JPH11210539A - スパークアシスト式自着火内燃機関 - Google Patents

スパークアシスト式自着火内燃機関

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JPH11210539A
JPH11210539A JP10019160A JP1916098A JPH11210539A JP H11210539 A JPH11210539 A JP H11210539A JP 10019160 A JP10019160 A JP 10019160A JP 1916098 A JP1916098 A JP 1916098A JP H11210539 A JPH11210539 A JP H11210539A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 点火により自着火燃焼を生じさせる。 【解決手段】 温度センサ４１により燃焼室４内のガス
温が、点火すると自着火を生ずる温度になっているか否
かを判断する。この判断に基づいてバルブタイミング装
置６により吸気弁５の開弁時期を制御し、燃焼室４内の
ガス温を点火すると自着火の生ずる温度に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスパークアシスト式
自着火内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼル機関において燃料噴射を行う
と一部の燃料はただちに蒸発して予混合気を形成し、残
りの燃料は燃料液滴の形で燃焼室内に分散せしめられ
る。次いで予混合気が自着火せしめられ、これが熱源と
なって燃料液滴から蒸発する燃料が順次燃焼せしめられ
る。即ち、拡散燃焼が行われる。この場合、予混合気の
割合が多くなると爆発的な燃焼が生ずるために燃焼温が
急激に上昇し、斯くして多量のＮＯx が発生することに
なる。
【０００３】そこで燃焼室内に燃焼圧センサと点火栓と
を配置し、検出された燃焼圧から予混合気の割合を求
め、予混合気の割合が最適値よりも多くなった場合には
点火時期を早めて予混合気の生成量が過度に増大する前
に点火栓により予混合気を着火せしめ、点火栓による着
火時の予混合気の割合が最適値よりも少なくなった場合
には点火時期を遅らせて予混合気の生成量が適度な量ま
で増大したときに予混合気を点火栓により着火せしめる
ようにしたディーゼル機関が公知である（実開平２−１
４１６４８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ディーゼル機関に用い
られる軽油は分子量の大きな燃料成分が多いために大部
分の燃料は蒸発しずらく、噴射されると一部の低沸点成
分のみが徐々に蒸発する。即ち、噴射開始後、生成され
る予混合気の量は時間の経過と共に徐々に増大するので
点火時期を制御することによって着火せしめられる予混
合気の量を制御しうるものと考えられる。
【０００５】ところでガソリンやメタノールのような低
セタン価の燃料は本来的に自着火しずらいがこれらの燃
料を用いた場合でも燃焼室内のガス温が高くなると自着
火を生ずる。しかしながらこの自着火はディーゼル機関
と異なって制御することができない。即ち、ガソリンや
メタノールは分子量が小さく、従って噴射されるとただ
ちに気化して混合気全体が予混合気になる。従って自着
火が生ずるときには常に混合気全体が自着火をすること
になる。即ち、ディーゼル機関におけるように自着火を
生ずる予混合気の割合を制御することができない。
【０００６】ところでガソリンやメタノールを用いた場
合の自着火は圧縮上死点前に生じ、従って自着火を生ず
るとノッキングを発生することになる。従って従来より
ガソリンやメタノールのような燃料を用いた場合にはで
きる限り自着火を生じないようにしており、点火栓によ
る着火火炎によって混合気を燃焼せしめるようにしてい
る。
【０００７】ところが自着火を生ずると混合気全体が同
時に燃焼を開始するので局所的に温度が高くなることが
なく、燃焼室内における燃焼温が全体的に低くなる。そ
の結果、ＮＯx の発生量が極めて少なくなる。従って圧
縮上死点後に自着火が生ずるように自着火の時期を制御
することができればＮＯx の発生量の少ないおだやかな
燃焼が得られることになる。
【０００８】上述したディーゼル機関でも自着火の時期
を制御しているがこのディーゼル機関では予混合気の割
合を制御するために自着火の時期を制御している。これ
に対して本発明では混合気全体が自着火する時期を制御
するようにしているので上述したディーゼル機関と本発
明とは本質的に異なる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】１番目の発明では自着火
の時期を制御するために、点火栓を備えた内燃機関にお
いて、圧縮行程末期における燃焼室内のガス温が点火す
ると混合気全体の自着火をひき起す目標温度又は目標温
度範囲内であるか否かを判断する判断手段と、この判断
手段の判断結果に基づいて圧縮行程末期における燃焼室
内のガス温を目標温度又は目標温度範囲内に制御する制
御手段とを具備している。
【００１０】２番目の発明では１番目の発明において、
目標温度又は目標温度範囲が圧力の関数である。３番目
の発明では１番目の発明において、燃焼室内のガス温を
検出する検出手段を具備し、判断手段は検出手段により
検出されたガス温から圧縮行程末期における燃焼室内の
ガス温が目標温度は目標温度範囲内にあるか否かを判断
する。
【００１１】４番目の発明では１番目の発明において、
点火後燃焼室内の圧力がピークとなるまでの時間を検出
するための検出手段を具備し、判断手段はこの時間から
圧縮行程末期における燃焼室内のガス温が目標温度又は
目標温度範囲内にあるか否かを判断し、制御手段はこの
時間が予め定められた時間となるように制御することに
よって圧縮行程末期における燃焼室内のガス温を目標温
度又は目標温度範囲内に制御する。
【００１２】５番目の発明では１番目の発明において、
ノッキングを検出するためのノッキングセンサを具備
し、判断手段はノッキングセンサの出力信号から圧縮行
程末期における燃焼室内のガス温が目標温度又は目標温
度範囲内にあるか否かを判断し、制御手段はノッキング
の強度が予め定められた範囲となるように制御すること
によって圧縮行程末期における燃焼室内のガス温を目標
温度又は目標温度範囲内に制御する。
【００１３】６番目の発明では１番目の発明において、
排気ガスを機関吸気通路内に再循環させる排気ガス再循
環装置を具備し、判断手段は再循環排気ガスの量又は温
度を制御することによって圧縮行程末期における燃焼室
内のガス温を目標温度又は目標温度範囲内に制御する。
７番目の発明では１番目の発明において、吸気弁の開弁
時期を制御するための手段を具備し、制御手段は吸気弁
の開弁時期を制御することによって圧縮行程末期におけ
る燃焼室内のガス温を目標温度又は目標温度範囲内に制
御する。
【００１４】８番目の発明では１番目の発明において、
機関の圧縮比を制御するための手段を具備し、制御手段
は圧縮比を制御することによって圧縮行程末期における
燃焼室内のガス温を目標温度又は目標温度範囲内に制御
する。９番目の発明では１番目の発明において、機関に
供給される吸入空気の過給圧を制御するための手段を具
備し、制御手段は過給圧を制御することによって圧縮行
程末期における燃焼室内のガス温を目標温度又は目標温
度範囲内に制御する。
【００１５】１０番目の発明では１番目の発明におい
て、排気弁の開弁時期を制御するための手段を具備し、
制御手段は排気弁の開弁時期を制御することによって圧
縮行程末期における燃焼室内のガス温を目標温度又は目
標温度範囲内に制御する。１１番目の発明では１番目の
発明において、圧縮行程末期における燃焼室内のガス温
が目標温度又は目標温度範囲内になったときに点火が行
われるように点火時期を制御するようにしている。
【００１６】１２番目の発明では１番目の発明におい
て、制御手段による燃焼室内のガス温の制御を補助する
ために制御手段に加え補助制御手段を具備している。１
３番目の発明では１２番目の発明において、補助制御手
段は、少くとも一つの気筒の空燃比をリッチにする手段
と、空燃比がリッチにされた気筒の排気通路内に配置さ
れた触媒と、触媒を通過した排気ガスを少くとも残りの
気筒に供給する手段からなる。
【００１７】１４番目の発明では１２番目の発明におい
て、補助制御手段が機関の冷却作用を制御する冷却制御
手段からなる。１５番目の発明では１番目の発明におい
て、複数の点火栓を具備している。１６番目の発明では
１番目の発明において、点火によって混合気全体が自着
火した後に追加の燃料を噴射するようにしている。
【００１８】１７番目の発明では１番目の発明におい
て、ピストン頂面上にキャビティを形成し、キャビティ
内に燃料を噴射するようにしている。１８番目の発明で
は１番目の発明において、流入する排気ガスの空燃比が
リーンのときにはＮＯx を吸収し流入する排気ガスの空
燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯx を
放出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯ
x 吸収剤からＮＯx を放出すべきときには燃焼室内にお
ける空燃比を理論空燃比又はリッチにして点火によりひ
き起こされる自着火燃焼を行うようにしている。
【００１９】１９番目の発明では１番目の発明におい
て、機関負荷が予め定められた負荷よりも低いときには
点火栓周りに集中的に混合気を形成するようにしてい
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、１は機関本
体、２はピストン、３はピストン２の頂面上に形成され
たキャビティ、４は燃焼室、５は吸気弁、６は吸気弁５
の開閉タイミングを制御するためのバルブタイミング制
御装置、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気弁８の
開閉タイミングを制御するためのバルブタイミング制御
装置、１０は排気ポート、１１はキャビティ３内に向け
て燃料を噴射する燃料噴射弁、１２は点火栓、１３は燃
焼圧センサを夫々示す。
【００２１】吸気ポート７は対応する吸気枝管１４を介
してサージタンク１５に連結され、サージタンク１５は
吸気ダクト１６を介してエアクリーナ１７に連結され
る。吸気ダクト１６内には機関によって駆動される機械
式過給機１８が配置され、機械式過給機１８上流の吸気
ダクト１６内にはスロットル弁１９および質量流量計２
０が配置される。吸気ダクト１６には機械式過給機１８
を迂回するバイパス通路２１が連結され、バイパス通路
２１内にはアクチュエータ２２により駆動されるバイパ
ス制御弁２３が配置される。
【００２２】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
４が連結され、排気マニホルド２４の出口は排気管２５
を介してＮＯx 吸収剤２６を内蔵したケーシング２７に
連結される。排気マニホルド２４は排気ガス再循環（以
下、ＥＧＲと称す）通路２８を介してサージタンク１５
に連結され、ＥＧＲ通路２８内にはＥＧＲ制御弁２９が
配置される。
【００２３】電子制御ユニット３０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス３１によって相互に接続
されたＲＯＭ（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、入力ポート３５および出力ポート３６を具
備する。燃焼圧センサ１３は燃焼室４内の圧力に比例し
た出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換
器３７を介して入力ポート３５に入力される。質量流量
計２０は吸入空気の質量流量に比例した出力電圧を発生
し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３７を介して入
力ポート３５に入力される。
【００２４】また、機関本体１にはノッキングの強度に
比例した出力電圧を発生するノッキングセンサ４０が取
付けられ、ノッキングセンサ４０の出力電圧は対応する
ＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
吸気枝管１４には吸入空気とＥＧＲガスとの混合ガス温
に比例した出力電圧を発生する温度センサ４１が取付け
られ、温度センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器
３７を介して入力ポート３５に入力される。機関本体１
には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温セ
ンサ４２が取付けられ、水温センサ４２の出力電圧が対
応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力さ
れる。排気マニホルド２４には空燃比を検出するための
空燃比センサ４３が取付けられ、空燃比センサ４３の出
力信号が対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３
５に入力される。
【００２５】アクセルペダル４４にはアクセルペダル４
４の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ
４５が取付けられ、負荷センサ４５の出力電圧は対応す
るＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力され
る。更に入力ポート３５には機関回転数を表す回転数セ
ンサ４６の出力信号が入力される。一方、出力ポート３
６は対応する駆動回路３８を介してバルブタイミング制
御装置６，９、燃料噴射弁１１、点火栓１２、アクチュ
エータ２２およびＥＧＲ制御弁２９に接続される。
【００２６】吸気弁５および排気弁８は機関クランクシ
ャフトにより駆動されるカムシャフト（図示せず）によ
り開閉制御される。クランクシャフトに対する吸気弁５
のカムシャフトの位相はバルブタイミング制御装置６に
よって制御され、それによって吸気弁５は図２（Ａ）に
示されるように開弁期間がＸとＹとの間の任意の開弁期
間に、即ち開弁時期がＺの範囲内の任意の開弁時期に制
御される。同様に、クランクシャフトに対する排気弁８
のカムシャフトの位相はバルブタイミング制御装置９に
よって制御され、それによって排気弁８は図２（Ｂ）に
示されるように開弁期間がＸとＹとの間の任意の開弁期
間に、即ち開弁時期がＺの範囲内の任意の開弁時期に制
御される。
【００２７】本発明では燃料としてガソリンやメタノー
ルのようなセタン価の低い燃料が使用される。このよう
な燃料、例えばガソリンを用いると通常のガソリン機関
の圧縮比のもとでは燃焼室４内のガス温がほぼ１０００
°Ｋを越えると燃料が自着火することが判明している。
図３の実線Ｔ１は燃料が自着火を生ずる下限温度を示し
ている。なお、図３において縦軸ＴＣは燃焼室４内のガ
ス温（°Ｋ）を示しており、横軸Ｐは燃焼室４内の圧力
を示している。燃焼室４内の圧力Ｐが高くなると酸素の
密度が高くなるために自着火しやすくなり、従って図３
に示されるように自着火を生ずる下限温度Ｔ１は燃焼室
４内の圧力Ｐが高くなるほど低くなる。
【００２８】燃焼室４内のガス温ＴＣが図３に示される
下限温度Ｔ１を越えると燃料が自着火する。この自着火
は通常燃焼室４内の圧力が上昇する過程で、即ち圧縮上
死点前に生ずる。圧縮上死点前に自着火が生ずるとノッ
キングを発生し、従って圧縮上死点前に自着火が生ずる
のを回避しなければならない。従って従来の内燃機関で
は圧縮上死点前に燃焼室４内の温度が下限温度Ｔ１より
もかなり低い温度までしか、即ち図３の鎖線で示す温度
Ｔ２よりも低い温度までしか上昇しないように圧縮比等
が定められており、点火栓により着火せしめられた混合
気の火炎伝播によって混合気全体を燃焼せしめるように
している。
【００２９】ところが着火火炎の伝播により混合気を燃
焼せしめるようにした場合にはいくつかの問題がある。
例えば混合気が着火されると点火栓周りの圧力が上昇
し、その結果点火栓から離れた燃焼室周縁部の混合気が
圧縮されて圧縮上死点前に自着火し、それによってノッ
キングを生じる場合がある。また、リーン混合気を用い
た場合には火炎が十分に伝播せず、その結果良好な燃焼
が得られない場合がある。
【００３０】一方、燃焼室４内のガス温が下限温度Ｔ１
よりも若干低いときに、例えば燃焼室４内のガス温が図
３において斜線で示される領域内にあるときには自着火
は生じない。しかしながらこのとき点火栓１２によって
混合気を着火せしめると点火栓１２周りの混合気が燃焼
するために燃焼室４内の圧力Ｐが上昇する。燃焼室４内
の圧力Ｐが上昇すると燃焼室４内のガス温全体が上昇
し、しかも燃焼室４内の圧力Ｐが上昇すると下限温度Ｔ
１が低くなるので燃焼室４内のガス温全体が下限温度Ｔ
１を越え、斯くして燃焼室４内の混合気全体が同時に自
着火することになる。
【００３１】従ってこのとき点火時期を適切に設定すれ
ば圧縮上死点後に自着火による主燃焼が生じるようにす
ることができる。混合気全体が同時に自着火すると燃焼
室４内全体に亘って燃焼温度が低くなるためにＮＯx の
発生が抑制され、圧縮上死点後に自着火による主燃焼が
行われればノッキングが生ずることのないおだやかな燃
焼となる。
【００３２】図３において鎖線で示すＴ２は点火栓１２
の点火により自着火を生じさせることのできる下限温度
を示しており、従って点火時における燃焼室４内のガス
温が図３のＴ１とＴ２の間の温度範囲内となるようにす
れば点火による自着火燃焼を行わせることができること
になる。なお、図３からわかるように点火すれば自着火
する温度範囲はほぼ８００°Ｋ以上であってほぼ１００
０°Ｋ以下である。
【００３３】点火時における燃焼室４内のガス温を８０
０°Ｋから１０００°Ｋ程度に上昇させるには種々の方
法がある。例えば圧縮比を２０程度まで増大させるのも
一つの方法である。また、高温のＥＧＲガスを燃焼室４
内に再循環させたり、或いは多量の既燃ガスを燃焼室４
内に残留させるのも一つの方法である。従って本発明に
よる一実施例では圧縮比を２０程度まで増大させるよう
にしている。また、本発明による別の実施例では燃焼室
４内に供給されるＥＧＲガスの量および温度を制御する
ようにしている。
【００３４】ところでこのように圧縮比を２０程度まで
増大させても、或いはＥＧＲガスの量および温度を制御
しても自着火燃焼を良好に生じさせることのできない運
転領域が存在する。次にこのことについて図４を参照し
つつ説明する。なお、図４において縦軸Ｑ／Ｎは機関負
荷（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）を表しており、横軸
Ｎは機関回転数を表している。
【００３５】即ち、機関アイドリング運転時および機関
負荷Ｑ／Ｎが極く低い運転状態では発熱量が低く、従っ
て圧縮行程末期における燃焼室４内のガス温ＴＣを８０
０°Ｋから１０００°Ｋに上昇させるのは困難である。
従って機関アイドリング運転時および機関負荷Ｑ／Ｎが
極く低い運転状態、即ち図４における運転領域Ｉでは従
来より行われている通常の燃焼が行われる。
【００３６】一方、中負荷運転時、即ち図４における運
転領域IIでは圧縮行程末期における点火時の燃焼室４内
のガス温を８００°Ｋから１０００°Ｋの範囲に制御す
ることが可能であり、従ってこの運転領域IIでは点火に
よる自着火燃焼が行われる。一方、高負荷運転時、即ち
図４における運転領域III では点火による自着火燃焼が
可能な場合と不可能な場合がある。即ち、圧縮比を２０
程度にした場合には燃焼室４内のガス温は図３に示す下
限温度Ｔ１を越えてしまい、圧縮上死点前に点火によら
ない自着火を生じてしまう。従ってこの場合には高負荷
運転領域IIIを使用できないことになる。従って圧縮比
を２０程度にすることにより点火による自着火を生じさ
せるようにした内燃機関は高負荷運転領域III を使用し
ない内燃機関に適している。
【００３７】一方、圧縮比を比較的低くし、ＥＧＲガス
等による加熱作用を利用して点火による自着火を生じさ
せるようにした場合には高負荷運転領域III において点
火による自着火燃焼が可能な場合と不可能な場合とがあ
る。即ち、機関負荷が高くなると機関温度は高くなるが
吸入空気量が増大するためにＥＧＲガス量は減少せざる
を得ない。従ってＥＧＲガス等による加熱作用は期待で
きず、斯くして圧縮行程末期における燃焼室４内のガス
温ＴＣを８００°Ｋから１０００°Ｋの範囲まで上昇さ
せるのが困難になる場合がある。
【００３８】このように高負荷運転領域III において燃
焼室４内のガス温を８００°Ｋから１０００°Ｋの範囲
まで上昇させるのが困難な場合には高負荷運転領域III
では従来より行われている通常の燃焼が行われる。一
方、高負荷運転領域III において燃焼室４内のガス温が
下限温度Ｔ１を越えない程度まで圧縮比を高めた場合に
は高負荷運転領域III においても圧縮行程末期における
点火時の燃焼室４内のガス温ＴＣを８００°Ｋから１０
００°Ｋの範囲に制御することができ、斯くして点火に
よる自着火燃焼が可能となる。このような場合には高負
荷運転領域III でも点火による自着火燃焼が行われる。
【００３９】なお、中負荷運転領域II又は高負荷運転領
域III において点火による自着火燃焼を行う場合に一部
の噴射燃料のみによって点火による自着火燃焼を行い、
残りの燃料を自着火燃焼開始後に自着火燃焼ガス中に噴
射することもできる。このように自着火燃焼ガス中に燃
料を噴射すると順次噴射される燃料が次から次へと順次
燃焼せしめられ、斯くして急激な圧力上昇を伴わないお
だやかな燃焼が行われる。その結果、ＮＯx の発生量は
更に低減せしめられる。
【００４０】図５は高負荷運転領域III において自着火
燃焼ガス中に燃料を噴射するようにした一例を示してい
る。なお、図５において縦軸Ｗは燃料噴射量を示してお
り、横軸Ｑ／Ｎは機関負荷を表している。また、横軸に
おけるＩ，II，III は夫々図４に示す各運転領域Ｉ，I
I，III を示している。図５においてＷ1 は点火前に噴
射される燃料噴射量を示している。このとき低負荷運転
領域Ｉでは従来より行われている通常の燃焼が行われ、
中負荷運転領域IIおよび高負荷運転領域III では点火に
よる自着火燃焼が行われる。一方、図５においてＷ2 は
点火による自着火燃焼ガス中に噴射される燃料噴射量を
示している。この例では機関負荷Ｑ／Ｎが高くなるにつ
れて燃料噴射量Ｗ2 が増大せしめられる。
【００４１】また、点火による自着火燃焼は燃焼室４内
における空燃比がリーンのときでも、理論空燃比のとき
でも、リッチのときでも行うことができる。従って機関
の運転状態により空燃比をリーンと理論空燃比とリッチ
との間で選択的に切換えるようにした内燃機関であった
としてもいずれの運転状態においても点火による自着火
燃焼を行うことができる。
【００４２】次に点火による自着火燃焼を生じさせるた
めに圧縮行程末期における点火時の燃焼室４内のガス温
を図３において斜線で示される下限温度Ｔ１とＴ２との
間に制御するようにしたいくつかの実施例について順次
説明する。圧縮行程末期における点火時の燃焼室４内の
ガス温を図３において斜線で示される下限温度Ｔ１とＴ
２との間に制御するためにはまず第１に圧縮行程末期に
おける点火時の燃焼室４内のガス温が図３において斜線
で示される下限温度Ｔ１とＴ２との間にあるか否かを判
断するための判断手段が必要であり、第２にこの判断手
段の判断結果に基づいて圧縮行程末期における点火時の
燃焼室４内のガス温を図３において斜線で示される下限
温度Ｔ１とＴ２との間に制御するための制御手段が必要
となる。
【００４３】第１の実施例においては、圧縮始めにおけ
る燃焼室４内のガス温に基づいて圧縮行程末期における
点火時の燃焼室４内のガス温が図３において斜線で示さ
れる下限温度Ｔ１とＴ２との間にあるか否かを判断する
ようにしており、燃焼室４内に再循環されるＥＧＲガス
量を制御することによって圧縮行程末期における点火時
の燃焼室４内のガス温を図３において斜線で示される下
限温度Ｔ１とＴ２との間に制御するようにしている。
【００４４】即ち、図６（Ａ）において実線で示される
ように機関の運転状態により定まる最適点火時期におけ
る燃焼室４内のガス温ＴＥは圧縮始めにおける燃焼室４
内のガス温ＴＳに比例しており、圧縮始めにおける燃焼
室４内のガス温ＴＳは吸気ポート７内を流れる吸入空気
とＥＧＲガスとの混合ガス温とほぼ等しい。従って第１
実施例では吸気枝管１４内の温度センサ４１により検出
された温度を圧縮始めにおける燃焼室４内のガス温ＴＳ
とし、図６において実線で示す関係から点火時における
燃焼室４内のガス温ＴＥを求めるようにしている。無論
この場合、点火時における燃焼室４内のガス温は点火時
期の関数となり、点火時期が早くなるとＴＥとＴＳとの
関係は図６（Ａ）において破線で示すような関係とな
る。
【００４５】一方、点火時における燃焼室４内のガス温
ＴＥはシリンダ内壁面の温度が高くなるほど高くなり、
シリンダ内壁面の温度は機関負荷Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎ
の関数となる。図６（Ａ）に示されるＴＥはシリンダ内
壁面の温度が基準温度のときの点火時における燃焼室４
内のガス温を示しており、従って最終的なＴＥはＴＥに
シリンダ内壁面の温度に基づく補正係数Ｋを乗算するこ
とによって算出される。この補正係数Ｋは図６（Ｂ）に
示すように機関負荷Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎの関数として
マップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４６】また、第１実施例においては燃焼室４内に
再循環されるＥＧＲガス量はＥＧＲ制御弁２９により制
御される。なお、この場合、ＥＧＲガス量の代りに、或
いはＥＧＲガス量に加えてＥＧＲガス温を制御すること
もできる。図７は第１実施例を実行するための運転制御
ルーチンを示している。図７を参照すると、まず初めに
ステップ１００において機関の運転状態が図４に示され
る運転領域Ｉであるか否かが判別される。運転領域Ｉで
ある場合にはステップ１０１に進んでＥＧＲ制御弁２９
の開度θＥが機関の運転状態に基づき予め定められた目
標開度θＥＢとされる。次いでステップ１０７では燃料
の噴射処理が行われ、次いでステップ１０８では最適点
火時期に点火が行われるように点火処理が行われる。こ
のとき従来より行われている通常の燃焼が行われる。
【００４７】一方、ステップ１００において機関の運転
状態が図４に示される中負荷運転領域II又は高負荷運転
領域III であると判別されたときにはステップ１０２に
進んで図３に示される下限温度Ｔ１とＴ２の中間値が目
標温度ＴＥＯとされる。次いでステップ１０３では温度
センサ４１の出力信号から図６（Ａ）に基づき算出され
たＴＥに図６（Ｂ）に示す補正係数Ｋを乗算することに
よって最終的なＴＥが算出される。次いでステップ１０
４ではＴＥがＴＥＯよりも大きいか否かが判別される。
ＴＥ＞ＴＥＯのときにはステップ１０５に進んでＥＧＲ
制御弁２９の開度θＥがΔθＥだけ減少せしめられ、斯
くしてＴＥが低下せしめられる。一方、ＴＥ≦ＴＥＯの
ときにはステップ１０６に進んでＥＧＲ制御弁２９の開
度θＥがΔθＥだけ増大せしめられ、斯くしてＴＥが上
昇せしめられる。このようにして点火時における燃焼室
４内のガス温ＴＥが目標温度とされ、従ってこのとき点
火による自着火燃焼が行われる。
【００４８】なお、高負荷運転領域III において従来よ
り行われている通常の燃焼を行わせる場合にはステップ
１００において機関の運転状態が運転領域Ｉ又はIII の
ときにステップ１０１に進むようにすればよい。次に第
２実施例について説明する。この第２実施例ではバルブ
タイミング制御装置６により吸気弁５の開弁時期を制御
することによって点火時における燃焼室４内のガス温Ｔ
Ｅを図３において斜線で示される下限温度Ｔ１とＴ２と
の間に制御するようにしている。
【００４９】即ち、吸気弁５の開弁時期を早めると吸気
弁５が開弁したときに燃焼室４から吸気ポート７に吹き
返す既燃ガス量が増大する。次いでこの既燃ガスは再び
燃焼室４内に流入する。この既燃ガスの温度はかなり高
く、従って吸気ポート７内に吹き返す既燃ガスの量が増
大すると圧縮始めにおける燃焼室４内のガス温ＴＳが上
昇し、その結果点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥ
が高くなる。即ち、吸気弁５の開弁時期を早めるほど点
火時における燃焼室４内のガス温ＴＥが高くなる。この
場合、本発明による実施例では図２（Ａ）に示されるよ
うに吸気弁５の開弁時期は吸気上死点前６０度程度まで
早めることができる。
【００５０】図８は第２実施例を実行するための運転制
御ルーチンを示している。図８を参照すると、まず初め
にステップ２００において機関の運転状態が図４に示さ
れる運転領域Ｉであるか否かが判別される。運転領域Ｉ
である場合にはステップ２０１に進んで吸気弁５の開弁
時期ＩＯが機関の運転状態に基づき予め定められた開弁
時期ＩＯＢとされる。次いでステップ２０７では燃料の
噴射処理が行われ、次いでステップ２０８では最適点火
時期に点火が行われるように点火処理が行われる。この
とき従来より行われている通常の燃焼が行われる。
【００５１】一方、ステップ２００において機関の運転
状態が図４に示される中負荷運転領域II又は高負荷運転
領域III であると判別されたときにはステップ２０２に
進んで図３に示される下限温度Ｔ１とＴ２の中間値が目
標温度ＴＥＯとされる。次いでステップ２０３では温度
センサ４１の出力信号から図６（Ａ）に基づき算出され
たＴＥに図６（Ｂ）に示す補正係数Ｋを乗算することに
よって最終的なＴＥが算出される。次いでステップ２０
４ではＴＥがＴＥＯよりも大きいか否かが判別される。
ＴＥ＞ＴＥＯのときにはステップ２０５に進んで吸気弁
５の開弁時期ＩＯがΔＩＯだけ遅らされ、斯くしてＴＥ
が低下せしめられる。一方、ＴＥ≦ＴＥＯのときにはス
テップ２０６に進んで吸気弁５の開弁時期ＩＯがΔＩＯ
だけ早められ、斯くしてＴＥが上昇せしめられる。この
ようにして点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥが目
標温度とされ、従ってこのとき点火による自着火燃焼が
行われる。
【００５２】なお、高負荷運転領域III において従来よ
り行われている通常の燃焼を行わせる場合にはステップ
２００において機関の運転状態が運転領域Ｉ又はIII の
ときにステップ２０１に進むようにすればよい。次に第
３実施例について説明する。この実施例では機関の圧縮
比を制御することによって点火時における燃焼室４内の
ガス温ＴＥを図３において斜線で示される下限温度Ｔ１
とＴ２との間に制御するようにしている。即ち、機関の
圧縮比を高めると点火時における燃焼室４内のガス温Ｔ
Ｅが高くなるので機関の圧縮比を制御することによって
点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥを制御すること
ができる。
【００５３】機関の圧縮比を制御する機構は種々の機構
が公知であり、従って機関の圧縮比を制御する機構につ
いては説明を省略する。図９は第３実施例を実行するた
めの運転制御ルーチンを示している。図９を参照する
と、まず初めにステップ３００において機関の運転状態
が図４に示される運転領域Ｉであるか否かが判別され
る。運転領域Ｉである場合にはステップ３０１に進んで
機関の圧縮比ＣＲが機関の運転状態に基づき予め定めら
れた圧縮比ＣＲＢとされる。次いでステップ３０７では
燃料の噴射処理が行われ、次いでステップ３０８では最
適点火時期に点火が行われるように点火処理が行われ
る。このとき従来より行われている通常の燃焼が行われ
る。
【００５４】一方、ステップ３００において機関の運転
状態が図４に示される中負荷運転領域II又は高負荷運転
領域III であると判別されたときにはステップ３０２に
進んで図３に示される下限温度Ｔ１とＴ２の中間値が目
標温度ＴＥＯとされる。次いでステップ３０３では温度
センサ４１の出力信号から図６（Ａ）に基づき算出され
たＴＥに図６（Ｂ）に示す補正係数Ｋを乗算することに
よって最終的なＴＥが算出される。次いでステップ３０
４ではＴＥがＴＥＯよりも大きいか否かが判別される。
ＴＥ＞ＴＥＯのときにはステップ３０５に進んで圧縮比
ＣＲがΔＣＲだけ減少せしめられ、斯くしてＴＥが低下
せしめられる。一方、ＴＥ≦ＴＥＯのときにはステップ
３０６に進んで圧縮比ＣＲがΔＣＲだけ増大せしめら
れ、斯くしてＴＥが上昇せしめられる。このようにして
点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥが目標温度とさ
れ、従ってこのとき点火による自着火燃焼が行われる。
【００５５】なお、高負荷運転領域III において従来よ
り行われている通常の燃焼を行わせる場合にはステップ
３００において機関の運転状態が運転領域Ｉ又はIII の
ときにステップ３０１に進むようにすればよい。次に第
４実施例について説明する。この実施例では吸入空気の
過給圧を制御することによって点火時における燃焼室４
内のガス温ＴＣを図３において斜線で示される下限温度
Ｔ１とＴ２との間に制御するようにしている。
【００５６】即ち、過給圧が高くなると点火時における
燃焼室４内のガス温ＴＥが高くなり、従って過給圧を制
御することによって点火時における燃焼室４内のガス温
ＴＥを制御することができる。この実施例においてはバ
イパス制御弁２３の開度を制御することによって過給圧
が制御される。この場合、バイパス制御弁２３の開度が
小さくなるほど過給圧が高くなる。
【００５７】図１０は第４実施例を実行するための運転
制御ルーチンを示している。図１０を参照すると、まず
初めにステップ４００において機関の運転状態が図４に
示される運転領域Ｉであるか否かが判別される。運転領
域Ｉである場合にはステップ４０１に進んでバイパス制
御弁２３の開度θＳが機関の運転状態に基づき予め定め
られた目標開度θＳＢとされる。次いでステップ４０７
では燃料の噴射処理が行われ、次いでステップ４０８で
は最適点火時期に点火が行われるように点火処理が行わ
れる。このとき従来より行われている通常の燃焼が行わ
れる。
【００５８】一方、ステップ４００において機関の運転
状態が図４に示される中負荷運転領域II又は高負荷運転
領域III であると判別されたときにはステップ４０２に
進んで図３に示される下限温度Ｔ１とＴ２の中間値が目
標温度ＴＥＯとされる。次いでステップ４０３では温度
センサ４１の出力信号から図６（Ａ）に基づき算出され
たＴＥに図６（Ｂ）に示す補正係数Ｋを乗算することに
よって最終的なＴＥが算出される。次いでステップ４０
４ではＴＥがＴＥＯよりも大きいか否かが判別される。
ＴＥ＞ＴＥＯのときにはステップ４０５に進んでバイパ
ス制御弁２３の開度θＳがΔθＳだけ増大せしめられ、
斯くしてＴＥが低下せしめられる。一方、ＴＥ≦ＴＥＯ
のときにはステップ４０６に進んでバイパス制御弁２３
の開度θＳがΔθＳだけ減少せしめられ、斯くしてＴＥ
が上昇せしめられる。このようにして点火時における燃
焼室４内のガス温ＴＥが目標温度とされ、従ってこのと
き点火による自着火燃焼が行われる。
【００５９】なお、高負荷運転領域III において従来よ
り行われている通常の燃焼を行わせる場合にはステップ
４００において機関の運転状態が運転領域Ｉ又はIII の
ときにステップ４０１に進むようにすればよい。次に第
５実施例について説明する。この実施例ではバルブタイ
ミング装置９により排気弁８の開弁時期を制御すること
によって点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥを図３
において斜線で示される下限温度Ｔ１とＴ２との間に制
御するようにしている。
【００６０】即ち、排気弁８の開弁時期を早めると排気
ガス温が高くなり、従って燃焼室４内に再循環されるＥ
ＧＲガス温が高くなる。斯くして排気弁８の開弁時期を
制御することにより点火時における燃焼室４内のガス温
ＴＥを制御することができる。図１１は第５実施例を実
行するための運転制御ルーチンを示している。
【００６１】図１１を参照すると、まず初めにステップ
５００において機関の運転状態が図４に示される運転領
域Ｉであるか否かが判別される。運転領域Ｉである場合
にはステップ５０１に進んで排気弁５の開弁時期ＥＯが
機関の運転状態に基づき予め定められた開弁時期ＥＯＢ
とされる。次いでステップ５０７では燃料の噴射処理が
行われ、次いでステップ５０８では最適点火時期に点火
が行われるように点火処理が行われる。このとき従来よ
り行われている通常の燃焼が行われる。
【００６２】一方、ステップ５００において機関の運転
状態が図４に示される中負荷運転領域II又は高負荷運転
領域III であると判別されたときにはステップ５０２に
進んで図３に示される下限温度Ｔ１とＴ２の中間値が目
標温度ＴＥＯとされる。次いでステップ５０３では温度
センサ４１の出力信号から図６（Ａ）に基づき算出され
たＴＥに図６（Ｂ）に示す補正係数Ｋを乗算することに
よって最終的なＴＥが算出される。次いでステップ５０
４ではＴＥがＴＥＯよりも大きいか否かが判別される。
ＴＥ＞ＴＥＯのときにはステップ５０５に進んで排気弁
５の開弁時期ＥＯがΔＥＯだけ減少せしめられ、斯くし
てＴＥが低下せしめられる。一方、ＴＥ≦ＴＥＯのとき
にはステップ５０６に進んで排気弁５の開弁時期ＥＯが
ΔＥＯだけ増大せしめられ、斯くしてＴＥが上昇せしめ
られる。このようにして点火時における燃焼室４内のガ
ス温ＴＥが目標温度とされ、従ってこのとき点火による
自着火燃焼が行われる。
【００６３】なお、高負荷運転領域III において従来よ
り行われている通常の燃焼を行わせる場合にはステップ
５００において機関の運転状態が運転領域Ｉ又はIII の
ときにステップ５０１に進むようにすればよい。次に第
６実施例について説明する。この実施例では燃焼圧セン
サ１３により検出された燃焼室４内の圧力Ｐの変化に基
づいて点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥが図３に
おいて斜線で示される下限温度Ｔ１とＴ２との間にある
か否かが判断される。
【００６４】図１２は点火による自着火燃焼が行われて
いるときの燃焼室４内の圧力Ｐの変化を示しており、図
１２に示されるように自着火燃焼が行われているときに
は時刻θｔにおいて点火が行われたとすると圧力Ｐは比
較的おだやかに上昇して点火後Δｔ時間経過した圧縮上
死点ＴＤＣ後の時刻Ｐｔにおいてピークとなる。図３に
示す下限温度Ｔ１とＴ２との中間値である目標温度ＴＥ
Ｏに対して点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥが低
くなると燃焼室４内のガスの熱量が低くなるために経過
時間Δｔが長くなり、点火時における燃焼室４内のガス
温ＴＥが目標温度ＴＥＯに対して高くなると燃焼室４内
のガスの熱量が高くなるために経過時間Δｔが短かくな
る。
【００６５】そこでこの実施例では経過時間Δｔが予め
定められた上限値ｔmax よりも長くなったときには吸気
弁５の開弁時期を早めて点火時における燃焼室４内のガ
ス温ＴＥを高め、経過時間Δｔが予め定められた下限値
ｔmin よりも低くなったときには吸気弁５の開弁時期を
遅くして点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥを低く
し、それによって自着火燃焼が継続するように燃焼を制
御するようにしている。
【００６６】図１３は第６実施例を実行するための運転
制御ルーチンを示している。図１３を参照すると、まず
初めにステップ６００において機関の運転状態が図４に
示される運転領域Ｉであるか否かが判別される。運転領
域Ｉである場合にはステップ６０１に進んで吸気弁５の
開弁時期ＩＯが機関の運転状態に基づき予め定められた
開弁時期ＩＯＢとされる。次いでステップ６０８では燃
料の噴射処理が行われ、次いでステップ６０９では最適
点火時期に点火が行われるように点火処理が行われる。
このとき従来より行われている通常の燃焼が行われる。
【００６７】一方、ステップ６００において機関の運転
状態が図４に示される中負荷運転領域II又は高負荷運転
領域III であると判断されるとステップ６０２に進んで
燃焼室４内の圧力がピークとなった時刻Ｐｔが算出され
る。次いでステップ６０３では時刻Ｐｔから点火の行わ
れた時刻θｔを減算することによって経過時間Δｔが算
出される。次いでステップ６０４では経過時間Δｔが上
限値ｔmax よりも大きいか否かが判別される。
【００６８】Δｔ＞ｔmax のときにはステップ６０５に
進んで吸気弁５の開弁時期ＩＯがΔＩＯだけ早められ、
斯くして点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥが上昇
せしめられる。これに対してΔｔ≦ｔmax のときにはス
テップ６０６に進んで経過時間Δｔが下限値ｔmin より
も小さいか否かが判別される。Δｔ＜ｔmin のときには
ステップ６０７に進んで吸気弁５の開弁時期ＩＯがΔＩ
Ｏだけ遅くされ、斯くして点火時における燃焼室４内の
ガス温ＴＥが低下せしめられる。このようにして自着火
燃焼が継続せしめられる。
【００６９】なお、高負荷運転領域III において従来よ
り行われている通常の燃焼を行わせる場合にはステップ
６００において機関の運転状態が運転領域Ｉ又はIII の
ときにステップ６０１に進むようにすればよい。次に第
７実施例について説明する。この実施例ではノッキング
センサ４０により検出されたノッキング強度に基づいて
点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥが図３において
斜線で示される下限温度Ｔ１とＴ２との間にあるか否か
が判別される。
【００７０】即ち、燃焼室４内のガス温が下限温度Ｔ１
を越えると圧縮上死点に急激な燃焼が生じ、ノッキング
が発生する。図１４（Ａ）はこのときのノッキングセン
サ４０の出力電圧Ｖの変化を示している。この実施例で
はノッキングセンサ４０の出力電圧Ｖの最大値Ｖ
max （図１４）を検出し、図１４（Ｂ）に示されるよう
にこの最大値Ｖmax が予め定められた基準値Ｖ0 を越え
たときには吸気弁５の開弁時期ＩＯが一定値Ｘだけ急激
に遅らされる。その結果、燃焼室４内のガス温が低下す
る。次いで吸気弁５の開弁時期ＩＯは徐々に早められ
る。
【００７１】このようにして燃焼室４内の温度が下限温
度Ｔ１を越えないように制御される。なお、吸気弁５の
開弁時期ＩＯが一定値Ｘだけ遅らされたとしてもこのと
き燃焼室４内の温度は下限値Ｔ２よりも低くならないよ
うに一定値Ｘの値が定められているので結局この実施例
でも燃焼室４内のガス温は図３において斜線で示される
下限温度Ｔ１とＴ２との間に制御されることになる。
【００７２】図１５は第７実施例を実行するための運転
制御ルーチンを示している。図１５を参照すると、まず
初めにステップ７００において機関の運転状態が図４に
示される運転領域Ｉであるか否かが判別される。運転領
域Ｉである場合にはステップ７０１に進んで吸気弁５の
開弁時期ＩＯが機関の運転状態に基づき予め定められた
開弁時期ＩＯＢとされる。次いでステップ７０６では燃
料の噴射処理が行われ、次いでステップ７０８では最適
点火時期に点火が行われるように点火処理が行われる。
このとき従来より行われている通常の燃焼が行われる。
【００７３】一方、ステップ７００において機関の運転
状態が図４に示される中負荷運転領域II又は高負荷運転
領域III であると判別されたときにはステップ７０２に
進んで図３に示される下限温度Ｔ１とＴ２の中間値が目
標温度ＴＥＯとされる。次いでステップ７０２ではノッ
キングセンサ４０の出力電圧Ｖの最大値Ｖmax が算出さ
れる。次いでステップ７０３ではＶmax が基準値Ｖ0 よ
りも大きいか否かが判別される。Ｖmax ＞Ｖ0 のときに
はステップ７０４に進んで吸気弁５の開弁時期ＩＯから
一定値Ｘ（図１４（Ｂ））減少せしめられ、斯くしてＴ
Ｅがステップ状に低下せしめられる。一方、Ｖmax ≦Ｖ
0 のときにはステップ７０５に進んで吸気弁５の開弁時
期ＩＯがΔＩＯ（ΔＩＯ＜Ｘ）だけ増大せしめられ、斯
くしてＴＥが徐々に上昇せしめられる。このようにして
点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥが下限温度Ｔ１
とＴ２との間に維持され、従ってこのとき点火による自
着火燃焼が行われる。
【００７４】なお、高負荷運転領域III において従来よ
り行われている通常の燃焼を行わせる場合にはステップ
７００において機関の運転状態が運転領域Ｉ又はIII の
ときにステップ７０１に進むようにすればよい。次に第
８実施例について説明する。この実施例では吸気弁５の
開弁時期を制御することによって点火時における燃焼室
４内の温度ＴＥを目標温度ＴＥＯに制御し、この場合点
火時における燃焼室４内の温度ＴＥが下限値Ｔ２よりも
低くなった場合には燃焼室４内の温度が下限値Ｔ２を越
えた後に点火が行われるように点火時期を遅らせるよう
にしている。
【００７５】即ち、本発明による実施例では図１６
（Ａ）に示されるように最適な点火時期θＩＢが機関負
荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で
予めＲＯＭ３２内に記憶されており、通常点火時期はこ
の最適な点火時期とされる。ところが吸気弁５の開弁時
期をいくら早めても最適な点火時期θＩＢにおいて燃焼
室４内のガス温ＴＥが下限温度Ｔ２まで到達しない場合
がある。このような場合、第８実施例では図１６（Ｂ）
に示されるように点火時期θＩを徐々に遅くして燃焼室
４内のガス温ＴＥが下限温度Ｔ２を越えた後に点火を行
うようにしている。
【００７６】図１７および図１８は第８実施例を実行す
るための運転制御ルーチンを示している。図１７および
図１８を参照すると、まず初めにステップ８００におい
て機関の運転状態が図４に示される運転領域Ｉであるか
否かが判別される。運転領域Ｉである場合にはステップ
８０１に進んで吸気弁５の開弁時期ＩＯが機関の運転状
態に基づき予め定められた開弁時期ＩＯＢとされる。次
いでステップ８１１では燃料の噴射処理が行われ、次い
でステップ８１２では最適点火時期θＩＢに点火が行わ
れるように点火処理が行われる。このとき従来より行わ
れている通常の燃焼が行われる。
【００７７】一方、ステップ８００において機関の運転
状態が図４に示される中負荷運転領域II又は高負荷運転
領域III であると判別されたときにはステップ８０２に
進んで図３に示される下限温度Ｔ１とＴ２の中間値が目
標温度ＴＥＯとされる。次いでステップ８０３では温度
センサ４１の出力信号から図６（Ａ）に基づき算出され
たＴＥに図６（Ｂ）に示す補正係数Ｋを乗算することに
よって最終的なＴＥが算出される。次いでステップ８０
４ではＴＥがＴＥＯよりも大きいか否かが判別される。
ＴＥ＞ＴＥＯのときにはステップ８０５に進んで吸気弁
５の開弁時期ＩＯがΔＩＯだけ減少せしめられ、斯くし
てＴＥが低下せしめられる。一方、ＴＥ≦ＴＥＯのとき
にはステップ８０６に進んで吸気弁５の開弁期間ＩＯが
ΔＩＯだけ増大せしめられ、斯くしてＴＥが上昇せしめ
られる。このようにして点火時における燃焼室４内のガ
ス温ＴＥが目標温度に制御される。
【００７８】次いでステップ８０７ではＴＥが下限温度
Ｔ２よりも低くなったか否かが判別される。ＴＥ＜Ｔ２
のときにはステップ８０８に進んで点火時期θＩが予め
定められた値ΔθＩだけ遅くされる。従ってＴＥ＜Ｔ２
である限り、点火時期θＩは徐々に遅くされる。ただ
し、点火時期θＩが予め定められた最大遅角時期θmax
に達すると点火時期θＩは最大遅角時期θmax に維持さ
れる。
【００７９】一方、ステップ８０７においてＴＥ≧Ｔ２
であると判断されるとステップ８０９に進んでＴＥが予
め定められた上限値ＴＥＯmax （図１６）よりも大きく
なったか否かが判別される。ＴＥ＞ＴＥＯmax になると
ステップ８１０に進んで点火時期θＩは最適点火時期θ
ＩＢに戻るまでΔθＩずつ徐々に早くされる。次に第９
実施例について説明する。この実施例では点火による自
着火燃焼が行われているときにＮＯx 吸収剤２６からＮ
Ｏx を放出させるようにしている。
【００８０】ＮＯx 吸収剤２６は例えばアルミナを担体
とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮ
ａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金
属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土
類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から
選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが
担持されている。このＮＯx 吸収剤２６はＮＯx 吸収剤
２６に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮ
Ｏx を吸収し、ＮＯx 吸収剤２６に流入する排気ガスの
空燃比がリッチ又は理論空燃比になると吸収したＮＯx
を放出すると共に還元する機能を有する。
【００８１】前述したように本発明による内燃機関では
燃焼室４内における空燃比にかかわらずに点火による自
着火燃焼を行うことができ、従ってこの実施例では通常
は主にリーン空燃比を用いると共にＮＯx 吸収剤２６か
らＮＯx を放出すべきときには空燃比が理論空燃比又は
リッチとされる。なお、ＮＯx 吸収剤２６の吸収能力に
は限度があり、ＮＯx 吸収剤２６のＮＯ x 吸収能力が飽
和する前にＮＯx 吸収剤２６からＮＯx を放出させる必
要がある。そこでこの実施例ではＮＯx 吸収剤２６によ
るＮＯx 吸収量を推定し、このＮＯx 吸収量が許容限界
値を越えたときにはＮＯx 吸収剤２６からＮＯx を放出
させるようにしている。
【００８２】図１９（Ａ）はＮＯx 吸収剤２６からＮＯ
x を放出すべきことを示すＮＯx 放出フラグの制御ルー
チンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込み
によって実行される。図１９（Ａ）を参照すると、まず
初めにステップ９００においてリーン空燃比を用いて運
転されているときに単位時間当りＮＯx 吸収剤２６に吸
収されるＮＯ x 量ＮＯＸijが算出される。このＮＯx 量
ＮＯＸijは予め実験により求められており、機関負荷Ｑ
／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図１９（Ｂ）に示
すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次
いでステップ９０１ではＮＯＸ ijをΣＮＯＸに加算する
ことによってＮＯx 吸収剤２６に吸収されているＮＯx
量ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ９０２ではこ
のΣＮＯＸが許容限界値ＮＯＸmax を越えたか否かが判
別され、ΣＮＯ＞ＮＯＸmax になるとステップ９０３に
進んでＮＯx 放出フラグがセットされる。
【００８３】図２０は第９実施例を実行するための運転
制御ルーチンを示している。図２０を参照すると、まず
初めにステップ９１０において機関の運転状態が図４に
示される運転領域Ｉであるか否かが判別される。運転領
域Ｉである場合にはステップ９１１に進んで吸気弁５の
開弁時期ＩＯが機関の運転状態に基づき予め定められた
開弁時期ＩＯＢとされる。次いでステップ９１７ではＮ
Ｏx 放出フラグがセットされているか否かが判別され
る。ＮＯx 放出フラグがセットされていないときにはス
テップ９１８に進んで燃料の噴射処理が行われ、次いで
ステップ９１９では最適点火時期に点火が行われるよう
に点火処理が行われる。このとき従来より行われている
通常の燃焼が行われる。
【００８４】一方、ステップ９１０において機関の運転
状態が図４に示される中負荷運転領域II又は高負荷運転
領域III であると判別されたときにはステップ９１２に
進んで図３に示される下限温度Ｔ１とＴ２の中間値が目
標温度ＴＥＯとされる。次いでステップ９１３では温度
センサ４１の出力信号から図６（Ａ）に基づき算出され
たＴＥに図６（Ｂ）に示す補正係数Ｋを乗算することに
よって最終的なＴＥが算出される。次いでステップ９１
４ではＴＥがＴＥＯよりも大きいか否かが判別される。
ＴＥ＞ＴＥＯのときにはステップ９１５に進んで吸気弁
５の開弁時期ＩＯがΔＩＯだけ減少せしめられ、斯くし
てＴＥが低下せしめられる。一方、ＴＥ≦ＴＥＯのとき
にはステップ９１６に進んで吸気弁５の開弁時期ＩＯが
ΔＩＯだけ増大せしめられ、斯くしてＴＥが上昇せしめ
られる。このようにして点火時における燃焼室４内のガ
ス温ＴＥが目標温度とされ、従ってこのとき点火による
自着火燃焼が行われる。
【００８５】一方、ステップ９１７においてＮＯx 放出
フラグがセットされたと判断されたときにはステップ９
２０に進んで一定時間だけ空燃比が例えばリッチにされ
る。それによってＮＯx 吸収剤２６からＮＯx が放出さ
れる。次いでステップ９２１ではＮＯx 放出フラグがリ
セットされ、ＮＯx 量ΣＮＯＸが零とされる。なお、高
負荷運転領域III において従来より行われている通常の
燃焼を行わせる場合にはステップ９１０において機関の
運転状態が運転領域Ｉ又はIII のときにステップ９１１
に進むようにすればよい。
【００８６】このように本発明によればＥＧＲガス量を
制御したり、或いは吸気弁５の開弁時期を制御したり、
或いはその他の種々の制御方法によって燃焼室４内のガ
ス温が制御される。この場合、点火による自着火を生じ
やすくするために上述の制御方法に加え、更に補助的な
制御方法を併用することができる。その一つは機関の冷
却作用を制御する方法である。例えば点火時における燃
焼室４内のガス温が下限温度Ｔ２まで上昇しないときに
は機関冷却水温を上昇させて燃焼室４内のガス温が下限
温度Ｔ２を越えるようにし、点火時における燃焼室４内
のガス温が下限温度Ｔ１を越えてしまうときには機関冷
却水温を低下させて燃焼室４内のガス温が下限温度Ｔ１
以下となるように機関冷却水温を制御することができ
る。このような冷却水温の制御は機関本体からラジエー
タに向かう冷却水流通制御用サーモスタットの開弁温度
を制御することにより可能である。
【００８７】また、補助的な制御方法としては図２１
（Ａ）に示される内燃機関を用いることができる。この
内燃機関では図２１（Ａ）に示されるように２番気筒＃
２から４番気筒＃４が共通の排気マニホルド２４ａに接
続され、この排気マニホルド２４ａは例えば三元触媒５
０を介して排気管２５に接続される。一方、１番気筒＃
１は例えば三元触媒５２および排気管５３を介して排気
管２５に接続される。排気管５３内には排気制御弁５４
が配置され、三元触媒５２と排気制御弁５４間の排気管
５３内にＥＧＲ通路２８が開口せしめられる。この場
合、ＥＧＲ通路２８内には冷却装置を配置することがで
きる。
【００８８】図２１（Ｂ）において実線はＥＧＲ制御弁
２９の開度を示しており、破線は排気制御弁５４の開度
を示している。また、図２１（Ｂ）において横軸Ｑ／Ｎ
は機関負荷を示している。この実施例では機関低負荷運
転時および機関中負荷運転時、即ちＥＧＲ制御弁２９が
開弁していて排気制御弁５４が閉弁しているときに１番
気筒＃１においてはリッチ混合気が燃焼せしめられ、２
番気筒＃２から４番気筒＃４においては理論空燃比の混
合気又はリーン混合気が燃焼せしめられる。
【００８９】リッチ混合気を燃焼せしめると三元触媒５
２において数％の水素Ｈ2 が生成され、この水素Ｈ2 を
含んだＥＧＲガスがサージタンク１５内に再循環され
る。その結果、各気筒へは水素Ｈ2 を含んだＥＧＲガス
および吸入空気が供給される。燃焼室４内のガス中に水
素Ｈ2 が含まれていると点火栓１２（図１）による着火
が容易となり、また点火による自着火も生じやすくな
る。即ち、この実施例では安定した自着火燃焼を確保す
ることができる。
【００９０】図２２（Ａ）に別の形状の燃焼室を有する
内燃機関を示す。この内燃機関では燃焼室４の頂面の周
縁部に燃料噴射弁１１が配置され、燃焼室４の頂面の中
央部に点火栓１２が配置される。更に、ピストン２の頂
面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１２の下方ま
で延びるキャビティ３ａが形成される。図２２（Ｂ）は
或る機関回転数のときの噴射期間を示している。なお、
図２２（Ｂ）において横軸Ｗは噴射量を示している。図
２２（Ａ）および図２２（Ｂ）からわかるようにこの内
燃機関では噴射量ＷがＷ1 よりも少ない機関低負荷運転
時には圧縮行程末期にキャビティ３ａに向けて燃料が噴
射される。この噴射燃料はキャビティ３ａの内壁面によ
り案内されて点火栓１２の周りに集中的に集められる。
即ち、機関低負荷運転時には成層燃焼が行われる。
【００９１】一方、噴射量ＷがＷ1 とＷ2 との間の中負
荷運転時にはまず始めに吸気行程の初期にキャビティ３
ａ内に向けて燃料が噴射され、それによって稀薄な均一
混合気が形成される。次いで圧縮行程末期に再びキャビ
ティ３ａ内に向けて燃料が噴射され、この燃料の着火火
炎が火種となって稀薄な均一混合気が燃焼せしめられ
る。また、噴射量ＷがＷ2 よりも多い機関高負荷運転時
には吸気行程の初期にのみキャビティ３ａ内に向けて燃
料が噴射され、それによって燃焼室４内には均一混合気
が形成される。
【００９２】図２２（Ａ）に示すような内燃機関におい
て成層燃焼が行われているときでも点火時における燃焼
室４内のガス温ＴＥが図３において斜線で示される下限
温度Ｔ１とＴ２との間にあれば点火による自着火燃焼が
行われる。従ってこの内燃機関においてもこれまで述べ
た全ての運転制御ルーチンをそのまま適用することがで
きる。
【００９３】図１に示される内燃機関においても燃料は
キャビティ３内に噴射され、図２２（Ａ）に示す内燃機
関においても燃料はキャビティ３ａ内に噴射される。こ
のように燃料をキャビティ３，３ａ内に噴射すると大部
分の燃料はキャビティ３，３ａ内にとどまり、従ってピ
ストン２の外周面とシリンダボア内壁面間に燃料が侵入
するのを抑制することができるので未燃ＨＣが発生する
のを抑制することができる。
【００９４】また、燃焼室４内に複数個の点火栓を配置
することもできる。前述したように点火が行われると点
火栓周りの圧力が上昇し、それによって燃焼室４内全体
の圧力が上昇する。その結果、燃焼室４内全体のガス温
が上昇するために自燃火に到る。この場合、複数個の点
火栓を設けると点火時における燃焼室４内全体の圧力上
昇が大きくなり、その結果燃焼室４内全体のガス温の上
昇も大きくなるために一層確実に自着火燃焼を生じさせ
ることができる。
【００９５】また、これまで種々の運転制御ルーチンに
ついて説明してきたがこれら運転制御ルーチンを任意に
組合せることができる。例えばＥＧＲ制御弁２９の開度
と吸気弁５の開弁時期と過給圧を同時に制御することに
より点火時における燃焼室４内のガス温ＴＥを図３にお
いて斜線で示される下限温度Ｔ１とＴ２との間に制御す
ることができ、この場合温度センサ４１の出力信号に基
づく燃焼室４内のガス温の制御に加え、ノッキングセン
サ４０の出力信号に基づく燃焼室４内のガス温の制御も
同時に行うことができる。
【００９６】なお、これまで本発明を４ストロークエン
ジンに適用した場合について説明してきたが本発明を２
ストロークエンジンに適用しうることは言うまでもな
い。
【００９７】
【発明の効果】制御された自着火燃焼を行うことにより
ＮＯx の発生量の少ないおだやかな燃焼を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】吸気弁および排気弁の開弁期間の制御を説明す
るための図である。
【図３】点火による自着火が生ずる温度範囲を示す図で
ある。
【図４】運転領域を示す図である。
【図５】噴射量を示す図である。
【図６】点火時における燃焼室内のガス温等を示す図で
ある。
【図７】第１実施例における運転制御を行うためのフロ
ーチャートである。
【図８】第２実施例における運転制御を行うためのフロ
ーチャートである。
【図９】第３実施例における運転制御を行うためのフロ
ーチャートである。
【図１０】第４実施例における運転制御を行うためのフ
ローチャートである。
【図１１】第５実施例における運転制御を行うためのフ
ローチャートである。
【図１２】燃焼室内の圧力変化を示す図である。
【図１３】第６実施例における運転制御を行うためのフ
ローチャートである。
【図１４】ノッキングセンサの出力電圧とこの出力電圧
に基づく吸気弁の開弁時期の制御方法を示す図である。
【図１５】第７実施例における運転制御を行うためのフ
ローチャートである。
【図１６】点火時期を示す図である。
【図１７】第８実施例における運転制御を行うためのフ
ローチャートである。
【図１８】第８実施例における運転制御を行うためのフ
ローチャートである。
【図１９】ＮＯx 放出フラグを制御するためのフローチ
ャート等を示す図である。
【図２０】第９実施例における運転制御を行うためのフ
ローチャートである。
【図２１】内燃機関等の更に別の実施例を示す図であ
る。
【図２２】内燃機関等の更に別の実施例を示す図であ
る。
【符号の説明】
５…吸気弁 ６，９…バルブタイミング装置 ８…排気弁 １１…燃料噴射弁 １２…点火栓 １３…燃焼圧センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 11/00 Ｆ０２Ｂ 11/00 Ｂ 23/06 23/06 Ｐ Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｈ 15/00 15/00 Ｅ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ｄ 23/00 23/00 Ｌ 41/02 ３７５ 41/02 ３７５ ３８０ ３８０Ｆ 45/00 ３６０ 45/00 ３６０Ａ ３６８ ３６８Ｂ ３６８Ｓ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｚ (72)発明者 村井 俊水 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 点火栓を備えた内燃機関において、圧縮
    行程末期における燃焼室内のガス温が点火すると混合気
    全体の自着火をひき起す目標温度又は目標温度範囲内で
    あるか否かを判断する判断手段と、該判断手段の判断結
    果に基づいて圧縮行程末期における燃焼室内のガス温を
    目標温度又は目標温度範囲内に制御する制御手段とを具
    備したスパークアシスト式自着火内燃機関。
  2. 【請求項２】 上記目標温度又は目標温度範囲が圧力の
    関数である請求項１に記載のスパークアシスト式自着火
    内燃機関。
  3. 【請求項３】 燃焼室内のガス温を検出する検出手段を
    具備し、上記判断手段は該検出手段により検出されたガ
    ス温から圧縮行程末期における燃焼室内のガス温が上記
    目標温度は目標温度範囲内にあるか否かを判断する請求
    項１に記載のスパークアシスト式自着火内燃機関。
  4. 【請求項４】 点火後燃焼室内の圧力がピークとなるま
    での時間を検出するための検出手段を具備し、上記判断
    手段は該時間から圧縮行程末期における燃焼室内のガス
    温が上記目標温度又は目標温度範囲内にあるか否かを判
    断し、上記制御手段は該時間が予め定められた時間とな
    るように制御することによって圧縮行程末期における燃
    焼室内のガス温を目標温度又は目標温度範囲内に制御す
    る請求項１に記載のスパークアシスト式自着火内燃機
    関。
  5. 【請求項５】 ノッキングを検出するためのノッキング
    センサを具備し、上記判断手段はノッキングセンサの出
    力信号から圧縮行程末期における燃焼室内のガス温が上
    記目標温度又は目標温度範囲内にあるか否かを判断し、
    上記制御手段は該ノッキングの強度が予め定められた範
    囲となるように制御することによって圧縮行程末期にお
    ける燃焼室内のガス温を目標温度又は目標温度範囲内に
    制御する請求項１に記載のスパークアシスト式自着火内
    燃機関。
  6. 【請求項６】 排気ガスを機関吸気通路内に再循環させ
    る排気ガス再循環装置を具備し、上記判断手段は再循環
    排気ガスの量又は温度を制御することによって圧縮行程
    末期における燃焼室内のガス温を目標温度又は目標温度
    範囲内に制御する請求項１に記載のスパークアシスト式
    自着火内燃機関。
  7. 【請求項７】 吸気弁の開弁時期を制御するための手段
    を具備し、上記制御手段は吸気弁の開弁時期を制御する
    ことによって圧縮行程末期における燃焼室内のガス温を
    目標温度又は目標温度範囲内に制御する請求項１に記載
    のスパークアシスト式自着火内燃機関。
  8. 【請求項８】 機関の圧縮比を制御するための手段を具
    備し、上記制御手段は該圧縮比を制御することによって
    圧縮行程末期における燃焼室内のガス温を目標温度又は
    目標温度範囲内に制御する請求項１に記載のスパークア
    シスト式自着火内燃機関。
  9. 【請求項９】 機関に供給される吸入空気の過給圧を制
    御するための手段を具備し、上記制御手段は該過給圧を
    制御することによって圧縮行程末期における燃焼室内の
    ガス温を目標温度又は目標温度範囲内に制御する請求項
    １に記載のスパークアシスト式自着火内燃機関。
  10. 【請求項１０】 排気弁の開弁時期を制御するための手
    段を具備し、上記制御手段は排気弁の開弁時期を制御す
    ることによって圧縮行程末期における燃焼室内のガス温
    を目標温度又は目標温度範囲内に制御する請求項１に記
    載のスパークアシスト式自着火内燃機関。
  11. 【請求項１１】 圧縮行程末期における燃焼室内のガス
    温が目標温度又は目標温度範囲内になったときに点火が
    行われるように点火時期を制御するようにした請求項１
    に記載のスパークアシスト式自着火内燃機関。
  12. 【請求項１２】 上記制御手段による燃焼室内のガス温
    の制御を補助するために該制御手段に加え補助制御手段
    を具備した請求項１に記載のスパークアシスト式自着火
    内燃機関。
  13. 【請求項１３】 該補助制御手段は、少くとも一つの気
    筒の空燃比をリッチにする手段と、空燃比がリッチにさ
    れた気筒の排気通路内に配置された触媒と、該触媒を通
    過した排気ガスを少くとも残りの気筒に供給する手段か
    らなる請求項１２に記載のスパークアシスト式自着火内
    燃機関。
  14. 【請求項１４】 上記補助制御手段が機関の冷却作用を
    制御する冷却制御手段からなる請求項１２に記載のスパ
    ークアシスト式自着火内燃機関。
  15. 【請求項１５】 複数の点火栓を具備した請求項１に記
    載のスパークアシスト式自着火内燃機関。
  16. 【請求項１６】 点火によって混合気全体が自着火した
    後に追加の燃料を噴射するようにした請求項１に記載の
    スパークアシスト式自着火内燃機関。
  17. 【請求項１７】 ピストン頂面上にキャビティを形成
    し、該キャビティ内に燃料を噴射するようにした請求項
    １に記載のスパークアシスト式自着火内燃機関。
  18. 【請求項１８】 流入する排気ガスの空燃比がリーンの
    ときにはＮＯx を吸収し流入する排気ガスの空燃比が理
    論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯxを放出する
    ＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯx 吸収剤
    からＮＯx を放出すべきときには燃焼室内における空燃
    比を理論空燃比又はリッチにして点火によりひき起こさ
    れる自着火燃焼を行うようにした請求項１に記載のスパ
    ークアシスト式自着火内燃機関。
  19. 【請求項１９】 機関負荷が予め定められた負荷よりも
    低いときには点火栓周りに集中的に混合気を形成するよ
    うにした請求項１に記載のスパークアシスト式自着火内
    燃機関。
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