JPH04183951A - 筒内直接噴射式火花点火機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は筒内直接噴射式火花点火機関に関する。

〔従来の技術〕

シリンダ内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁を備
え、低負荷時には圧縮行程後半に点火栓を指向せしめて
燃料を噴射せしめて成層燃焼を行い、中・高負荷時には
吸気行程と圧縮行程後半とにおいて燃料を噴射せしめて
弱成層燃焼を行なうようにした筒内直接噴射式火花点火
機関が開示されている（特開平２−１６９８３４号公報
参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ノッキング発生時においては点火時期を遅角
してノッキングを抑制することが一般に行なわれている
。ところが前述の内燃機関では、点火時期を遅角せしめ
ると、圧縮行程における燃料噴射時期から点火時期まで
のインターバルが長くなりすぎるために、点火栓用りに
形成された混合気が拡散してしまい良好な着火および燃
焼が得られないという問題を生ずる。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するた６本発明によれば、圧縮行程に
シリンダ内に燃料を噴射せしめて成層燃焼を行なうよう
にした内燃機関において、ノッキング発生時においては
点火時期を遅角せしめると共に圧縮行程における燃料噴
射の噴射時期を遅角せしめるようにしている。

〔作　用〕

ノッキング発生時においては点火時期を遅角せしめると
共に圧縮行程における燃料噴射の噴射時期も遅角せしめ
る。このため、点火時期が遅角されても、圧縮行程にお
ける燃料噴射の燃料噴射時期から点火時期までのインタ
ーバルを最適上することができる。

〔実施例〕

第２図を参照すると、１はシリンダブロック、２はシリ
ンダヘッド、３はピストン、４はシリンダ室、５は吸気
管、６は排気管を夫々示す。吸気管５にはリンクレスス
ロットル弁７が配置される。

このスロットル弁７はステップモーフ８によって開閉制
御せしめられ、アイドル運転時以外および減速運転時以
外においてはほぼ全開状態とされる。

燃料噴射弁９の先端はシリンダ室４まで延び、シリンダ
室４内に燃料を直接噴射することができる。

各気筒の燃料噴射弁９は、各燃料噴射弁９に共通の蓄圧
室１０に接続され、この蓄圧室１０は燃料ポンプ１１に
よってほぼ一定圧力の高圧燃料で満たされている。点火
栓１２はディストリビュータ１３を介してイグナイタ１
４に接続される。

電子制御ユニッ）３Ｃ１はディジクルコンピュータから
なり、双方向性ハス３１によって相互に接続されたＲＯ
Ｍ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアク
セスメモリ）　３３、ＣＰＵ　（マイクロプロセッサ）
３４、人力ポート３５および出力ポート３６を具備する
。機関回転数を検出するだめのクランク角センサ２５は
ディストリビュータ１３に内蔵され、クランク角センサ
２５の出力信号は人力ポート３５に人力される。ノッキ
ング発生を検出するためのノックセンサ２６はＡＤ変換
器３７を介して入力ポート３５に接続される。図示しな
いアクセルペダルの踏込み量を検出するた必のアクセル
開度センサ２７はＡＤ変換器３８を介して入力ポート３
５に接続される。

一方、出力ポート３６は各駆動回路３９，４０．４１を
介して夫々燃料噴射弁９、イグナイタ１４、ステップモ
ーフ８に接続される。

第３図には第２図の機関本体の拡大断面図を示す。第３
図を参照すると、ピストン頂部に形成された凹状燃焼室
２０は１．上部側の大径の浅皿部２１と、浅皿部２Ｉの
中央部に形成された下部側の深皿部２２との二重構造と
され、深皿部２２は浅皿部２１よりも小径に形成されて
いる。

図示しない吸気ポートはスワールポートとなっており、
燃料噴射弁９は多噴孔ホールノズルを有する。したがっ
て燃料噴射弁９は比較的貫徹力が強くかつ広がり角の小
さい棒状の燃料を噴射する。

燃料噴射弁９は、斜め下方を指向してシリンダ室４の頂
部に配置される。また燃料噴射弁９の燃料噴射方向およ
び燃料噴射時期は、噴射燃料が燃焼室２０内に指向する
ように決められている。点火栓１２はピストン３十死点
時凹状燃焼室２０内に位置するように配設される。

第４図には本実施例の圧縮行程噴射と吸気行程噴射の制
御パターンを示す。第４図を参照すると、横軸は機関の
負荷を表しており、第４図では負荷として燃料噴射量０
をとり、縦軸には燃料噴射量Ｑをとっている。低負荷か
ら燃料噴射ＮＱ、までは、圧縮行程においてだけ燃料が
噴射される。圧縮行程燃料噴射量はＱｓまで漸次増大せ
しめられる。燃料噴射量ＱＳにおいて、圧縮行程燃料噴
射量はＱｎまで急激に減少せしめられると共に吸気行程
燃料噴射量は０．まで急激に増大せしめられる。Ｑｓは
中負荷付近の燃料噴射量であり、Ｑ。

とＱ、との和として次式で示される。

ＱＳ＝ＱＤ＋Ｑ。

ここで、Ｑ、は点火栓１２により着火可能な混合気を形
成し得る最小限の圧縮行程燃料噴射量であり、Ｑｐは吸
気行程において噴射された燃料がシリンダ室４内に均質
に拡散した際に点火栓１２による着火火災が伝播可能な
最小限の吸気行程燃料噴射量である。

燃料噴射量がＱＳより大きい負荷領域においては、要求
燃料噴射量Ｑを圧縮行程と吸気行程とに分割して噴射し
、圧縮行程燃料噴射量Ｑ。は負荷によらず一定とし吸気
行程燃料噴射量Ω、は負荷の増大に伴って増大せしめる
。

再び第３図を参照すると、中負荷付近ＱＳより低い負荷
領域においては、圧縮行程後期に燃料噴射弁９から燃焼
室２０に向かって要求噴射量の全量が噴射される。燃料
噴射時期は遅くされ、このため大部分の燃料は深皿部２
２内に噴射される。深皿部２２内壁面に付着した燃料は
蒸発し、燃焼室２０内に可燃混合気層を形成する。この
混合気層の一部が点火栓１２により点火され、主に深皿
部２２内で良好な燃焼が完了する。

中負荷付近Ｑ、より高い負荷領域においては、第５図に
示されるように、吸気行程初期（第５図（ａ））に吸気
行程噴射が実行され、燃料噴射弁９から燃焼室２０を指
向して燃料が噴射される。噴射燃料Ｆは主に浅皿部２１
に衝突し、その一部はシリング室４中に反射し、他の一
部は浅皿部２１の壁面に付着し壁面からの加熱により蒸
発する。これらの燃料は、吸入渦流ＳＷおよび吸気流の
乱れＲによって吸気行程から圧縮行程に至る間に予混合
気Ｐが形成される（第５図（ｂ））。この予混合気Ｐの
空燃比は、着火火災が伝播できる程度の空燃比とされる
。吸入渦流ＳＷが強い場合には、シリンダ室４外周付近
が濃く、中心付近が薄くなるような予混合気が形成され
る。

なお、吸気行程噴射時期を早めて、ピストン３がより上
死点に近い位置にあるときに燃料を噴射すると、大部分
の燃料は深皿部２２内に噴射され、大部分の燃料が深皿
部２２内で予混合気化される。

続いて圧縮行程後期（第５図（Ｃ））に圧縮行程噴射が
実行され、大部分の燃料が深皿部２２内に噴射される。

深皿部２２内壁面に付着した燃料は、壁面および圧縮空
気からの加熱により気化し、渦流ＳＷにより拡散混合し
、可燃域を含む濃淡のある不均一混合気層が形成される
。この混合気層の一部が点火栓１２により点火され、不
均一混合気層の燃焼が進行する（第５図（ｄ））。この
燃焼により形成された火災Ｂが深皿部２２内で発達する
過程で、周辺の予混合気に伝播し、さらに逆スキッシュ
流Ｓにより、深皿部２２外まで燃焼を進行させる。

なお圧縮行程噴射時期を早め、燃料を浅皿部２１と深皿
部２２の両方に噴射する場合には、火災が浅皿部２１と
深皿部２２とに広く分布し、予混合気への火災の伝播を
より容易にすることができる。

ところで、ノッキングが発生ずると点火時期を遅角して
ノッキングを抑制することが一般に行なわれている。と
ころが、本実施例の機関のように成層燃焼を行なう機関
においては、点火時期を遅角せしめると圧縮行程噴射の
燃料噴射時期から点火時期までのインターバルが長くな
りすぎるために、圧縮行程で噴射された燃料が拡散して
しまい良好な着火および燃焼が得られないという問題を
生ずる。

そこで本実施例ではノッキングが発生した場合には点火
時期を遅角せしめると共に、点火時期の遅角量に応じて
圧縮行程の燃料噴射時期も遅角せしめるようにしている
。

第６図に示すようにノッキングが発生していない状態が
実線で示され、ノッキングが発生すると点線で示すよう
に点火時期および圧縮行程噴射時期が遅角されている。

なお圧縮行程噴射時期を遅角せしめるのは中負荷付近で
あって、低負荷では圧縮行程噴射時期を遅角していない
のは、低負荷時にはノッキングがほとんど発生しないか
らである。

第１図には点火時期および圧縮行程噴射時期を計算する
ルーチンを示す。このルーチンは一部クランク角毎の割
込みによって実行される。第１図を参照すると、まずス
テップ１００　において機関回転数およびアクセル開度
に基づいて全燃料噴射量Ωが計算される。次いでステッ
プ１０１　において圧縮行程燃料噴射量Ｑ。が全燃料噴
射量０に基づいて計算される。ステップ１０２ではマツ
プに基づいてマツプ点火時期θ１９おを計算する。ステ
ップ１０３ではノッキングが発生したか否か判定する。

ノッキングが発生していればステップ１．０４に進み、
実際の点火時期θ、９が△θだけ減少せしめられる。

すなわち、ノッキングが発生している間、実際の点火時
期θ、９はこのルーチンの処理ザイクル毎にΔθずつ遅
角せしめられる。なお、このθ０．および後述する圧縮
行程燃料噴射時期θ。は、第７図に示されるように圧縮
上死点から吸入下死点に向かって計測した角度である。

次いでステップ１０５ではＱ。＞Ｏか否か判定される。

Ｑｏ＞Ｑのとき、すなわち圧縮行程噴射が実行されると
き、ステップ１０６に進み圧縮行程燃料噴射時期θ。が
次式により計算される。

θ。＝θ１．＋ｆ ここでｆは圧縮行程噴射が開始されてから点火されるま
でのインターバルであり、機関運転状態に応じて最適な
インターバルとなるようにマツプに基づいて計算される
。これによって圧縮行程燃料噴射時期は遅角される。こ
のマツプは例えば第８図に示されるように、機関回転数
Ｎｅ　と全燃料噴射量Ωとの２次元マツプとして与えら
れる。第８図では最適インターバルｆはクランク角で与
えられる。最適インターバルｆは機関回転数Ｎ８が増大
する程、全燃料噴射量のが増大する程増大する。

ステップ１０７では、圧縮行程燃料噴射時期Ｑ。

が最大値Ｑ。ＭＡＸを超えるか否か判定し、Ｑｏ〉Ｑｏ
ＭＡＸの場合にはステップ１０８に進み、ＱｃをＱｏ、
ＬＡＸとする。

一方、ステップ１０３においてノッキングが発生してい
ないと判定された場合、ステップ１０９に進み、実際の
点火時期θ１．が△θだけ増大せしめられる。すなわち
、ノッキングが発生していない場合には、実際の点火時
期θ１．はこのルーチンの処理サイクル毎にΔθずつ進
角せしめられる。ステップ１１０では実際の点火時期θ
１．がマツプ点火時期θｉｇＭ以上か否か判定される。

θ１９≧θ１．）ｌのときにはステップ１１１　に進み
θ１．はθｉｇＭとされる。すなわちノッキングが発生
していない場合には、実際の点火時期θ１９はマツプ点
火時期θ１．にに等しくなるまでΔθずつ徐々に進角せ
しめられ、実際の点火時期θ１．はマツプ点火時期θｉ
９Ｍより進角せしめられることはない。ステップ１１２
ではｑｃ＞Ｏか否か判定される。圧縮行程噴射が実行さ
れるときには、ステップ１１３に進み圧縮行程燃料噴射
時期θ。が圧縮行程燃料噴射量Ｑ。と機関回転数のマツ
プに基づいて計算される。すなわち実際の点火時期θ１
９がマツプ点火時期に等しいときには圧縮行程燃料噴射
時期θ。はマ・ツブに基づいて計算される。これによっ
て圧縮行程燃料噴射時期θ。は点火時期θ、９に対して
最適となる。

一方、ステップ１１０においてθ、９〈θｊｇＭと判定
された場合には、ステップ１０５に進み、圧縮行程噴射
が実行される場合にはステップ１０６からステップ１０
８において、圧縮行程燃料噴射時期θ。

が点火時期θ、、に対して最適となるように計算される
。

以上のように本実施例によれば、圧縮行程燃料噴射時期
θＣが点火時期θ、９に対して最適となるようにされて
いるため、点火時においては点火栓１２周りに良好な混
合気が形成され、この結果良好な着火および燃焼を得る
ことができる。特にノッキング発生時においては点火時
期θ、９を遅角せしめると共に、点火時期θ１．の遅角
量に応じて圧縮行程燃料噴射時期θ。も遅角せしめてい
るために、ノッキングの発生を抑制できると共に良好な
着火および燃焼を得ることができる。

なお、本実施例では１つの燃料噴射弁９によって吸気行
程噴射および圧縮行程噴射を実行するよ１１つ１ うにしているが、２つの燃料噴射弁を有し、一方の燃料
噴射弁で吸気行程噴射を実行すると共に他方の燃料噴射
弁によって圧縮行程噴射を実行するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

点火時期が遅角されても、圧縮行程における燃料噴射の
燃料噴射時期から点火時期までのインターバルを最適と
することができるため、良好な着火および燃焼を得るこ
とができる。また、へソキングを抑制することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は点火時期および圧縮行程噴射時期を計算するた
めのフローチャート、第２図は内燃機関の全体図、第３
図は機関本体の縦断面図、第４図は圧縮行程噴射と吸気
行程噴射の制御ノくターンの一例を示す線図、第５図は
燃料噴射の状態を示す説明図、第６図は点火時期および
圧縮行程噴射時期を示す線図、第７図は点火時期を示す
線図、第８図は最適インター）＜ルｆのマ・ツブである
。 ４・・・シリンダ室、　　　　９・・・燃料噴射弁、１
２・・・点火栓、　　　　　２６・・・ノックセンザ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧縮行程にシリンダ内に燃料を噴射せしめて成層燃焼
   を行なうようにした内燃機関において、ノッキング発生
   時においては点火時期を遅角せしめると共に圧縮行程に
   おける燃料噴射の噴射時期を遅角せしめるようにした筒
   内直接噴射式火花点火機関。