JP2020094554A - 副室付内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ率にかかわらずに良好な燃焼を確保予測する。【解決手段】主燃焼室（２）と、連通孔（５４）を介して主燃焼室（２）内に連通する副室（５３）と、ＥＧＲ装置とを具備しており、主燃焼室（２）内に配置された点火栓（４７）により主燃焼室（２）内の混合気を着火する主燃焼室点火と、副室（５３）内に配置された点火栓（５１）により副室（５３）内の混合気を着火する副室点火とが行われる。ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火、副室点火、主燃焼室点火と副室点火の双方点火のうちで燃焼速度の遅い点火から燃焼速度の速い点火へと順次切換えるか、或いは、ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火時期に対する副室点火時期の遅角量を減少させる。【選択図】図８

Description

本発明は副室付内燃機関の制御装置に関する。

主燃焼室と、連通孔を介して主燃焼室内に連通する副室とを具備しており、主燃焼室内に配置された点火栓により主燃焼室内の混合気を着火する主燃焼室点火と、副室内に配置された点火栓により副室内の混合気を着火する副室点火とが行われ、副室点火が行われると連通孔から主燃焼室に向けてジェット火炎が噴出する副室付内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この副室付内燃機関では、運転状態に応じた最適な強度のジェット火炎を生成し得るように、主燃焼室点火時期に対する副室点火時期の遅角量を制御するようにしている。

特開２００７−２５５３７０号公報

ところで、主燃焼室から排出された排気ガスを再び主燃焼室内に再循環させるようにした副室付内燃機関では、ＥＧＲ率が燃焼に大きな影響を与え、ＥＧＲ率が低いときには、燃焼速度が速くなるために燃焼騒音が発生し、ＥＧＲ率が高くなると、燃焼速度が遅くなるためにトルク変動が発生するという問題を生ずる。しかしながら、上述の副室付内燃機関では、ＥＧＲ率が燃焼に与える影響について何ら考慮が払われていない。

本発明によれば、主燃焼室と、連通孔を介して主燃焼室内に連通する副室と、主燃焼室から排出された排気ガスを再び主燃焼室内に再循環させるＥＧＲ装置とを具備しており、主燃焼室内に配置された点火栓により主燃焼室内の混合気を着火する主燃焼室点火と、副室内に配置された点火栓により副室内の混合気を着火する副室点火とが行われ、副室点火が行われると連通孔から主燃焼室に向けてジェット火炎が噴出する副室付内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火、副室点火、主燃焼室点火と副室点火の双方点火のうちで燃焼速度の遅い点火から燃焼速度の速い点火へと順次切換えるか、或いは、ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火時期に対する副室点火時期の遅角量を減少させる副室付内燃機関の制御装置が提供される。

ＥＧＲ率に応じた良好な燃焼を確保することができる。

図１は副室付内燃機関の全体図である。 図２はシリンダヘッドを下方から見たときの図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面に沿ってみた副室付内燃機関の側面断面図である。 図４は副室本体の拡大側面断面図である。 図５Ａは、図４に示される副室キャップの底面図であり、図５Ｂは、別の副室キャップの底面図である。 図６は、別の実施例を示す副室周りの拡大側面断面図である。 図７は、熱発生量を示す図である。 図８は、ＥＧＲ率と燃焼期間の関係を示す図である。 図９は、点火時期のマップを示す図である。 図１０は、点火制御を行うためのフローチャートである。 図１１は、別の実施例を示す副室付内燃機関の側面断面図である。 図１２は、熱発生量を示す図である。 図１３は、副室内の圧力と放電開始電圧との関係を示す図である。 図１４は、ＥＧＲ率と燃焼期間の関係を示す図である。 図１５は、ＥＧＲ率と遅角量の関係を示す図である。 図１６は、点火制御を行うためのフローチャートである。

図１にガソリンを燃料とする副室付内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の主燃焼室、３は各気筒に対して夫々設けられた燃料噴射弁、４はサージタンク、５は吸気枝管、６は排気マニホルドを夫々示す。サージタンク４は吸気ダクト７を介して排気ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａの出口に連結され、コンプレッサ８ａの入口は吸入空気量検出器９を介してエアクリーナ１０に連結される。吸気ダクト７内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁１１が配置され、吸気ダクト７周りには吸気ダクト７内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ１２が配置される。一方、排気マニホルド６は排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂの入口に連結され、排気タービン８ｂの出口は排気管１３を介して排気浄化用触媒コンバータ１４に連結される。排気マニホルド５とサージタンク４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１５内にはＥＧＲ制御弁１６が配置される。これらＥＧＲ通路１５およびＥＧＲ制御弁１６がＥＧＲ装置を形成している。

電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。図１に示されるように、機関本体１には、機関冷却水温を検出するための水温センサ１７が取り付けられており、サージタンク４には吸入空気温を検出するための吸気温センサ１８が取り付けられている。これら水温センサ１７、吸気温センサ１８および吸入空気量検出器９の出力信号は、対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。また、アクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。ＣＰＵ２４では、このクランク角センサ３２の出力パルスから機関回転数が算出される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路２８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１１の駆動用アクチュエータおよびＥＧＲ制御弁１６に接続される。

図３は図１に示される機関本体１の断面図を示しており、図２は図３に示される燃焼室２の頂面の底面図を示している。なお、図２および図３において、４０はシリンダブロック、４１はシリンダブロック４０上に取り付けされたシリンダヘッド、４２はシリンダブロック４０内で往復動するピストン、４３は一対の吸気弁、４４は吸気ポート、４５は一対の排気弁、４６は排気ポートを夫々示す。図２および図３に示されるように、主燃焼室２の頂面中央部には、主燃焼室２内の混合気を着火するための点火栓４７が配置されており、主燃焼室２の頂面周縁部には、第１の副室本体４８と、第２の副室本体４９が配置されている。図２および図３に示される例では、第１の副室本体４８は一対の排気弁４５側の主燃焼室２の頂面周縁部に配置されており、第２の副室本体４９は一対の吸気弁４３側の主燃焼室２の頂面周縁部に配置されている。

次に、図４を参照しつつ第１の副室本体４８の構造について簡単に説明する。図４を参照すると、第１の副室本体４８は、シリンダヘッド４１内に螺着された金属製中空スリーブ５０と、中空スリーブ５０内に螺着された点火栓５１と、中空スリーブ５０の主燃焼室２側の端部を覆う薄肉キャップ５２からなり、薄肉キャップ５２内に副室５３が形成される。図４に示されるように副室５３の上方部には点火栓５１の放電ギャップ５１ａが配置される。薄肉キャップ５２の底面図を示す図５Ａから分かるように、第１の副室本体４８の薄肉キャップ５２には、副室５１内から主燃焼室２内に向けて延びる複数の連通孔５４が形成されている。なお、図４および図５Ａに示される例では、薄肉キャップ５２に２個の連通孔５４が形成されている。

一方、第２の副室本体４９も、第１の副室本体４８と同様な構造をなしており、従って、第２の副室本体４９も、図４に示されるように、金属製中空スリーブ５０と、点火栓５１と、薄肉キャップ５２と、副室５３とを具備する。また、図５Ｂは、第２の副室本体４９の薄肉キャップ５２の底面図を示しており、この図５Ｂから分かるように、第２の副室本体４９の薄肉キャップ５２にも、副室５１内から主燃焼室２内に向けて延びる複数の連通孔５４が形成されている。ただし、この第２の副室本体４９では、図５Ｂに示されるように、薄肉キャップ５２に４個の連通孔５４が形成されている。即ち、図３に示される実施例では、第２の副室本体４９の連通孔５４の個数は、第１の副室本体４８の連通孔５４の個数よりも多くされている。

図６は、図４に示される点火栓５１の変形例を示している。図６を参照すると、この変形例では、点火栓５１の先端部が、中空円筒状の金属製外筒５５と、外筒５５内において外筒５５の中心軸線に沿って延びる柱状の中心電極絶縁碍子５６とを具備しており、外筒５５の内周面上に接地側電極５７が形成されている。この変形例では、中心電極絶縁碍子５６の先端部から突出する中心電極５８と接地側電極５７間で放電が行われる。中心電極５８と接地側電極５７間で放電が行われると、図６においてＦで示されるように、放電電流が中心電極絶縁碍子５６の外壁面に沿って流れる。従って、この変形例では、沿面放電が行われている。

このように、図１から図６に示される副室付内燃機関では、主燃焼室２内に配置された点火栓４７と、第１の副室本体４８内に配置された点火栓５１と、第２の副室本体４８内に配置された点火栓５１からなる３個の点火栓４７、５１，５１が用いられている。これら点火栓４７、５１，５１は、電子制御ユニット２０の駆動回路２８に連結されている。

図１から図６に示される副室付内燃機関では、吸気弁４３が開弁すると、燃料噴射弁３から噴射された燃料が吸入空気と共に主燃焼室２内に供給され、それによって主燃焼室２内には混合気が形成される。次いで圧縮行程が開始されると、主燃焼室２内の一部の混合気が、一方では第１の副室本体４８の全連通孔５２から第１の副室本体４８の副室５３内に流入し、他方では第２の副室本体４９の全連通孔５２から第２の副室本体４９の副室５３内に流入する。次いで、本発明の実施例では、３個の点火栓４７、５１，５１のうちのいずれか一つの点火栓、又は、いずれか二つの点火栓、又は、全ての点火栓の点火作用が行われる。

この場合、点火栓４７の点火作用が行われると、点火栓４７により主燃焼室２内の混合気が着火される。このように主燃焼室２内に配置された点火栓４７により主燃焼室２内の混合気を着火することを、以下、主燃焼室点火と称する。一方、点火栓５１により副室５３内の混合気が着火せしめられると、連通孔５４からジェット火炎が噴出する。このように、副室５３内に配置された点火栓５１により副室５３内の混合気を着火することを、以下、副室点火と称する。第１の副室本体４８において副室点火が行われると、図２に示されるように第１の副室本体４８の各連通孔５２からジェット火炎Ｊが噴出し、第２の副室本体４９において副室点火が行われると、図２に示されるように第２の副室本体４９の各連通孔５２からジェット火炎Ｊが噴出する。

さて、本発明の実施例では、副室付内燃機関がＥＧＲ装置を具備しており、ＥＧＲ制御弁１６によって主燃焼室２内に供給される吸入ガスのＥＧＲ率（ＥＧＲガス量/（吸入空気量＋ＥＧＲガス量））が制御されている。このように副室付内燃機関がＥＧＲ装置を具備している場合には、主燃焼室２内の混合気の燃焼速度は、ＥＧＲ率の影響を大きく受ける。即ち、ＥＧＲ率が低くなると、主燃焼室２内の混合気の燃焼速度は速くなり、ＥＧＲ率が高くなると、主燃焼室２内の混合気の燃焼速度は遅くなる。従って、ＥＧＲ率が低くされると主燃焼室２内の混合気の燃焼速度が速くなり過ぎて燃焼騒音が発生する危険性があり、ＥＧＲ率が高くされると主燃焼室２内の混合気の燃焼速度は遅くなり過ぎてトルク変動が発生する危険性がある。

従って、燃焼騒音およびトルク変動の発生を阻止するためには、ＥＧＲ率が低くなったときには主燃焼室２内の混合気の燃焼速度が速くなり過ぎないように燃焼速度を調整する必要があり、ＥＧＲ率が高くなったときには主燃焼室２内の混合気の燃焼速度が遅くなり過ぎないように燃焼速度を調整する必要がある。そこで本発明では、ＥＧＲ率が変化しても、主燃焼室２内の混合気の燃焼速度が、燃焼騒音が発生せずかつトルク変動が発生しない許容燃焼速度範囲内に収まるように、主燃焼室２内の混合気の燃焼速度を調整するようにしている。このことを説明するに当たり、まず初めに、図７を参照しつつ、主燃焼室２内の混合気の燃焼速度がＥＧＲガスの影響を受けない状態の下で、即ち、ＥＧＲガスの供給が停止されている状態の下で、点火方法を変えたときの主燃焼室２内の混合気の燃焼速度から説明を始める。

図７は、ＥＧＲガスの供給停止時における点火後の各クランク角度での熱発生量（％）の変化を示している。図７の実線≪１≫は、主燃焼室点火が行われたときを示しており、図７の実線≪２≫は、第１の副室本体４８において副室点火が行われたときを示しており、図７の実線≪３≫は、第２の副室本体４９において副室点火が行われたときを示している。なお、図２に示されるように、第２の副室本体４９からのジェット火炎Ｊは、第１の副室本体４８からのジェット火炎Ｊに比べて、ジェット火炎数が多くかつ主燃焼室２内に広範に広がっており、従って、第２の副室本体４９からジェット火炎Ｊが噴出するときの方が、即ち、実線≪３≫で示される場合の方が、第１の副室本体４８からジェット火炎Ｊが噴出するとき、即ち、実線≪２≫で示される場合に比べて、混合気の燃焼速度が速くなる。従って、図７に示されるように、実線≪３≫で示される場合の方が、実線≪２≫で示される場合に比べて、点火後において熱発生量の立ち上がるクランク角度が小さくなる。なお、図７の実線≪１≫、実線≪２≫、実線≪３≫は、夫々、最も適切な時期に点火作用が行われた場合を示している。

一方、図７の実線≪１≫＋≪２≫は、主燃焼室点火および第１の副室本体４８において副室点火が行われたときを示しており、図７の実線≪１≫＋≪３≫は、主燃焼室点火および第２の副室本体４９において副室点火が行われたときを示しており、図７の実線≪１≫＋≪２≫＋≪３≫は、主燃焼室点火と、第１の副室本体４８における副室点火と、第２の副室本体４９における副室点火が行われたときを示している。なお、図７の実線≪１≫＋≪２≫、実線≪１≫＋≪３≫、実線≪１≫＋≪２≫＋≪３≫は、各組み合わせにおいて夫々、最も適切な時期に点火作用が行われた場合を示している。このように主燃焼室点火と副室点火とを種々に組み合わせることによって、混合気の燃焼速度を変化させることができる。

図８は、燃焼期間（点火が行われてから熱発生量９０％となるまでのクランク角度）とＥＧＲ率との関係を示している。なお、図８において、破線ＸＬは、燃焼騒音の発生限界を示しており、燃焼期間がこの燃焼騒音発生限界ＸＬよりも短いと、燃焼騒音が発生する。一方、図８において、破線ＸＵは、トルク変動の発生限界を示しており、燃焼期間がこのトルク変動発生限界ＸＵよりも長くなると、トルク変動が発生する。従って、これら燃焼騒音発生限界ＸＬとトルク変動発生限界ＸＵとの間が、燃焼期間の許容範囲となる。なお、トルク変動発生限界ＸＵは、機関負荷および機関回転数に拘らずほぼ一定となるが、燃焼騒音発生限界ＸＬは、機関負荷および機関回転数が低くなると若干低下する。

図８の破線Ａ，Ｂは、主燃焼室２の頂面に、図４に示されるような１個の副室本体を配置し、１個の副室本体から噴出したジェット火炎によって主燃焼室２内の混合気を燃焼させるようにした場合の燃焼期間とＥＧＲ率との関係を示している。このように１個の副室本体から噴出したジェット火炎によって主燃焼室２内の混合気を燃焼させるようにした場合、強いジェット火炎が得られるように副室本体を形成すると、破線Ｂで示されるように、ＥＧＲ率が低いときに燃焼期間が燃焼騒音発生限界ＸＬよりも低くなって燃焼騒音が発生し、これに対し、燃焼騒音が発生しないようにジェット火炎を弱めると、破線Ｂに示されるように、ＥＧＲ率が高いときに燃焼期間がトルク変動発生限界ＸＵよりも高くなってトルク変動が発生する。このように１個の副室本体から噴出したジェット火炎によって主燃焼室２内の混合気を燃焼させるようにしているときには、ＥＧＲ率の全変化範囲に亘って、燃焼騒音の発生を阻止しかつトルク変動の発生を阻止することはできない。

そこで本発明では、ＥＧＲ率の全変化範囲に亘って、燃焼騒音の発生を阻止しかつトルク変動の発生を阻止するために、図８において実線≪１≫、実線≪２≫、実線≪３≫、実線≪１≫＋≪２≫、実線≪１≫＋≪３≫、実線≪１≫＋≪２≫＋≪３≫で示されるように、ＥＧＲ率に応じて、点火方法の組み合わせを変えるようにしている。なお、図８における≪１≫、≪２≫、≪３≫、≪１≫＋≪２≫、≪１≫＋≪３≫、≪１≫＋≪２≫＋≪３≫は、図７における≪１≫、≪２≫、≪３≫、≪１≫＋≪２≫、≪１≫＋≪３≫、≪１≫＋≪２≫＋≪３≫と同じ点火方法、或いは点火方法の組み合わせを示している。従って、図８において、実線≪１≫は、主燃焼室点火が行われたときの燃焼期間を示しており、実線≪２≫は、第１の副室本体４８において副室点火が行われたときの燃焼期間を示しており、実線≪３≫は、第２の副室本体４９において副室点火が行われたときの燃焼期間を示しており、実線≪１≫＋≪２≫は、主燃焼室点火および第１の副室本体４８において副室点火が行われたときの燃焼期間を示しており、実線≪１≫＋≪３≫は、主燃焼室点火および第２の副室本体４９において副室点火が行われたときの燃焼期間を示しており、実線≪１≫＋≪２≫＋≪３≫は、主燃焼室点火と、第１の副室本体４８における副室点火と、第２の副室本体４９における副室点火が行われたときの燃焼期間を示している。

図７からわかるように、ＥＧＲガスの供給停止時における混合気の燃焼速度は、≪１≫、≪２≫、≪３≫、≪１≫＋≪２≫、≪１≫＋≪３≫、≪１≫＋≪２≫＋≪３≫の順で速くなり、従って、図８に示されるように、ＥＧＲ率が高くなるほど、≪１≫、≪２≫、≪３≫、≪１≫＋≪２≫、≪１≫＋≪３≫、≪１≫＋≪２≫＋≪３≫の順で点火方法の組み合わせを変えることにより、実線≪１≫、実線≪２≫、実線≪３≫、実線≪１≫＋≪２≫、実線≪１≫＋≪３≫、実線≪１≫＋≪２≫＋≪３≫で示されるように、ＥＧＲ率に拘らずに、主燃焼室２内における混合気の燃焼期間を燃焼騒音発生限界ＸＬとトルク変動発生限界ＸＵ間の許容範囲に収めることができる。このように本発明では、ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火、副室点火、主燃焼室点火と副室点火の双方点火のうちで燃焼速度の遅い点火から燃焼速度の速い点火へと順次切換えられる。なお、各実線≪１≫、実線≪２≫、実線≪３≫、実線≪１≫＋≪２≫、実線≪１≫＋≪３≫、実線≪１≫＋≪２≫＋≪３≫で示される燃焼期間を得るのに必要な主燃焼室点火の最適な点火時期ＩＧおよび副室点火の最適な点火時期ＩＧは、各点火方法の組み合わせ≪１≫、≪２≫、≪３≫、≪１≫＋≪２≫、≪１≫＋≪３≫、≪１≫＋≪２≫＋≪３≫に対して、夫々、代表的な複数の各ＥＧＲ率における機関負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として、図９に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ２３内に記憶されている。

なお、点火方法の切換え作用に対してヒステリシスを持たせるために、図８に示されるように、同一のＥＧＲ率について、実線≪２≫と実線≪３≫とが共に存在する領域、実線≪３≫と実線≪１≫＋≪２≫とが共に存在する領域、および実線≪１≫＋≪２≫と実線≪１≫＋≪３≫とが共に存在する領域が設定されている。この場合、これらの各領域内において、一方の実線で示される点火方法でもって点火作用が行われているときに、ＥＧＲ率が、この一方の実線の端部に対応するＥＧＲ率に達したときに、この一方の実線で示される点火方法から他方の実線で示される点火方法に切換えられる。例えば、実線≪２≫と実線≪３≫について言うと、実線≪２≫で示される点火方法でもって点火作用が行われているときに、ＥＧＲ率が図８のａ点で示されるＥＧＲ率まで増大したときに、実線≪３≫で示される点火方法に切換えられ、実線≪３≫で示される点火方法でもって点火作用が行われているときに、ＥＧＲ率が図８のｂ点で示されるＥＧＲ率まで減少したときに、実線≪２≫で示される点火方法に切換えられる。

次に、図１０を参照しつつ、点火制御の一例について説明する。図１０は、この点火制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは、例えば一定クランク角度毎の割込みによって実行される。

図１０を参照すると、まず初めにステップ１００において、ＣＰＵ２４内において算出されている機関回転数、負荷センサ３１により検出された機関負荷、水温センサ１７により検出された機関冷却水温、および吸気温センサ１８により検出された吸入空気温に基づいて、ＥＧＲ率の要求値が算出される。次いで、ステップ１０１では、この要求ＥＧＲ率に基づいて、図８に示される関係から、この要求ＥＧＲ率に応じた点火方法、或いは点火方法の組み合わせ≪１≫、≪２≫、≪３≫、≪１≫＋≪２≫、≪１≫＋≪３≫、≪１≫＋≪２≫＋≪３≫が決定される。点火制御が開始された後、初めてステップ１０１に進んだときに、要求ＥＧＲ率に対して二つの点火方法の組み合わせが存在する場合には、例えば、燃焼期間の長い方の点火方法、或いは点火方法の組み合わせに決定される。

次いで、ステップ１０２では、ステップ１０１において決定された点火方法、或いは点火方法の組み合わせに対し、予め記憶されている図９に示されるようなマップに基づき、最適な主燃焼室点火、副室点火、主燃焼室点火と副室点火の双方点火における点火時期ＩＧが算出される。次いでステップ１０３では、算出された点火時期ＩＧに基づいて、主燃焼室２内に配置された点火栓４７、第１の副室本体４８内に配置された点火栓５１、第２の副室本体４８内に配置された点火栓５１のうちの対応する点火栓の点火作用が実行される。

このように、本発明による実施例では、主燃焼室２と、連通孔５４を介して主燃焼室２内に連通する副室５３と、主燃焼室２から排出された排気ガスを再び主燃焼室２内に再循環させるＥＧＲ装置とを具備しており、主燃焼室２内に配置された点火栓４７により主燃焼室２内の混合気を着火する主燃焼室点火と、副室５３内に配置された点火栓５１により副室５３内の混合気を着火する副室点火とが行われ、副室点火が行われると連通孔５４から主燃焼室２に向けてジェット火炎Ｊが噴出する副室付内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火、副室点火、主燃焼室点火と副室点火の双方点火のうちで燃焼速度の遅い点火から燃焼速度の速い点火へと順次切換えられる。

図１１から図１６は、本発明による別の実施例を示している。この実施例では、図１１に示されるように、一つの副室本体６０が、主燃焼室２の頂面周縁部に配置されている。この副室本体６０は、図６に示されるような点火栓５１と、薄肉キャップ５２と、副室５３とを具備しており、薄肉キャップ５２には、例えば、図５Ｂに示されるような４個の連通孔５４が形成されている。この実施例では、主燃焼室２内に配置された点火栓４７により主燃焼室２内の混合気を着火する主燃焼室点火と、副室５３内に配置された点火栓５１により副室５３内の混合気を着火する副室点火とが行われる。

図１２は、図７と同様の、ＥＧＲガスの供給停止時における点火後の各クランク角度での熱発生量（％）の変化を示している。なお、図１２の実線≪１≫は、図１１に示される実施例において主燃焼室点火が行われたときを示しており、図１２の実線≪２≫は、図１１に示される実施例において副室点火が行われたときを示しており、図１２の実線≪１≫＋≪２≫（同時）は、主燃焼室点火および副室点火がほぼ同時に行われたときを示している。一方、図１２の破線≪１≫＋≪２≫（遅角）は、主燃焼室点火が図１２に示される点火タイミングにおいて行われ、この主燃焼室点火に対して副室点火が遅角された場合を示している。なお、図１２には、この場合に副室点火の行われる範囲がＷで示されている。

図１２の実線≪１≫＋≪２≫（同時）と図１２の破線≪１≫＋≪２≫（遅角）とを比較するとわかるように、主燃焼室点火に対して副室点火が遅角されると、主燃焼室２内における混合気の燃焼速度が低下する。このことについて簡単に説明する。即ち、副室点火が行われると主燃焼室２内の圧力に対して副室５３内の圧力が上昇する。このとき副室５３内の圧力は、副室点火時期に拘らずに、副室点火が行われたときの主燃焼室２内の圧力に対して、ほぼ一定圧だけ上昇する。この一定圧をΔＰとする。さて、主燃焼室点火が行われると、主燃焼室２内の主燃焼室内の圧力は次第に上昇し、このとき主燃焼室２内の圧力上昇速度は時間の経過と共に上昇する。

従って、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が小さいときには、副室点火後、ジェット火炎が噴出するまでの間に主燃焼室２内の圧力がさほど上昇しないので、ジェット火炎が噴出する頃の副室５３内の圧力は、主燃焼室２内の圧力に対して、ほぼ一定圧ΔＰ近くまで上昇する。これに対し、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が大きくなると、副室点火後、ジェット火炎が噴出するまでの間に主燃焼室２内の圧力が急速に上昇するので、ジェット火炎が噴出する頃の副室５３内の圧力と主燃焼室２内の圧力との圧力差は、一定圧ΔＰよりもかなり低くなる。このように、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が大きくなるほど、副室点火後における副室５３内の圧力と主燃焼室２内の圧力との圧力差が小さくなる。副室点火後における副室５３内の圧力と主燃焼室２内の圧力との圧力差が小さくなると、副室５３から噴出するジェット火炎が弱まり、主燃焼室２内における混合気の燃焼速度が低下する。従って、主燃焼室点火に対して副室点火が遅角されると、主燃焼室２内における混合気の燃焼速度が低下することになる。

図１２において、実線≪１≫＋≪２≫（同時）は、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量がほぼ零のときを示しており、実線≪１≫は、別の見方をすると、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が大きくなって、副室５３からのジェット火炎が混合気の燃焼速度の増大に寄与しなくなったときを示しているとも言える。従って、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量を変えることにより、図１２の破線≪１≫＋≪２≫（遅角）の位置は、実線≪１≫＋≪２≫（同時）と実線≪１≫との間の任意の位置に移動させることが可能である。即ち、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量を変えることによって、ＥＧＲガスの供給停止時における主燃焼室２内における混合気の燃焼速度を、実線≪１≫＋≪２≫（同時）のときの燃焼速度と実線≪１≫のときの燃焼速度との間の任意の燃焼速度に調整することができることになる。

ところで上述したように、主燃焼室点火が行われると、主燃焼室２内の圧力は次第に上昇し、従って、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が大きくなると、副室点火が行われるときの副室５３内の圧力が高くなる。このように副室５３内の圧力が高くなると、副室点火における点火作用に影響が出てくる。次に、このことについて、図１３を参照しつつ説明する。図１３の横軸は、副室５３内の圧力を示しており、図１３の縦軸は、副室５３内に配置された点火栓５１の放電開始電圧を示している。また、図１３において破線は、図４に示されるように対向配置された中心電極と接地側電極の放電ギャップ５１ａにおいてギャップ放電が行われた場合を示しており、図１３において実線は、図６に示されるように放電電流が中心電極絶縁碍子５６の外壁面に沿って流れる沿面放電が行われた場合を示している。なお、図１３には、点火栓５１を含む点火系の耐電圧が示されている。

図４に示されるような点火栓５１では、パッシェンの法則として知られているように、放電ギャップ５１ａ周りの圧力が上昇すると放電ギャップ５１ａ間のガスの分子密度が高くなるために放電抵抗が増大する。従って、図４に示されるような点火栓５１が用いられた場合には、図１３において破線（ギャップ放電）で示されるように、副室５３内の圧力の増大に比例して、点火栓５１の放電開始電圧が増大する。従ってこの場合、副室５３内の圧力が高くなると、点火栓５１の放電開始電圧が、点火系の耐電圧を越えてしまう。従って、図４に示されるような点火栓５１を用いている場合には、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量を大きくすることができない。即ち、図４に示されるような点火栓５１を用いた場合には、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量に対して制限が加わることになる。

一方、図６に示されるような点火栓５１における沿面放電は、中心電極絶縁碍子５６の外壁面上での帯電現象に基づいて生じ、この沿面放電の放電開始電圧は元々低く、また、この沿面放電は周囲の圧力の影響をあまり受けないので、図１３において実線（沿面放電）で示されるように、副室５３内の圧力が増大しても、点火栓５１の放電開始電圧はさほど増大せず、従って、点火栓５１の放電開始電圧が、点火系の耐電圧を越えることがない。従って、図６に示されるような点火栓５１を用いた場合には、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量に対する制限がなくなり、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量を任意に設定することができることになる。従って、図１１に示される実施例では、副室５３用の点火栓５１として、図６に示されるように、沿面放電により点火を行うようにした点火栓５１が用いられる。

図１４は、図８と同様の、燃焼期間（点火が行われてから熱発生量９０％となるまでのクランク角度）とＥＧＲ率との関係を示している。また、図８と同様に、図１４において、破線ＸＬは、燃焼騒音の発生限界を示しており、破線ＸＵは、トルク変動の発生限界を示しており、これら燃焼騒音発生限界ＸＬとトルク変動発生限界ＸＵとの間が、燃焼期間の許容範囲を示している。また、図１４の実線≪１≫は、図１１に示される実施例において主燃焼室点火が行われたときの燃焼期間を示しており、図１4の実線≪１≫＋≪２≫（同時）は、主燃焼室点火および副室点火がほぼ同時に行われたときの燃焼期間を示してり、図１４の実線≪１≫＋≪２≫（遅角）は、主燃焼室点火が図１２に示される点火タイミングにおいて行われ、この主燃焼室点火に対して副室点火が遅角された場合を示している。

さて、図１１に示される実施例において主燃焼室点火のみが行われたときには、実線≪１≫で示されるように、ＥＧＲ率が高くなると、燃焼期間がトルク変動発生限界ＸＵよりも高くなってトルク変動が発生する。一方、図１１に示される実施例において主燃焼室点火および副室点火がほぼ同時に行われると、混合気の燃焼速度が増大し、従って、実線≪１≫＋≪２≫（同時）で示されるように、ＥＧＲ率が低いときに燃焼期間が燃焼騒音発生限界ＸＬよりも低くなって燃焼騒音が発生する。ところで、図１２を参照しつつ前述したように、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量を変えることによって、ＥＧＲガスの供給停止時における主燃焼室２内の混合気の燃焼速度を、実線≪１≫＋≪２≫（同時）のときの燃焼速度と実線≪１≫のときの燃焼速度との間の任意の燃焼速度に調整することができる。即ち、言い換えると、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量を変えることにより、ＥＧＲガスの供給停止時における主燃焼室２内の混合気の燃焼期間を、実線≪１≫＋≪２≫（同時）のときの燃焼期間と実線≪１≫のときの燃焼期間との間の任意の燃焼期間に調整することができる。

そこで図１４に示される例では、ＥＧＲ率が最小要求ＥＧＲ率のときには、混合気の燃焼期間が、図１４において点Ｃで示されるように、主燃焼室点火のみが行われたとき（実線≪１≫）の燃焼期間および燃焼騒音発生限界ＸＬである燃焼期間とほぼ同じ燃焼期間となるように、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が設定され、ＥＧＲ率が最大要求ＥＧＲ率のときには、混合気の燃焼期間が、図１４において点Ｄで示されるように、主燃焼室点火および副室点火がほぼ同時に行われたとき（実線≪１≫＋≪２≫（同時））の燃焼期間およびトルク変動発生限界ＸＵである燃焼期間とほぼ燃焼期間となるように、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が設定され、点Ｃと点Ｄとの間では、実線≪１≫＋≪２≫（遅角）で示されるように、ＥＧＲ率の増大に比例して燃焼期間が増大するように、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が設定される。

即ち、図１４において点Ｃと点Ｄ間で、ＥＧＲ率の増大に比例して燃焼期間が増大するように、即ち、図１４の実線≪１≫＋≪２≫（遅角）で示されるように、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量を設定することにより、ＥＧＲ率に拘らずに、主燃焼室２内における混合気の燃焼期間を燃焼騒音発生限界ＸＬとトルク変動発生限界ＸＵ間の許容範囲に収めることができる。一方、図１５には、等燃焼期間が破線で示されている。図１５からわかるように、燃焼期間は、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量とＥＧＲ率の関数であり、燃焼期間は、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が増大するほど長くなり、ＥＧＲ率が増大するほど長くなる。

一方、図１４における点Ｃおよび点Ｄは、ＥＧＲ率と燃焼期間から定まり、図１５には、ＥＧＲ率と燃焼期間から定まる図１４の点Ｃおよび点Ｄに夫々相当する点Ｃおよび点Ｄと、図１４の実線≪１≫＋≪２≫（遅角）に相当する実線≪１≫＋≪２≫（遅角）が示されている。図１５からわかるように、ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火に対する副室点火の遅角量が減少せしめられる。なお、この場合も、主燃焼室点火の最適な点火時期ＩＧ、および主燃焼室点火に対する副室点火の最適な遅角量を考慮した副室点火の最適な点火時期ＩＧは、代表的な複数の各ＥＧＲ率における機関負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として、図９に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ２３内に記憶されている。

図１６は、図１１から図１５に示される実施例における点火制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは、例えば一定クランク角度毎の割込みによって実行される。

図１６を参照すると、まず初めにステップ２００において、ＣＰＵ２４内において算出されている機関回転数、負荷センサ３１により検出された機関負荷、水温センサ１７により検出された機関冷却水温、および吸気温センサ１８により検出された吸入空気温に基づいて、ＥＧＲ率の要求値が算出される。次いで、ステップ２０１では、この要求ＥＧＲ率、機関回転数および機関負荷から、予め記憶されている図９に示されるようなマップに基づき、主燃焼室点火の最適な点火時期ＩＧおよび副室点火の最適な点火時期ＩＧが算出される。次いでステップ１０２では、算出された点火時期ＩＧに基づいて、主燃焼室２内に配置された点火栓４７および副室本体４９内に配置された点火栓５１の点火作用が実行される。

このように、図１１に示される実施例では、主燃焼室２と、連通孔５４を介して主燃焼室２内に連通する副室５３と、主燃焼室２から排出された排気ガスを再び主燃焼室２内に再循環させるＥＧＲ装置とを具備しており、主燃焼室２内に配置された点火栓４７により主燃焼室２内の混合気を着火する主燃焼室点火と、副室５３内に配置された点火栓５１により副室５３内の混合気を着火する副室点火とが行われ、副室点火が行われると連通孔５４から主燃焼室２に向けてジェット火炎Ｊが噴出する副室付内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火時期に対する副室点火時期の遅角量が減少せしめられる。

２ 主燃焼室
３ 燃料噴射弁
１５ ＥＧＲ通路
１６ ＥＧＲ制御弁
４３ 吸気弁
４５ 排気弁
４７、５１ 点火栓
５３ 副室
５４ 連通孔

Claims (1)

1. 主燃焼室と、連通孔を介して主燃焼室内に連通する副室と、主燃焼室から排出された排気ガスを再び主燃焼室内に再循環させるＥＧＲ装置とを具備しており、主燃焼室内に配置された点火栓により主燃焼室内の混合気を着火する主燃焼室点火と、副室内に配置された点火栓により副室内の混合気を着火する副室点火とが行われ、副室点火が行われると連通孔から主燃焼室に向けてジェット火炎が噴出する副室付内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火、副室点火、主燃焼室点火と副室点火の双方点火のうちで燃焼速度の遅い点火から燃焼速度の速い点火へと順次切換えるか、或いは、ＥＧＲ率が増大するほど、主燃焼室点火時期に対する副室点火時期の遅角量を減少させる副室付内燃機関の制御装置。

Images