JP3951515B2 - 圧縮自己着火式内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、混合気をピストンの圧縮により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。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮自己着火式内燃機関として、例えば特開平１−３０１９４４号公報には、燃焼室に補助着火源を設けたものが開示されている。これは、機関の低回転低負荷時および高負荷時に補助着火源を作動させて、その作動時期を遅らせる一方、中負荷時に補助着火源を不作動とし、補助着火源の作動に応じて燃料の噴射時期を補正するようにしている。このように、着火性、燃焼性に問題のある運転領域で、上記補助着火源を利用することで燃焼速度を高め、排気性状および燃料消費率の改善を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮自己着火式内燃機関では、基本的に燃料噴射量のみ負荷対応を行うものであり、高負荷時には、混合気が必然的にリッチになるが、理論空燃比より濃くならない範囲において、混合気の燃焼速度は、リッチであるほど高くなっているにも拘わらず、補助着火源を作動させてしまうと、過度に燃焼速度が高まり、ノッキングを誘発してしまう。このため、騒音の発生が問題となり、連続運転を行うと、機関を損傷する恐れもある。
【０００４】
また、燃焼速度は、本来混合気の濃度に応じて連続的に変化するため、補助着火源による燃焼速度向上の効果も連続的に変化させるべきだが、補助着火を行うタイミングを負荷に対して離散的に変更するという制御を行っているため、幅広い負荷条件にわたって常に最適な燃焼速度に調整することが不可能で、結果的に、排気性状および燃料消費率の改善効果を充分に引き出せないという問題がある。特に、低セタン価のガソリンを使用した内燃機関では、低負荷で補助着火源の作動（着火）時期を遅くすると、補助着火効果が薄くなって着火が不完全となり、未燃ＨＣが増大し、排気性状および燃料消費率の悪化がより顕著なものとなる。
【０００５】
そこで、この発明は、幅広い運転条件にわたり燃焼速度を常に最適に調整し、排気性状および燃料消費率を改善することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、混合気をピストンの圧縮により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、前記自己着火を活性化させるための補助エネルギを付与する点火プラグと、この点火プラグによる補助エネルギ付与時期を、機関低負荷になるほど早めつつ自己着火させる一方、最高負荷時には前記補助エネルギの付与を停止させるよう制御する補助エネルギ付与時期制御手段とを有する構成としてある。
【０００７】
このような構成の圧縮自己着火式内燃機関によれば、混合気濃度をリーンにして機関出力を落とし低負荷運転を行う場合、本来リーン化によって燃焼速度が低くなってしまうところを、補助エネルギの付与時期を早めることで、着火性が向上して燃焼速度の低下が回避され、あらゆる負荷域で燃焼特性が良好となる。また、最高負荷時には補助エネルギの付与が停止されるので、混合気濃度によってのみ燃焼速度が高まり、燃焼速度の過度の高まりが回避され、混合気をノッキング限界までリッチ化することができ、機関の最高出力も充分確保される。
この際、上記構成によれば、点火プラグの点火動作により混合気に対して補助エネルギが付与される。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、補助エネルギ付与時期制御手段は、点火プラグに対し、機関負荷一定とした場合に、機関回転数が高くなるほど、補助エネルギ付与時期を早めるよう制御する構成としてある。
【０００９】
上記構成によれば、回転数が高くなっても、着火性が向上して燃焼速度低下が回避され、あらゆる回転域で燃焼特性が良好となる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、機関温度が所定値以下と低いときに、補助エネルギ付与時期制御手段は、点火プラグに対し、機関温度が低いほど、補助エネルギ付与時期を早めるよう制御する構成としてある。
【００１１】
上記構成によれば、機関温度が所定値以下の例えば暖機運転中であっても、着火性が向上して燃焼速度低下が回避され、あらゆる温度域で着火性が向上し、燃焼特性が良好に保たれる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明の構成において、燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段と、この燃料供給手段による燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段とをそれぞれ設け、機関に要求される出力をノッキングする直前で発生させるように、前記燃料供給量制御手段が燃料供給手段を制御するとともに、補助エネルギ付与時期制御手段が点火プラグを制御する構成としてある。
【００１３】
通常、ノッキング直前の運転状態が未燃ＨＣの排出量が最小となり、燃焼消費率が最もよくなる。このため、ノッキング直前で機関に要求される出力を発生させるように、燃料供給量および補助エネルギ付与時期を制御することで、あらゆる混合気濃度条件で燃料消費率および排気性状が最適となる燃焼状態が得られる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項の発明の構成において、点火プラグによる補助エネルギ量を可変にする補助エネルギ量可変手段を備えている構成としてある。
【００１５】
上記構成によれば、点火プラグによる混合気に対する補助エネルギ量が、補助エネルギ量可変手段により調整され、補助エネルギの付与時期のみの調整に比べ、さらに広い機関の負荷範囲で燃焼速度の調整が可能となる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、機関の運転条件が低負荷になるほど補助エネルギの付与時期を早めるようにしたので、着火性が向上して燃焼速度の低下が回避され、幅広い負荷条件にわたって常に最適な燃焼速度が得られて燃焼特性を良好に保持でき、排気性状および燃料消費率の改善効果を得ることができる。また、最高負荷時には補助エネルギの付与を停止するようにしたので、混合気濃度によってのみ燃焼速度が高まり、燃焼速度の過度の高まりが回避され、ノッキングの発生を防止することができる。
また、補助エネルギ付与手段として用いた点火プラグは、安価で普及率が高く、信頼性と耐久性に優れているので、コスト的にも機関の信頼性の面でも非常に有利であり、また小型、軽量であるため、車載時のレイアウトが容易で、かつ車両の総重量増加を抑制できるため、結果的に燃料消費率をさらに改善することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、機関回転数が高いほど、補助エネルギ付与時期を早めるようにしたので、着火性が向上して燃焼速度が高まり、高回転化による燃焼速度低下が回避され、幅広い回転域にわたって常に最適な燃焼速度が得られて燃焼特性を良好に保持でき、排気性状および燃料消費率の改善効果を得ることができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、機関温度が所定値以下と低いときに、機関温度が低いほど、補助エネルギ付与時期を早めるようにしたので、幅広い機関温度領域にわたって着火性が向上して燃焼速度が高まり、常に最適な燃焼速度が得られて燃焼特性を良好に保持でき、これにより機関低温時に混合気を過濃にする必要がなく、排気性状および燃料消費率の改善効果を得ることができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、機関に要求される出力をノッキングする直前で発生させるように、燃料供給量と補助エネルギ付与時期とをそれぞれ制御して、燃焼速度を調整するようにしたので、未燃ＨＣの排出量が最小となって排気性状を改善でき、燃料消費率も改善することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、点火プラグによる混合気に対する補助エネルギ量を補助エネルギ量可変手段により調整するようにしたので、補助エネルギの付与時期のみの調整に比べ、さらに広い負荷範囲で燃焼速度の調整が可能となり、機関のより広い運転領域にわたって排気性状および燃料消費率の改善効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２５】
図１は、この発明の第１の実施の形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体構成図である。シリンダブロック１内にはピストン３が上下動可能に収容され、シリンダヘッド５には、吸気ポート７を開閉する吸気弁９と、排気ポート１１を開閉する排気弁１３とがそれぞれ設けられている。シリンダブロック１とシリンダヘッド５とピストン３とで燃焼室１５が形成され、この燃焼室１５に望むように、シリンダヘッド５の上部中央には、点火プラグ１７が取り付けられている。点火プラグ１７は、自己着火を活性化させるために燃焼室１５内の混合気に補助エネルギを付与するものであり、補助エネルギ付与手段を構成している。
【００２６】
吸気ポート７の上流には吸気通路１９が接続されており、この吸気通路１９には、上流側から、吸入空気量を検出するエアフローメータ２１、吸気ポート７内に向けて燃料を噴射する燃料供給手段としての燃料噴射弁２３がそれぞれ設けられている。
【００２７】
点火プラグ１７および燃料噴射弁２３の動作は、例えばマイクロコンピュータなどで構成される電子制御ユニット２５によって制御される。電子制御ユニット２５は、燃料噴射弁２３に制御信号を出力して燃料噴射量を制御する燃料供給量制御手段としての燃料噴射量制御回路２７と、点火回路２９に制御信号を出力して点火プラグ１７での点火時期を制御する補助エネルギ付与時期制御手段としての点火時期制御回路３１とをそれぞれ備えている。
【００２８】
電子制御ユニット２５には、機関の運転状態を示す信号として、機関回転数信号Ｎ、負荷信号Ｌ、機関温度信号となる油水温信号Ｔ、空気量信号Ｑａが、エアフローメータ２１以外は図示していない各種のセンサから入力され、この入力信号に基づいて、燃料噴射量制御回路２７および点火時期制御回路３１がそれぞれ動作する。
【００２９】
次に、圧縮自己着火燃焼に固有の性質と、点火プラグ１７により補助エネルギ付与した場合の圧縮自己着火燃焼形態の変化の様子を説明する。
【００３０】
図２は、機関回転数を一定としたときのクランク角に対する筒（燃焼室１５）内圧の変化を、混合気濃度の違いによって示している。これによれば、混合気がリッチ化するほど、圧縮上死点（ＴＤＣ）以後の燃焼開始後の筒内圧立ち上がりが急峻になっている。これは、混合気がリッチ化するほど着火性が向上し燃焼速度が高まるためであり、この立ち上がりが急激すぎるとノッキングとなる。
【００３１】
図３は、機関回転数を一定としたときの混合気濃度と未燃ＨＣ排出量との関係を示している。これによれば、混合気濃度がリッチ化するほど、着火性が向上するため、未燃ＨＣ排出量が減少している。
【００３２】
図４は、機関回転数を一定としたときの混合気濃度と燃料消費率との関係を示している。これによれば、混合気濃度がリッチ化するほど、着火性が向上し未燃ＨＣ排出量が減少するので、結果的に燃料消費率が良好になる。
【００３３】
図５は、機関回転数を一定としたときの混合気濃度と負荷との関係を示している。これによれば、混合気濃度がリッチ化するほど、当然ながら負荷が高くなる。
【００３４】
図６は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときのクランク角に対する筒内圧の変化を、点火時期の違いによって示している。点火時期がＳ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4と圧縮ＴＤＣに対して進角化するほど、つまり点火時期を早めるほど着火性を改善する効果が大となり、燃焼速度が高まるため、燃焼開始後の筒内圧の立ち上がりが急峻になっていくという、前記図２と同様の変化形態となっている。この場合も、過度に点火時期を進角するとノッキングを引き起こすことになる。
【００３５】
図７は、混合気濃度と機関回転数を一定としたときの点火時期と未燃ＨＣ排出量との関係を示している。これによれば、点火時期を進角化するほど着火性が向上するため、未燃ＨＣ排出量が減少する。
【００３６】
図８は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの点火時期と燃料消費率との関係を示している。これによれば、点火時期を進角化するほど着火性が向上し未燃ＨＣ排出量が減少するため、結果的に燃料消費率が良好になる。
【００３７】
図９は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの点火時期と負荷との関係を示している。これによれば、混合気濃度が一定であっても、点火時期を進角化するほど着火性が向上し、筒内圧波形が、混合気がリッチの場合と同等のパターンとなるので、結果的に負荷（＝出力）は高まる。
【００３８】
続いて、上記図２から図９に示した特性を利用した本発明の考え方について説明する。
【００３９】
図１０は、電子制御ユニット２５における制御信号の演算などを行う場合の基準となる機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等混合気濃度線を示している。これは、前記図５、図９から引き出せるもので、混合気は、点火時期進角側、低負荷側でリーン化し、逆に点火時期遅角側、高負荷側でリッチ化しており、点火進角によって同一負荷での混合気をリーン化できる。
【００４０】
図１１は、基準機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等燃料消費率線を示している。これは、前記図４、図５、図８から引き出せるもので、燃焼消費率は、点火時期進角側、高負荷側で改善され、逆に点火時期遅角側、低負荷側で悪化しており、点火進角によって、同一負荷での燃料消費率を改善できる。
【００４１】
図１２は、基準機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等燃焼安定度線を示している。これによれば、燃焼安定度は、点火時期に関してはあまり感度がない。負荷が低くなるほど燃焼安定度は悪化していくため、本実施形態では、燃焼安定度の限界線Ｃよりも上の高負荷側を利用することになる。
【００４２】
図１３は、基準機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対するノック強度線を示している。これによれば、ノック強度は、高負荷側、点火時期進角側で強くなり、逆に低負荷側、点火時期遅角側で弱くなる傾向にある。本実施形態では、ノック限界線Ｄよりも右下の、低負荷、点火時期遅角側を利用することになる。
【００４３】
以上より、点火時期と負荷とを二軸としたマップ上で、実際に利用できるのは図１２における燃焼安定度限界線Ｃより上側の高負荷側かつ、図１３におけるノック限界線Ｄより右下側の低負荷、点火時期遅角側の領域に限られることになる。この限られた運転可能領域の中で、最も燃料消費率の良い条件を満たすように、点火時期および燃料噴射量を制御するというのが、本発明の狙いである。
【００４４】
図１４は、前記した基準機関回転数Ｎ0の条件における、負荷に対する最適点火時期ラインＳを、前記図１２の安定度限界線Ｃおよびノック限界線Ｄとともに示している。前記図１１より、点火時期と負荷とを二軸とするマップ上で左上になるほど燃焼消費率が良好となるため、実際に利用できる領域内で各負荷に対して最良の燃焼消費率を与えるのは、図１４中の最適点火時期ラインＳ上ということになる。
【００４５】
図１５は、基準機関回転数Ｎ0の条件における、前記図１０に示した等混合気濃度線図上での最適点火時期ラインＳの位置関係を示している。上記図１４で説明したように、各負荷に対して最良の燃料消費率を与える最適点火時期が一義的に決定されるとともに、図１５より、その最適点火時期に対応する最適混合気濃度が一義的に決定される。
【００４６】
図１６は、混合気濃度を一定としたときのクランク角に対する筒内圧の変化を、機関回転数の違いによって示している。圧縮自己着火燃焼は、混合気の自己着火特性に強く依存している燃焼形態であるため、高回転化によって燃焼サイクル間の実時間が短くなると、混合気の有限の着火遅れ時間が存在するために燃焼を開始することが困難となる。つまり、混合気の着火性が低下することになる。
【００４７】
よって、図１６に示してあるように、機関回転数が高くなるほど、混合気の着火性が必然的に悪くなって燃焼速度が低下するため、燃焼開始後の筒内圧の立ち上がりが鈍くなっていくことになる。この傾向は、同一回転数条件にて混合気濃度をリーン化したことに相当するため、高回転化した場合でも同一負荷に対応させるためには、混合気をリッチ化する必要性が生じる。
【００４８】
図１７は、機関回転数と負荷に対する等混合気濃度線を示している。図１６での説明より、同一負荷に対する混合気濃度は、高回転化するほどリッチ化する性質があるので、このような等高線図になることがわかる。また、機関回転数を高回転化しても同一負荷を確保したい場合に、混合気をリッチ化することと同様の効果として点火時期を進角化することでも対応できるはずである。
【００４９】
図１８は、前述の基準機関回転数Ｎ0より高いある回転数Ｎ1のときの、負荷に対する最適点火時期ラインＳ1を示している。燃焼速度が同等であれば、一般的に燃焼安定度とノック強度も同等と考えられるので、高回転化した場合には、ノック限界線、安定度限界線ともに高負荷側にシフトすることになる。つまり、回転数Ｎ1のときの各負荷に対して最良の燃料消費率を与える最適点火時期ラインＳ1は、回転数Ｎ0のときの最適点火時期ラインＳに対して高負荷側にシフトしたものとなる。このときのシフト量を負荷補正量ΔＬnと呼ぶこととする。
【００５０】
図１９は、点火時期と負荷に対する等混合気濃度線図上での上記の最適点火時期ラインＳおよびＳ1の位置関係を示している。図１８で説明したように、各回転数における各負荷に対して最良の燃料消費率を与える最適点火時期が一義的に決定されるとともに、図１９によりその最適点火時期に対応する最適混合気濃度が一義的に決定される。
【００５１】
図２０は、機関回転数と前述の負荷補正量ΔＬnとの関係を示している。基準機関回転数Ｎ0のときの補正量を０として、より高回転になるほど補正量はプラス側で大きくなり、より低回転になるほど補正量はマイナス側で大きくなる。あらゆる回転数での最適点火時期ラインは、基準機関回転数Ｎ0の最適点火時期ラインＳと、図２０の関係から得られる回転数に対する負荷補正量ΔＬnとによって決定することが可能となる。
【００５２】
図２１は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、クランク角に対する筒内圧の変化を、油水温の違いによって示している。油水温が低くなるほど、混合気の着火性が悪くなり、燃焼速度が低下するため、燃焼開始後の筒内圧の立ち上がりが鈍くなっている。
【００５３】
図２２は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、油水温と燃焼速度との関係を示している。これによれば、油水温が低下するほど燃焼速度が低くなっている。ここでは、機関の暖機完了時の油水温をＴ0としている。
【００５４】
図２３は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、点火時期と燃焼速度との関係を示している。前述したように、混合気濃度が一定であっても、点火時期を進角させることで、燃焼速度を高めることが可能である。よって油水温が低い場合の燃焼速度低下分を、点火時期進角による燃焼速度向上分で補ってやれば、従来のように混合気を過濃にすることなく暖機運転が可能となる。
【００５５】
図２４は、暖機運転中のある油水温Ｔの状態のときの、点火時期補正量ΔIGNｔを説明するための図である。前述したように、暖機運転中は、低油水温の影響により燃焼速度が低下するので、これをキャンセルするために、点火時期は暖機完了時のIGN０に比べて進角させる必要がある。油水温Ｔのときの点火時期をIGNｔとし、IGN０からの進角量をΔIGNｔとしてある。
【００５６】
以上説明してきたような、回転数補正、油水温補正を含んだ電子制御ユニット２５における実際の制御動作を、図２５に示すフローチャートに基づき説明する。まず、各センサから、現在の機関回転数信号Ｎ、空気量信号Ｑａ、要求負荷信号Ｌ、油水温信号Ｔを取り込んだ後（ステップＳ１）、暖機が完了したかどうかを判断する（ステップＳ２）。
【００５７】
ここで、Ｔ≧Ｔ0となって暖機が完了している場合には、油水温による点火時期補正は不要であるため、基準点火時期IGN０を設定点火時期IGNと等しくする（ステップＳ３）。Ｔ＜Ｔ0となって暖機運転中と判断された場合には、現在の油水温Ｔに対する点火時期補正量ΔIGNｔを図２４の関係から決定し（ステップＳ４）、基準点火時期IGN０にこの点火時期補正量ΔIGNｔを加算したものを設定点火時期IGNとする（ステップＳ５）。
【００５８】
このようにして得られる一つの設定点火時期IGNに対し、一つの最適点火時期ラインが対応する。
【００５９】
次に、現在の機関回転数Ｎに対する最適点火時期ラインの負荷補正量ΔＬnを、図２０の関係から決定する（ステップＳ６）。さらに、現在の要求負荷Ｌに対する最適点火時期を、図１４または図１８の関係から決定し（ステップＳ７）、この決定した最適点火時期で点火プラグ１７が点火動作を行うように、点火時期制御回路３１が点火回路２９へ点火時期制御信号を出力する（ステップＳ８）。
【００６０】
続いて、前記ステップＳ７で決定した最適点火時期に対応する混合気濃度を、図１５または図１９の関係から決定する（ステップＳ９）。そして、この決定した混合気濃度になるように、現在の空気量Ｑａから必要な燃料噴射量を決定し（ステップＳ１０）、この燃料噴射量になるように、燃料噴射量制御回路２７が燃焼噴射弁２３に燃料噴射制御信号を出力する（ステップＳ１１）。
【００６１】
以上のような点火時期制御および燃料噴射量制御を行うことで、機関回転数、吸入空気量、要求負荷、油水温のいずれが変化しても、常に混合気の燃焼速度を最適に調整することができ、燃料消費率および排気性状が改善されるものとなる。
【００６２】
また、最高負荷時には、点火プラグ１７の点火動作を停止するようにする。これにより、混合気濃度によってのみ燃焼速度が高まり、燃焼速度の過度の高まりが回避され、ノッキングの発生を抑制することができるとともに、混合気をノッキング限界までリッチすることができ、機関の最高出力も充分確保される。
【００６３】
補助エネルギ付与手段として用いた点火プラグ１７は、安価で普及率が高く、信頼性と耐久性に優れているので、コスト的にも機関の信頼性の面でも非常に有利であり、さらに小型、軽量であるため、車載時のレイアウトが容易で、かつ車両の総重量増加を抑制できるため、結果的に燃料消費率をさらに改善することが可能となる。
【００６４】
図２６は、この発明の第２の実施の形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体構成図である。この実施の形態は、前記図１に示した第１の実施の形態の構成に対し、電子制御ユニット２５内に、補助エネルギ量可変手段として点火エネルギ量可変制御回路３３を備えている。
【００６５】
点火エネルギ量可変制御回路３３は、機関の各種入力信号に基づいて演算処理を行い、点火回路２９に対し点火エネルギ量制御信号を出力して点火プラグ１７での点火エネルギ量を制御し、燃焼室１５内の混合気の燃焼特性（着火性）をより広い負荷範囲において調整する。
【００６６】
点火エネルギ量の制御は、例えば、点火回路２９における一次電流の通電時間を調整することでなされる。すなわち、点火エネルギ量を小さくする場合は一次電流の通電時間を短くし、逆に点火エネルギ量を大きくする場合は一次電流の通電時間を長くすることにより、点火エネルギとして与えられる二次電流値をそれぞれ小さく、または大きく変化させることができる。
【００６７】
図２７は、上記点火エネルギ量可変制御回路３３により点火エネルギ量を通常より増加した場合の最適点火時期ラインの変化を示している。破線で示す最適点火時期ラインＳが、点火エネルギ量を増加していない通常時であるのに対し、実線で示す最適点火時期ラインＳ2は点火エネルギ量を増加した場合であり、最適点火時期ラインＳ2の方がより低負荷側に位置している。
【００６８】
点火エネルギ量を増加することで、燃焼安定度の改善効果が大きくなるため、同じ点火時期調整範囲であっても、制御可能な負荷範囲が、ＡからＢへと低負荷側へ拡大されるため、通常時の点火エネルギでは不可能であった低負荷領域も最適な燃焼特性が得られ、燃料消費率および排気性状をより一層改善することができる。
【００６９】
前記各実施の形態では、補助エネルギ付与手段として点火プラグ１７を用いているが、参考例として、例えばレーザ光を燃焼室１５内に照射するレーザ照射装置を用いるなどが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体構成図である。
【図２】機関回転数を一定としたときの、混合気濃度の違いによるクランク角と筒内圧との相関図である。
【図３】機関回転数を一定としたときの混合気濃度と未燃ＨＣ排出量との相関図である。
【図４】機関回転数を一定としたときの混合気濃度と燃料消費率との相関図である。
【図５】機関回転数を一定としたときの混合気濃度と負荷との相関図である。
【図６】混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、点火時期の違いによるクランク角と筒内圧との相関図である。
【図７】混合気濃度と機関回転数を一定としたときの点火時期と未燃ＨＣ排出量との相関図である。
【図８】混合気濃度と機関回転数を一定としたときの点火時期と燃料消費率との相関図である。
【図９】混合気濃度と機関回転数を一定としたときの点火時期と負荷（出力）との相関図である。
【図１０】機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等混合気濃度線図である。
【図１１】機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等燃料消費率線図である。
【図１２】機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等燃焼安定度線図である。
【図１３】機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対するノック強度線図である。
【図１４】機関回転数Ｎ0の条件における、負荷に対する最適点火時期ラインを示す説明図である。
【図１５】機関回転数Ｎ0の条件における、図１０の等混合気濃度線図上での最適点火時期ラインの位置関係図である。
【図１６】混合気濃度を一定としたときの、機関回転数の違いによるクランク角と筒内圧との相関図である。
【図１７】機関回転数と負荷に対する等混合気濃度線図である。
【図１８】機関回転数の違いによる負荷に対する最適点火時期ラインの変化を示す説明図である。
【図１９】点火時期と負荷に対する等混合気濃度線図上での最適点火時期ラインの位置関係図である。
【図２０】機関回転数により最適点火時期ラインを補正する負荷補正量と機関回転数との相関図である。
【図２１】混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、油水温の違いによるクランク角と筒内圧との相関図である。
【図２２】混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、油水温と燃焼速度との相関図である。
【図２３】混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、点火時期と燃焼速度との相関図である。
【図２４】油水温と点火時期との相関図である。
【図２５】図１における電子制御ユニットの制御動作を示すフローチャートである。
【図２６】この発明の第２の実施の形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体構成図である。
【図２７】図２６の圧縮自己着火式内燃機関における、点火エネルギ量の違いによる負荷に対する最適点火時期ラインの変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ピストン
１７ 点火プラグ（補助エネルギ付与手段）
２３ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
２７ 燃料噴射量制御回路（燃料供給量制御手段）
３１ 点火時期制御回路（補助エネルギ付与時期制御手段）
３３ 点火エネルギ量可変制御回路（補助エネルギ量可変手段）
【発明の属する技術分野】
この発明は、混合気をピストンの圧縮により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。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮自己着火式内燃機関として、例えば特開平１−３０１９４４号公報には、燃焼室に補助着火源を設けたものが開示されている。これは、機関の低回転低負荷時および高負荷時に補助着火源を作動させて、その作動時期を遅らせる一方、中負荷時に補助着火源を不作動とし、補助着火源の作動に応じて燃料の噴射時期を補正するようにしている。このように、着火性、燃焼性に問題のある運転領域で、上記補助着火源を利用することで燃焼速度を高め、排気性状および燃料消費率の改善を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮自己着火式内燃機関では、基本的に燃料噴射量のみ負荷対応を行うものであり、高負荷時には、混合気が必然的にリッチになるが、理論空燃比より濃くならない範囲において、混合気の燃焼速度は、リッチであるほど高くなっているにも拘わらず、補助着火源を作動させてしまうと、過度に燃焼速度が高まり、ノッキングを誘発してしまう。このため、騒音の発生が問題となり、連続運転を行うと、機関を損傷する恐れもある。
【０００４】
また、燃焼速度は、本来混合気の濃度に応じて連続的に変化するため、補助着火源による燃焼速度向上の効果も連続的に変化させるべきだが、補助着火を行うタイミングを負荷に対して離散的に変更するという制御を行っているため、幅広い負荷条件にわたって常に最適な燃焼速度に調整することが不可能で、結果的に、排気性状および燃料消費率の改善効果を充分に引き出せないという問題がある。特に、低セタン価のガソリンを使用した内燃機関では、低負荷で補助着火源の作動（着火）時期を遅くすると、補助着火効果が薄くなって着火が不完全となり、未燃ＨＣが増大し、排気性状および燃料消費率の悪化がより顕著なものとなる。
【０００５】
そこで、この発明は、幅広い運転条件にわたり燃焼速度を常に最適に調整し、排気性状および燃料消費率を改善することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、混合気をピストンの圧縮により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、前記自己着火を活性化させるための補助エネルギを付与する点火プラグと、この点火プラグによる補助エネルギ付与時期を、機関低負荷になるほど早めつつ自己着火させる一方、最高負荷時には前記補助エネルギの付与を停止させるよう制御する補助エネルギ付与時期制御手段とを有する構成としてある。
【０００７】
このような構成の圧縮自己着火式内燃機関によれば、混合気濃度をリーンにして機関出力を落とし低負荷運転を行う場合、本来リーン化によって燃焼速度が低くなってしまうところを、補助エネルギの付与時期を早めることで、着火性が向上して燃焼速度の低下が回避され、あらゆる負荷域で燃焼特性が良好となる。また、最高負荷時には補助エネルギの付与が停止されるので、混合気濃度によってのみ燃焼速度が高まり、燃焼速度の過度の高まりが回避され、混合気をノッキング限界までリッチ化することができ、機関の最高出力も充分確保される。
この際、上記構成によれば、点火プラグの点火動作により混合気に対して補助エネルギが付与される。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、補助エネルギ付与時期制御手段は、点火プラグに対し、機関負荷一定とした場合に、機関回転数が高くなるほど、補助エネルギ付与時期を早めるよう制御する構成としてある。
【０００９】
上記構成によれば、回転数が高くなっても、着火性が向上して燃焼速度低下が回避され、あらゆる回転域で燃焼特性が良好となる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、機関温度が所定値以下と低いときに、補助エネルギ付与時期制御手段は、点火プラグに対し、機関温度が低いほど、補助エネルギ付与時期を早めるよう制御する構成としてある。
【００１１】
上記構成によれば、機関温度が所定値以下の例えば暖機運転中であっても、着火性が向上して燃焼速度低下が回避され、あらゆる温度域で着火性が向上し、燃焼特性が良好に保たれる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明の構成において、燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段と、この燃料供給手段による燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段とをそれぞれ設け、機関に要求される出力をノッキングする直前で発生させるように、前記燃料供給量制御手段が燃料供給手段を制御するとともに、補助エネルギ付与時期制御手段が点火プラグを制御する構成としてある。
【００１３】
通常、ノッキング直前の運転状態が未燃ＨＣの排出量が最小となり、燃焼消費率が最もよくなる。このため、ノッキング直前で機関に要求される出力を発生させるように、燃料供給量および補助エネルギ付与時期を制御することで、あらゆる混合気濃度条件で燃料消費率および排気性状が最適となる燃焼状態が得られる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項の発明の構成において、点火プラグによる補助エネルギ量を可変にする補助エネルギ量可変手段を備えている構成としてある。
【００１５】
上記構成によれば、点火プラグによる混合気に対する補助エネルギ量が、補助エネルギ量可変手段により調整され、補助エネルギの付与時期のみの調整に比べ、さらに広い機関の負荷範囲で燃焼速度の調整が可能となる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、機関の運転条件が低負荷になるほど補助エネルギの付与時期を早めるようにしたので、着火性が向上して燃焼速度の低下が回避され、幅広い負荷条件にわたって常に最適な燃焼速度が得られて燃焼特性を良好に保持でき、排気性状および燃料消費率の改善効果を得ることができる。また、最高負荷時には補助エネルギの付与を停止するようにしたので、混合気濃度によってのみ燃焼速度が高まり、燃焼速度の過度の高まりが回避され、ノッキングの発生を防止することができる。
また、補助エネルギ付与手段として用いた点火プラグは、安価で普及率が高く、信頼性と耐久性に優れているので、コスト的にも機関の信頼性の面でも非常に有利であり、また小型、軽量であるため、車載時のレイアウトが容易で、かつ車両の総重量増加を抑制できるため、結果的に燃料消費率をさらに改善することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、機関回転数が高いほど、補助エネルギ付与時期を早めるようにしたので、着火性が向上して燃焼速度が高まり、高回転化による燃焼速度低下が回避され、幅広い回転域にわたって常に最適な燃焼速度が得られて燃焼特性を良好に保持でき、排気性状および燃料消費率の改善効果を得ることができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、機関温度が所定値以下と低いときに、機関温度が低いほど、補助エネルギ付与時期を早めるようにしたので、幅広い機関温度領域にわたって着火性が向上して燃焼速度が高まり、常に最適な燃焼速度が得られて燃焼特性を良好に保持でき、これにより機関低温時に混合気を過濃にする必要がなく、排気性状および燃料消費率の改善効果を得ることができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、機関に要求される出力をノッキングする直前で発生させるように、燃料供給量と補助エネルギ付与時期とをそれぞれ制御して、燃焼速度を調整するようにしたので、未燃ＨＣの排出量が最小となって排気性状を改善でき、燃料消費率も改善することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、点火プラグによる混合気に対する補助エネルギ量を補助エネルギ量可変手段により調整するようにしたので、補助エネルギの付与時期のみの調整に比べ、さらに広い負荷範囲で燃焼速度の調整が可能となり、機関のより広い運転領域にわたって排気性状および燃料消費率の改善効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２５】
図１は、この発明の第１の実施の形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体構成図である。シリンダブロック１内にはピストン３が上下動可能に収容され、シリンダヘッド５には、吸気ポート７を開閉する吸気弁９と、排気ポート１１を開閉する排気弁１３とがそれぞれ設けられている。シリンダブロック１とシリンダヘッド５とピストン３とで燃焼室１５が形成され、この燃焼室１５に望むように、シリンダヘッド５の上部中央には、点火プラグ１７が取り付けられている。点火プラグ１７は、自己着火を活性化させるために燃焼室１５内の混合気に補助エネルギを付与するものであり、補助エネルギ付与手段を構成している。
【００２６】
吸気ポート７の上流には吸気通路１９が接続されており、この吸気通路１９には、上流側から、吸入空気量を検出するエアフローメータ２１、吸気ポート７内に向けて燃料を噴射する燃料供給手段としての燃料噴射弁２３がそれぞれ設けられている。
【００２７】
点火プラグ１７および燃料噴射弁２３の動作は、例えばマイクロコンピュータなどで構成される電子制御ユニット２５によって制御される。電子制御ユニット２５は、燃料噴射弁２３に制御信号を出力して燃料噴射量を制御する燃料供給量制御手段としての燃料噴射量制御回路２７と、点火回路２９に制御信号を出力して点火プラグ１７での点火時期を制御する補助エネルギ付与時期制御手段としての点火時期制御回路３１とをそれぞれ備えている。
【００２８】
電子制御ユニット２５には、機関の運転状態を示す信号として、機関回転数信号Ｎ、負荷信号Ｌ、機関温度信号となる油水温信号Ｔ、空気量信号Ｑａが、エアフローメータ２１以外は図示していない各種のセンサから入力され、この入力信号に基づいて、燃料噴射量制御回路２７および点火時期制御回路３１がそれぞれ動作する。
【００２９】
次に、圧縮自己着火燃焼に固有の性質と、点火プラグ１７により補助エネルギ付与した場合の圧縮自己着火燃焼形態の変化の様子を説明する。
【００３０】
図２は、機関回転数を一定としたときのクランク角に対する筒（燃焼室１５）内圧の変化を、混合気濃度の違いによって示している。これによれば、混合気がリッチ化するほど、圧縮上死点（ＴＤＣ）以後の燃焼開始後の筒内圧立ち上がりが急峻になっている。これは、混合気がリッチ化するほど着火性が向上し燃焼速度が高まるためであり、この立ち上がりが急激すぎるとノッキングとなる。
【００３１】
図３は、機関回転数を一定としたときの混合気濃度と未燃ＨＣ排出量との関係を示している。これによれば、混合気濃度がリッチ化するほど、着火性が向上するため、未燃ＨＣ排出量が減少している。
【００３２】
図４は、機関回転数を一定としたときの混合気濃度と燃料消費率との関係を示している。これによれば、混合気濃度がリッチ化するほど、着火性が向上し未燃ＨＣ排出量が減少するので、結果的に燃料消費率が良好になる。
【００３３】
図５は、機関回転数を一定としたときの混合気濃度と負荷との関係を示している。これによれば、混合気濃度がリッチ化するほど、当然ながら負荷が高くなる。
【００３４】
図６は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときのクランク角に対する筒内圧の変化を、点火時期の違いによって示している。点火時期がＳ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4と圧縮ＴＤＣに対して進角化するほど、つまり点火時期を早めるほど着火性を改善する効果が大となり、燃焼速度が高まるため、燃焼開始後の筒内圧の立ち上がりが急峻になっていくという、前記図２と同様の変化形態となっている。この場合も、過度に点火時期を進角するとノッキングを引き起こすことになる。
【００３５】
図７は、混合気濃度と機関回転数を一定としたときの点火時期と未燃ＨＣ排出量との関係を示している。これによれば、点火時期を進角化するほど着火性が向上するため、未燃ＨＣ排出量が減少する。
【００３６】
図８は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの点火時期と燃料消費率との関係を示している。これによれば、点火時期を進角化するほど着火性が向上し未燃ＨＣ排出量が減少するため、結果的に燃料消費率が良好になる。
【００３７】
図９は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの点火時期と負荷との関係を示している。これによれば、混合気濃度が一定であっても、点火時期を進角化するほど着火性が向上し、筒内圧波形が、混合気がリッチの場合と同等のパターンとなるので、結果的に負荷（＝出力）は高まる。
【００３８】
続いて、上記図２から図９に示した特性を利用した本発明の考え方について説明する。
【００３９】
図１０は、電子制御ユニット２５における制御信号の演算などを行う場合の基準となる機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等混合気濃度線を示している。これは、前記図５、図９から引き出せるもので、混合気は、点火時期進角側、低負荷側でリーン化し、逆に点火時期遅角側、高負荷側でリッチ化しており、点火進角によって同一負荷での混合気をリーン化できる。
【００４０】
図１１は、基準機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等燃料消費率線を示している。これは、前記図４、図５、図８から引き出せるもので、燃焼消費率は、点火時期進角側、高負荷側で改善され、逆に点火時期遅角側、低負荷側で悪化しており、点火進角によって、同一負荷での燃料消費率を改善できる。
【００４１】
図１２は、基準機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等燃焼安定度線を示している。これによれば、燃焼安定度は、点火時期に関してはあまり感度がない。負荷が低くなるほど燃焼安定度は悪化していくため、本実施形態では、燃焼安定度の限界線Ｃよりも上の高負荷側を利用することになる。
【００４２】
図１３は、基準機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対するノック強度線を示している。これによれば、ノック強度は、高負荷側、点火時期進角側で強くなり、逆に低負荷側、点火時期遅角側で弱くなる傾向にある。本実施形態では、ノック限界線Ｄよりも右下の、低負荷、点火時期遅角側を利用することになる。
【００４３】
以上より、点火時期と負荷とを二軸としたマップ上で、実際に利用できるのは図１２における燃焼安定度限界線Ｃより上側の高負荷側かつ、図１３におけるノック限界線Ｄより右下側の低負荷、点火時期遅角側の領域に限られることになる。この限られた運転可能領域の中で、最も燃料消費率の良い条件を満たすように、点火時期および燃料噴射量を制御するというのが、本発明の狙いである。
【００４４】
図１４は、前記した基準機関回転数Ｎ0の条件における、負荷に対する最適点火時期ラインＳを、前記図１２の安定度限界線Ｃおよびノック限界線Ｄとともに示している。前記図１１より、点火時期と負荷とを二軸とするマップ上で左上になるほど燃焼消費率が良好となるため、実際に利用できる領域内で各負荷に対して最良の燃焼消費率を与えるのは、図１４中の最適点火時期ラインＳ上ということになる。
【００４５】
図１５は、基準機関回転数Ｎ0の条件における、前記図１０に示した等混合気濃度線図上での最適点火時期ラインＳの位置関係を示している。上記図１４で説明したように、各負荷に対して最良の燃料消費率を与える最適点火時期が一義的に決定されるとともに、図１５より、その最適点火時期に対応する最適混合気濃度が一義的に決定される。
【００４６】
図１６は、混合気濃度を一定としたときのクランク角に対する筒内圧の変化を、機関回転数の違いによって示している。圧縮自己着火燃焼は、混合気の自己着火特性に強く依存している燃焼形態であるため、高回転化によって燃焼サイクル間の実時間が短くなると、混合気の有限の着火遅れ時間が存在するために燃焼を開始することが困難となる。つまり、混合気の着火性が低下することになる。
【００４７】
よって、図１６に示してあるように、機関回転数が高くなるほど、混合気の着火性が必然的に悪くなって燃焼速度が低下するため、燃焼開始後の筒内圧の立ち上がりが鈍くなっていくことになる。この傾向は、同一回転数条件にて混合気濃度をリーン化したことに相当するため、高回転化した場合でも同一負荷に対応させるためには、混合気をリッチ化する必要性が生じる。
【００４８】
図１７は、機関回転数と負荷に対する等混合気濃度線を示している。図１６での説明より、同一負荷に対する混合気濃度は、高回転化するほどリッチ化する性質があるので、このような等高線図になることがわかる。また、機関回転数を高回転化しても同一負荷を確保したい場合に、混合気をリッチ化することと同様の効果として点火時期を進角化することでも対応できるはずである。
【００４９】
図１８は、前述の基準機関回転数Ｎ0より高いある回転数Ｎ1のときの、負荷に対する最適点火時期ラインＳ1を示している。燃焼速度が同等であれば、一般的に燃焼安定度とノック強度も同等と考えられるので、高回転化した場合には、ノック限界線、安定度限界線ともに高負荷側にシフトすることになる。つまり、回転数Ｎ1のときの各負荷に対して最良の燃料消費率を与える最適点火時期ラインＳ1は、回転数Ｎ0のときの最適点火時期ラインＳに対して高負荷側にシフトしたものとなる。このときのシフト量を負荷補正量ΔＬnと呼ぶこととする。
【００５０】
図１９は、点火時期と負荷に対する等混合気濃度線図上での上記の最適点火時期ラインＳおよびＳ1の位置関係を示している。図１８で説明したように、各回転数における各負荷に対して最良の燃料消費率を与える最適点火時期が一義的に決定されるとともに、図１９によりその最適点火時期に対応する最適混合気濃度が一義的に決定される。
【００５１】
図２０は、機関回転数と前述の負荷補正量ΔＬnとの関係を示している。基準機関回転数Ｎ0のときの補正量を０として、より高回転になるほど補正量はプラス側で大きくなり、より低回転になるほど補正量はマイナス側で大きくなる。あらゆる回転数での最適点火時期ラインは、基準機関回転数Ｎ0の最適点火時期ラインＳと、図２０の関係から得られる回転数に対する負荷補正量ΔＬnとによって決定することが可能となる。
【００５２】
図２１は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、クランク角に対する筒内圧の変化を、油水温の違いによって示している。油水温が低くなるほど、混合気の着火性が悪くなり、燃焼速度が低下するため、燃焼開始後の筒内圧の立ち上がりが鈍くなっている。
【００５３】
図２２は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、油水温と燃焼速度との関係を示している。これによれば、油水温が低下するほど燃焼速度が低くなっている。ここでは、機関の暖機完了時の油水温をＴ0としている。
【００５４】
図２３は、混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、点火時期と燃焼速度との関係を示している。前述したように、混合気濃度が一定であっても、点火時期を進角させることで、燃焼速度を高めることが可能である。よって油水温が低い場合の燃焼速度低下分を、点火時期進角による燃焼速度向上分で補ってやれば、従来のように混合気を過濃にすることなく暖機運転が可能となる。
【００５５】
図２４は、暖機運転中のある油水温Ｔの状態のときの、点火時期補正量ΔIGNｔを説明するための図である。前述したように、暖機運転中は、低油水温の影響により燃焼速度が低下するので、これをキャンセルするために、点火時期は暖機完了時のIGN０に比べて進角させる必要がある。油水温Ｔのときの点火時期をIGNｔとし、IGN０からの進角量をΔIGNｔとしてある。
【００５６】
以上説明してきたような、回転数補正、油水温補正を含んだ電子制御ユニット２５における実際の制御動作を、図２５に示すフローチャートに基づき説明する。まず、各センサから、現在の機関回転数信号Ｎ、空気量信号Ｑａ、要求負荷信号Ｌ、油水温信号Ｔを取り込んだ後（ステップＳ１）、暖機が完了したかどうかを判断する（ステップＳ２）。
【００５７】
ここで、Ｔ≧Ｔ0となって暖機が完了している場合には、油水温による点火時期補正は不要であるため、基準点火時期IGN０を設定点火時期IGNと等しくする（ステップＳ３）。Ｔ＜Ｔ0となって暖機運転中と判断された場合には、現在の油水温Ｔに対する点火時期補正量ΔIGNｔを図２４の関係から決定し（ステップＳ４）、基準点火時期IGN０にこの点火時期補正量ΔIGNｔを加算したものを設定点火時期IGNとする（ステップＳ５）。
【００５８】
このようにして得られる一つの設定点火時期IGNに対し、一つの最適点火時期ラインが対応する。
【００５９】
次に、現在の機関回転数Ｎに対する最適点火時期ラインの負荷補正量ΔＬnを、図２０の関係から決定する（ステップＳ６）。さらに、現在の要求負荷Ｌに対する最適点火時期を、図１４または図１８の関係から決定し（ステップＳ７）、この決定した最適点火時期で点火プラグ１７が点火動作を行うように、点火時期制御回路３１が点火回路２９へ点火時期制御信号を出力する（ステップＳ８）。
【００６０】
続いて、前記ステップＳ７で決定した最適点火時期に対応する混合気濃度を、図１５または図１９の関係から決定する（ステップＳ９）。そして、この決定した混合気濃度になるように、現在の空気量Ｑａから必要な燃料噴射量を決定し（ステップＳ１０）、この燃料噴射量になるように、燃料噴射量制御回路２７が燃焼噴射弁２３に燃料噴射制御信号を出力する（ステップＳ１１）。
【００６１】
以上のような点火時期制御および燃料噴射量制御を行うことで、機関回転数、吸入空気量、要求負荷、油水温のいずれが変化しても、常に混合気の燃焼速度を最適に調整することができ、燃料消費率および排気性状が改善されるものとなる。
【００６２】
また、最高負荷時には、点火プラグ１７の点火動作を停止するようにする。これにより、混合気濃度によってのみ燃焼速度が高まり、燃焼速度の過度の高まりが回避され、ノッキングの発生を抑制することができるとともに、混合気をノッキング限界までリッチすることができ、機関の最高出力も充分確保される。
【００６３】
補助エネルギ付与手段として用いた点火プラグ１７は、安価で普及率が高く、信頼性と耐久性に優れているので、コスト的にも機関の信頼性の面でも非常に有利であり、さらに小型、軽量であるため、車載時のレイアウトが容易で、かつ車両の総重量増加を抑制できるため、結果的に燃料消費率をさらに改善することが可能となる。
【００６４】
図２６は、この発明の第２の実施の形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体構成図である。この実施の形態は、前記図１に示した第１の実施の形態の構成に対し、電子制御ユニット２５内に、補助エネルギ量可変手段として点火エネルギ量可変制御回路３３を備えている。
【００６５】
点火エネルギ量可変制御回路３３は、機関の各種入力信号に基づいて演算処理を行い、点火回路２９に対し点火エネルギ量制御信号を出力して点火プラグ１７での点火エネルギ量を制御し、燃焼室１５内の混合気の燃焼特性（着火性）をより広い負荷範囲において調整する。
【００６６】
点火エネルギ量の制御は、例えば、点火回路２９における一次電流の通電時間を調整することでなされる。すなわち、点火エネルギ量を小さくする場合は一次電流の通電時間を短くし、逆に点火エネルギ量を大きくする場合は一次電流の通電時間を長くすることにより、点火エネルギとして与えられる二次電流値をそれぞれ小さく、または大きく変化させることができる。
【００６７】
図２７は、上記点火エネルギ量可変制御回路３３により点火エネルギ量を通常より増加した場合の最適点火時期ラインの変化を示している。破線で示す最適点火時期ラインＳが、点火エネルギ量を増加していない通常時であるのに対し、実線で示す最適点火時期ラインＳ2は点火エネルギ量を増加した場合であり、最適点火時期ラインＳ2の方がより低負荷側に位置している。
【００６８】
点火エネルギ量を増加することで、燃焼安定度の改善効果が大きくなるため、同じ点火時期調整範囲であっても、制御可能な負荷範囲が、ＡからＢへと低負荷側へ拡大されるため、通常時の点火エネルギでは不可能であった低負荷領域も最適な燃焼特性が得られ、燃料消費率および排気性状をより一層改善することができる。
【００６９】
前記各実施の形態では、補助エネルギ付与手段として点火プラグ１７を用いているが、参考例として、例えばレーザ光を燃焼室１５内に照射するレーザ照射装置を用いるなどが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体構成図である。
【図２】機関回転数を一定としたときの、混合気濃度の違いによるクランク角と筒内圧との相関図である。
【図３】機関回転数を一定としたときの混合気濃度と未燃ＨＣ排出量との相関図である。
【図４】機関回転数を一定としたときの混合気濃度と燃料消費率との相関図である。
【図５】機関回転数を一定としたときの混合気濃度と負荷との相関図である。
【図６】混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、点火時期の違いによるクランク角と筒内圧との相関図である。
【図７】混合気濃度と機関回転数を一定としたときの点火時期と未燃ＨＣ排出量との相関図である。
【図８】混合気濃度と機関回転数を一定としたときの点火時期と燃料消費率との相関図である。
【図９】混合気濃度と機関回転数を一定としたときの点火時期と負荷（出力）との相関図である。
【図１０】機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等混合気濃度線図である。
【図１１】機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等燃料消費率線図である。
【図１２】機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対する等燃焼安定度線図である。
【図１３】機関回転数Ｎ0の条件における、点火時期と負荷に対するノック強度線図である。
【図１４】機関回転数Ｎ0の条件における、負荷に対する最適点火時期ラインを示す説明図である。
【図１５】機関回転数Ｎ0の条件における、図１０の等混合気濃度線図上での最適点火時期ラインの位置関係図である。
【図１６】混合気濃度を一定としたときの、機関回転数の違いによるクランク角と筒内圧との相関図である。
【図１７】機関回転数と負荷に対する等混合気濃度線図である。
【図１８】機関回転数の違いによる負荷に対する最適点火時期ラインの変化を示す説明図である。
【図１９】点火時期と負荷に対する等混合気濃度線図上での最適点火時期ラインの位置関係図である。
【図２０】機関回転数により最適点火時期ラインを補正する負荷補正量と機関回転数との相関図である。
【図２１】混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、油水温の違いによるクランク角と筒内圧との相関図である。
【図２２】混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、油水温と燃焼速度との相関図である。
【図２３】混合気濃度と機関回転数とを一定としたときの、点火時期と燃焼速度との相関図である。
【図２４】油水温と点火時期との相関図である。
【図２５】図１における電子制御ユニットの制御動作を示すフローチャートである。
【図２６】この発明の第２の実施の形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体構成図である。
【図２７】図２６の圧縮自己着火式内燃機関における、点火エネルギ量の違いによる負荷に対する最適点火時期ラインの変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ピストン
１７ 点火プラグ（補助エネルギ付与手段）
２３ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
２７ 燃料噴射量制御回路（燃料供給量制御手段）
３１ 点火時期制御回路（補助エネルギ付与時期制御手段）
３３ 点火エネルギ量可変制御回路（補助エネルギ量可変手段）
Claims (5)
- 混合気をピストンの圧縮により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、前記自己着火を活性化させるための補助エネルギを付与する点火プラグと、この点火プラグによる補助エネルギ付与時期を、機関低負荷になるほど早めつつ自己着火させる一方、最高負荷時には前記補助エネルギの付与を停止させるよう制御する補助エネルギ付与時期制御手段とを有することを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関。
- 補助エネルギ付与時期制御手段は、点火プラグに対し、機関負荷一定とした場合に、機関回転数が高くなるほど、補助エネルギ付与時期を早めるよう制御す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。
- 機関温度が所定値以下と低いときに、補助エネルギ付与時期制御手段は、点火プラグに対し、機関温度が低いほど、補助エネルギ付与時期を早めるよう制御す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。
- 燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段と、この燃料供給手段による燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段とをそれぞれ設け、機関に要求される出力をノッキングする直前で発生させるように、前記燃料供給量制御手段が燃料供給手段を制御するとともに、補助エネルギ付与時期制御手段が点火プラグを制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧縮自己着火式内燃機関。
- 点火プラグによる補助エネルギ量を可変にする補助エネルギ量可変手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧縮自己着火式内燃機関。
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