼時期は遅くなる。

以上の関係に基づいて、本実施の形態においては、シリンダ１内への燃料の注入時期を変化させることにより、混合気の燃焼時期を調整する。

ところで、図２に示すように、本実施の形態においては、シリンダ１外にインジェクタ９が設けられている。この場合、インジェクタ９から燃料が噴射されてから、その燃料がシリンダ１に到達するまでには時間を要する。また、上述したように、インジェクタ９はＥＣＵ５０（図２）により制御されるが、インジェクタ９の燃料噴射口（図示せず）の弁を解放するための時間および電気的な遅れ等により、ＥＣＵ５０から噴射信号ＦＩが出力されてからインジェクタ９が実際に燃料を噴射するまでには時間を要する。そのため、インジェクタ９による燃料の噴射時期を制御する際には、これらの時間を考慮しなければならない。

図６は、噴射信号ＦＩの出力時期と混合気の燃焼時期との関係の一例を示した図である。図６において、横軸はＥＣＵ５０（図２）による噴射信号ＦＩの出力時期を示し、縦軸は混合気の燃焼時期を示す。また、時点ａ−ｂ間は膨張行程を示し、時点ｂ−ｃ間は排気行程を示し、時点ｃ−ｄ間は吸気行程を示し、時点ｄ−ｅ間は圧縮行程を示す。なお、図６の例では、混合気の燃焼反応は、ＴＤＣ（上死点；top dead center）後に生じている。また、吸気行程は、吸気弁６（図２）が開いてから閉じるまでの期間を示す。

また、矢印Ｗで示す期間は、ＥＣＵ５０が噴射信号ＦＩを出力してからインジェクタ９が実際に燃料を噴射するまでに要する時間を示し、矢印Ｘで示す期間は、インジェクタ９が燃料を噴射している期間を示し、矢印Ｙで示す期間は、インジェクタ９から噴射された燃料がシリンダ１内に到達するまでに要する時間を示し、矢印Ｚで示す期間は、シリンダ１内に燃料が注入されている期間を示す。

図６の例では、吸気行程において、吸気弁６（図２）が開くと同時に燃料をシリンダ１内へ注入するためには、時点ｃにおいて、シリンダ１内への燃料の注入が開始されなければならない。この場合、上記の期間Ｙを考慮して、時点ｇにおいて、インジェクタ９からの燃料の噴射を開始しなければならない。そのためには、上記の期間Ｗを考慮して、時点ｆにおいて、ＥＣＵ５０（図２）から噴射信号ＦＩを出力しなければならない。

また、吸気行程において、吸気弁６が閉じるときに、インジェクタ９から噴射された全ての燃料のシリンダ１内への注入を完了させるためには、時点ｄにおいて、シリンダ１内への燃料の注入を完了させなければならない。この場合、上記の期間Ｚを考慮して、時点ｊにおいて、シリンダ１内への燃料の注入を開始しなければならない。そのためには、上記の期間Ｙを考慮して、時点ｉにおいて、インジェクタ９からの燃料の噴射を開始しなければならない。したがって、上記の期間Ｗを考慮して、時点ｈにおいて、ＥＣＵ５０から噴射信号ＦＩを出力しなければならない。

以上の結果、図６の例では、期間Ｔ（時点ｆ−ｈ間）が、噴射信号ＦＩの出力を制御する期間となる。例えば、図５のステップＳ１１において読み込まれた目標燃焼時期が早い（ＴＤＣ近傍）場合、ＥＣＵ５０は、図６の期間Ｔ内において、時点ｆ近傍の時期に噴射信号ＦＩをインジェクタ９に与える。それにより、混合気を早期に自己着火させることができる。また、例えば、図５のステップＳ１１において読み込まれた目標燃焼時期が遅い場合、ＥＣＵ５０は、図６の期間Ｔ内において、時点ｈ近傍の時期に噴射信号ＦＩをインジェクタ９に与える。それにより、混合気の着火時期を遅くすることができる。

これらのように、本実施の形態においては、目標燃焼時期が遅い場合には、インジェクタ９による燃料の噴射時期を進角させ、目標燃焼時期が早い場合には、インジェクタ９による燃料の噴射時期を遅角させる。それにより、混合気の燃焼時期を容易に制御することができる。

なお、期間Ｔは、燃料の噴射時間、インジェクタ９（図２）から開口端４ａ（図２）までの距離および吸気の流速等によって変化する。

例えば、燃料の噴射時間が長い場合には、図６の期間Ｘが長くなり、期間Ｔが進角側（時点ｂ側）に移動し、燃料の噴射期間が短い場合には、期間Ｘが短くなり、期間Ｔが遅角側（時点ｄ側）に移動する。また、インジェクタ９から開口端４ａまでの距離が長い場合、または吸気の流速が遅い場合には、図６の期間Ｙが長くなり、期間Ｔが進角側に移動し、インジェクタ９から開口端４ａまでの距離が短い場合、または吸気の流速が速い場合には、期間Ｙが短くなり、期間Ｔが遅角側に移動する。なお、これらの場合、期間Ｔの移動とともに、図６の曲線も変化する。

また、ＥＣＵ５０による噴射信号ＦＩの出力時期と混合気の燃焼時期との関係（図６の曲線）は、エンジン１００の回転数、負荷および温度等によって変化する。そこで、本実施の形態においては、図６に示すような噴射信号ＦＩの出力時期と混合気の燃焼時期との関係を、エンジン１００の回転数、負荷および温度等の種々の条件に対応するマップとして記憶部５４に記憶している。それにより、混合気の燃焼時期を容易かつ確実に制御することができる。

また、燃料の噴射時間（図６の期間Ｘ）は、エンジン１００の出力を一定に保つことができるように、燃料の噴射開始の時期に応じて変化させてもよい。この場合、燃料の噴射開始時期と燃料の噴射時間との関係をマップとして記憶部５４（図２）に記憶させることにより、安定した運転が可能になる。

なお、期間Ｔ以外の時期にＥＣＵ５０が噴射信号ＦＩを出力した場合、吸気弁６（図２）が閉じているときに燃料が吸気ポート４（図２）の開口端４ａに到達し、吸気ポート４に燃料が滞留する。この場合、吸気行程において吸気弁６が開くと同時に多量の燃料がシリンダ１内に注入されることになり、混合気の燃焼時期が安定しない。一方、本実施の形態においては、期間Ｔ内においてＥＣＵが噴射信号ＦＩを出力するので、燃料が吸気ポート４に滞留することを防止することができる。それにより、混合気の燃焼時期を確実に制御することができる。

（５）効果
以上のように、本実施の形態においては、インジェクタ９による燃料の噴射時期を制御することで、混合気の自己着火の時期を制御している。この場合、インジェクタ９以外の構成要素（例えば、吸気弁駆動装置６ａ、排気弁駆動装置７ａおよび排気再循環装置１３等）の制御信号に対する応答速度が遅い場合でも、その影響を受けずに自己着火の時期を制御することができる。したがって、エンジン１００の１サイクルごとに混合気の自己着火の時期を制御することが可能になる。すなわち、混合気の自己着火の時期を短時間で制御することが可能になる。

また、本実施の形態においては、インジェクタ９がシリンダ１の外部に設けられている。この場合、インジェクタ９がシリンダ１内の高温および高圧の燃焼ガスと接触することがないので、インジェクタ９の耐久性を向上させるためのコスト増加を低減することができる。

また、本実施の形態においては、設定された目標燃焼時期で自己着火燃焼が行われるようにエンジンシステム２００の各部が制御される。それにより、ノッキングおよび失火等を防止することができ、エンジン１００の安定した運転が可能になる。

また、本実施の形態においては、目標燃焼時期と実際の燃焼時期ＢＰとの誤差が大きい場合には、火花点火燃焼が行われる。それにより、混合気の早期着火および失火等の不整燃焼を確実に防止することができる。

（６）他の実施の形態
上記実施の形態においては、インジェクタ９が吸気管１１に設けられているが、インジェクタ９は吸気ポート４に設けられてもよい。

また、上記実施の形態においては、エンジンシステム２００を自動二輪車に適用した場合について説明したが、エンジンシステム２００を四輪自動車等の他の車両、船舶または発電機等に適用してもよい。

（７）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態においては、ＥＣＵ５０が制御手段に相当し、吸気ポート４が吸気通路に相当し、開口端４ａが開口端に相当し、インジェクタ９が燃料供給手段に相当し、燃焼時期計測器１０が燃焼時期計測手段に相当し、記憶部５４が記憶手段に相当し、点火プラグ８が点火手段に相当し、後輪６０９が駆動輪に相当し、後輪ドリブンスプロケット６１０、ドライブシャフト６１３、後輪ドライブスプロケット６１４およびチェーン６１５が伝達機構に相当する。

本発明は、二輪自動車、四輪自動車等のエンジンを備える種々の車両、船舶および発電機等に利用することができる。

本発明の一実施の形態に係る自動二輪車の模式図である。 エンジンシステムを示す模式図である。 ＥＣＵの制御動作を示すフローチャートである。 シリンダにおけるクランク角度と熱発生率との関係の一例を示す図である。 図３のステップＳ３に示されるＨＣＣＩ燃焼処理の詳細を示すフローチャートである。 噴射信号の出力時期と混合気の燃焼時期との関係の一例を示した図である。

符号の説明

１ シリンダ
４ 吸気ポート
４ａ 開口端
５ 排気ポート
５ａ 開口端
６ 吸気弁
６ａ 吸気弁駆動装置
７ 排気弁
７ａ 排気弁駆動装置
８ 点火プラグ
９ インジェクター
１０ 燃焼時期計測器
１１ 吸気管
１２ 排気管
１３ 排気再循環装置
１３ｂ 排気再循環バルブ
１４ スロットルバルブ
３１ エンジン回転数センサ
３２ アクセル開度センサ
３３ 油温センサ
３４ 水温センサ
３５ クランク角度センサ
５０ ＥＣＵ
１００ エンジン
２００ エンジンシステム
６０９ 後輪
６１０ 後輪ドリブンスプロケット
６１３ ドライブシャフト
６１４ 後輪ドライブスプロケット
６１５ チェーン
６１６ 三元触媒

Claims (5)

1. 機械装置を駆動するエンジンシステムであって、
   シリンダを有し、前記シリンダ内の混合気が自己着火燃焼を行うエンジンと、
   前記エンジンの動作を制御する制御手段とを備え、
   前記エンジンは、前記シリンダ内に空気を導く吸気通路と、
   前記吸気通路の下流側の開口端に開閉可能に設けられた吸気弁と、
   前記吸気通路を介して前記シリンダ内へ燃料を供給する燃料供給手段とを含み、
   前記制御手段は、前記吸気弁が開いているときに前記燃料が前記開口端に到達するように前記燃料供給手段による燃料の供給を制御しかつ前記燃料の供給時期を変化させることにより前記混合気の自己着火の時期を変化させることを特徴とするエンジンシステム。
2. 前記制御手段は、前記混合気の自己着火の時期を遅角させるときに前記燃料の供給時期を進角させ、前記混合気の自己着火の時期を進角させるときに前記燃料の供給時期を遅角させることを特徴とする請求項１記載のエンジンシステム。
3. 前記混合気の燃焼時期を計測する燃焼時期計測手段と、
   前記混合気の最適な燃焼時期を記憶する記憶手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記燃焼時期計測手段により計測された燃焼時期と前記記憶手段に記憶された前記最適な燃焼時期との誤差が小さくなるように前記混合気の自己着火の時期を制御することを特徴とする請求項１または２記載のエンジンシステム。
4. 前記混合気を火花点火燃焼させる点火手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記誤差の絶対値が所定の値より大きい場合に前記点火手段により前記混合気を火花点火燃焼させることを特徴とする請求項３記載のエンジンシステム。
5. 駆動輪と、
   請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンシステムと、
   前記エンジンシステムにより発生される動力を前記駆動輪に伝達する伝達機構とを備えたことを特徴とする車両。

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