JP4905200B2 - 火花点火式ガソリンエンジン - Google Patents
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Description
ηth=1−(1/εκ-1) (1)
(但し、εは圧縮比、κは比熱比)になる、とされている。
まず、本発明に係る高圧縮比とノッキング抑制との関係について詳述する。
PV=nRT (1−1)
但し、P:圧力、V:体積、n:モル数、R:気体定数、T:温度
から明らかなように、圧力が上昇する程の温度上昇は生じない。このため、温度との関係では、筒内の端ガスにおいても圧力が上昇するほどの温度上昇はなく,自着火が生じにくくなる。そして、燃焼室(定容量器)では、所定時間経過後(t2)に連鎖反応によって熱炎反応が生じ、圧力が急上昇するという多段発火現象に至る。
(1) 冷炎反応によって、燃焼室は、圧力の上昇分ほどの温度上昇がないこと、
(2) 冷炎反応は、主として燃焼室の中央部で生じるので、端ガス部分の温度は相対的に低いこと、
(3) ピストンが圧縮上死点を通過した後も燃焼室が所定温度(900K)以下になるため、ホルムアルデヒドがOHラジカルを消費すること
が機能していることが判明した。そこで、本件発明者は、これらノッキング抑制メカニズムを従来の化学反応に基づく計算に加味し、ノッキング限界を計算した。
[実施形態]
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
ε :幾何学的圧縮比
vs:行程容積(m3)
vc:隙間容積(m3)
θ :バルブリフト量が1mmのときの吸気弁30の閉弁タイミングのクランク角度
R :連桿比(コンロッド長/クランク半径)
である。
20 エンジン本体
21 クランクシャフト
22 シリンダブロック
23 シリンダヘッド
24 気筒
26 ピストン
27 燃焼室
28 吸気ポート
29 排気ポート
30 吸気弁
31 排気弁
32 燃料噴射弁
33 隆起部
34 点火プラグ
35 点火回路
40 動弁機構
100 コントロールユニット(制御手段の一例)
160 外部EGRシステム
170 吸気加熱システム
264 凹部
A 点火リタード運転領域
B 通常点火運転領域
C HCCI運転領域
B2 アイドリング運転領域
F1、F2 燃料噴射タイミング
N エンジン回転速度
Ra、Rb 逆スキッシュ流
RIg リタード量
S オフセット量
SW1-SW8 センサ
T 筒内温度
Ta1 正タンブル流
Ta2 逆タンブル流
TST 基準値
εr 有効圧縮比
Claims (22)
- 圧縮自己着火を実行する圧縮自己着火運転モードと火花点火を実行する火花点火運転モードとを有し、火花点火を実行するための点火プラグを有する4サイクルの火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
幾何学的圧縮比が14以上に設定されたエンジン本体と、
前記エンジン本体のシリンダに接続された吸気ポートおよび排気ポートにそれぞれ設けられ、対応するポートを開閉する吸気弁および排気弁と、
前記エンジン本体の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出に基づいて、少なくとも前記点火プラグの点火タイミングの調整制御と吸気弁の閉タイミング調整制御による有効圧縮比の調整制御とを実行する制御手段と
を備え、前記制御手段は、当該エンジン本体の運転領域が、少なくとも低速域におけるスロットル全開域を含む高負荷運転領域である場合には、運転モードを火花点火運転モードに切り換えて、弁リフト1mmで規定した吸気弁閉タイミングで求められる前記有効圧縮比を13以上に維持するように吸気弁閉タイミングを調整するとともに点火タイミングを圧縮上死点後の所定期間内にリタードすることにより、圧縮上死点経過後に冷炎反応を生じさせてから火花点火に基づく火炎伝播により混合気を燃焼させる一方、前記低速域における低負荷運転領域である場合には、運転モードを圧縮自己着火運転に切り換えて前記有効圧縮比を13未満に下げるものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記エンジン本体は、オクタン価が96RON以上の燃料を用いて運転されるものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項2記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記エンジン本体の幾何学的圧縮比の上限は、16である
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記エンジン本体は、オクタン価が100RON以上の燃料を用いて運転されるものであり、
前記エンジン本体の幾何学的圧縮比の上限は、16.5である
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 圧縮自己着火を実行する圧縮自己着火運転モードと火花点火を実行する火花点火運転モードとを有し、火花点火を実行するための点火プラグを有する4サイクルの火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
幾何学的圧縮比が13.5以上に設定され、オクタン価が91RON以上の燃料を用いて運転されるエンジン本体と、
前記エンジン本体のシリンダに接続された吸気ポートおよび排気ポートにそれぞれ設けられ、対応するポートを開閉する吸気弁および排気弁と、
前記エンジン本体の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出に基づいて、少なくとも前記点火プラグの点火タイミングの調整制御と吸気弁の閉タイミング調整制御による有効圧縮比の調整制御とを実行する制御手段と
を備え、前記制御手段は、当該エンジン本体の運転領域が、少なくとも低速域におけるスロットル全開域を含む高負荷運転領域である場合には、運転モードを火花点火運転モードに切り換えて、弁リフト1mmで規定した吸気弁閉タイミングで求められる前記有効圧縮比を12.5以上に維持するように吸気弁閉タイミングを調整するとともに点火タイミングを圧縮上死点後の所定期間内にリタードすることにより、圧縮上死点経過後に冷炎反応を生じさせてから火花点火に基づく火炎伝播により混合気を燃焼させる一方、前記低速域における低負荷運転領域である場合には、運転モードを圧縮自己着火運転に切り換えて前記有効圧縮比を12.5未満に下げるものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項5記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記エンジン本体の幾何学的圧縮比の上限は、15.5である
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から4の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段に設定される前記低速域は、エンジンの回転域を、低速、中速、高速の三段階に分けたときの低速域であり、前記所定期間は、前記ピストンが上死点経過後10%以下のストローク範囲である
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項7項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、中速以上のエンジン回転領域で点火タイミングを圧縮上死点以前に切り換えるものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から8の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
圧縮上死点後に点火タイミングがリタードされた場合に混合気の燃焼期間を短縮する燃焼期間短縮手段を備えている
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項9記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記燃焼期間短縮手段は、筒内に乱流を生成する乱流生成手段である
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項9記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
各気筒に複数の点火プラグを設け、
前記燃焼期間短縮手段は、複数の点火プラグを作動させる多点点火手段である
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から11の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段によって噴射タイミングを制御可能な燃料噴射弁を設け、
前記制御手段は、当該エンジン本体の運転領域が、低速域において少なくとも所定の中負荷運転領域からスロットル全開域までの中高負荷運転領域の場合には、吸気行程から圧縮行程の所定期間内に燃料を複数回噴射する分割噴射を実行させるものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から12の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段によって外部EGR量を調整可能な外部EGRシステムを設け、
前記制御手段は、エンジン本体の運転領域が、少なくとも低速域においてスロットル全開域を含む高負荷運転領域である場合には、外部EGRを導入するものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項13記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、少なくとも低速低負荷運転領域では、外部EGRを導入するものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から14の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記エンジン本体の筒内温度を推定する筒内温度推定手段を備え、
前記制御手段は、冷間始動時は、吸気弁閉弁タイミングを吸気下死点近傍に設定し、有効圧縮比を高め且つ充分な吸気を確保するように吸気弁閉タイミングを調整制御するものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から15の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
エンジンの加速を検出するエンジン加速検出手段を備え、
前記制御手段は、低負荷運転領域からの急加速時には、点火タイミングを圧縮上死点後の所定期間の最大許容値に一気にリタードさせるものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から16の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段によって噴射タイミングを制御可能な燃料噴射弁を設け、
前記燃料噴射弁は、前記点火プラグの電極付近に向けて燃料を噴射する直噴型のものであり、
前記エンジン本体のピストン冠面には、当該冠面周辺部に形成され、圧縮上死点から膨張行程に移行する際に逆スキッシュ流を生成する隆起部と、当該冠面中央部分に形成された凹部とが設けられており、
前記制御手段は、圧縮行程で燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御するものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から17の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、エンジン本体の運転領域が、少なくとも低速域においてスロットル全開域を含む高負荷運転領域である場合には、筒内の空燃比を理論空燃比以下の可燃範囲に設定し、低速低負荷運転領域である場合には、理論空燃比よりもリーンに設定するものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から18の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段に設定される低速低負荷運転領域は、アイドリング運転領域を含むものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項19記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、前記アイドリング運転領域では、着火アシストを実行するように点火プラグの点火タイミングを調整制御するものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1から4の何れか1項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、アイドリング運転領域を含む低速極低負荷運転領域では、火花点火運転モードに切り換えて前記有効圧縮比を13に維持するとともに空燃比をリーンに設定し、且つ点火タイミングを圧縮上死点前の所定期間内にアドバンスするものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項5または6に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、アイドリング運転領域を含む低速極低負荷運転領域では、火花点火運転モードに切り換えて前記有効圧縮比を12.5に維持するとともに空燃比をリーンに設定し、且つ点火タイミングを圧縮上死点前の所定期間内にアドバンスするものである
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
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