JPH11257108A - 圧縮着火式内燃機関およびその制御方法 - Google Patents

圧縮着火式内燃機関およびその制御方法

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JPH11257108A
JPH11257108A JP10056413A JP5641398A JPH11257108A JP H11257108 A JPH11257108 A JP H11257108A JP 10056413 A JP10056413 A JP 10056413A JP 5641398 A JP5641398 A JP 5641398A JP H11257108 A JPH11257108 A JP H11257108A
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Noboru Tokuyasu
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、圧縮着火式の内燃機関において、着
火時期を適正化し、エンジン性能を向上させることので
きる圧縮着火式内燃機関を提供することを目的とする。 【解決手段】上記の目的を達成するために、本発明は圧
縮着火式内燃機関において、内燃機関の気筒に組み合わ
される吸気弁と排気弁を含めた弁機構の開閉タイミング
を機関の運転状態に応じて制御する弁機構制御手段を設
けたもので、これにより圧縮圧力を機関の運転状態に応
じて制御でき、もって、着火時期を機関の運転状態に応
じて制御できるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮着火式内燃機関
に関するものであり、特に着火タイミングの制御に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ガソリンエンジンにあって点火プラグを
用いずに、通常より圧縮比を高くし、燃焼室内の予混合
気を圧縮着火させるものが特開平7−332140 号公報等で
提案されている。このエンジンは、ガソリンエンジンで
は空気量を制御するために使用されるスロットル弁を持
たないため、ほとんどポンピング損失がなく、低負荷時
の効率が良くなるというメリットがある。この時の負荷
制御方法はディーゼルエンジンと同様に噴射燃料量で制
御される。そして、混合気への着火は通常より高く設定
された圧縮比の効果で自己着火（発火）によって行われ
る。また、点火プラグによる着火燃焼では局所的に高温
度の部分ができるためＮＯｘなどが排出されやすいが、
圧縮による着火は一つの場所に限定されず多点で起こる
ため、結果的に無数の点火プラグを配置したような多点
着火燃焼が実現され、そのため燃焼室内部に局所的な高
温部が出来ないことからＮＯｘ排出濃度が数ppm になる
という特徴を有している。
【０００３】前記従来例には、吸気ポートへの燃料噴射
時期を吸気バルブ閉時期の１０度前から吸気バルブ開時
期の１１０度前とし、燃焼室に直接噴射する燃料量を全
体の１５〜２５％にし、その噴射時期を上死点より８〜
３０度前にすることが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように圧縮着火
式内燃機関は高効率，低燃費および低エミッションを同
時に満たすことができる次世代の自動車用エンジンとし
て期待されている。しかしながら、各サイクル毎に吸入
空気量，燃料量が変動する。空気量の変動は吸気管内で
の脈動や気筒間分配のばらつきが原因となっている。燃
料量の変動はMPIでは吸気ポート壁面に付着した燃料が
数回の燃焼サイクルにわたって遅れて供給されるためで
ある。したがって、燃料量の変動は筒内に直接燃料を噴
射することで多少改善されるが、例えば吸気管長の違い
による気筒毎の空気量の変動はあるいは吸気通路形状の
不揃いによる空気量の変動は取り除くことは出来ない。
【０００５】圧縮着火エンジンではエンジンで圧縮され
た空気または混合気の温度，圧力上昇に起因して着火現
象が起こるものであり、この着火現象が発生する時期は
物理的には温度，圧力，空燃比が一定ならば一定に決ま
るはずである。しかし、前述の空気量や燃料量のサイク
ル変動のために着火時期がサイクル毎に変動することに
なる。着火時期の変動は発生トルクの変動に関係し、エ
ンジン振動を発生させてしまう。したがって、着火時期
は運転状態が一定ならばサイクル変動に関係なく一定ま
たは変動幅が小さい方が望ましい。また、ノンスロット
ル機関では気圧や標高差による大気圧力の変動の影響を
受けやすい。したがって、圧縮着火式の内燃機関におい
ては燃料の噴射時期や噴射量を制御しただけでは着火時
期を制御するという観点からすると不十分である。
【０００６】本発明は上記の事情を鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、圧縮着火式の内燃
機関の着火時期を制御できるようにしてエンジン性能を
向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の圧縮着火式内燃機関は、吸気弁および／ま
たは排気弁機構の開弁および／または閉弁タイミングを
機関の運転状態に応じて制御する弁機構制御手段を設け
たものである。
【０００８】これによって機関の運転状態に応じて圧縮
圧力を制御することが可能となり、自己着火時期を機関
の運転状態に応じて制御できるので適正な着火時期を得
ることが可能となる。
【０００９】エンジン回転数が速くなると燃焼時間に相
当するクランク角度が大きくなるので着火が適正なタイ
ミングで生じるように、エンジン回転数によって吸／排
気弁の開／閉タイミングを制御することも重要である。
【００１０】空燃比が大きくなると燃焼速度が遅くなる
ので、これを考慮して、空燃比に応じて吸／排気弁の開
／閉タイミングを制御し、適正なタイミングで着火が生
じるようにすることも重要である。
【００１１】着火時期の制御は、目標着火タイミングと
実着火タイミングとを比較して、ずれが少なくなるよう
に制御することが実用的である。
【００１２】空燃比が所定の値より大きくなった場合あ
るいはエンジンの回転数が所定の値より速くなった際、
着火タイミングあるいは筒内圧力の最大点を上死点後２
０度以内になるよう吸／排気弁の開／閉タイミングを制
御すると適正な燃焼が達成できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。
【００１４】図１に示す内燃機関のエンジン１はコンロ
ッド４およびクランクシャフト５からクランク機構を備
え、そのクランク機構に連結されたピストン２とエンジ
ン１のエンジンヘッド８によって燃焼室３が形成されて
いる。その燃焼室３はエンジンヘッド８に装着されてい
る吸気バルブ１０，排気バルブ１１および燃料噴射弁１
２によって密閉される。吸気バルブ１０，排気バルブ１
１は可変バルブ機構３０，４０で動作される。エンジン
１はピストン２の往復動作によって、燃焼に必要な空気
を燃焼室３に吸入する。エンジン１に吸入される空気は
エアクリーナ１５で空気中に含まれる埃やごみが除去さ
れ、空気量センサ１６で燃料噴射量の演算の基となる吸
入空気量が計測される。エンジン１を制御するコントロ
ールユニット６３は、各種のセンサからの信号を基にエ
ンジン１の運転状態を検出する運転状態検出手段６６
と、エンジン１に装着されている可変バルブ機構３０，
４０の動作を制御する可変バルブ制御手段６４と、燃料
噴射弁１２から噴射される燃料量と噴射時期を制御する
燃料噴射制御手段を備えている。エンジン１を搭載した
車両の運転者６０によって操作されたアクセルペダル６
１の操作量はポテンショメータ６２によって電気信号に
変換され、コントロールユニット６３内の運転状態検出
手段６６に入力される。運転状態検出手段に入力される
信号として、その他には例えばクランクシャフト５に装
着されたクランク角度センサ６，７から、前述した空気
量センサ１６から、吸気管内圧力センサ１４から、排気
管内に取り付けられた空燃比センサ２４から、排気触媒
の温度を検出する温度センサ２５から、燃焼室３に取り
付けられ燃焼室３内の圧力を検出する圧力センサ２１，
ノッキングを検出するノックセンサ２２からのものがあ
る。可変バルブ制御手段６４は運転状態検出手段６６か
らの信号を基に、吸気バルブ１０を動作させる可変バル
ブ機構３０に制御信号を出力する。燃料噴射制御手段は
運転状態検出手段６６からの信号を基に燃料噴射弁１２
に制御信号を出力し、燃料噴射量と噴射時期を調整す
る。燃焼室３内に噴射された燃料噴霧はシリンダ内の空
気と十分に混合し、均一混合気を形成する。吸気バルブ
１０は可変バルブ制御手段６４からの制御信号に従っ
て、決められたタイミングで閉弁する。
【００１５】内燃機関の負荷制御方法は、負荷に応じて
吸入空気量を制御しその空気量に見合った燃料量を供給
する方法と、吸入空気量は制限せずに負荷に応じて燃料
を供給する方法の２通りがある。この違いは使用する燃
料の性状（いわゆる着火性）によるものであり、前者は
ガソリンエンジン、後者はディーゼルエンジンに対応す
る。一般にディーゼルエンジンが燃費が良いといわれて
いるのは吸入空気量を絞らないので、ポンピング損失が
発生しないためである。一方、ガソリンエンジンでは吸
入空気量で負荷制御を行っているため、低負荷時には空
気量を絞る必要があるため吸気管途中にスロットル弁を
設けている。したがって、スロットル弁より下流の吸気
ポート内は大気圧より圧力が下がり、負圧となる。排気
行程終了時の燃焼室内圧力はおおむね大気圧となってい
るため、吸気行程開始時には吸気弁上流（吸気ポート
側）では負圧、下流（燃焼室側）では大気圧となってい
る。このため吸気ポート側から燃焼室側に空気を流入さ
せるためには、ピストンの下降運動によって空気を吸入
してやらなくてはならず、エンジンは空気を吸入すると
いう仕事をしなくてはならない。この仕事はエンジンに
対しては負の仕事であり、ポンピング損失と言われてい
る。それゆえ、ガソリンエンジンでは低中負荷時のスロ
ットル弁開度が小さく常にこのポンピング損失が発生し
ているので、燃費が悪いのである。このポンピング損失
を低減する技術として、同一燃料量に対して空気量を多
くして燃焼させるリーンバーンが提案され実用化してい
る。この技術はまず吸気ポート噴射式エンジン（以下、
ＭＰＩと呼ぶ）に適用された。
【００１６】ＭＰＩの場合、燃焼室内には均一混合気が
形成されやすいため、その安定燃焼限界は空燃比で約２
５である。次に、燃焼室内に成層混合気を形成しやすい
筒内噴射エンジン（以下、ＤＩと呼ぶ）にも適用され、
その安定燃焼限界は空燃比で約４０〜５０である。この
ように点火プラグで着火・伝播させる燃焼形態のリーン
バーン方式では、この位の空燃比が限界であるので、ス
ロットル弁で制御されている運転領域ではポンピング損
失が発生しているため、低燃費という点では不十分であ
る。
【００１７】圧縮着火とは空気と燃料の混合気を圧縮す
ると温度が上昇し、自己着火(発火)することである。そ
の着火するときの温度は混合気濃度で決まる。圧縮着火
燃焼の特徴は着火が一点だけでなく、多点で起こること
であり、それにより火炎は着火点近傍の極めて短い距離
を伝播すればよく、そのため燃焼室全体で見た場合の燃
焼速度が早くなる。また、一点で着火して燃焼させる成
層燃焼のように局所的に高温になることがないために、
ＮＯｘ排出を極端に少なくすることができる。図２にこ
の燃焼形態を自動車用のガソリンエンジンに適用した例
を示す。燃焼室３内の混合気はピストン２によって圧縮
され、温度，圧力が上昇し、ある圧力以上になると着火
し燃焼を開始する。この着火現象は燃焼室３内の至る所
で起こるため各着火点２７に要求される燃焼伝播距離は
短くなり、燃焼速度は通常の火炎伝播を伴う燃焼より速
い。また、１つ１つの燃焼箇所では近接の既燃焼ガス(E
GRガス）を取り込んで燃焼するため燃焼温度が低くな
り、ＮＯｘ排出濃度が極端に低くなる（以下、低ＮＯｘ
燃焼と呼ぶ）。また、図１に示した本発明の実施例では
スロットル弁を備えていないため吸気行程時のポンピン
グ損失は発生しないので、高効率，燃費低減の面でも効
果がある。
【００１８】温度と圧力は次式（気体の状態方程式）に
より関係付けられる。
【００１９】 ＰＶ＝ｎＲＴ …（１） ここで、Ｐ：圧力，Ｖ：容積，ｎ：気体のモル数，Ｒ：
ガス定数，Ｔ：温度である。したがって、（１）式より
圧力がわかれば温度は求められる。エンジンでは温度を
計測するよりも圧力を計測してエンジン制御に用いる方
が一般的である。そのため以後の説明では圧力を使用す
る。
【００２０】着火現象が起こる時の圧力をＰcrとする
と、Ｐcrは混合気の燃料濃度、すなわち空燃比Ａ／Ｆで
決まる。空燃比Ａ／Ｆと着火時圧力Ｐcrの関係を図３に
示す。実線２８のように空燃比が小さいときは比較的低
い圧力で着火が起こるが、空燃比が大きくなると着火圧
力は高くなる。また、空燃比が無限大（燃料無し）の時
は着火しない。
【００２１】エンジンに圧縮着火方式を適用するには過
濃空燃比から希薄空燃比まで変化しても着火タイミング
を制御できなくてはいけない。吸排気弁の開閉タイミン
グが予め決められたカムで決まってしまう動弁機構を持
つエンジンでは、サイクル毎の圧縮圧力は毎回一定で、
空燃比が変化した場合に着火タイミングが不適切になっ
てしまう。図４に圧縮着火エンジンに動弁機構を組み合
わせた時の着火タイミングを示す。点線３２は理想的な
着火タイミングを示しているが、空燃比が小さいときは
実線２９のように早く着火してしまい空燃比が大きい場
合は遅く着火または着火しないこともある。したがっ
て、本発明のポイントは圧縮圧力を制御して空燃比が変
化しても適切な着火タイミングにすることである。
【００２２】エンジン１が混合気を圧縮するのはピスト
ン２が下死点から上死点に移動するときであるが、吸気
バルブ１０が閉じるタイミングを調整すれば圧縮圧力を
制御できる。次に図５を用いて可変バルブによる圧縮圧
力制御について説明する。横軸はエンジンのクランク角
度を表わしており、２回転（７２０度）で１サイクル
（吸気−圧縮−膨張−排気行程）が完了する。縦軸は筒
内圧力である。本発明の圧縮着火式内燃機関ではスロッ
トル弁を備えていないため、吸気絞りがなく、吸気行程
中の圧力はほぼ大気圧力となる。Ａ／Ｆを一定とする
と、図３より着火現象が起こる圧力Ｐcrは決まる。筒内
圧力は吸気バルブ１０を閉じたところ（以下、ＩＶＣと
呼ぶ）から圧縮されはじめ圧力が上昇する。ＩＶＣをθ
１にした場合、３３のように圧縮されθ４で着火し燃焼
によって筒内圧力は上昇するが、筒内圧力が最大値にな
るクランク角度がＴＤＣ（３６０度）より前であるの
で、燃焼による圧力上昇がピストン２の上昇運動を妨げ
てしまう。過早着火現象である。ＩＶＣをθ２とした場
合、３４のように圧縮されθ５で着火する。燃焼後の筒
内圧力がＴＤＣ（３６０度）後２０度以内に最大値にな
っていれば理想的な燃焼が得られる。しかし、ＩＶＣを
θ３まで遅くすると３５のように圧縮され実質的な圧縮
比が低下してしまい着火する時期はθ６となり膨張行程
で燃焼することになる。これはピストン２が下降し始め
たところで燃焼によって圧力が上昇するため、最大圧力
は低くなり、不完全燃焼になりやすい。また、排気温度
も高くなってしまう。このようにＩＶＣを制御すること
で最適な着火時期にコントロールできる。
【００２３】図６に空燃比を変化させた時の目標着火タ
イミングとＩＶＣの関係を示す。縦軸は下死点（ＢＤ
Ｃ）から上死点（ＴＤＣ）までの圧縮行程を示してい
る。ここではエンジン回転数が一定の場合を説明する。
空燃比が小さい場合は比較的燃焼速度が速いので、筒内
圧力がＴＤＣ（３６０度）後２０度以内に最大値になる
ように目標着火タイミングを実線３６のようにＴＤＣ近
くに設定する。空燃比が大きくなると燃焼速度が遅くな
るので、筒内圧力がＴＤＣ（３６０度）後２０度以内に
最大値になるように目標着火タイミングをＴＤＣよりか
なり前に設定する。この目標着火タイミング時に、筒内
圧力が図３に示す空燃比に相当する着火時圧力Ｐcrにな
るように、圧縮圧力上昇分を考慮してＩＶＣを実線３７
のように決定する。圧縮圧力は圧縮行程をポリトロープ
変化と仮定して計算される。つまり、各運転状態に相当
する空燃比から予め決められた目標着火タイミングと着
火時圧力Ｐcrが決まり、燃焼室内に吸入した混合気が目
標着火タイミングまでに着火時圧力Ｐcrまで圧力上昇す
るようにＩＶＣを決定する。
【００２４】図７にエンジン回転数を変化させた時の目
標着火タイミングとＩＶＣを示す。縦軸は下死点（ＢＤ
Ｃ）から上死点（ＴＤＣ）までの圧縮行程を示してい
る。ここでは空燃比が一定の場合を説明する。空燃比が
一定なので着火時圧力Ｐcrおよび燃焼速度は変化しない
が、回転数が速くなると燃焼時間に相当するクランク角
度が大きくなる。そのため、筒内圧力がＴＤＣ（３６０
度）後２０度以内に最大値になるように目標着火タイミ
ングを実線３８のようにＴＤＣより進角側に設定する。
この目標着火タイミング時に、筒内圧力が図３に示す空
燃比に相当する着火時圧力Ｐcrになるように、圧縮圧力
上昇分を考慮してＩＶＣを実線３９のように決定する。
圧縮圧力は圧縮行程をポリトロープ変化と仮定して計算
される。つまり、各運転状態に相当する空燃比から予め
決められた目標着火タイミングと着火時圧力Ｐcrが決ま
り、燃焼室内に吸入した混合気が目標着火タイミングま
でに着火時圧力Ｐcrまで圧力上昇するようにＩＶＣを決
定する。
【００２５】この関係を式で表わすと、次式のようにな
る。
【００２６】 Ｖ(θＩＶＣ)＝Ｖ(θｍ)*(Ｐcr／Ｐａ)^(１／ｎ) …（２） ここで、Ｖ(θＩＶＣ)：ＩＶＣ時のシリンダ容積，Ｖ
(θｍ)：目標着火タイミング時のシリンダ容積，Ｐcr：
着火時圧力，Ｐａ：大気圧力，ｎ：ポリトロープ指数で
ある。シリンダ容積はクランク角度とエンジンのボア，
ストローク，コンロッド長さを用いて計算できるので、
シリンダ容積とクランク角度は一意の関係にある。
【００２７】図８に空燃比と回転数を変化させた場合の
目標着火タイミングマップを示す。また、図９に可変バ
ルブによる着火タイミング制御のフローチャートを示
す。ブロック４２でエンジン１のコントロールユニット
６３内の運転状態検出手段６６は、各種センサからの信
号を基にしてエンジン１の運転状態を検出し、ブロック
４３でエンジン１の運転状態に適した目標着火時期θｍ
を決定する。図８の４１が目標着火時期θｍを示してい
る。また、ブロック４４で同時にＰcrを決定する。ここ
で、着火時圧力Ｐcrは混合気の空燃比Ａ／Ｆによって決
まり、目標着火タイミングθｍは空燃比とエンジン回転
数で決まる。Ｐcrおよびθｍは予めコントロールユニッ
トのＲＯＭ内に記憶されており、排気空燃比または供給
空燃比をコントロールユニットにフィードバックして決
める方法が考えられる。次にブロック４５で(Ｐcr／Ｐ
ａ)^(１／ｎ）の演算を行い、目標着火時期までの圧力
上昇分を計算し、それをもとにＩＶＣ時期を仮決定す
る。図８のような３次元マップは標準大気状態について
のデータであり、ブロック４６では吸気温度について補
正している。図１０に吸気温度とＩＶＣ補正量の関係を
示す。吸気温度が低いときは圧縮後の筒内温度が十分に
上がらないため、ＩＶＣを実線５３のようにＢＤＣ側に
補正して圧縮行程を長めにする。吸気温度が高いときは
圧縮後の筒内温度が上がりすぎるため、ＩＶＣをＴＤＣ
側に補正して圧縮行程を短くする。最終的にブロック４
６でＩＶＣ時期が決まり、その指令値はブロック４８で
可変バルブ制御手段６４に送られ、可変バルブ駆動回路
を通して可変バルブ３０を動作させる。また、図１１に
示すように、図９のブロック４５の(Ｐcr／Ｐａ)^(１／
ｎ）の演算で、大気圧力Ｐａを用いないでブロック４５
で(Ｐcr)^(１／ｎ）の演算のみをして、ブロック５０で
図１２に示すような大気圧力の補正をしても構わない。
大気圧力が低いときは実線５４のようにＩＶＣをＢＤＣ
側に補正して圧縮行程を長めにし、大気圧力が高いとき
はＩＶＣをＴＤＣ側に補正して圧縮行程を短くする。
【００２８】図１３に筒内圧力センサを備えている場合
の可変バルブによる着火時期制御のフローチャートを示
す。ＩＶＣを決定し可変バルブを駆動するところまでは
図９または図１１と同様である。筒内圧力センサとして
の燃焼圧力センサ２１を備えている場合はブロック５３
で着火・燃焼による圧力上昇から着火タイミングを検出
し、ブロック５５で目標着火タイミングθｍと比較して
ずれがある場合には処理を始めからやり直し着火タイミ
ングを修正する。また、ブロック５４では最大燃焼圧力
(Ｐmax）となるクランク角度も検出し、ブロック５６で
それがＴＤＣ＋２０度の正常燃焼範囲内にあるかどうか
を判定し、範囲外の場合は処理を始めからやり直し着火
タイミングを修正する。このような着火時期のずれは加
速などの過渡時に生じやすいが、筒内圧力センサとして
の燃焼圧力センサ２１と可変バルブ３０を用いた場合は
着火時期のずれを検出した次のサイクルに反映出来るの
で、応答性が早く制御性が良い。
【００２９】本実施例で示した可変バルブ機構のほか
に、図１４に示したようなカムプーリ５７の位相角φを
変化させてカム軸を回転させる方式の可変バルブ機構を
用いても構わない。位相式の可変バルブ機構では図１５
に示すように吸気バルブ１０のバルブリフト位相を７
０，７１，７２のように変化させて吸気バルブ閉時期を
調整する。
【００３０】上記実施例では燃料噴射弁１２を燃焼室３
の中心に配置した例を示したが、図１６に示すように燃
焼室３の側方に配置しても構わない。また、図１７に示
すようにＭＰＩ式エンジン、即ち、直接シリンダ内に燃
料を噴射するのではなく吸気ポートに燃料を噴射するタ
イプのエンジンにも適用できる。
【００３１】更に、空燃比センサ２４と排気温センサの
出力に基づいて、排気ガスの状態を検出し、この情報に
応じて、最適な排気ガス状態を得るべく、吸排気弁の開
閉タイミングや燃料噴射タイミングあるいは噴射量を制
御して着火時期を補正することもできる。
【００３２】また、触媒２６の劣化状態を空燃比センサ
２４と排気温センサ２５の出力から検知し、この情報に
応じて触媒の適正な浄化作用が得られるように吸排気弁
の開閉タイミング，燃料噴射タイミングあるいは噴射量
を補正制御することもできる。
【００３３】更に本実施例の特徴は、吸気通路１９に、
吸入空気を制御するスロットル弁を備えていないことで
ある。本実施例ではアクセルペダル６１の踏み込み量に
応じて吸気弁１０の開閉タイミングを制御することによ
って各シリンダ内に導入される空気量を直接制御してい
る。従って、従来のようにスロットル弁で計量された空
気流が通路を通ってシリンダに導入されるまでのポンピ
ングロスがなくなる。これによって従来の圧縮着火よ
り、正確な着火時期制御が可能となり、ポンピングロス
がなくなった分だけ燃料効率が向上し、出力特性が良好
になる。
【００３４】更に第１の実施例では、燃料噴射弁１２が
シリンダの中心頂上部に設置されているという特徴があ
る。これは、圧縮着火の場合従来の点火プラグが不要で
ある為、この点火プラグを取付けていた部分に噴射弁を
直接設置できることによるものである。このように構成
すると、燃料がシリンダ内に均等に噴霧でき着火がシリ
ンダ内全体で均一に発生するようになり燃料効率が向上
する。また第２の実施例では、吸気ポートから導入され
る空気流によって、シリンダ内に発生するスワールやタ
ンブル流によって燃料噴霧をシリンダ内で燃焼に適正し
た状態に拡散，分布させる。また、図１６，図１７の第
２，第３実施例では圧力センサ２１をシリンダの中心頂
上に取付けることによって、シリンダ内の圧力分布の最
適値を計測することができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明の圧縮着火式内燃機関では、動作
（可変バルブ）機構を用いて圧縮圧力を機関の運転状態
に応じて制御できるようにしたので着火時期を機関の運
転状態に応じて適正に制御することができるようになっ
た。また、本発明を用いれば空燃比やエンジン回転数が
変化しても着火タイミングを適正化することもでき、あ
るいは大気状態の変動によるトルク変化も補正すること
もでき、安定した圧縮着火燃焼が実現できるという補助
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が採用されるセンタ噴射式筒内噴射エン
ジンのシステム図。
【図２】圧縮着火燃焼をエンジンに適用した場合の燃焼
状態を示す図。
【図３】空燃比Ａ／Ｆと着火時圧力Ｐcrの関係を示す
図。
【図４】吸排気弁の開閉タイミングを固定した場合の着
火タイミングを示す図。
【図５】可変バルブによる圧縮圧力制御を示す図。
【図６】空燃比を変化させた場合の目標着火タイミング
とＩＶＣの関係を示す図。
【図７】エンジン回転数を変化させた場合の目標着火タ
イミングとＩＶＣの関係を示す図。
【図８】空燃比とエンジン回転数を変化させた場合の目
標着火タイミングの３次元マップを示す図。
【図９】本発明における制御フローチャート図。
【図１０】吸気温度とＩＶＣ補正量の関係を示す図。
【図１１】本発明における第２の制御フローチャート
図。
【図１２】大気圧力とＩＶＣ補正量の関係を示す図。
【図１３】本発明における第３の制御フローチャート
図。
【図１４】本発明に適用可能な別の可変バルブ機構を示
す図。
【図１５】本発明に適用可能な別の可変バルブ機構のバ
ルブリフトを示す図。
【図１６】本発明が採用されるサイド噴射式筒内噴射エ
ンジンのシステム図。
【図１７】本発明が採用されるポート噴射式エンジンの
システム図。
【符号の説明】
１…エンジン、２…ピストン、３…燃焼室、４…コンロ
ッド、５…クランク軸、８…エンジンヘッド、１０…吸
気バルブ、１１…排気バルブ、１３…燃料噴射弁、１９
…吸気通路、２０…燃料噴霧、２１…燃焼圧力センサ、
２２…ノッキングセンサ、２４…空燃比センサ、３０…
吸気バルブ用可変バルブ機構、４０…排気バルブ用可変
バルブ機構、６３…コントロールユニット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 容子 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 徳安 昇 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と
    排気弁を含めた弁機構と、 前記内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を
    備え、 前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記燃焼室内に吸
    入された空気との混合気を前記ピストンの往復運動によ
    る圧縮動作で着火させる圧縮着火式内燃機関において、 前記弁機構の開弁および／または閉弁タイミングを制御
    して着火時期を制御する着火時期制御装置を有するこ
    と、を特徴とする圧縮着火式内燃機関。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関にお
    いて、 燃料噴射弁が燃焼室のほぼ中央に配置されること、を特
    徴とする圧縮着火式内燃機関。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関にお
    いて、 前記燃料噴射弁が燃焼室の側方に配置されること、を特
    徴とする圧縮着火式内燃機関。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関にお
    いて、 前記燃料噴射弁が前記吸気弁上流の吸気通路に配置され
    ていることを特徴とする圧縮着火式内燃機関。
  5. 【請求項５】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と
    排気弁を含めた弁機構と、 前記弁機構の開閉タイミングを機関の運転状態に応じて
    制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁とを
    備え、 前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記燃焼室内に吸
    入された空気との混合気を前記ピストンの往復運動によ
    る圧縮動作で着火させる圧縮着火式内燃機関の制御方法
    において、 前記弁機構制御手段は少なくとも空燃比に基づいて、 着火が適正な時期に起こるように前記吸気弁および／ま
    たは排気弁の閉弁および／または開弁タイミングを制御
    すること、を特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方
    法。
  6. 【請求項６】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と
    排気弁を含めた弁機構と、 前記弁機構の開閉タイミングを機関の運転状態に応じて
    制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関のピストンおよびシリンダ壁に囲まれた燃
    焼室に噴射孔が臨む燃料噴射弁とを備え、 前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記燃焼室内に吸
    入された空気との混合気を前記ピストンの往復運動によ
    る圧縮動作で着火させる圧縮着火式内燃機関の制御方法
    において、 前記弁機構制御手段は少なくともエンジン回転数に基づ
    いて、 着火が適正な時期に起こるように前記吸気弁および／ま
    たは排気弁の閉弁および／または開弁タイミングを制御
    すること、を特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方
    法。
  7. 【請求項７】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と
    排気弁を含めた弁機構と、 前記弁機構の開閉タイミングを機関の運転状態に応じて
    制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁とを
    備え、 前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記燃焼室内に吸
    入された空気との混合気を前記ピストンの往復運動によ
    る圧縮動作で着火させる圧縮着火式内燃機関の制御方法
    において、 前記弁機構制御手段は少なくとも大気圧力に応じて、 着火が適正な時期に起こるように前記吸気弁および／ま
    たは排気弁の閉弁および／または開弁タイミングを制御
    すること、を特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方
    法。
  8. 【請求項８】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と
    排気弁を含めた弁機構と、 前記弁機構の開閉タイミングを機関の運転状態に応じて
    制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁とを
    備え、 前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記燃焼室内に吸
    入された空気との混合気を前記ピストンの往復運動によ
    る圧縮動作で着火させる圧縮着火式内燃機関の制御方法
    において、 前記弁機構制御手段は少なくとも吸気温度に応じて、 着火が適正な時期に起こるように前記吸気弁および／ま
    たは排気弁の閉弁および／または開弁タイミングを制御
    すること、を特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方
    法。
  9. 【請求項９】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と
    排気弁を含めた弁機構と、 前記弁機構の開閉タイミングを機関の運転状態に応じて
    制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁とを
    備え、 前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記燃焼室内に吸
    入された空気との混合気を前記ピストンの往復運動によ
    る圧縮動作で着火させる圧縮着火式内燃機関の制御方法
    において、 前記弁機構制御手段は実際の着火タイミングと目標着火
    タイミングとのずれが小さくなるように前記吸気弁およ
    び／または排気弁の閉弁および／または開弁タイミング
    を制御すること、を特徴とする圧縮着火式内燃機関の制
    御方法。
  10. 【請求項１０】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁
    と排気弁を含めた弁機構と、 前記弁機構の開閉タイミングを機関の運転状態に応じて
    制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁とを
    備え、 前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記燃焼室内に吸
    入された空気との混合気を前記ピストンの往復運動によ
    る圧縮動作で着火させる圧縮着火式内燃機関の制御方法
    において、 前記弁機構制御手段は筒内圧力の最大点が上死点後２０
    度以内になるように前記吸気弁および／または排気弁の
    閉弁および／または開弁タイミングを制御すること、を
    特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方法。
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