JP4122630B2 - 圧縮自己着火式ガソリン機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置と吸排気弁のバルブタイミング可変機構を備え、運転領域に応じて火花点火と圧縮自己着火とを切換可能な圧縮自己着火式ガソリン機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンの熱効率を改善するために、混合気をリーン化することでポンプ損失を低減すると共に作動ガスの比熱比を大きくして理論熱効率を向上する手法が知られている。しかしながら、従来の火花点火エンジンでは空燃比をリーンにすると燃焼期間が長期化して、燃焼安定度が悪化する。このため、空燃比のリーン化には限界がある。
【０００３】
このような燃焼安定度の悪化を避けながら空燃比をリーン化する技術として、圧縮自己着火燃焼が知られている。圧縮自己着火燃焼では、燃焼室内の複数の位置から燃焼反応が起こるため、空燃比がリーン化した場合においても火花点火に比べると燃焼期間が長期化せずに、よりリーンな空燃比でも安定した燃焼が可能となる。また空燃比がリーンのため燃焼温度が低下し、ＮＯｘも大幅に低減できる。
【０００４】
従来の圧縮自己着火式ガソリン機関としては、例えば特開平７−３３２１４１号公報記載の技術が知られている。この例は、吸気ポートに燃料を噴射するエンジンにおいて、圧縮比を直噴ディーゼルエンジン並に高めることによって、圧縮上死点付近のシリンダ内温度及び圧力を高め、これら高温、高圧によりガソリン予混合気に自己着火する条件を成立させ、圧縮自着火燃焼を実現したものである。これによって火花点火ガソリン機関を上回る希薄燃焼限界と低燃費を得ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の圧縮自己着火式ガソリン機関にあっては、単に圧縮比を高めることによって、圧縮自着火する条件を実現したものとなっていた。
【０００６】
このため、理論空燃比付近の混合気で火花点火を行う全負荷運転では、高圧縮比によりノッキングが発生しやすく、ノッキングを回避するためには、点火進角限界を遅角させる必要があり、通常の圧縮比の火花点火式ガソリン機関に比べ大幅にトルクが低下するという問題点があった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、理論空燃比付近の火花点火による全負荷運転時に、従来の火花点火式ガソリン機関に比べてトルクが低下することがない圧縮自己着火式ガソリン機関を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、上記目的を達成するため、燃焼室に面した燃料噴射弁を備え、排気上死点付近で排気弁及び吸気弁が共に閉じた密閉期間を形成することができる圧縮自己着火式ガソリン機関であって、少なくとも部分負荷運転において、前記密閉期間中に前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、機関回転速度及び又は負荷に応じて前記密閉期間中の燃料噴射時期を変更することを要旨とする。
【０００９】
請求項２記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射時期を負荷が小さいほど進角することを要旨とする。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射時期を機関回転速度が大きいほど進角することを要旨とする。
【００１１】
請求項４記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、負荷が所定値を超えるときに前記密閉期間中の燃料噴射を取りやめ、吸気弁開時期以降に燃料の噴射を行うことを要旨とする。
【００１２】
請求項５記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射のほかに、負荷に応じて、吸気弁開時期以降に２回目の燃料噴射を行うことを要旨とする。
【００１３】
請求項６記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項５記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を負荷が小さいほど大きくすることを要旨とする。
【００１４】
請求項７記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項５記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を機関回転速度が大きいほど大きくすることを要旨とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、燃焼室に面した燃料噴射弁を備え、排気上死点付近で排気弁及び吸気弁が共に閉じた密閉期間を形成することができる圧縮自己着火式ガソリン機関の少なくとも部分負荷運転において、前記密閉期間中に前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、機関回転速度及び負荷に応じて前記密閉期間中の燃料噴射時期を変更するようにしているので、密閉期間中に噴射された燃料が燃焼室内の高温及び高圧により燃焼しやすく改質されるための時間を変更して改質程度を制御することができ、通常の火花点火式ガソリン機関に比べて特に圧縮比を高めること無く、安定した圧縮自己着火燃焼を可能とすることができる。
【００１６】
請求項２記載の本発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射時期を負荷が小さいほど進角するようにしたので、負荷が小さくなるにつれて空燃比が大きくなる領域においても、噴射された燃料の改質時間を追加することができ、安定した圧縮自己着火燃焼が可能な領域をさらに低負荷領域へ拡大することができる。
【００１７】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射時期を機関回転速度が大きいほど進角するようにしたので、機関回転速度が高くなっても燃料改質時間を得ることができ、安定した圧縮自己着火燃焼が可能な領域をさらに高回転領域へ拡大することができる。
【００１８】
請求項４記載の本発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、負荷が所定値を超えるときに前記密閉期間中の燃料噴射を取りやめ、吸気弁開時期以降に燃料の噴射を行うようにしたので、比較的高負荷時に燃料改質が進みすぎて、ノッキングを生じることを防止することができる。
【００１９】
請求項５記載の本発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射のほかに、負荷に応じて、吸気弁開時期以降に２回目の燃料噴射を行うようにしたので、ノッキングを回避しつつ比較的高負荷領域まで圧縮自己着火領域を拡大することができる。
【００２０】
請求項６記載の本発明によれば、請求項５記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を負荷が小さいほど大きくするようにしたので、負荷が小さくなるにつれて燃料少なくなっても、噴射された燃料が改質される量を確保することができ、安定した圧縮自己着火燃焼が可能な領域をさらに低負荷領域へ拡大することができる。
【００２１】
請求項７記載の本発明によれば、請求項５記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を機関回転速度が大きいほど大きくするようにしたので、機関回転速度が高くなっても燃料改質時間を得ることができ、安定した圧縮自己着火燃焼が可能な領域をさらに高回転領域へ拡大することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る圧縮自己着火式ガソリン機関の第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【００２３】
図１において、本発明の圧縮自己着火式ガソリン機関は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略す）１と、エンジン本体１０と、燃焼室１１と、ピストン１２と、吸気ポート１３と、吸気弁１４と、吸気弁タイミング可変機構１５と、排気ポート１６と、排気弁１７と、排気弁タイミング可変機構１８と、燃焼室１１に面して設けられた燃料噴射弁１９と、火花点火燃焼時に火花点火を行うための点火プラグ２０と、吸気量センサ２１と、ＥＣＵ１から制御されるスロットルバルブ２２と、クランク角センサ２３とを備えている。
【００２４】
ＥＣＵ１は、負荷及び機関回転速度（以下、回転数）に応じて火花点火燃焼を行うか圧縮自己着火燃焼を行うかの判定を行う運転領域判定部２と、火花点火燃焼制御部３と、自己着火燃焼制御部４と、火花点火燃焼用のバルブタイミングと圧縮自己着火燃焼用の排気上死点（ＴＤＣ）付近で密閉期間付のバルブタイミングとを切り換えるバルブタイミング制御部５と、回転数及び負荷に応じて燃料噴射タイミングを変更する燃料噴射タイミング制御部６とを備えている。
【００２５】
また、ＥＣＵ１は、図示しないアクセルペダルに設けられたセンサが検出するアクセル角度信号、クランク角センサ２３が検出するクランク角センサ信号、吸気量センサ２１が検出する吸気量センサ信号を入力する一方、吸気弁タイミング可変機構１５及び排気弁タイミング可変機構１８へバルブタイミング切換信号、燃料噴射弁１９へ燃料噴射制御信号、点火プラグ２０へ点火信号、スロットルバルブ２２へスロットル開度制御信号をそれぞれ出力する。
【００２６】
図２は、本実施の形態における吸気弁及び排気弁のバルブタイミング図であり、図２（ａ）に示す火花点火燃焼時のバルブタイミングと、図２（ｂ）に示す圧縮自己着火燃焼時のバルブタイミングとの２つのバルブタイミングを有している。
【００２７】
図２（ａ）は、通常の４行程サイクルのガソリンエンジンのバルブタイミングと同様の火花点火燃焼用の吸気弁リフト３１、排気弁リフト３２であり、排気ＴＤＣ付近で吸気弁１４及び排気弁１７が共に開くオーバーラップ期間がある。
【００２８】
図２（ｂ）は、圧縮自己着火燃焼用のバルブタイミングを示す吸気弁リフト３３、排気弁リフト３４であり、排気ＴＤＣ付近で排気弁１７及び吸気弁１４がともに閉となる密閉期間（いわば、マイナスオーバラップ期間）を形成していることが特徴である。
【００２９】
ＥＣＵ１のバルブタイミング制御部５からの制御により、吸排気弁の開閉時期を火花点火用のバルブタイミングと、圧縮自己着火用のバルブタイミングとの間で切り換えるための吸気弁タイミング可変機構１５、排気弁タイミング可変機構１８としては、例えば特開平９−２０３３０７号公報等に示されているようにプロフィールの異なるカムを切り換えるカム切換機構や、電磁力により吸排気弁の開閉を制御する電磁駆動弁が利用可能である。
【００３０】
次に第１実施形態の動作を説明する。
図３は、本実施形態における部分負荷時のエンジンの作動を説明するエンジンの行程毎の断面図であり、（ａ）排気行程、（ｂ）排気ＴＤＣ付近の密閉期間（マイナスオーバラップ）、（ｃ）吸気行程、（ｄ）圧縮行程、（ｅ）圧縮ＴＤＣ付近、をそれぞれ示す。
【００３１】
部分負荷時には、吸気弁タイミング可変機構１５、排気弁タイミング可変機構１８を作動させることによって、圧縮自己着火燃焼用のバルブタイミングを選択し、図２（ｂ）に示した吸気弁リフト３３、排気弁リフト３４により排気ＴＤＣ付近で密閉期間を形成する。
【００３２】
排気行程前半では図３（ａ）に示すように、通常のエンジンと同じくシリンダの排気ガスは排気弁１７から排気ポート１６へ排出される。
排気行程後半では図３（ｂ）に示すように、通常のエンジンとは異なり、排気弁１７を閉じてシリンダ内に排気ガスを閉じこめ、再度圧縮を行い、高温、高圧の状態を形成する。
【００３３】
この高温ガス中に燃料噴射弁１９からガソリンを噴射することによって燃焼の予反応が起こり、ガソリンの組成はアルデヒドを含むより反応性の高い組成に改質される。この改質の程度は高温ガス中にガソリンが保持される時間によって連続的に制御することが可能である。燃料の噴射時期を早めた場合には燃焼開示寸前まで高度に改質され、噴射時期を遅めた場合にはガソリンの改質の程度は低い状態となる。
【００３４】
吸気行程前半では、吸排気弁を閉じた状態のまま改質された混合気を大気圧近くまで膨脹させ、吸気行程後半では、図３（ｃ）に示すように、吸気弁１４を開けて新気を吸気ポート１３から吸気する。
【００３５】
圧縮行程では、図３（ｄ）に示すように、高温の改質された混合気と新気が混合された状態で圧縮される。この結果、シリンダ内の混合気の温度圧力の上昇と前記燃料改質の効果により、公知例における圧縮比より低い圧縮比にて、圧縮自己着火を達成することができる。このため、火花点火を行う全負荷運転でもノッキング限界に起因するトルク低下が生じにくい。
【００３６】
膨脹行程では図示しないが、自己着火燃焼したガスがピストンを押し下げて軸トルクを発生する。
【００３７】
図４は、本実施形態における全負荷時のエンジンの作動を説明するエンジンの行程毎の断面図であり、（ａ）排気行程、（ｂ）吸気行程、（ｃ）圧縮行程、（ｄ）圧縮ＴＤＣ付近、をそれぞれ示す。
【００３８】
全負荷運転時には、吸気弁タイミング可変機構１５、排気弁タイミング可変機構１８を作動させることによって、火花点火燃焼用のバルブタイミングを選択し、図２（ａ）に示した吸気弁リフト３１、排気弁リフト３２を選択する。この時、４行程にわたって動作は通常の火花点火ガソリンエンジンと同じになる。
【００３９】
次に、部分負荷時の圧縮自着火燃焼に関して詳しく述べる。
前述したような圧縮自己着火は、燃焼室内の温度、圧力、燃料濃度、燃料の改質程度により影響され、これらのいずれも大きいほど圧縮自己着火時期が早まる。一方、エンジンの熱効率の点からは圧縮自己着火の開始時期は圧縮ＴＤＣ付近であることが必要である。
【００４０】
エンジンの負荷を高めて行くと混合気中の燃料の濃度が高くなるため、圧縮自己着火時期が早まる。逆に、エンジンの負荷を低くして行くと混合気中の燃料の濃度が低くなるため、圧縮自己着火時期が遅くなる。このため広い範囲の負荷に対して適正な圧縮自己着火時期を得るためには燃料の改質程度をコントロールする必要が生じる。
【００４１】
図５は、第１実施形態における圧縮自己着火燃焼時のエンジンの負荷（縦軸）に対する燃料噴射時期（横軸）を示すグラフであり、負荷に応じて密閉期間中の燃料の噴射時期を変化させることによって燃料の改質程度のコントロールし、適正な熱発生時期を得る制御を説明するものである。
【００４２】
この実施形態では、負荷が小さい領域から負荷が大きくなる方向へ、大別して３種類の燃料噴射時期があり、負荷が小さいほど密閉期間中の燃料噴射時期を進角する燃料改質自己着火域５１、負荷が大きいほど圧縮行程中の燃料噴射時期を進角する成層自己着火域５２、及び密閉期間後の吸気行程中に燃料噴射する均質自己着火域５３がある。
【００４３】
燃料改質自己着火域５１では、負荷が小さい場合には、密閉期間中の燃料の噴射時期を早め、ガソリンを燃焼開始寸前まで高度に改質し、負荷が大きくなるに従い、密閉期間中の燃料の噴射時期を遅くすることによりがその改質程度を低くして適正な熱発生時期を得ることができる。
【００４４】
なお、ある程度エンジンの負荷が高くなると、成層自己着火域５２として示すように、密閉期間中の燃料改質に頼らなくても混合気を成層化することにより局所的に燃料濃度を高め、圧縮自己着火を起こすことができるようになる。
【００４５】
密閉期間中の燃料改質による圧縮自己着火と、混合気成層化による圧縮自己着火を比較すると、混合気成層化による圧縮自己着火の方が、壁面クエンチングによるＨＣの排出が少ないという利点があるため、本実施形態では混合気成層化による圧縮自己着火を運転領域に含めてある。
【００４６】
次に、機関回転速度（回転数）の影響について述べる。エンジンの回転数を変化させても燃料改質の化学変化に要する時間はあまり変化がないため、クランク角に対して燃料噴射時期を固定すると、相対的に圧縮自己着火時期が変化する。すなわち回転数が低くなると圧縮ＴＤＣに対して燃料改質が速まるので圧縮自己着火時期が早まり、逆に、回転数が高くなると圧縮ＴＤＣに対して燃料改質が遅くなるので圧縮自己着火時期が遅くなる。このため広い範囲の回転数に対して適正な圧縮自己着火時期を得るためには、燃料の改質程度をコントロールする必要が生じる。
【００４７】
図６は、実施形態における圧縮自己着火燃焼時のエンジンの回転数（縦軸）に対する燃料噴射時期（横軸）を示すグラフであり、回転数に応じて密閉期間中の燃料の噴射時期を変化させることによって燃料の改質程度のコントロールし、適正な熱発生時期を得る制御を説明するものである。
【００４８】
この実施形態では、回転数が大きい領域から回転数が小さくなる方向へ、大別して３種類の燃料噴射時期があり、回転数が大きいほど密閉期間中の燃料噴射時期を進角する燃料改質自己着火域６１、回転数が小さいほど圧縮行程中の燃料噴射時期を進角する成層自己着火域６２、及び密閉期間後の吸気行程中に燃料噴射する均質自己着火域６３がある。
【００４９】
燃料改質自己着火域６１では、回転数が大きい場合には密閉期間中の燃料の噴射時期を早め、回転数が小さくなるに従い、密閉期間中の燃料の噴射時期を遅くすることにより、回転数が変化しても圧縮ＴＤＣ付近のガソリンの改質程度をほぼ同等として適正な熱発生時期を得ることができる。
【００５０】
図７は、上記実施形態に共通の動作を説明するフローチャートであり、例えば、ＥＣＵ１を構成するマイクロプロセッサのプログラムとして実現される。
【００５１】
図７において、まず、アクセルペダル角度信号、クランク角センサ信号をＥＣＵ１へ読み込む（ステップＳ１０）。次いで、これら読み込んだ信号に基づいて、負荷Ｔ、回転数Ｎを計算する（ステップＳ１２）。次いで、負荷Ｔ、回転数Ｎにより運転領域マップを参照し（ステップＳ１４）、運転領域が火花点火燃焼領域か、自己着火領域かを判定する（ステップＳ１６）。このとき参照される運転領域マップは、後述する図１０、図１１のように、回転数Ｎ及び負荷Ｔの２次元空間を火花点火燃焼領域と圧縮自己着火領域とに領域分割したものである。
【００５２】
ステップＳ１６の判定で、火花点火領域であれば、スロットル開度を負荷Ｔに比例した開度に制御し（ステップＳ１８）、吸排気弁のバルブタイミングを火花点火燃焼用のバルブタイミングに設定し（ステップＳ２０）、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等の制御を通常の火花点火エンジンと同様の制御を行う（ステップＳ２２）。
【００５３】
ステップＳ１６の判定で、自己着火領域であれば、スロットルを全開にして（ステップＳ２４）、自己着火用のバルブタイミングに設定し（ステップＳ２６）、負荷Ｔを再度判定する（ステップＳ２８）。負荷が第１の規定値Ｔ１未満であれば、密閉期間中の燃料噴射による燃料改質自己着火燃焼を行うため、回転数Ｎ及び負荷Ｔにより燃料噴射時期テーブルを参照して噴射時期を設定し（ステップＳ３０）、負荷Ｔに比例した燃料量を噴射する（ステップＳ３６）。
【００５４】
ステップＳ２８の判定で、負荷が第１の規定値Ｔ１以上、かつ第２の規定値Ｔ２以下であれば、圧縮行程中の燃料噴射による成層自己着火燃焼を行うため、回転数Ｎ及び負荷Ｔにより燃料噴射時期テーブルを参照して噴射時期を設定し（ステップＳ３２）、負荷Ｔに比例した燃料量を噴射する（ステップＳ３６）。
【００５５】
ステップＳ２８の判定で、負荷が第２の規定値Ｔ２を超えていれば、吸気行程中の燃料噴射による均質自己着火燃焼を行うため、回転数Ｎ及び負荷Ｔにより燃料噴射時期テーブルを参照して噴射時期を設定し（ステップＳ３４）、負荷Ｔに比例した燃料量を噴射する（ステップＳ３６）。
【００５６】
尚、ステップＳ３０、３２、３４でそれぞれ参照する燃料噴射時期テーブルを共用化して１つのテーブルにまとめることもできる。この際には、ステップ２８での場合分けは不要となり、それ以後の処理は１本化される。
【００５７】
図８は、第２の実施形態における圧縮自己着火燃焼時のエンジンの負荷（縦軸）に対する燃料噴射時期（横軸）を示すグラフであり、負荷に応じて密閉期間中の第１の燃料噴射時期と密閉期間以外の第２の燃料噴射時期とを設けることによって燃料の改質程度のコントロールし、適正な熱発生時期を得る実施形態を説明するものである。尚、第２の実施形態の構成は、図１に示した第１の実施形態の構成と同様である。
【００５８】
第２の実施形態は、密閉期間中の第１の燃料噴射８１ａのほかに、負荷に応じて、吸気弁開時期以降に第２の燃料噴射８１ｂを行い、前記密閉期間中の燃料噴射量割合を変化させることによって燃料の改質程度をコントロールし、適正な熱発生時期を得るものである。
【００５９】
前記第１の実施形態においては、密閉期間中の燃料噴射時期が排気ＴＤＣ近傍になり排気ＴＤＣ付近で燃料が成層化される場合がある。この時、供給空燃比が希薄であると密閉排気ガス中に酸素が存在し、噴射された燃料が発火してしまう恐れがある。本実施形態ではこの問題が解決される。
【００６０】
負荷が小さい場合には密閉期間中の燃料噴射量割合を大きくし、高度に改質された燃料の割合を大きくする。負荷が大きくなるに従い、密閉期間中の燃料噴射量割合を小さくすることにより改質された燃料の割合を小さくすることで適正な熱発生時期を得ることができる。広い範囲の回転数に対して適正な圧縮自己着火時期を得るためにも上記燃料噴射方式は有効である。
【００６１】
図９は、第２の実施形態における圧縮自己着火燃焼時のエンジンの回転数（縦軸）に対する燃料噴射時期（横軸）を示すグラフであり、回転数に応じて密閉期間中の第１の燃料噴射時期９１ａと密閉期間以外の第２の燃料噴射時期９１ｂとを設けることによって燃料の改質程度のコントロールし、適正な熱発生時期を得る実施形態を説明するものである。
【００６２】
回転数が大きい場合には、密閉期間中の燃料噴射量割合を大きくし、高度に改質された燃料の割合を大きくする実施形態である。回転数が小さくなるに従い、密閉期間中の燃料噴射量割合を小さくすることにより改質された燃料の割合を小さくすることで適正な熱発生時期を得ることができる。
【００６３】
図１０は、以上の実施形態に共通の燃焼形態と噴射時期のマップであり、高回転域または高負荷域である火花点火領域と、中以下の回転数でかつ中低負荷の自己着火領域があり、さらに自己着火領域は、密閉期間噴射、圧縮期間噴射、吸気期間噴射に分けられている。
【００６４】
図１１は、以上の実施形態に共通のバルブタイミングのマップであり、火花点火用のバルブタイミングの領域と、自己着火用の密閉期間付のバルブタイミングとが設けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧縮自己着火式ガソリン機関の第１の実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図２】第１の実施形態における吸排気弁のバルブタイミング図であり、（ａ）火花点火燃焼時、（ｂ）圧縮自己着火燃焼時をそれぞれ示す。
【図３】第１の実施形態における部分負荷時の各行程の筒内混合気の動作状態を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態における全負荷時の各行程の筒内混合気の動作状態を示す模式図である。
【図５】第１の実施形態における負荷と燃料噴射時期の関係を示す図である。
【図６】第１の実施形態における回転数と燃料噴射時期の関係を示す図である。
【図７】第１の実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図８】第２の実施形態における負荷と燃料噴射時期の関係を示す図である。
【図９】第２の実施形態における回転数と燃料噴射時期の関係を示す図である。
【図１０】回転数と負荷により定まる運転領域に対する燃焼形態と燃料噴射時期の割り付け例を示す図である。
【図１１】回転数と負荷により定まる運転領域に対するバルブタイミングの割り付け例を示す図である。
【符号の説明】
１ ＥＣＵ
２ 運転領域判定部
３ 火花点火燃焼制御部
４ 自己着火燃焼制御部
５ バルブタイミング制御部
６ 燃料噴射タイミング制御部
１０ エンジン本体
１１ 燃焼室
１２ ピストン
１３ 吸気ポート
１４ 吸気弁
１５ 吸気弁タイミング可変機構
１６ 排気ポート
１７ 排気弁
１８ 排気弁タイミング可変機構
１９ 燃料噴射弁
２０ 点火プラグ
２１ 吸気量センサ
２２ スロットルバルブ
２３ クランク角センサ
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置と吸排気弁のバルブタイミング可変機構を備え、運転領域に応じて火花点火と圧縮自己着火とを切換可能な圧縮自己着火式ガソリン機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンの熱効率を改善するために、混合気をリーン化することでポンプ損失を低減すると共に作動ガスの比熱比を大きくして理論熱効率を向上する手法が知られている。しかしながら、従来の火花点火エンジンでは空燃比をリーンにすると燃焼期間が長期化して、燃焼安定度が悪化する。このため、空燃比のリーン化には限界がある。
【０００３】
このような燃焼安定度の悪化を避けながら空燃比をリーン化する技術として、圧縮自己着火燃焼が知られている。圧縮自己着火燃焼では、燃焼室内の複数の位置から燃焼反応が起こるため、空燃比がリーン化した場合においても火花点火に比べると燃焼期間が長期化せずに、よりリーンな空燃比でも安定した燃焼が可能となる。また空燃比がリーンのため燃焼温度が低下し、ＮＯｘも大幅に低減できる。
【０００４】
従来の圧縮自己着火式ガソリン機関としては、例えば特開平７−３３２１４１号公報記載の技術が知られている。この例は、吸気ポートに燃料を噴射するエンジンにおいて、圧縮比を直噴ディーゼルエンジン並に高めることによって、圧縮上死点付近のシリンダ内温度及び圧力を高め、これら高温、高圧によりガソリン予混合気に自己着火する条件を成立させ、圧縮自着火燃焼を実現したものである。これによって火花点火ガソリン機関を上回る希薄燃焼限界と低燃費を得ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の圧縮自己着火式ガソリン機関にあっては、単に圧縮比を高めることによって、圧縮自着火する条件を実現したものとなっていた。
【０００６】
このため、理論空燃比付近の混合気で火花点火を行う全負荷運転では、高圧縮比によりノッキングが発生しやすく、ノッキングを回避するためには、点火進角限界を遅角させる必要があり、通常の圧縮比の火花点火式ガソリン機関に比べ大幅にトルクが低下するという問題点があった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、理論空燃比付近の火花点火による全負荷運転時に、従来の火花点火式ガソリン機関に比べてトルクが低下することがない圧縮自己着火式ガソリン機関を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、上記目的を達成するため、燃焼室に面した燃料噴射弁を備え、排気上死点付近で排気弁及び吸気弁が共に閉じた密閉期間を形成することができる圧縮自己着火式ガソリン機関であって、少なくとも部分負荷運転において、前記密閉期間中に前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、機関回転速度及び又は負荷に応じて前記密閉期間中の燃料噴射時期を変更することを要旨とする。
【０００９】
請求項２記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射時期を負荷が小さいほど進角することを要旨とする。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射時期を機関回転速度が大きいほど進角することを要旨とする。
【００１１】
請求項４記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、負荷が所定値を超えるときに前記密閉期間中の燃料噴射を取りやめ、吸気弁開時期以降に燃料の噴射を行うことを要旨とする。
【００１２】
請求項５記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射のほかに、負荷に応じて、吸気弁開時期以降に２回目の燃料噴射を行うことを要旨とする。
【００１３】
請求項６記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項５記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を負荷が小さいほど大きくすることを要旨とする。
【００１４】
請求項７記載の本発明は、上記目的を達成するため、請求項５記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を機関回転速度が大きいほど大きくすることを要旨とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、燃焼室に面した燃料噴射弁を備え、排気上死点付近で排気弁及び吸気弁が共に閉じた密閉期間を形成することができる圧縮自己着火式ガソリン機関の少なくとも部分負荷運転において、前記密閉期間中に前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、機関回転速度及び負荷に応じて前記密閉期間中の燃料噴射時期を変更するようにしているので、密閉期間中に噴射された燃料が燃焼室内の高温及び高圧により燃焼しやすく改質されるための時間を変更して改質程度を制御することができ、通常の火花点火式ガソリン機関に比べて特に圧縮比を高めること無く、安定した圧縮自己着火燃焼を可能とすることができる。
【００１６】
請求項２記載の本発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射時期を負荷が小さいほど進角するようにしたので、負荷が小さくなるにつれて空燃比が大きくなる領域においても、噴射された燃料の改質時間を追加することができ、安定した圧縮自己着火燃焼が可能な領域をさらに低負荷領域へ拡大することができる。
【００１７】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射時期を機関回転速度が大きいほど進角するようにしたので、機関回転速度が高くなっても燃料改質時間を得ることができ、安定した圧縮自己着火燃焼が可能な領域をさらに高回転領域へ拡大することができる。
【００１８】
請求項４記載の本発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、負荷が所定値を超えるときに前記密閉期間中の燃料噴射を取りやめ、吸気弁開時期以降に燃料の噴射を行うようにしたので、比較的高負荷時に燃料改質が進みすぎて、ノッキングを生じることを防止することができる。
【００１９】
請求項５記載の本発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射のほかに、負荷に応じて、吸気弁開時期以降に２回目の燃料噴射を行うようにしたので、ノッキングを回避しつつ比較的高負荷領域まで圧縮自己着火領域を拡大することができる。
【００２０】
請求項６記載の本発明によれば、請求項５記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を負荷が小さいほど大きくするようにしたので、負荷が小さくなるにつれて燃料少なくなっても、噴射された燃料が改質される量を確保することができ、安定した圧縮自己着火燃焼が可能な領域をさらに低負荷領域へ拡大することができる。
【００２１】
請求項７記載の本発明によれば、請求項５記載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を機関回転速度が大きいほど大きくするようにしたので、機関回転速度が高くなっても燃料改質時間を得ることができ、安定した圧縮自己着火燃焼が可能な領域をさらに高回転領域へ拡大することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る圧縮自己着火式ガソリン機関の第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【００２３】
図１において、本発明の圧縮自己着火式ガソリン機関は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略す）１と、エンジン本体１０と、燃焼室１１と、ピストン１２と、吸気ポート１３と、吸気弁１４と、吸気弁タイミング可変機構１５と、排気ポート１６と、排気弁１７と、排気弁タイミング可変機構１８と、燃焼室１１に面して設けられた燃料噴射弁１９と、火花点火燃焼時に火花点火を行うための点火プラグ２０と、吸気量センサ２１と、ＥＣＵ１から制御されるスロットルバルブ２２と、クランク角センサ２３とを備えている。
【００２４】
ＥＣＵ１は、負荷及び機関回転速度（以下、回転数）に応じて火花点火燃焼を行うか圧縮自己着火燃焼を行うかの判定を行う運転領域判定部２と、火花点火燃焼制御部３と、自己着火燃焼制御部４と、火花点火燃焼用のバルブタイミングと圧縮自己着火燃焼用の排気上死点（ＴＤＣ）付近で密閉期間付のバルブタイミングとを切り換えるバルブタイミング制御部５と、回転数及び負荷に応じて燃料噴射タイミングを変更する燃料噴射タイミング制御部６とを備えている。
【００２５】
また、ＥＣＵ１は、図示しないアクセルペダルに設けられたセンサが検出するアクセル角度信号、クランク角センサ２３が検出するクランク角センサ信号、吸気量センサ２１が検出する吸気量センサ信号を入力する一方、吸気弁タイミング可変機構１５及び排気弁タイミング可変機構１８へバルブタイミング切換信号、燃料噴射弁１９へ燃料噴射制御信号、点火プラグ２０へ点火信号、スロットルバルブ２２へスロットル開度制御信号をそれぞれ出力する。
【００２６】
図２は、本実施の形態における吸気弁及び排気弁のバルブタイミング図であり、図２（ａ）に示す火花点火燃焼時のバルブタイミングと、図２（ｂ）に示す圧縮自己着火燃焼時のバルブタイミングとの２つのバルブタイミングを有している。
【００２７】
図２（ａ）は、通常の４行程サイクルのガソリンエンジンのバルブタイミングと同様の火花点火燃焼用の吸気弁リフト３１、排気弁リフト３２であり、排気ＴＤＣ付近で吸気弁１４及び排気弁１７が共に開くオーバーラップ期間がある。
【００２８】
図２（ｂ）は、圧縮自己着火燃焼用のバルブタイミングを示す吸気弁リフト３３、排気弁リフト３４であり、排気ＴＤＣ付近で排気弁１７及び吸気弁１４がともに閉となる密閉期間（いわば、マイナスオーバラップ期間）を形成していることが特徴である。
【００２９】
ＥＣＵ１のバルブタイミング制御部５からの制御により、吸排気弁の開閉時期を火花点火用のバルブタイミングと、圧縮自己着火用のバルブタイミングとの間で切り換えるための吸気弁タイミング可変機構１５、排気弁タイミング可変機構１８としては、例えば特開平９−２０３３０７号公報等に示されているようにプロフィールの異なるカムを切り換えるカム切換機構や、電磁力により吸排気弁の開閉を制御する電磁駆動弁が利用可能である。
【００３０】
次に第１実施形態の動作を説明する。
図３は、本実施形態における部分負荷時のエンジンの作動を説明するエンジンの行程毎の断面図であり、（ａ）排気行程、（ｂ）排気ＴＤＣ付近の密閉期間（マイナスオーバラップ）、（ｃ）吸気行程、（ｄ）圧縮行程、（ｅ）圧縮ＴＤＣ付近、をそれぞれ示す。
【００３１】
部分負荷時には、吸気弁タイミング可変機構１５、排気弁タイミング可変機構１８を作動させることによって、圧縮自己着火燃焼用のバルブタイミングを選択し、図２（ｂ）に示した吸気弁リフト３３、排気弁リフト３４により排気ＴＤＣ付近で密閉期間を形成する。
【００３２】
排気行程前半では図３（ａ）に示すように、通常のエンジンと同じくシリンダの排気ガスは排気弁１７から排気ポート１６へ排出される。
排気行程後半では図３（ｂ）に示すように、通常のエンジンとは異なり、排気弁１７を閉じてシリンダ内に排気ガスを閉じこめ、再度圧縮を行い、高温、高圧の状態を形成する。
【００３３】
この高温ガス中に燃料噴射弁１９からガソリンを噴射することによって燃焼の予反応が起こり、ガソリンの組成はアルデヒドを含むより反応性の高い組成に改質される。この改質の程度は高温ガス中にガソリンが保持される時間によって連続的に制御することが可能である。燃料の噴射時期を早めた場合には燃焼開示寸前まで高度に改質され、噴射時期を遅めた場合にはガソリンの改質の程度は低い状態となる。
【００３４】
吸気行程前半では、吸排気弁を閉じた状態のまま改質された混合気を大気圧近くまで膨脹させ、吸気行程後半では、図３（ｃ）に示すように、吸気弁１４を開けて新気を吸気ポート１３から吸気する。
【００３５】
圧縮行程では、図３（ｄ）に示すように、高温の改質された混合気と新気が混合された状態で圧縮される。この結果、シリンダ内の混合気の温度圧力の上昇と前記燃料改質の効果により、公知例における圧縮比より低い圧縮比にて、圧縮自己着火を達成することができる。このため、火花点火を行う全負荷運転でもノッキング限界に起因するトルク低下が生じにくい。
【００３６】
膨脹行程では図示しないが、自己着火燃焼したガスがピストンを押し下げて軸トルクを発生する。
【００３７】
図４は、本実施形態における全負荷時のエンジンの作動を説明するエンジンの行程毎の断面図であり、（ａ）排気行程、（ｂ）吸気行程、（ｃ）圧縮行程、（ｄ）圧縮ＴＤＣ付近、をそれぞれ示す。
【００３８】
全負荷運転時には、吸気弁タイミング可変機構１５、排気弁タイミング可変機構１８を作動させることによって、火花点火燃焼用のバルブタイミングを選択し、図２（ａ）に示した吸気弁リフト３１、排気弁リフト３２を選択する。この時、４行程にわたって動作は通常の火花点火ガソリンエンジンと同じになる。
【００３９】
次に、部分負荷時の圧縮自着火燃焼に関して詳しく述べる。
前述したような圧縮自己着火は、燃焼室内の温度、圧力、燃料濃度、燃料の改質程度により影響され、これらのいずれも大きいほど圧縮自己着火時期が早まる。一方、エンジンの熱効率の点からは圧縮自己着火の開始時期は圧縮ＴＤＣ付近であることが必要である。
【００４０】
エンジンの負荷を高めて行くと混合気中の燃料の濃度が高くなるため、圧縮自己着火時期が早まる。逆に、エンジンの負荷を低くして行くと混合気中の燃料の濃度が低くなるため、圧縮自己着火時期が遅くなる。このため広い範囲の負荷に対して適正な圧縮自己着火時期を得るためには燃料の改質程度をコントロールする必要が生じる。
【００４１】
図５は、第１実施形態における圧縮自己着火燃焼時のエンジンの負荷（縦軸）に対する燃料噴射時期（横軸）を示すグラフであり、負荷に応じて密閉期間中の燃料の噴射時期を変化させることによって燃料の改質程度のコントロールし、適正な熱発生時期を得る制御を説明するものである。
【００４２】
この実施形態では、負荷が小さい領域から負荷が大きくなる方向へ、大別して３種類の燃料噴射時期があり、負荷が小さいほど密閉期間中の燃料噴射時期を進角する燃料改質自己着火域５１、負荷が大きいほど圧縮行程中の燃料噴射時期を進角する成層自己着火域５２、及び密閉期間後の吸気行程中に燃料噴射する均質自己着火域５３がある。
【００４３】
燃料改質自己着火域５１では、負荷が小さい場合には、密閉期間中の燃料の噴射時期を早め、ガソリンを燃焼開始寸前まで高度に改質し、負荷が大きくなるに従い、密閉期間中の燃料の噴射時期を遅くすることによりがその改質程度を低くして適正な熱発生時期を得ることができる。
【００４４】
なお、ある程度エンジンの負荷が高くなると、成層自己着火域５２として示すように、密閉期間中の燃料改質に頼らなくても混合気を成層化することにより局所的に燃料濃度を高め、圧縮自己着火を起こすことができるようになる。
【００４５】
密閉期間中の燃料改質による圧縮自己着火と、混合気成層化による圧縮自己着火を比較すると、混合気成層化による圧縮自己着火の方が、壁面クエンチングによるＨＣの排出が少ないという利点があるため、本実施形態では混合気成層化による圧縮自己着火を運転領域に含めてある。
【００４６】
次に、機関回転速度（回転数）の影響について述べる。エンジンの回転数を変化させても燃料改質の化学変化に要する時間はあまり変化がないため、クランク角に対して燃料噴射時期を固定すると、相対的に圧縮自己着火時期が変化する。すなわち回転数が低くなると圧縮ＴＤＣに対して燃料改質が速まるので圧縮自己着火時期が早まり、逆に、回転数が高くなると圧縮ＴＤＣに対して燃料改質が遅くなるので圧縮自己着火時期が遅くなる。このため広い範囲の回転数に対して適正な圧縮自己着火時期を得るためには、燃料の改質程度をコントロールする必要が生じる。
【００４７】
図６は、実施形態における圧縮自己着火燃焼時のエンジンの回転数（縦軸）に対する燃料噴射時期（横軸）を示すグラフであり、回転数に応じて密閉期間中の燃料の噴射時期を変化させることによって燃料の改質程度のコントロールし、適正な熱発生時期を得る制御を説明するものである。
【００４８】
この実施形態では、回転数が大きい領域から回転数が小さくなる方向へ、大別して３種類の燃料噴射時期があり、回転数が大きいほど密閉期間中の燃料噴射時期を進角する燃料改質自己着火域６１、回転数が小さいほど圧縮行程中の燃料噴射時期を進角する成層自己着火域６２、及び密閉期間後の吸気行程中に燃料噴射する均質自己着火域６３がある。
【００４９】
燃料改質自己着火域６１では、回転数が大きい場合には密閉期間中の燃料の噴射時期を早め、回転数が小さくなるに従い、密閉期間中の燃料の噴射時期を遅くすることにより、回転数が変化しても圧縮ＴＤＣ付近のガソリンの改質程度をほぼ同等として適正な熱発生時期を得ることができる。
【００５０】
図７は、上記実施形態に共通の動作を説明するフローチャートであり、例えば、ＥＣＵ１を構成するマイクロプロセッサのプログラムとして実現される。
【００５１】
図７において、まず、アクセルペダル角度信号、クランク角センサ信号をＥＣＵ１へ読み込む（ステップＳ１０）。次いで、これら読み込んだ信号に基づいて、負荷Ｔ、回転数Ｎを計算する（ステップＳ１２）。次いで、負荷Ｔ、回転数Ｎにより運転領域マップを参照し（ステップＳ１４）、運転領域が火花点火燃焼領域か、自己着火領域かを判定する（ステップＳ１６）。このとき参照される運転領域マップは、後述する図１０、図１１のように、回転数Ｎ及び負荷Ｔの２次元空間を火花点火燃焼領域と圧縮自己着火領域とに領域分割したものである。
【００５２】
ステップＳ１６の判定で、火花点火領域であれば、スロットル開度を負荷Ｔに比例した開度に制御し（ステップＳ１８）、吸排気弁のバルブタイミングを火花点火燃焼用のバルブタイミングに設定し（ステップＳ２０）、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等の制御を通常の火花点火エンジンと同様の制御を行う（ステップＳ２２）。
【００５３】
ステップＳ１６の判定で、自己着火領域であれば、スロットルを全開にして（ステップＳ２４）、自己着火用のバルブタイミングに設定し（ステップＳ２６）、負荷Ｔを再度判定する（ステップＳ２８）。負荷が第１の規定値Ｔ１未満であれば、密閉期間中の燃料噴射による燃料改質自己着火燃焼を行うため、回転数Ｎ及び負荷Ｔにより燃料噴射時期テーブルを参照して噴射時期を設定し（ステップＳ３０）、負荷Ｔに比例した燃料量を噴射する（ステップＳ３６）。
【００５４】
ステップＳ２８の判定で、負荷が第１の規定値Ｔ１以上、かつ第２の規定値Ｔ２以下であれば、圧縮行程中の燃料噴射による成層自己着火燃焼を行うため、回転数Ｎ及び負荷Ｔにより燃料噴射時期テーブルを参照して噴射時期を設定し（ステップＳ３２）、負荷Ｔに比例した燃料量を噴射する（ステップＳ３６）。
【００５５】
ステップＳ２８の判定で、負荷が第２の規定値Ｔ２を超えていれば、吸気行程中の燃料噴射による均質自己着火燃焼を行うため、回転数Ｎ及び負荷Ｔにより燃料噴射時期テーブルを参照して噴射時期を設定し（ステップＳ３４）、負荷Ｔに比例した燃料量を噴射する（ステップＳ３６）。
【００５６】
尚、ステップＳ３０、３２、３４でそれぞれ参照する燃料噴射時期テーブルを共用化して１つのテーブルにまとめることもできる。この際には、ステップ２８での場合分けは不要となり、それ以後の処理は１本化される。
【００５７】
図８は、第２の実施形態における圧縮自己着火燃焼時のエンジンの負荷（縦軸）に対する燃料噴射時期（横軸）を示すグラフであり、負荷に応じて密閉期間中の第１の燃料噴射時期と密閉期間以外の第２の燃料噴射時期とを設けることによって燃料の改質程度のコントロールし、適正な熱発生時期を得る実施形態を説明するものである。尚、第２の実施形態の構成は、図１に示した第１の実施形態の構成と同様である。
【００５８】
第２の実施形態は、密閉期間中の第１の燃料噴射８１ａのほかに、負荷に応じて、吸気弁開時期以降に第２の燃料噴射８１ｂを行い、前記密閉期間中の燃料噴射量割合を変化させることによって燃料の改質程度をコントロールし、適正な熱発生時期を得るものである。
【００５９】
前記第１の実施形態においては、密閉期間中の燃料噴射時期が排気ＴＤＣ近傍になり排気ＴＤＣ付近で燃料が成層化される場合がある。この時、供給空燃比が希薄であると密閉排気ガス中に酸素が存在し、噴射された燃料が発火してしまう恐れがある。本実施形態ではこの問題が解決される。
【００６０】
負荷が小さい場合には密閉期間中の燃料噴射量割合を大きくし、高度に改質された燃料の割合を大きくする。負荷が大きくなるに従い、密閉期間中の燃料噴射量割合を小さくすることにより改質された燃料の割合を小さくすることで適正な熱発生時期を得ることができる。広い範囲の回転数に対して適正な圧縮自己着火時期を得るためにも上記燃料噴射方式は有効である。
【００６１】
図９は、第２の実施形態における圧縮自己着火燃焼時のエンジンの回転数（縦軸）に対する燃料噴射時期（横軸）を示すグラフであり、回転数に応じて密閉期間中の第１の燃料噴射時期９１ａと密閉期間以外の第２の燃料噴射時期９１ｂとを設けることによって燃料の改質程度のコントロールし、適正な熱発生時期を得る実施形態を説明するものである。
【００６２】
回転数が大きい場合には、密閉期間中の燃料噴射量割合を大きくし、高度に改質された燃料の割合を大きくする実施形態である。回転数が小さくなるに従い、密閉期間中の燃料噴射量割合を小さくすることにより改質された燃料の割合を小さくすることで適正な熱発生時期を得ることができる。
【００６３】
図１０は、以上の実施形態に共通の燃焼形態と噴射時期のマップであり、高回転域または高負荷域である火花点火領域と、中以下の回転数でかつ中低負荷の自己着火領域があり、さらに自己着火領域は、密閉期間噴射、圧縮期間噴射、吸気期間噴射に分けられている。
【００６４】
図１１は、以上の実施形態に共通のバルブタイミングのマップであり、火花点火用のバルブタイミングの領域と、自己着火用の密閉期間付のバルブタイミングとが設けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧縮自己着火式ガソリン機関の第１の実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図２】第１の実施形態における吸排気弁のバルブタイミング図であり、（ａ）火花点火燃焼時、（ｂ）圧縮自己着火燃焼時をそれぞれ示す。
【図３】第１の実施形態における部分負荷時の各行程の筒内混合気の動作状態を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態における全負荷時の各行程の筒内混合気の動作状態を示す模式図である。
【図５】第１の実施形態における負荷と燃料噴射時期の関係を示す図である。
【図６】第１の実施形態における回転数と燃料噴射時期の関係を示す図である。
【図７】第１の実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図８】第２の実施形態における負荷と燃料噴射時期の関係を示す図である。
【図９】第２の実施形態における回転数と燃料噴射時期の関係を示す図である。
【図１０】回転数と負荷により定まる運転領域に対する燃焼形態と燃料噴射時期の割り付け例を示す図である。
【図１１】回転数と負荷により定まる運転領域に対するバルブタイミングの割り付け例を示す図である。
【符号の説明】
１ ＥＣＵ
２ 運転領域判定部
３ 火花点火燃焼制御部
４ 自己着火燃焼制御部
５ バルブタイミング制御部
６ 燃料噴射タイミング制御部
１０ エンジン本体
１１ 燃焼室
１２ ピストン
１３ 吸気ポート
１４ 吸気弁
１５ 吸気弁タイミング可変機構
１６ 排気ポート
１７ 排気弁
１８ 排気弁タイミング可変機構
１９ 燃料噴射弁
２０ 点火プラグ
２１ 吸気量センサ
２２ スロットルバルブ
２３ クランク角センサ
Claims (7)
- 燃焼室に面した燃料噴射弁を備え、排気上死点付近で排気弁及び吸気弁が共に閉じた密閉期間を形成することができる圧縮自己着火式ガソリン機関であって、
少なくとも部分負荷運転において、前記密閉期間中に前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、機関回転速度及び又は負荷に応じて前記密閉期間中の燃料噴射時期を変更することを特徴とする圧縮自己着火式ガソリン機関。 - 前記密閉期間中の燃料噴射時期を負荷が小さいほど進角することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
- 前記密閉期間中の燃料噴射時期を機関回転速度が大きいほど進角することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
- 負荷が所定値を超えるときに前記密閉期間中の燃料噴射を取りやめ、吸気弁開時期以降に燃料の噴射を行うことを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
- 前記密閉期間中の燃料噴射のほかに、負荷に応じて、吸気弁開時期以降に２回目の燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
- 前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を負荷が小さいほど大きくすることを特徴とする請求項５記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
- 前記密閉期間中の燃料噴射量の割合を機関回転速度が大きいほど大きくすることを特徴とする請求項５記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
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