火花点火内燃機関の制御装置及び方法
【課題】
部分負荷では層状燃焼によりポンプ損失をなくして、燃費を高め、最大出力時は、予混
合燃焼により出力を大きくする。
【解決手段】
部分負荷時は燃料噴射弁１３の近傍に点火源１４を設け、燃料を噴射した後に混合気に
点火し、生じた火炎を燃料の噴霧でシリンダ内に拡散し、層状燃焼させる。一方、負荷が
大きくなり、層状燃焼ですす等が発生する場合は、燃料噴射を複数回にし、前半の噴射で
シリンダ内に予混合気を作り、この予混合気を後半の噴射で作った火炎を気筒内に噴射し
、予混合気を短時間で燃焼する。
【効果】
本発明により、燃焼時間が短縮し、ノックが防止でき、エンジンの圧縮比が高められ、
熱効率が上昇し、燃費が高くなる。層状吸気により未燃炭化水素の発生が防止できる。筒
内燃料噴射により、燃料の応答性が高まり運転性が向上する。
部分負荷では層状燃焼によりポンプ損失をなくして、燃費を高め、最大出力時は、予混
合燃焼により出力を大きくする。
【解決手段】
部分負荷時は燃料噴射弁１３の近傍に点火源１４を設け、燃料を噴射した後に混合気に
点火し、生じた火炎を燃料の噴霧でシリンダ内に拡散し、層状燃焼させる。一方、負荷が
大きくなり、層状燃焼ですす等が発生する場合は、燃料噴射を複数回にし、前半の噴射で
シリンダ内に予混合気を作り、この予混合気を後半の噴射で作った火炎を気筒内に噴射し
、予混合気を短時間で燃焼する。
【効果】
本発明により、燃焼時間が短縮し、ノックが防止でき、エンジンの圧縮比が高められ、
熱効率が上昇し、燃費が高くなる。層状吸気により未燃炭化水素の発生が防止できる。筒
内燃料噴射により、燃料の応答性が高まり運転性が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火内燃機関において、特に気筒内に直接燃料を噴射する火花点火内燃
機関の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料消費率を向上するには、圧縮比を高めて熱効率を上げ、燃料の濃度が低
い希薄混合気を瞬時に燃焼させる必要がある。また、決められたシリンダ容積において、
最大の出力を発生するには、シリンダに流入した空気を最大限に利用し、より多くの燃料
を効率良く燃焼する必要が有る。前者がディーゼルエンジンであり、後者がガソリンエン
ジンの燃焼方法である。本発明は火花点火内燃機関であるガソリンエンジンに関するもの
である。
【０００３】
図２にエンジンの燃焼状態を示す。図２（ａ）はガソリンエンジンの場合である。シリ
ンダ内に均一な混合気を形成し、点火プラグ１４で点火し、火炎が周りに伝パン（予混合
燃焼）する。空燃比が大きくなると火炎の伝パンが遅くなり燃焼が不安定になりやすい。
そのため、絞り弁で吸入空気量を絞り、トルクの小さいときの空燃比が大きくなるのを防
止している。一方、空燃比が小さくなってもシリンダ内全体が均一な空燃比のため、多く
の空気が利用でき、すす等の発生が少ない。図２（ｂ）は、ディーゼルエンジンの場合で
ある。シリンダ内に高温の圧縮空気を作り、その中に燃料を燃料噴射弁１３で噴射する。
燃料は、高温の空気内を飛翔しながらそれぞれの燃料液滴が蒸発しシリンダの一部分で燃
焼する（層状燃焼）。このため、燃料液滴の周りより燃焼するため、燃料量が少なくても
（空燃比が大きても）燃焼できる。しかし、燃料量が多く（空燃比が小さく）なると、液
滴周りの空気が燃焼で消費されるため、空気不足になりすす等が発生しやすく、高出力時
の空気の利用率が問題となる。
【０００４】
図３にエンジンの空燃比とエンジンの発生するトルクとの関係を示す。図３において実
線で示したガソリンエンジンの特性は、排気対策にも依るが、大部分のトルク(運転範囲)
は、空燃比(Ａ／Ｆ) １４.７（理論空燃比）で運転される。つまり、トルクを制御する場
合、空気量に合わせて燃料量を制御し、空燃比を一定に保っている。また、より多くのト
ルクを必要とする場合は、空燃比を小さくしてトルクを増加する。通常の運転条件では、
最小空燃比がＡ／Ｆ１３である。それに対して、破線で示したディーゼルエンジンの場合
は、燃料量の少ない（トルクが小さい）場合は、空燃比が大きく、空燃比がトルクの増加
とともに小さくなる。空燃比が小さくなり、Ａ／Ｆ１４.７ 近くなると図２（ｂ）で示し
たように、層状燃焼のため空気不足になりやすく、すす等が発生する。このため、ガソリ
ンエンジンの方がトルクが大きい。
【０００５】
図４に燃料量と空気量との関係を示す。実線のガソリンエンジンの場合は、燃料と空気
が共に多くなり、図３の空燃比が小さくなる点で、空気の増加が小さくなる。空気量は、
シリンダの往復運動で決まる。そのためガソリンエンジンは、絞り弁で吸気管圧力を増減
し、シリンダに入る質量空気量を変化させる。このため、絞り弁開度が小さい（吸気管圧
力が小さい）部分負荷では、ポンピング損失（絞り損失）が発生し、燃費が減少する。こ
れに対しディーゼルエンジンは、空気量はほぼ一定で（絞り損失が無い）、燃料のみが増
加する。このため部分負荷の燃費が増加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、ディーゼルエンジンは層状燃焼であるため、部分負荷の燃費は増加する
が、最大出力が小さい。これに対し、ガソリンエンジンは、予混合燃焼のため、最大出力
は大きいが、部分負荷では、ポンプ損失により燃費が減少する。
【０００７】
本発明の課題は、部分負荷では層状燃焼によりポンプ損失をなくして、燃費を高め、最
大出力時は、予混合燃焼により出力を大きくできる装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来技術の問題を解決するために、本発明においては、部分負荷時は燃料噴射弁の
近傍に点火源を設け、燃料を噴射した後に混合気に点火し、生じた火炎を燃料の噴霧でシ
リンダ内に拡散し、層状燃焼させる。一方、負荷が大きくなり、層状燃焼ですす等が発生
する場合は、燃料噴射を複数回にし、前半の噴射でシリンダ内に予混合気を作り、この予
混合気を後半の噴射で作った火炎を気筒内に噴射し、予混合気を短時間で燃焼する。
【０００９】
部分負荷のように燃料の噴射量が少ないときは、噴射始めと点火時期を比較的近くでき
るため、燃料はシリンダ内にあまり分散せず、比較的狭い範囲で燃焼する（層状燃焼）。
負荷の増加に合わせて噴射始めを速くすることにより混合気の形成される範囲(予混合気)
が大きくでき予混合燃焼が発生し、発生トルクが増加できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、燃焼時間が短縮し、ノックが防止でき、エンジンの圧縮比が高められ、
熱効率が上昇し、燃費が高くなる。層状吸気により未燃炭化水素の発生が防止できる。筒
内直接燃料噴射により、燃料の応答性が高まり運転性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に本発明の第一実施例である制御システムの構成を示す。燃料タンク１より燃料ポ
ンプ２に燃料を送り、加圧する。加圧された燃料は、圧力センサ３で燃料圧を検出し、制
御回路５に圧力信号を送る。制御回路５は、あらかじめ決められた目標と比較し、設定値
以上であれば燃料ポンプ２のスピル弁４を開き燃料圧を目標圧力に制御する。加圧された
燃料は、燃料噴射弁１３に送られる。制御回路５には、アクセルペダル１９より運転者の
意図する信号（トルク信号）が送られる。これを受けて制御回路５は、エンジン回転数セ
ンサ１０の信号を加味して一回あたりの噴射量を計算し、燃料噴射弁１３の噴射弁駆動部
２０に送る。これにより燃料噴射弁１３が開き、燃料が燃焼室７に噴射される。この時の
燃料の噴射時期と噴射量（噴射時間）は、制御回路５で最適値に選定される。燃焼室７に
噴射された燃料は、最適な点火時期に制御回路５より点火回路２２に信号が送られ、点火
回路２２で高電圧が発生し、これが点火プラグ１４に送られて、火花点火により点火され
る。燃焼室７の圧力が上がり、ピストン９に作用し、クランク軸１６に回転力を与え、変
速機１５よりデフレンシャルギア１７を介して、タイヤ１８ａ，１８ｂを駆動して走行す
る。エンジン６の発生トルクは、燃焼室７の燃焼圧力を圧力センサ８で検出し、制御回路
５に送り、運転者の意図であるアクセルペダル１９の信号と比較される。この比較結果は
、次の気筒の燃料噴射に反映される。エンジン６の空気量は、空気量検出器で計測され、
絞り弁で流量が制御される。また、空気は、吸気管２７に配置されたスワール制御弁２８
で気筒内に適度な乱れが生成できるように制御される。吸気弁１２の弁リフトを弁リフト
制御装置１１で制御する。燃焼ガスは、排気弁２１より排気される。
【実施例１】
【００１２】
図５に燃焼室の縦断面図により、本発明の第一実施例を説明する。エンジンヘッド２５
に形成された副燃焼室２３に燃料噴射弁１３，点火プラグ１４を設置する。この時の燃料
噴射弁１３と点火プラグ１４の位置関係は燃料噴射弁１３の噴霧の下流側に点火プラグ
１４が設置されるのが良い。これは、点火プラグ１４で形成した火炎核を噴霧で燃焼室７
やピストン９に設置したキャビティ２４に分散しやすい。しかし、点火プラグ１４が噴霧
に近過ぎると点火プラグ１４が噴霧で濡れて点火不良を引き起こす場合もあり位置関係が
重要である。また、副燃焼室２３の出口部２６を絞ることにより、火炎核の噴出速度を調
整できる。この場合でも、絞り過ぎると圧力損失を生じ熱効率が低下する。
【００１３】
図６に空燃比Ａ／Ｆと排気（ＨＣ，ＮＯｘ）の関係を示す。燃料の噴射時期がクランク
角９０°の場合はＮＯｘのピーク値がＡ／Ｆ１６近くである。このようなＮＯｘの排出量
の変化は、均一混合気の場合に見られる傾向である。噴射時期がクランク角９０°と吸気
行程の中盤までは噴射された噴霧がピストンの動きや吸気による気筒内の空気の流れによ
り気筒内全体に分散するためである。噴射時期が大きくなるにつれてＮＯｘのピーク値の
発生空燃比が大きくなる。それと同時にＮＯｘの発生がなだらかになって来る。また、
ＨＣの排出量も変化する。噴射時期９０°と噴射時期１８０°を比較するとＡ／Ｆ１５近
くのＨＣは、噴射時期９０°が３８００ppmＣ，噴射時期１８０°が６５００ppmＣである
。このように同じ空燃比でＨＣが異なるのは、燃焼しているところの空燃比が異なるため
である。つまり、噴射時期１８０°の方が実際に燃焼している場所の空燃比が小さいため
である。このため、空燃比が大きくなった場合噴射時期が９０°の場合が小さい空燃比で
燃焼不良（失火）を起こしている。このように噴射時期を大きくすると安定して（ＨＣが
増加しない）燃焼する空燃比が大きくなるのは、噴射時期が大きくなると点火時期に近く
なり、燃料が分散しにくくなり層状混合気となるためである。このように噴射時期を選定
することにより、均一混合気と層状混合気が自由に形成できる。そこで、エンジントルク
が小さいときは、噴射時期を大きくして点火時期に近かづける。トルクが大きくなるに従
って噴射時期を小さくし均一混合気に近づける。
【実施例２】
【００１４】
図７に第二実施例を燃焼室の縦断面図で示す。本実施例は、燃料噴射弁１３を燃焼室７
に突出し燃料を気筒内に広く分散するように噴射口が穿孔されている。このような場合は
、ピストンが低くなる下死点近くで燃料を噴射すると気筒壁面に燃料が直接あたり、壁面
流が作られる。このような状態では、良好な燃焼は期待できない。そのため、このように
噴霧が広い噴射弁場合はキャビティ２４が上死点近くに有り、燃料がこのキャビティ２４
内に吹き込めるようなタイミングで吹く必要が有る。その一例として燃料の噴射を図８に
示すように複数回に分けて噴射することができる。クランク角０度近くで前噴射を行い均
一混合気を作る。点火時期近くで噴射する後噴射で火種を作り前噴射で形成した均一混合
気を急速に燃焼させる。噴射量の調整は後噴射でも、前噴射でもできるので、最適状態で
噴射できる。このように、前，後二回に分ける場合は、図５に示した噴射角度が小さい噴
射弁であっても有効である。
【００１５】
図９に前噴射，後噴射する場合の燃料噴射時間の計算のフローチャートを示す。ステッ
プ１０１でアクセル開度α、エンジン回転数Ｎｅを読み込む。この時空気量を測定してい
る場合は、空気量Ｑａを追加してもよい。ステップ１０２で燃料量Ｑｆを計算する。ステ
ップ１０３でＱｆ＞Ｑｆ１の判定をする。ＮＯの場合は、ステップ１０９に進み、無効噴
射量Ｑｘを加えて噴射時間Ｔｐ２を算出する。ステップ１１０でＴｐ２を後噴射の時期に
噴射して完了する。ステップ１０３がＹesの場合は、ステップ１０４に進み、最小噴射量
Ｑｆ０を減算して、Ｑｆ２を算出する。ステップ１０５でＱｆ２に無効噴射量Ｑｘを加え
て噴射時間Ｔｐ１を算出する。Ｔｐ１を前噴射の時期で噴射する。ステップ１０７でＱf0
にＱｘを加えてＴｐ２を算出し、Ｔｐ２を後噴射の時期に噴射する。このように、前，後
噴射ともそれぞれ無効噴射量Ｑｘを追加する必要が有る。
【００１６】
図１０に燃料圧力の制御装置を示す。燃料タンク１より燃料ポンプ２燃料が送られる。
燃料ポンプ２は、モータ３０で駆動され、加圧した燃料を高圧配管３４に送る。高圧配管
３４には噴射弁１３ａ〜１３ｄ，アキュームレータ３３，燃料圧力センサ３，リリーフ弁
３２が配設されている。リリーフ弁３３は、ガスがダンパとして封入されており燃料圧力
が高くなるとアキュームレータ内に燃料が流入する。圧力が下がると燃料を高圧配管３４
に送り出す。リリーフ弁３２は、燃料が高くなり過ぎた場合に燃料を流失させて、圧力上
昇を防止する。燃料圧力センサ３は、圧力に比例した信号を制御回路５に送り燃料ポンプ
２の電磁スピル装置４に送り燃料ポンプ２の吐出量を制御し、燃料圧力を制御する。また
、モータ３０のコントローラ３１に信号をおくり、燃料ポンプ３０の回転数を制御して、
燃料圧力を制御する。本実施例は、電磁スピル装置４とコントローラ３１の両方設置した
がどちらか一つでも燃料圧力は、制御できる。しかし、燃料ポンプ２をエンジンにて駆動
する場合はモータ３０は無いので電磁スピル装置４だけとなる。
【００１７】
図１１にＥＧＲの制御系統図を示す。空気は、空気流量計３５，絞り弁３７，吸気管
２７よりエンジン６に入り、排気となり排気管４１に排出される。排気管４１には、触媒
３９が有る。ここでＥＧＲが必要になると、制御装置５よりＥＧＲ弁３８に信号を送り
ＥＧＲ弁を開く。また絞り弁アクチェータ３６に信号を送り、絞り弁３７を閉し吸気管
２７の圧力を大気圧より低くする。すると、吸気管圧力に比例して排気が排気管４１から
吸気管２７にＥＧＲ弁３８を介して流れる。この時の排気の流量は、吸気管圧力に比例す
るので、この吸気管圧力を吸気管圧力センサ４０で検出し、制御回路５に送り、絞り弁ア
クチェータ３６で絞り弁３７の開度を調節する。絞り弁３７の開度を制御すれば吸気管
２７の圧力が制御でき、ＥＧＲ量がフィードバック制御により正確に制御できる。
【実施例３】
【００１８】
図１２に本発明の第三実施例を示す。空気は絞り弁２１３によって調整され、吸気管
２１４を介して、エンジンに吸入される。吸気弁２０８のリフトは形状の異なるカム203
を切り替えることによって変化させることができる。カムの切り替えはロッカーアーム
２１０を油圧制御弁２０２で切り替えることによって行う。油圧制御弁２０２は例えば電
磁ソレノイドで行う。絞り弁はモータ２１２によって開度を制御する。エンジンには気筒
内圧力を検出するセンサ２２０を取り付ける。また、気筒内に燃料を直接噴射する噴射弁
２０４を取り付ける。排気管には排気の空燃比を検出するセンサ２０５を取り付ける。排
気管には触媒を取り付ける。触媒は酸素過多の条件でもＮＯｘを除去できるものが望まし
い。また、理論空燃比条件では、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に除去できる三元触媒に機能
が必要である。また、排気の１部は排気管流量を制御する弁２１５，２１８によって、制
御される。これによって、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘを低減する。これら、各制御弁は
制御装置２０１で制御される。燃費を低減するためには、吸気管内の圧力を大気圧に近付
け、ポンピング損失を小さくすることが望ましい。そのため、絞り弁２１２はなるべく全
開状態とする。しかし、配管２１６から排気還流を行う場合では、吸気管内の圧力を排気
管内の圧力より小さくする必要があるので、絞り弁を閉じる。
【００１９】
図１３に本発明の第三実施例の動作を示す。運転条件に応じて図１３のように吸気弁カ
ムのリフトを変化させる。空気量が多く必要なときには吸気弁のリフトをＡのようにする
。空気量が少ないときには吸気弁のリフトをリフトＢ，リフトＣのように変化させる。リ
フトを変化させることによって、排気弁とのオーバラップも変化させる。高出力運転時に
は、排気弁と吸気弁のオーバラップ期間を大きくする。このようにして、吸気弁のリフト
によって、空気量を変化させることができる。
【００２０】
図１４にロッカーアーム２２１，２２３，２２４とカム２２５，２２６，２２７の構成
の１例を示す。ロッカーアーム２２３とカム２２５で駆動し、吸気弁を往復運動させる。
ロッカーアーム２２６とカム２２４は固定されておらず、自由な状態になっている。カム
を切り替えるときには、ロッカーアーム２２４とカム２２６で駆動し、吸気弁を往復運動
させる。ロッカーアーム２２３とカム２２５は固定されておらず、自由な状態になってい
る。このようにすることによって、カムを切り替えることができる。この例では、カムの
リフトを変化させるようにしたが、カムの形状を変えて、開弁及び閉弁の時期を同時に制
御しても良い。
【００２１】
図１５にアクセル開度とエンジン回転数に対するカムの選択のマップを示す。この例で
はカムの切り替えを３段階に選んだ。エンジン回転数が低く、アクセル開度が小さいとき
にはリフトの小さいカムＡを選ぶ。エンジン回転数及びアクセル開度が大きくなるのに従
って、リフトの大きいカムに切り替える。
【００２２】
図１６にエンジントルクとエンジン回転数に対するカムの選択のマップを示す。この例
ではカムの切り替えを３段階に選んだ。エンジントルクはアクセル開度に対してあらかじ
め決めた目標トルクとする。エンジン回転数が低く、エンジンが小さいときにはリフトの
小さいカムＡを選ぶ。エンジン回転数及びエンジントルクが大きくなるのに従って、リフ
トの大きいカムに切り替える。
【００２３】
図１７に空燃比Ａ／Ｆの切り替え時の吸入空気量の制御方法を示す。絞り弁全開やリフ
トの大きいカムを選定すると、空燃比を小さくすると燃料量が多くなり、軸トルクが大き
くなる。空燃比が１６付近はＮＯｘの排出量が多くなりやすいので、空燃比を１８から
１５にスキップさせる。このとき、空気量をそのままにして、空燃比を１５に切り替える
と燃料量が多くなり、Ｃのように軸トルクが増大し、違和感を感じる。そこで、空燃比を
切り替えるときには、空気量を少なくして、燃料量の増大を防止し、軸トルクがＡからＢ
のように変化させ、ショックを少なくする。空気量の調整は絞り弁またはカムの切り替え
で行う。絞り弁で行うと吸気管内の圧力が小さくなり、ポンピング損失が大きくなるので
、できる限り、カムの切り替えで行うのが良い。また、軸トルクが小さくなり、例えば空
燃比を７０以上にしても、目標の軸トルクにならない場合もカムまたは絞り弁で空気量を
調整する。
【００２４】
図１８に燃料量と軸トルクの関係を示す。燃料量を多くすると軸トルクを大きくできる
ので、燃料量によって軸トルクを制御できる。
【実施例４】
【００２５】
図１９に本発明の第四実施例を示す。アクセル開度α及びエンジン回転数Ｎなどエンジ
ン状態を検出するエンジン状態検出部３０１、それから燃料噴射量Ｑｆを計算する燃料噴
射量計算部３０２によって燃料噴射量Ｑｆを求める。充填効率マップ３０３に基づいて
３０４でエンジンの空気量を計算し、各カムの空気量を求めて空燃比を計算する。３０５
で空燃比が可燃範囲であるかを判定し、３０６でカムの選定、及び、３０７で絞り弁開度
の決定を行う。空気量が多過ぎる場合には、混合気が希薄状態になってしまうのでリフト
の少ないカムに切り替える。筒内噴射では気筒内の混合気を直接制御するので、希薄混合
気の限界を従来の吸気ポート噴射システムに比べて、大きくできるので、燃料量で制御で
きる軸トルクの範囲が広い。そのため、空気量を従来のように微細に制御しなくても燃料
量で軸トルクを制御できる。
【実施例５】
【００２６】
図２０に本発明の第五実施例を示す。３１１でアクセル開度を検出し、３１２で目標ト
ルクを決定する。目標トルクから燃料量計算手段３１３で燃料量を決定する。軸トルクに
対して空燃比をあらかじめ決めておくと、空気量Ｑａを求めることができる。３１６で空
燃比を判定し、空燃比が１８以上である場合には、３１８で絞り弁を全開として、トルク
検出手段３１９でエンジンのトルクを検出し、目標トルクになるように燃料噴射量を制御
する。一方、空燃比が１８以下の場合には３２１で目標の空燃比になるように空気量を制
御する。空気量はたとえば絞り弁開度またはカムのリフトで行う。ここで、３２２の空気
量センサで空気量を検出し、目標の空気量になるように空気量を制御してもよい。
【００２７】
図２１に目標空燃比のマップを示す。軸トルクの増大とともに空燃比を小さくするが、
Ｂ点では空燃比１６をスキップするように空燃比をＣ点に切り替える。さらにトルクを大
きくするときには空燃比を小さくして、Ｄ点に向かうようにする。空燃比をさらに小さく
すると混合気が濃い状態になりすぎる。そのため、この領域では空気量を検出し、空燃比
制御を行うのが望ましい。
【００２８】
図２２にエンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑａに対する絞り弁開度θｔｈの関係を示す。
絞り弁で空気量を制御する場合には、吸入空気量に対するマップから絞り弁開度を求める
。さらに精密な制御を行うときには空気量を検出し、フィードバックをかける。
【実施例６】
【００２９】
図２３，図２４に本発明の第六実施例を示す。空燃比が１８以上の場合、混合気が希薄
すぎて運転性，排気浄化性が低下する場合があるので、燃焼変動を検出し、空気量を少な
くするように、絞り弁開度またはカムリフトを設定する。
【実施例７】
【００３０】
図２５に本発明の第七実施例を示す。エンジンのシリンダガスケット２３１に電極234
を埋め込み電極２３２から高電圧を加える。ガスケットにはネジ止め用の穴２３３が開い
ている。
【００３１】
図２６に図２５の縦断面図を示す。電極２３８と２３９の間に高電圧が点火コイルより
加えられ、火花放電する。これによって気筒壁面近く及び多点から混合気に点火が行われ
るので、燃焼速度がおおきくなる。また、壁面近くから燃焼させるので、壁面近くのいわ
ゆるクエンチ領域が少なくなり、未燃焼炭化水素が少なくなり、かつノッキングが発生し
にくくなる。ガスケット上下面には絶縁層２３５及び２３７を設ける。電極２３９がアー
スである場合には絶縁層２３７はなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施例を示し、本制御システムの構成を示す概念図。
【図２】エンジンの燃焼室内の燃焼状態を示す概念図。
【図３】空燃比と発生トルクとの相関図。
【図４】燃料量と空気量との相関図。
【図５】燃焼室の縦断面図。
【図６】空燃比Ａ／Ｆと排気中のＨＣ，ＮＯｘの相関図。
【図７】本発明の第二実施例を示し、図５と同様燃焼室の縦断面図。
【図８】燃料噴射時期を表すチャート図。
【図９】燃料噴射時間の計算のフローチャート図。
【図１０】燃料圧力の制御装置のブロック図。
【図１１】ＥＧＲの制御系統を表す概念図。
【図１２】本発明の第三実施例を示し、本制御システムの構成を示す概念図。
【図１３】吸気弁の動作を示すタイムチャート図。
【図１４】ロッカーアームの構成を示す斜視図。
【図１５】エンジン回転数とアクセル開度とカムの選択のマップ図。
【図１６】エンジン回転数とエンジントルクとカムの選択のマップ図。
【図１７】空燃比Ａ／Ｆと軸トルクとの相関図。
【図１８】燃料量と軸トルクとの相関図。
【図１９】本発明の第四実施例を示す、本制御システムのブロック図。
【図２０】本発明の第五実施例を示す、本制御システムのブロック図。
【図２１】目標空燃比のエンジントルクに対するマップ図。
【図２２】エンジン回転数と吸入空気量に対する絞り弁開度の相関図。
【図２３】本発明の第六実施例を示す、本制御システムのブロック図。
【図２４】図２３と同様、本制御システムのブロック図。
【図２５】本発明の第七実施例を示し、エンジンのシリンダガスケットの構成を示す上面図。
【図２６】図２５の縦断面図。
【符号の説明】
【００３３】
１…燃料タンク、２…燃料ポンプ、３…燃料圧力センサ、４…電磁スピル装置、５…制
御回路、６…エンジン、７…燃焼室、８…燃焼圧力センサ、９…ピストン、１２…吸気弁
、１３…燃料噴射弁、１４…点火プラグ、１９…アクセルペダル、２１…排気弁、２４…
キャビティ、２８…スワールコントロール弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火内燃機関において、特に気筒内に直接燃料を噴射する火花点火内燃
機関の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料消費率を向上するには、圧縮比を高めて熱効率を上げ、燃料の濃度が低
い希薄混合気を瞬時に燃焼させる必要がある。また、決められたシリンダ容積において、
最大の出力を発生するには、シリンダに流入した空気を最大限に利用し、より多くの燃料
を効率良く燃焼する必要が有る。前者がディーゼルエンジンであり、後者がガソリンエン
ジンの燃焼方法である。本発明は火花点火内燃機関であるガソリンエンジンに関するもの
である。
【０００３】
図２にエンジンの燃焼状態を示す。図２（ａ）はガソリンエンジンの場合である。シリ
ンダ内に均一な混合気を形成し、点火プラグ１４で点火し、火炎が周りに伝パン（予混合
燃焼）する。空燃比が大きくなると火炎の伝パンが遅くなり燃焼が不安定になりやすい。
そのため、絞り弁で吸入空気量を絞り、トルクの小さいときの空燃比が大きくなるのを防
止している。一方、空燃比が小さくなってもシリンダ内全体が均一な空燃比のため、多く
の空気が利用でき、すす等の発生が少ない。図２（ｂ）は、ディーゼルエンジンの場合で
ある。シリンダ内に高温の圧縮空気を作り、その中に燃料を燃料噴射弁１３で噴射する。
燃料は、高温の空気内を飛翔しながらそれぞれの燃料液滴が蒸発しシリンダの一部分で燃
焼する（層状燃焼）。このため、燃料液滴の周りより燃焼するため、燃料量が少なくても
（空燃比が大きても）燃焼できる。しかし、燃料量が多く（空燃比が小さく）なると、液
滴周りの空気が燃焼で消費されるため、空気不足になりすす等が発生しやすく、高出力時
の空気の利用率が問題となる。
【０００４】
図３にエンジンの空燃比とエンジンの発生するトルクとの関係を示す。図３において実
線で示したガソリンエンジンの特性は、排気対策にも依るが、大部分のトルク(運転範囲)
は、空燃比(Ａ／Ｆ) １４.７（理論空燃比）で運転される。つまり、トルクを制御する場
合、空気量に合わせて燃料量を制御し、空燃比を一定に保っている。また、より多くのト
ルクを必要とする場合は、空燃比を小さくしてトルクを増加する。通常の運転条件では、
最小空燃比がＡ／Ｆ１３である。それに対して、破線で示したディーゼルエンジンの場合
は、燃料量の少ない（トルクが小さい）場合は、空燃比が大きく、空燃比がトルクの増加
とともに小さくなる。空燃比が小さくなり、Ａ／Ｆ１４.７ 近くなると図２（ｂ）で示し
たように、層状燃焼のため空気不足になりやすく、すす等が発生する。このため、ガソリ
ンエンジンの方がトルクが大きい。
【０００５】
図４に燃料量と空気量との関係を示す。実線のガソリンエンジンの場合は、燃料と空気
が共に多くなり、図３の空燃比が小さくなる点で、空気の増加が小さくなる。空気量は、
シリンダの往復運動で決まる。そのためガソリンエンジンは、絞り弁で吸気管圧力を増減
し、シリンダに入る質量空気量を変化させる。このため、絞り弁開度が小さい（吸気管圧
力が小さい）部分負荷では、ポンピング損失（絞り損失）が発生し、燃費が減少する。こ
れに対しディーゼルエンジンは、空気量はほぼ一定で（絞り損失が無い）、燃料のみが増
加する。このため部分負荷の燃費が増加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、ディーゼルエンジンは層状燃焼であるため、部分負荷の燃費は増加する
が、最大出力が小さい。これに対し、ガソリンエンジンは、予混合燃焼のため、最大出力
は大きいが、部分負荷では、ポンプ損失により燃費が減少する。
【０００７】
本発明の課題は、部分負荷では層状燃焼によりポンプ損失をなくして、燃費を高め、最
大出力時は、予混合燃焼により出力を大きくできる装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来技術の問題を解決するために、本発明においては、部分負荷時は燃料噴射弁の
近傍に点火源を設け、燃料を噴射した後に混合気に点火し、生じた火炎を燃料の噴霧でシ
リンダ内に拡散し、層状燃焼させる。一方、負荷が大きくなり、層状燃焼ですす等が発生
する場合は、燃料噴射を複数回にし、前半の噴射でシリンダ内に予混合気を作り、この予
混合気を後半の噴射で作った火炎を気筒内に噴射し、予混合気を短時間で燃焼する。
【０００９】
部分負荷のように燃料の噴射量が少ないときは、噴射始めと点火時期を比較的近くでき
るため、燃料はシリンダ内にあまり分散せず、比較的狭い範囲で燃焼する（層状燃焼）。
負荷の増加に合わせて噴射始めを速くすることにより混合気の形成される範囲(予混合気)
が大きくでき予混合燃焼が発生し、発生トルクが増加できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、燃焼時間が短縮し、ノックが防止でき、エンジンの圧縮比が高められ、
熱効率が上昇し、燃費が高くなる。層状吸気により未燃炭化水素の発生が防止できる。筒
内直接燃料噴射により、燃料の応答性が高まり運転性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に本発明の第一実施例である制御システムの構成を示す。燃料タンク１より燃料ポ
ンプ２に燃料を送り、加圧する。加圧された燃料は、圧力センサ３で燃料圧を検出し、制
御回路５に圧力信号を送る。制御回路５は、あらかじめ決められた目標と比較し、設定値
以上であれば燃料ポンプ２のスピル弁４を開き燃料圧を目標圧力に制御する。加圧された
燃料は、燃料噴射弁１３に送られる。制御回路５には、アクセルペダル１９より運転者の
意図する信号（トルク信号）が送られる。これを受けて制御回路５は、エンジン回転数セ
ンサ１０の信号を加味して一回あたりの噴射量を計算し、燃料噴射弁１３の噴射弁駆動部
２０に送る。これにより燃料噴射弁１３が開き、燃料が燃焼室７に噴射される。この時の
燃料の噴射時期と噴射量（噴射時間）は、制御回路５で最適値に選定される。燃焼室７に
噴射された燃料は、最適な点火時期に制御回路５より点火回路２２に信号が送られ、点火
回路２２で高電圧が発生し、これが点火プラグ１４に送られて、火花点火により点火され
る。燃焼室７の圧力が上がり、ピストン９に作用し、クランク軸１６に回転力を与え、変
速機１５よりデフレンシャルギア１７を介して、タイヤ１８ａ，１８ｂを駆動して走行す
る。エンジン６の発生トルクは、燃焼室７の燃焼圧力を圧力センサ８で検出し、制御回路
５に送り、運転者の意図であるアクセルペダル１９の信号と比較される。この比較結果は
、次の気筒の燃料噴射に反映される。エンジン６の空気量は、空気量検出器で計測され、
絞り弁で流量が制御される。また、空気は、吸気管２７に配置されたスワール制御弁２８
で気筒内に適度な乱れが生成できるように制御される。吸気弁１２の弁リフトを弁リフト
制御装置１１で制御する。燃焼ガスは、排気弁２１より排気される。
【実施例１】
【００１２】
図５に燃焼室の縦断面図により、本発明の第一実施例を説明する。エンジンヘッド２５
に形成された副燃焼室２３に燃料噴射弁１３，点火プラグ１４を設置する。この時の燃料
噴射弁１３と点火プラグ１４の位置関係は燃料噴射弁１３の噴霧の下流側に点火プラグ
１４が設置されるのが良い。これは、点火プラグ１４で形成した火炎核を噴霧で燃焼室７
やピストン９に設置したキャビティ２４に分散しやすい。しかし、点火プラグ１４が噴霧
に近過ぎると点火プラグ１４が噴霧で濡れて点火不良を引き起こす場合もあり位置関係が
重要である。また、副燃焼室２３の出口部２６を絞ることにより、火炎核の噴出速度を調
整できる。この場合でも、絞り過ぎると圧力損失を生じ熱効率が低下する。
【００１３】
図６に空燃比Ａ／Ｆと排気（ＨＣ，ＮＯｘ）の関係を示す。燃料の噴射時期がクランク
角９０°の場合はＮＯｘのピーク値がＡ／Ｆ１６近くである。このようなＮＯｘの排出量
の変化は、均一混合気の場合に見られる傾向である。噴射時期がクランク角９０°と吸気
行程の中盤までは噴射された噴霧がピストンの動きや吸気による気筒内の空気の流れによ
り気筒内全体に分散するためである。噴射時期が大きくなるにつれてＮＯｘのピーク値の
発生空燃比が大きくなる。それと同時にＮＯｘの発生がなだらかになって来る。また、
ＨＣの排出量も変化する。噴射時期９０°と噴射時期１８０°を比較するとＡ／Ｆ１５近
くのＨＣは、噴射時期９０°が３８００ppmＣ，噴射時期１８０°が６５００ppmＣである
。このように同じ空燃比でＨＣが異なるのは、燃焼しているところの空燃比が異なるため
である。つまり、噴射時期１８０°の方が実際に燃焼している場所の空燃比が小さいため
である。このため、空燃比が大きくなった場合噴射時期が９０°の場合が小さい空燃比で
燃焼不良（失火）を起こしている。このように噴射時期を大きくすると安定して（ＨＣが
増加しない）燃焼する空燃比が大きくなるのは、噴射時期が大きくなると点火時期に近く
なり、燃料が分散しにくくなり層状混合気となるためである。このように噴射時期を選定
することにより、均一混合気と層状混合気が自由に形成できる。そこで、エンジントルク
が小さいときは、噴射時期を大きくして点火時期に近かづける。トルクが大きくなるに従
って噴射時期を小さくし均一混合気に近づける。
【実施例２】
【００１４】
図７に第二実施例を燃焼室の縦断面図で示す。本実施例は、燃料噴射弁１３を燃焼室７
に突出し燃料を気筒内に広く分散するように噴射口が穿孔されている。このような場合は
、ピストンが低くなる下死点近くで燃料を噴射すると気筒壁面に燃料が直接あたり、壁面
流が作られる。このような状態では、良好な燃焼は期待できない。そのため、このように
噴霧が広い噴射弁場合はキャビティ２４が上死点近くに有り、燃料がこのキャビティ２４
内に吹き込めるようなタイミングで吹く必要が有る。その一例として燃料の噴射を図８に
示すように複数回に分けて噴射することができる。クランク角０度近くで前噴射を行い均
一混合気を作る。点火時期近くで噴射する後噴射で火種を作り前噴射で形成した均一混合
気を急速に燃焼させる。噴射量の調整は後噴射でも、前噴射でもできるので、最適状態で
噴射できる。このように、前，後二回に分ける場合は、図５に示した噴射角度が小さい噴
射弁であっても有効である。
【００１５】
図９に前噴射，後噴射する場合の燃料噴射時間の計算のフローチャートを示す。ステッ
プ１０１でアクセル開度α、エンジン回転数Ｎｅを読み込む。この時空気量を測定してい
る場合は、空気量Ｑａを追加してもよい。ステップ１０２で燃料量Ｑｆを計算する。ステ
ップ１０３でＱｆ＞Ｑｆ１の判定をする。ＮＯの場合は、ステップ１０９に進み、無効噴
射量Ｑｘを加えて噴射時間Ｔｐ２を算出する。ステップ１１０でＴｐ２を後噴射の時期に
噴射して完了する。ステップ１０３がＹesの場合は、ステップ１０４に進み、最小噴射量
Ｑｆ０を減算して、Ｑｆ２を算出する。ステップ１０５でＱｆ２に無効噴射量Ｑｘを加え
て噴射時間Ｔｐ１を算出する。Ｔｐ１を前噴射の時期で噴射する。ステップ１０７でＱf0
にＱｘを加えてＴｐ２を算出し、Ｔｐ２を後噴射の時期に噴射する。このように、前，後
噴射ともそれぞれ無効噴射量Ｑｘを追加する必要が有る。
【００１６】
図１０に燃料圧力の制御装置を示す。燃料タンク１より燃料ポンプ２燃料が送られる。
燃料ポンプ２は、モータ３０で駆動され、加圧した燃料を高圧配管３４に送る。高圧配管
３４には噴射弁１３ａ〜１３ｄ，アキュームレータ３３，燃料圧力センサ３，リリーフ弁
３２が配設されている。リリーフ弁３３は、ガスがダンパとして封入されており燃料圧力
が高くなるとアキュームレータ内に燃料が流入する。圧力が下がると燃料を高圧配管３４
に送り出す。リリーフ弁３２は、燃料が高くなり過ぎた場合に燃料を流失させて、圧力上
昇を防止する。燃料圧力センサ３は、圧力に比例した信号を制御回路５に送り燃料ポンプ
２の電磁スピル装置４に送り燃料ポンプ２の吐出量を制御し、燃料圧力を制御する。また
、モータ３０のコントローラ３１に信号をおくり、燃料ポンプ３０の回転数を制御して、
燃料圧力を制御する。本実施例は、電磁スピル装置４とコントローラ３１の両方設置した
がどちらか一つでも燃料圧力は、制御できる。しかし、燃料ポンプ２をエンジンにて駆動
する場合はモータ３０は無いので電磁スピル装置４だけとなる。
【００１７】
図１１にＥＧＲの制御系統図を示す。空気は、空気流量計３５，絞り弁３７，吸気管
２７よりエンジン６に入り、排気となり排気管４１に排出される。排気管４１には、触媒
３９が有る。ここでＥＧＲが必要になると、制御装置５よりＥＧＲ弁３８に信号を送り
ＥＧＲ弁を開く。また絞り弁アクチェータ３６に信号を送り、絞り弁３７を閉し吸気管
２７の圧力を大気圧より低くする。すると、吸気管圧力に比例して排気が排気管４１から
吸気管２７にＥＧＲ弁３８を介して流れる。この時の排気の流量は、吸気管圧力に比例す
るので、この吸気管圧力を吸気管圧力センサ４０で検出し、制御回路５に送り、絞り弁ア
クチェータ３６で絞り弁３７の開度を調節する。絞り弁３７の開度を制御すれば吸気管
２７の圧力が制御でき、ＥＧＲ量がフィードバック制御により正確に制御できる。
【実施例３】
【００１８】
図１２に本発明の第三実施例を示す。空気は絞り弁２１３によって調整され、吸気管
２１４を介して、エンジンに吸入される。吸気弁２０８のリフトは形状の異なるカム203
を切り替えることによって変化させることができる。カムの切り替えはロッカーアーム
２１０を油圧制御弁２０２で切り替えることによって行う。油圧制御弁２０２は例えば電
磁ソレノイドで行う。絞り弁はモータ２１２によって開度を制御する。エンジンには気筒
内圧力を検出するセンサ２２０を取り付ける。また、気筒内に燃料を直接噴射する噴射弁
２０４を取り付ける。排気管には排気の空燃比を検出するセンサ２０５を取り付ける。排
気管には触媒を取り付ける。触媒は酸素過多の条件でもＮＯｘを除去できるものが望まし
い。また、理論空燃比条件では、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に除去できる三元触媒に機能
が必要である。また、排気の１部は排気管流量を制御する弁２１５，２１８によって、制
御される。これによって、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘを低減する。これら、各制御弁は
制御装置２０１で制御される。燃費を低減するためには、吸気管内の圧力を大気圧に近付
け、ポンピング損失を小さくすることが望ましい。そのため、絞り弁２１２はなるべく全
開状態とする。しかし、配管２１６から排気還流を行う場合では、吸気管内の圧力を排気
管内の圧力より小さくする必要があるので、絞り弁を閉じる。
【００１９】
図１３に本発明の第三実施例の動作を示す。運転条件に応じて図１３のように吸気弁カ
ムのリフトを変化させる。空気量が多く必要なときには吸気弁のリフトをＡのようにする
。空気量が少ないときには吸気弁のリフトをリフトＢ，リフトＣのように変化させる。リ
フトを変化させることによって、排気弁とのオーバラップも変化させる。高出力運転時に
は、排気弁と吸気弁のオーバラップ期間を大きくする。このようにして、吸気弁のリフト
によって、空気量を変化させることができる。
【００２０】
図１４にロッカーアーム２２１，２２３，２２４とカム２２５，２２６，２２７の構成
の１例を示す。ロッカーアーム２２３とカム２２５で駆動し、吸気弁を往復運動させる。
ロッカーアーム２２６とカム２２４は固定されておらず、自由な状態になっている。カム
を切り替えるときには、ロッカーアーム２２４とカム２２６で駆動し、吸気弁を往復運動
させる。ロッカーアーム２２３とカム２２５は固定されておらず、自由な状態になってい
る。このようにすることによって、カムを切り替えることができる。この例では、カムの
リフトを変化させるようにしたが、カムの形状を変えて、開弁及び閉弁の時期を同時に制
御しても良い。
【００２１】
図１５にアクセル開度とエンジン回転数に対するカムの選択のマップを示す。この例で
はカムの切り替えを３段階に選んだ。エンジン回転数が低く、アクセル開度が小さいとき
にはリフトの小さいカムＡを選ぶ。エンジン回転数及びアクセル開度が大きくなるのに従
って、リフトの大きいカムに切り替える。
【００２２】
図１６にエンジントルクとエンジン回転数に対するカムの選択のマップを示す。この例
ではカムの切り替えを３段階に選んだ。エンジントルクはアクセル開度に対してあらかじ
め決めた目標トルクとする。エンジン回転数が低く、エンジンが小さいときにはリフトの
小さいカムＡを選ぶ。エンジン回転数及びエンジントルクが大きくなるのに従って、リフ
トの大きいカムに切り替える。
【００２３】
図１７に空燃比Ａ／Ｆの切り替え時の吸入空気量の制御方法を示す。絞り弁全開やリフ
トの大きいカムを選定すると、空燃比を小さくすると燃料量が多くなり、軸トルクが大き
くなる。空燃比が１６付近はＮＯｘの排出量が多くなりやすいので、空燃比を１８から
１５にスキップさせる。このとき、空気量をそのままにして、空燃比を１５に切り替える
と燃料量が多くなり、Ｃのように軸トルクが増大し、違和感を感じる。そこで、空燃比を
切り替えるときには、空気量を少なくして、燃料量の増大を防止し、軸トルクがＡからＢ
のように変化させ、ショックを少なくする。空気量の調整は絞り弁またはカムの切り替え
で行う。絞り弁で行うと吸気管内の圧力が小さくなり、ポンピング損失が大きくなるので
、できる限り、カムの切り替えで行うのが良い。また、軸トルクが小さくなり、例えば空
燃比を７０以上にしても、目標の軸トルクにならない場合もカムまたは絞り弁で空気量を
調整する。
【００２４】
図１８に燃料量と軸トルクの関係を示す。燃料量を多くすると軸トルクを大きくできる
ので、燃料量によって軸トルクを制御できる。
【実施例４】
【００２５】
図１９に本発明の第四実施例を示す。アクセル開度α及びエンジン回転数Ｎなどエンジ
ン状態を検出するエンジン状態検出部３０１、それから燃料噴射量Ｑｆを計算する燃料噴
射量計算部３０２によって燃料噴射量Ｑｆを求める。充填効率マップ３０３に基づいて
３０４でエンジンの空気量を計算し、各カムの空気量を求めて空燃比を計算する。３０５
で空燃比が可燃範囲であるかを判定し、３０６でカムの選定、及び、３０７で絞り弁開度
の決定を行う。空気量が多過ぎる場合には、混合気が希薄状態になってしまうのでリフト
の少ないカムに切り替える。筒内噴射では気筒内の混合気を直接制御するので、希薄混合
気の限界を従来の吸気ポート噴射システムに比べて、大きくできるので、燃料量で制御で
きる軸トルクの範囲が広い。そのため、空気量を従来のように微細に制御しなくても燃料
量で軸トルクを制御できる。
【実施例５】
【００２６】
図２０に本発明の第五実施例を示す。３１１でアクセル開度を検出し、３１２で目標ト
ルクを決定する。目標トルクから燃料量計算手段３１３で燃料量を決定する。軸トルクに
対して空燃比をあらかじめ決めておくと、空気量Ｑａを求めることができる。３１６で空
燃比を判定し、空燃比が１８以上である場合には、３１８で絞り弁を全開として、トルク
検出手段３１９でエンジンのトルクを検出し、目標トルクになるように燃料噴射量を制御
する。一方、空燃比が１８以下の場合には３２１で目標の空燃比になるように空気量を制
御する。空気量はたとえば絞り弁開度またはカムのリフトで行う。ここで、３２２の空気
量センサで空気量を検出し、目標の空気量になるように空気量を制御してもよい。
【００２７】
図２１に目標空燃比のマップを示す。軸トルクの増大とともに空燃比を小さくするが、
Ｂ点では空燃比１６をスキップするように空燃比をＣ点に切り替える。さらにトルクを大
きくするときには空燃比を小さくして、Ｄ点に向かうようにする。空燃比をさらに小さく
すると混合気が濃い状態になりすぎる。そのため、この領域では空気量を検出し、空燃比
制御を行うのが望ましい。
【００２８】
図２２にエンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑａに対する絞り弁開度θｔｈの関係を示す。
絞り弁で空気量を制御する場合には、吸入空気量に対するマップから絞り弁開度を求める
。さらに精密な制御を行うときには空気量を検出し、フィードバックをかける。
【実施例６】
【００２９】
図２３，図２４に本発明の第六実施例を示す。空燃比が１８以上の場合、混合気が希薄
すぎて運転性，排気浄化性が低下する場合があるので、燃焼変動を検出し、空気量を少な
くするように、絞り弁開度またはカムリフトを設定する。
【実施例７】
【００３０】
図２５に本発明の第七実施例を示す。エンジンのシリンダガスケット２３１に電極234
を埋め込み電極２３２から高電圧を加える。ガスケットにはネジ止め用の穴２３３が開い
ている。
【００３１】
図２６に図２５の縦断面図を示す。電極２３８と２３９の間に高電圧が点火コイルより
加えられ、火花放電する。これによって気筒壁面近く及び多点から混合気に点火が行われ
るので、燃焼速度がおおきくなる。また、壁面近くから燃焼させるので、壁面近くのいわ
ゆるクエンチ領域が少なくなり、未燃焼炭化水素が少なくなり、かつノッキングが発生し
にくくなる。ガスケット上下面には絶縁層２３５及び２３７を設ける。電極２３９がアー
スである場合には絶縁層２３７はなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施例を示し、本制御システムの構成を示す概念図。
【図２】エンジンの燃焼室内の燃焼状態を示す概念図。
【図３】空燃比と発生トルクとの相関図。
【図４】燃料量と空気量との相関図。
【図５】燃焼室の縦断面図。
【図６】空燃比Ａ／Ｆと排気中のＨＣ，ＮＯｘの相関図。
【図７】本発明の第二実施例を示し、図５と同様燃焼室の縦断面図。
【図８】燃料噴射時期を表すチャート図。
【図９】燃料噴射時間の計算のフローチャート図。
【図１０】燃料圧力の制御装置のブロック図。
【図１１】ＥＧＲの制御系統を表す概念図。
【図１２】本発明の第三実施例を示し、本制御システムの構成を示す概念図。
【図１３】吸気弁の動作を示すタイムチャート図。
【図１４】ロッカーアームの構成を示す斜視図。
【図１５】エンジン回転数とアクセル開度とカムの選択のマップ図。
【図１６】エンジン回転数とエンジントルクとカムの選択のマップ図。
【図１７】空燃比Ａ／Ｆと軸トルクとの相関図。
【図１８】燃料量と軸トルクとの相関図。
【図１９】本発明の第四実施例を示す、本制御システムのブロック図。
【図２０】本発明の第五実施例を示す、本制御システムのブロック図。
【図２１】目標空燃比のエンジントルクに対するマップ図。
【図２２】エンジン回転数と吸入空気量に対する絞り弁開度の相関図。
【図２３】本発明の第六実施例を示す、本制御システムのブロック図。
【図２４】図２３と同様、本制御システムのブロック図。
【図２５】本発明の第七実施例を示し、エンジンのシリンダガスケットの構成を示す上面図。
【図２６】図２５の縦断面図。
【符号の説明】
【００３３】
１…燃料タンク、２…燃料ポンプ、３…燃料圧力センサ、４…電磁スピル装置、５…制
御回路、６…エンジン、７…燃焼室、８…燃焼圧力センサ、９…ピストン、１２…吸気弁
、１３…燃料噴射弁、１４…点火プラグ、１９…アクセルペダル、２１…排気弁、２４…
キャビティ、２８…スワールコントロール弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を火花点火機関の燃焼室に直接噴射する燃料噴射手段と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、
前記火花点火機関の出力トルクを検出するトルク検出手段と、
前記燃焼室への吸入空気を導入する弁手段と、
前記燃料噴射手段から噴射される燃料の燃料量と噴射時期とを制御する燃料制御手段と、
前記点火手段の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記燃焼室への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段とからなる火花点火内燃機関の制御装置において、
前記トルク検出手段が検出した出力トルクの値があらかじめ定められた値に近づくように、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を変化させて、空燃比を変化させるとともに、
前記燃料噴射手段の近傍に前記点火手段を設け、
部分負荷時は燃料を噴射した後に混合気に点火し、生じた火炎を燃料の噴霧でシリンダ
内に拡散して燃焼させ、
負荷が大きくなり層状燃焼ですす等が発生する場合は、燃料噴射を複数回に分け、前半
の噴射でシリンダ内に予混合気を作り、この予混合気を後半の噴射で作った火炎を気筒内
に噴射して予混合気を燃焼させることを特徴とする火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を一定として、前記燃
料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴とする火花点火内燃機関
の制御装置。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量をステップ状に変化さ
せて、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴とする火花
点火内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を定められた関数に従
って変化させて、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴
とする火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項５】
燃料噴射手段は燃料を火花点火機関の燃焼室に直接噴射し、
点火手段は前記燃焼室内の混合気に点火し、
トルク検出手段は前記火花点火機関の出力トルクを検出し、
弁手段は前記燃焼室へ吸入空気を導入し、
燃料制御手段は前記燃料噴射手段から噴射される燃料の燃料量と噴射時期とを制御し、
点火時期制御手段は前記点火手段の点火時期を制御し、
吸入空気量制御手段は前記燃焼室への吸入空気量を制御する火花点火内燃機関の制御方
法において、
前記トルク検出手段が検出した出力トルクの値があらかじめ定められた値に近づくよう
に、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を変化
させ、空燃比を変化させるとともに、
前記燃料噴射手段の近傍に前記点火手段を設け、
部分負荷時は燃料を噴射した後に混合気に点火し、生じた火炎を燃料の噴霧でシリンダ
内に拡散して燃焼させ、
負荷が大きくなり層状燃焼ですす等が発生する場合は、燃料噴射を複数回に分け、前半
の噴射でシリンダ内に予混合気を作り、この予混合気を後半の噴射で作った火炎を気筒内
に噴射して予混合気を燃焼させることを特徴とする火花点火内燃機関の制御方法。
【請求項６】
請求項５の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を一定として、前記燃
料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴とする火花点火内燃機関
の制御方法。
【請求項７】
請求項５の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量をステップ状に変化さ
せて、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴とする火花
点火内燃機関の制御方法。
【請求項８】
請求項５の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を定められた関数に従
って変化させて、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴
とする火花点火内燃機関の制御方法。
【請求項１】
燃料を火花点火機関の燃焼室に直接噴射する燃料噴射手段と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、
前記火花点火機関の出力トルクを検出するトルク検出手段と、
前記燃焼室への吸入空気を導入する弁手段と、
前記燃料噴射手段から噴射される燃料の燃料量と噴射時期とを制御する燃料制御手段と、
前記点火手段の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記燃焼室への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段とからなる火花点火内燃機関の制御装置において、
前記トルク検出手段が検出した出力トルクの値があらかじめ定められた値に近づくように、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を変化させて、空燃比を変化させるとともに、
前記燃料噴射手段の近傍に前記点火手段を設け、
部分負荷時は燃料を噴射した後に混合気に点火し、生じた火炎を燃料の噴霧でシリンダ
内に拡散して燃焼させ、
負荷が大きくなり層状燃焼ですす等が発生する場合は、燃料噴射を複数回に分け、前半
の噴射でシリンダ内に予混合気を作り、この予混合気を後半の噴射で作った火炎を気筒内
に噴射して予混合気を燃焼させることを特徴とする火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を一定として、前記燃
料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴とする火花点火内燃機関
の制御装置。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量をステップ状に変化さ
せて、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴とする火花
点火内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を定められた関数に従
って変化させて、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴
とする火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項５】
燃料噴射手段は燃料を火花点火機関の燃焼室に直接噴射し、
点火手段は前記燃焼室内の混合気に点火し、
トルク検出手段は前記火花点火機関の出力トルクを検出し、
弁手段は前記燃焼室へ吸入空気を導入し、
燃料制御手段は前記燃料噴射手段から噴射される燃料の燃料量と噴射時期とを制御し、
点火時期制御手段は前記点火手段の点火時期を制御し、
吸入空気量制御手段は前記燃焼室への吸入空気量を制御する火花点火内燃機関の制御方
法において、
前記トルク検出手段が検出した出力トルクの値があらかじめ定められた値に近づくよう
に、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を変化
させ、空燃比を変化させるとともに、
前記燃料噴射手段の近傍に前記点火手段を設け、
部分負荷時は燃料を噴射した後に混合気に点火し、生じた火炎を燃料の噴霧でシリンダ
内に拡散して燃焼させ、
負荷が大きくなり層状燃焼ですす等が発生する場合は、燃料噴射を複数回に分け、前半
の噴射でシリンダ内に予混合気を作り、この予混合気を後半の噴射で作った火炎を気筒内
に噴射して予混合気を燃焼させることを特徴とする火花点火内燃機関の制御方法。
【請求項６】
請求項５の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を一定として、前記燃
料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴とする火花点火内燃機関
の制御方法。
【請求項７】
請求項５の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量をステップ状に変化さ
せて、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴とする火花
点火内燃機関の制御方法。
【請求項８】
請求項５の記載において、前記吸入空気量制御手段は吸入空気量を定められた関数に従
って変化させて、前記燃料制御手段は燃料量を変化させ、空燃比を変化させることを特徴
とする火花点火内燃機関の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００７−１９２２３５（Ｐ２００７−１９２２３５Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１７９１３（Ｐ２００７−１１７９１３）
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【分割の表示】特願２００４−２１０９１４（Ｐ２００４−２１０９１４）の分割
【原出願日】平成５年１２月２８日（１９９３．１２．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【分割の表示】特願２００４−２１０９１４（Ｐ２００４−２１０９１４）の分割
【原出願日】平成５年１２月２８日（１９９３．１２．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]