JP2000204990A - ガソリン自己着火内燃機関 - Google Patents
ガソリン自己着火内燃機関Info
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガソリン自己着火内燃機関において、水噴射
を自己着火燃焼を有する機関システムに適応する場合、
運転条件により水噴射の量、有無等の制御を行うことに
より、機関のより広い負荷範囲で高効率かつ低ＮＯｘ排
出である均質予混合圧縮着火燃焼を実現すると共に、ノ
ッキングの発生を抑制しながら、火花点火との切り替わ
りをスムーズに行うこと。 【解決手段】 ガソリン自己着火内燃機関において、少
なくとも開閉時期可変と出来る可変動弁機構を有し、吸
気弁閉時期を可変にすることにより、有効圧縮比を可変
とし機関運転条件に応じて圧縮比を高め、火花点火から
自己着火燃焼すなわち均質予混合気圧縮着火への切り替
わりを行い、前記自己着火運転領域における高負荷時に
水を噴射出来る噴射装置を備えることとした。
を自己着火燃焼を有する機関システムに適応する場合、
運転条件により水噴射の量、有無等の制御を行うことに
より、機関のより広い負荷範囲で高効率かつ低ＮＯｘ排
出である均質予混合圧縮着火燃焼を実現すると共に、ノ
ッキングの発生を抑制しながら、火花点火との切り替わ
りをスムーズに行うこと。 【解決手段】 ガソリン自己着火内燃機関において、少
なくとも開閉時期可変と出来る可変動弁機構を有し、吸
気弁閉時期を可変にすることにより、有効圧縮比を可変
とし機関運転条件に応じて圧縮比を高め、火花点火から
自己着火燃焼すなわち均質予混合気圧縮着火への切り替
わりを行い、前記自己着火運転領域における高負荷時に
水を噴射出来る噴射装置を備えることとした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自己着火燃焼を有
するガソリン内燃機関に関するものである。
するガソリン内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関のノッキング抑制、出力向上等
を目的として、筒内への水噴射の従来例を、図１１およ
び図１２に示す（特開平８−４５３３号公報、特開平８
−１３５５１５号公報）。図１１の例では、ガス燃料エ
ンジンにおいて、副燃焼室内に、圧縮行程途中に水を噴
射し、上死点近傍で高圧の着火用ガス燃料を噴射し、電
気加熱着火補助手段により着火せしめており、水噴射に
より、早期着火、ノッキングを防止し、高出力化、排気
ガス中のＮｏｘを低減している。図１２の例は、排気行
程末期にシリンダ内に水を噴射し、排気ガス温度を下げ
ることにより、次行程である吸入行程での吸入充填効率
の向上が可能となり、出力がアップする。
を目的として、筒内への水噴射の従来例を、図１１およ
び図１２に示す（特開平８−４５３３号公報、特開平８
−１３５５１５号公報）。図１１の例では、ガス燃料エ
ンジンにおいて、副燃焼室内に、圧縮行程途中に水を噴
射し、上死点近傍で高圧の着火用ガス燃料を噴射し、電
気加熱着火補助手段により着火せしめており、水噴射に
より、早期着火、ノッキングを防止し、高出力化、排気
ガス中のＮｏｘを低減している。図１２の例は、排気行
程末期にシリンダ内に水を噴射し、排気ガス温度を下げ
ることにより、次行程である吸入行程での吸入充填効率
の向上が可能となり、出力がアップする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ガソリン予混合気の圧
縮着火現象は、空燃費の影響が大きく、リッチ側ではノ
ッキングが生じ、リーン側では失火が生じることから、
必然的に運転可能は空燃費範囲が制限されてしまう、す
なわち、運転可能な負荷範囲が制限されてしまうという
問題点がある。
縮着火現象は、空燃費の影響が大きく、リッチ側ではノ
ッキングが生じ、リーン側では失火が生じることから、
必然的に運転可能は空燃費範囲が制限されてしまう、す
なわち、運転可能な負荷範囲が制限されてしまうという
問題点がある。
【０００４】そこで、特に空燃費がリッチ側のノッキン
グを抑制し、高負荷側への運転領域拡大をはかる手段と
して、水噴射を用いることが考えられる。
グを抑制し、高負荷側への運転領域拡大をはかる手段と
して、水噴射を用いることが考えられる。
【０００５】しかしながら、従来の水噴射機構は、運転
領域によらず噴射される等、制御が十分でないため、こ
れを自己着火燃焼を有する機関システムに適応した場合
は、以下の問題点が生じる。 （１）自己着火運転域の特に低負荷領域においては、水
噴射をすると逆に自己着火現象が起こりにくくなり、機
関運転条件が不能となると共に、運転可能な負荷範囲が
更に制限されてしまう。 （２）機関運転条件の全域にわたり自己着火燃焼が成立
するのは困難であるため、機関システムとしては、火花
点火との組み合わせシステムとなる。これを前提に考え
ると、水噴射は、火花点火時との組み合わせシステムと
なる。これを前提に考えると、水噴射は、火花点火運転
時に、特に低負荷時には不要となり、水ポンプ駆動損失
等に起因する燃費の悪化が生じる。
領域によらず噴射される等、制御が十分でないため、こ
れを自己着火燃焼を有する機関システムに適応した場合
は、以下の問題点が生じる。 （１）自己着火運転域の特に低負荷領域においては、水
噴射をすると逆に自己着火現象が起こりにくくなり、機
関運転条件が不能となると共に、運転可能な負荷範囲が
更に制限されてしまう。 （２）機関運転条件の全域にわたり自己着火燃焼が成立
するのは困難であるため、機関システムとしては、火花
点火との組み合わせシステムとなる。これを前提に考え
ると、水噴射は、火花点火時との組み合わせシステムと
なる。これを前提に考えると、水噴射は、火花点火運転
時に、特に低負荷時には不要となり、水ポンプ駆動損失
等に起因する燃費の悪化が生じる。
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、水噴射を自己着火燃焼を有する機関システムに適
応する場合、運転条件により水噴射の量、有無等の制御
を行うことにより、機関のより広い負荷範囲で高効率か
つ低Ｎｏｘ排出である均質予混合圧縮着火燃焼を実現す
ると共に、ノッキングの発生を抑制しながら、火花点火
との切り替わりをスムーズに行うことを目的とする。
ので、水噴射を自己着火燃焼を有する機関システムに適
応する場合、運転条件により水噴射の量、有無等の制御
を行うことにより、機関のより広い負荷範囲で高効率か
つ低Ｎｏｘ排出である均質予混合圧縮着火燃焼を実現す
ると共に、ノッキングの発生を抑制しながら、火花点火
との切り替わりをスムーズに行うことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
おいては、ピストン往復運動をクランク軸回転運動に変
換し出力を得る火花点火４サイクル内燃機関において、
少なくともバルブ開閉時期を可変と出来る可変動弁機構
を有し、吸気弁閉時期を可変にすることにより有効圧縮
比を可変とし機関運転条件に応じて圧縮比を高め、火花
点火から自己着火燃焼すなわち均質予混合気圧縮着火へ
の切り替わりを行い、前記自己着火運転領域における高
負荷時に水を噴射できる噴射装置を備えたこととした。
おいては、ピストン往復運動をクランク軸回転運動に変
換し出力を得る火花点火４サイクル内燃機関において、
少なくともバルブ開閉時期を可変と出来る可変動弁機構
を有し、吸気弁閉時期を可変にすることにより有効圧縮
比を可変とし機関運転条件に応じて圧縮比を高め、火花
点火から自己着火燃焼すなわち均質予混合気圧縮着火へ
の切り替わりを行い、前記自己着火運転領域における高
負荷時に水を噴射できる噴射装置を備えたこととした。
【０００８】請求項２に記載の発明においては、自己着
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わり時、または火花
点火燃焼から自己着火燃焼への切り替わり時に、水を噴
射できる噴射装置を備えたこととした。
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わり時、または火花
点火燃焼から自己着火燃焼への切り替わり時に、水を噴
射できる噴射装置を備えたこととした。
【０００９】請求項３に記載の発明においては、自己着
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わりにおいて、スロ
ットル開速度が急激な急加速運転時に、定常運転時の同
一回転数同一負荷条件での設定水噴射量よりも多く水噴
射することとした。
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わりにおいて、スロ
ットル開速度が急激な急加速運転時に、定常運転時の同
一回転数同一負荷条件での設定水噴射量よりも多く水噴
射することとした。
【００１０】請求項４に記載の発明においては、自己着
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わりにおいて、スロ
ットル開速度が急激な急加速運転時に、水噴射実施後で
且つ筒内への水供給遅れ時間が経過した後に、火花点火
を開始することとした。
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わりにおいて、スロ
ットル開速度が急激な急加速運転時に、水噴射実施後で
且つ筒内への水供給遅れ時間が経過した後に、火花点火
を開始することとした。
【００１１】請求項５に記載の発明においては、自己着
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わりにおいて、水噴
射期間は、少なくとも圧縮比の切り替わりサイクル中の
所要時間以上の時間設定としたこととした。
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わりにおいて、水噴
射期間は、少なくとも圧縮比の切り替わりサイクル中の
所要時間以上の時間設定としたこととした。
【００１２】請求項６に記載の発明においては、スロッ
トル全閉時で且つ減速時燃料カット中の条件では、燃料
噴射と水噴射の両方を中止することとした。
トル全閉時で且つ減速時燃料カット中の条件では、燃料
噴射と水噴射の両方を中止することとした。
【００１３】請求項７に記載の発明においては、火花点
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わりにおいて、スロ
ットル閉速度が急激な急減速運転時に、定常運転時の同
一回転数、同一負荷条件での設定水噴射量よりも多く水
噴射することとした。
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わりにおいて、スロ
ットル閉速度が急激な急減速運転時に、定常運転時の同
一回転数、同一負荷条件での設定水噴射量よりも多く水
噴射することとした。
【００１４】請求項８に記載の発明においては、火花点
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わりにおいて、水噴
射期間は、少なくとも圧縮比の切り替わりサイクル中の
所要時間以上の時間設定としたこととした。
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わりにおいて、水噴
射期間は、少なくとも圧縮比の切り替わりサイクル中の
所要時間以上の時間設定としたこととした。
【００１５】請求項９に記載の発明においては、火花点
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わりにおいて、自己
着火燃焼が生じた後に点火を終了することとした。
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わりにおいて、自己
着火燃焼が生じた後に点火を終了することとした。
【００１６】請求項１０に記載の発明においては、ピス
トン往復運動をクランク軸回転運動に変換し出力を得る
火花点火４サイクル内燃機関において、少なくともバル
ブ開閉時期を可変と出来る可変動弁機構を有し、吸気弁
閉時期を可変にすることにより有効圧縮比を可変とし機
関運転条件に応じて圧縮比を高め、火花点火から自己着
火燃焼すなわち均質予混合気圧縮着火への切り替わりを
行い、前記自己着火運転領域における高負荷時に水を噴
射できる噴射装置を備え、機関シリンダブロック等の機
関本体にノックセンサを設置し、ノッキング発生時のノ
ックセンサ出力が所定以上になったときに水噴射を開始
し、前記ノックセンサ出力値に応じて水噴射料が制御さ
れるとともに、ノックセンサ出力値が許容値以下になっ
たときに水噴射を終了することとした。
トン往復運動をクランク軸回転運動に変換し出力を得る
火花点火４サイクル内燃機関において、少なくともバル
ブ開閉時期を可変と出来る可変動弁機構を有し、吸気弁
閉時期を可変にすることにより有効圧縮比を可変とし機
関運転条件に応じて圧縮比を高め、火花点火から自己着
火燃焼すなわち均質予混合気圧縮着火への切り替わりを
行い、前記自己着火運転領域における高負荷時に水を噴
射できる噴射装置を備え、機関シリンダブロック等の機
関本体にノックセンサを設置し、ノッキング発生時のノ
ックセンサ出力が所定以上になったときに水噴射を開始
し、前記ノックセンサ出力値に応じて水噴射料が制御さ
れるとともに、ノックセンサ出力値が許容値以下になっ
たときに水噴射を終了することとした。
【００１７】請求項１１に記載の発明においては、吸気
系に温度センサ、湿度センサが設定されており、機関運
転時の吸入空気温度に応じて目標の湿度になるように、
水噴射料が制御されていることとした。
系に温度センサ、湿度センサが設定されており、機関運
転時の吸入空気温度に応じて目標の湿度になるように、
水噴射料が制御されていることとした。
【００１８】
【発明の作用】請求項１に記載の発明においては、あら
かじめ設定された自己着火高負荷運転時に、水噴射を行
い、耐ノック性の向上を図り、供給燃料量をアップを可
能とする。それにより、高負荷域への運転領域が拡大さ
れ、より広い運転領域において、低エミッション化、低
燃費化が達成される。
かじめ設定された自己着火高負荷運転時に、水噴射を行
い、耐ノック性の向上を図り、供給燃料量をアップを可
能とする。それにより、高負荷域への運転領域が拡大さ
れ、より広い運転領域において、低エミッション化、低
燃費化が達成される。
【００１９】請求項２に記載の発明においては、自己着
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わり時（高圧縮比→
低圧縮比）、及び火花点火燃焼から自己着火燃焼への切
り替わり時（低圧縮比→高圧縮比）の、圧縮比切り替わ
り応答遅れに起因する“高圧縮比＋火花点火”領域で水
噴射を行い、ノッキングの回避をはかる。それにより、
燃焼切り替わりがスムーズになり、自己着火燃焼と火花
点火燃焼の組み合わせが可能となる。
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わり時（高圧縮比→
低圧縮比）、及び火花点火燃焼から自己着火燃焼への切
り替わり時（低圧縮比→高圧縮比）の、圧縮比切り替わ
り応答遅れに起因する“高圧縮比＋火花点火”領域で水
噴射を行い、ノッキングの回避をはかる。それにより、
燃焼切り替わりがスムーズになり、自己着火燃焼と火花
点火燃焼の組み合わせが可能となる。
【００２０】請求項３に記載の発明においては、急加速
時の自己着火燃焼から火花点火燃焼への切り替わり時に
存在する“高圧縮比＋火花点火”領域において、定常運
転時の同一回転数・同一負荷条件での設定水噴射量より
も多い量の水を噴射し、水噴射量の供給遅れによるノッ
キング発生を回避する。それにより、急加速時でも、ス
ムーズに燃焼が切り替わる。
時の自己着火燃焼から火花点火燃焼への切り替わり時に
存在する“高圧縮比＋火花点火”領域において、定常運
転時の同一回転数・同一負荷条件での設定水噴射量より
も多い量の水を噴射し、水噴射量の供給遅れによるノッ
キング発生を回避する。それにより、急加速時でも、ス
ムーズに燃焼が切り替わる。
【００２１】請求項４に記載の発明においては、自己着
火燃焼から火花点火燃焼への急激な切り替わり時に、水
供給が完全になされた後に点火を開始し、“高圧縮比＋
火花点火”でもノッキング発生を回避する。それによ
り、急加速時でも、確実にスムーズな燃焼に切り替えが
行われる。
火燃焼から火花点火燃焼への急激な切り替わり時に、水
供給が完全になされた後に点火を開始し、“高圧縮比＋
火花点火”でもノッキング発生を回避する。それによ
り、急加速時でも、確実にスムーズな燃焼に切り替えが
行われる。
【００２２】請求項５に記載の発明においては、自己着
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わり時の、圧縮比切
り替わり応答遅れに起因する“高圧縮比＋火花点火”領
域の水噴射期間を、圧縮比切り替わりサイクル以上の期
間とし、確実に圧縮比が低圧縮比に切り替わった後で水
噴射を停止し、確実にノッキングの回避を図る。それに
より、確実にスムーズな燃焼切り替えが行われる。
火燃焼から火花点火燃焼への切り替わり時の、圧縮比切
り替わり応答遅れに起因する“高圧縮比＋火花点火”領
域の水噴射期間を、圧縮比切り替わりサイクル以上の期
間とし、確実に圧縮比が低圧縮比に切り替わった後で水
噴射を停止し、確実にノッキングの回避を図る。それに
より、確実にスムーズな燃焼切り替えが行われる。
【００２３】請求項６に記載の発明においては、スロッ
トル全閉時で、かつ減速時燃料カット中の条件では、燃
料噴射と水噴射の両方を中止する。それにより、必要以
上のシリンダの冷却を未然に停止することにより、低エ
ミッション化と低燃費化が可能となる。
トル全閉時で、かつ減速時燃料カット中の条件では、燃
料噴射と水噴射の両方を中止する。それにより、必要以
上のシリンダの冷却を未然に停止することにより、低エ
ミッション化と低燃費化が可能となる。
【００２４】請求項７に記載の発明おいては、急減速時
の火花点火燃焼から自己着火燃焼への急激な切り替わり
時に存在する“高圧縮比＋火花点火”領域において、定
常運転時の同一回転数・同一負荷条件での設定水噴射量
よりも多い量の水を噴射し、水噴射量の供給遅れにより
ノッキング発生を回避する。それにより、急減速時で
も、スムーズに燃焼が切り替わる。
の火花点火燃焼から自己着火燃焼への急激な切り替わり
時に存在する“高圧縮比＋火花点火”領域において、定
常運転時の同一回転数・同一負荷条件での設定水噴射量
よりも多い量の水を噴射し、水噴射量の供給遅れにより
ノッキング発生を回避する。それにより、急減速時で
も、スムーズに燃焼が切り替わる。
【００２５】請求項８に記載の発明においては、火花点
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わり時の、圧縮比切
り替わり応答遅れに起因する“高圧縮比＋火花点火”領
域の水噴射期間を、亜宿非切り替わりサイクル以上と
し、確実に圧縮比が高圧縮比に切り替わり、確実に自己
着火運転された後で水噴射を停止し、確実にノッキング
の回避を図る。それにより、確実にスムーズな燃焼切り
替わりが行われる。
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わり時の、圧縮比切
り替わり応答遅れに起因する“高圧縮比＋火花点火”領
域の水噴射期間を、亜宿非切り替わりサイクル以上と
し、確実に圧縮比が高圧縮比に切り替わり、確実に自己
着火運転された後で水噴射を停止し、確実にノッキング
の回避を図る。それにより、確実にスムーズな燃焼切り
替わりが行われる。
【００２６】請求項９に記載の発明においては、火花点
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わり時において、確
実に圧縮比が高圧縮比に切り替わり、確実に自己着火運
転された後で点火を停止し、機関の安定した運転状態を
確保する。それにより、確実にスムーズな燃焼切り替わ
りが行われる。
火燃焼から自己着火燃焼への切り替わり時において、確
実に圧縮比が高圧縮比に切り替わり、確実に自己着火運
転された後で点火を停止し、機関の安定した運転状態を
確保する。それにより、確実にスムーズな燃焼切り替わ
りが行われる。
【００２７】請求項１０に記載の発明においては、機関
シリンダブロック等にノックセンサが設定されており、
ノッキングが発生し、ノックセンサ出力が所定値以上に
なったときに水噴射を開始し、ノックセンサ出力値に応
じて水噴射量が制御され、ノックセンサ出力値が許容値
以下になったときに水噴射を終了し、常にノッキングを
抑制するように水噴射が制御される。それにより、ノッ
クセンサ出力に応じた制御が可能となり、常に精度よ
く、ノッキングが抑制される。
シリンダブロック等にノックセンサが設定されており、
ノッキングが発生し、ノックセンサ出力が所定値以上に
なったときに水噴射を開始し、ノックセンサ出力値に応
じて水噴射量が制御され、ノックセンサ出力値が許容値
以下になったときに水噴射を終了し、常にノッキングを
抑制するように水噴射が制御される。それにより、ノッ
クセンサ出力に応じた制御が可能となり、常に精度よ
く、ノッキングが抑制される。
【００２８】請求項１１に記載の発明においては、吸気
系に温度センサ、湿度センサが設定されており、機関運
転時の吸入空気温度に見合った、ノッキングが発生しに
くい所定の最適湿度になるように、水噴射量が制御され
る。それにより、常にノッキングが抑制される。
系に温度センサ、湿度センサが設定されており、機関運
転時の吸入空気温度に見合った、ノッキングが発生しに
くい所定の最適湿度になるように、水噴射量が制御され
る。それにより、常にノッキングが抑制される。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１の構
成を示す図である。まず構成を説明すると、４サイクル
火花点火ガソリン機関において、燃料噴射弁２、その下
流に水噴射弁１が吸気ポート５に取り付けられ、各々の
噴射弁１，２には、燃料タンク１１と水タンク１２から
各専用ポンプ７、２２により、燃料と水が供給される。
また、各噴射弁１，２はエンジンコントロールモジュー
ル（ＥＣＭ）１３により、噴射量、噴射時期が制御され
る。また、吸気ポート５には、湿度センサ８、吸気温セ
ンサ２４が、シリンダブロックにはノックセンサ９が各
々設定されており、その出力はＥＣＭ１３に入力されて
いる。また、本機関には、少なくとも吸気バルブ閉時期
を可変と出来る図示しない可変動弁機構が設定されてお
り、有効圧縮比の可変化が可能となっている。
基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１の構
成を示す図である。まず構成を説明すると、４サイクル
火花点火ガソリン機関において、燃料噴射弁２、その下
流に水噴射弁１が吸気ポート５に取り付けられ、各々の
噴射弁１，２には、燃料タンク１１と水タンク１２から
各専用ポンプ７、２２により、燃料と水が供給される。
また、各噴射弁１，２はエンジンコントロールモジュー
ル（ＥＣＭ）１３により、噴射量、噴射時期が制御され
る。また、吸気ポート５には、湿度センサ８、吸気温セ
ンサ２４が、シリンダブロックにはノックセンサ９が各
々設定されており、その出力はＥＣＭ１３に入力されて
いる。また、本機関には、少なくとも吸気バルブ閉時期
を可変と出来る図示しない可変動弁機構が設定されてお
り、有効圧縮比の可変化が可能となっている。
【００３０】（作用）次に作用を説明する。本機関シス
テムは、例えば図２に示したような運転領域で燃焼形態
を変えている。すなわち、中回転・中負荷域までは、自
己着火運転域とし、吸気バルブ閉時期を吸気下死点位置
に近づけ、有効圧縮比は高い状態（例えば１８）に設定
され、また、それ以外の高回転・高負荷域を火花点火運
転域とし、吸気バルブ閉時期を圧縮上死点位置に近づ
け、有効圧縮比は低い状態（例えば１２）に設定されて
いる。圧縮比の切り替えをするための吸気バルブ閉時期
は、図示しない可変動弁機構により行われ、あらかじめ
マッピングされている運転領域と圧縮比の関係を用いて
制御される。ここで、水噴射を行う領域の概略は、自己
着火域の高負荷側（例えば図示平均有効圧で０．５ＭＰ
ａ以上）を含む、自己着火燃焼と火花点火燃焼の切り替
わり遷移領域である。
テムは、例えば図２に示したような運転領域で燃焼形態
を変えている。すなわち、中回転・中負荷域までは、自
己着火運転域とし、吸気バルブ閉時期を吸気下死点位置
に近づけ、有効圧縮比は高い状態（例えば１８）に設定
され、また、それ以外の高回転・高負荷域を火花点火運
転域とし、吸気バルブ閉時期を圧縮上死点位置に近づ
け、有効圧縮比は低い状態（例えば１２）に設定されて
いる。圧縮比の切り替えをするための吸気バルブ閉時期
は、図示しない可変動弁機構により行われ、あらかじめ
マッピングされている運転領域と圧縮比の関係を用いて
制御される。ここで、水噴射を行う領域の概略は、自己
着火域の高負荷側（例えば図示平均有効圧で０．５ＭＰ
ａ以上）を含む、自己着火燃焼と火花点火燃焼の切り替
わり遷移領域である。
【００３１】次に、詳細な水噴射の制御フローを説明す
る。図３に、本機関のシステムの基本制御フローを示
す。まず、機関が運転されている状況下で、スロットル
開度速度（スロットル開度θの時間ｔでの微分（ｄθ／
ｄｔ）の正負等により、加速状態、減速状態、定常状態
を判別する。加速状態の場合は、あらかじめ設定された
Ｖ１（急加速時スロットル開速度下限値）に対する、現
在のスロットル開速度の大小関係で、急加速か緩加速化
に判別される。同様に、減速状態の場合も、あらかじめ
設定されたＶ２（急減速時スロットル閉速度下限値）に
対する、現在のスロットル閉速度の大小関係で、急減速
か緩減速かに判別される。
る。図３に、本機関のシステムの基本制御フローを示
す。まず、機関が運転されている状況下で、スロットル
開度速度（スロットル開度θの時間ｔでの微分（ｄθ／
ｄｔ）の正負等により、加速状態、減速状態、定常状態
を判別する。加速状態の場合は、あらかじめ設定された
Ｖ１（急加速時スロットル開速度下限値）に対する、現
在のスロットル開速度の大小関係で、急加速か緩加速化
に判別される。同様に、減速状態の場合も、あらかじめ
設定されたＶ２（急減速時スロットル閉速度下限値）に
対する、現在のスロットル閉速度の大小関係で、急減速
か緩減速かに判別される。
【００３２】急加速の場合、図４に示すサブルーチン１
により制御される。燃料噴射パルス幅Ｔｐは、燃料の供
給遅れ等を考え、スロットル開度θの時の定常時の噴射
パルス幅Ｔｐｌに対し、ΔＴだけ広く開け、燃料供給量
を増量する。次にスロットル開度θが、その時点での機
関回転数に応じた自己着火と点火燃焼の切り替わりスロ
ットル開度θ１より大きいか小さいか、すなわち、大き
ければ、自己着火から点火燃焼に切り替わる可能性があ
り、小さければ切り替わらずに自己着火を維持するとの
判別を行う。点火燃焼に切り替わらない場合は、あらか
じめマッピングされた水噴射マップに従い水噴射をする
かしないかの判別を行う。その時、水噴射弁のパルス幅
は、定常時のそれ（Ｔｐｗ）に対し、水の供給遅れを考
慮して、ΔＴｗだけ増量される。θ≧θ１の場合は、加
速前の燃焼状態の判別を、圧縮比の値（吸気バルブ閉時
期＝可変動弁機構のバルブタイミングのセット状態から
判別）で行う。すなわち、低圧縮比状態の場合は、点火
燃焼状態での急加速となり、その時は、水噴射マップに
より、水噴射の有無を判断する。高圧縮比の場合は自己
着火から火花点火への切り替わりと判断し、直ちに水噴
射を開始し（増量有り）、高→低圧縮比への切り替えを
可変動弁機構により実施する。次に、あらかじめ設定さ
れている水噴射量増量時の水供給応答遅れ（Ｎ１サイク
ル）を経過後、点火を開始する。この時、水は確実に筒
内に供給されているので、圧縮比切り替わり応答遅れに
おり、万が一高圧縮比状態で点火しても、ノッキングは
回避される。圧縮比切り替わりサイクル数Ｎ２を越え、
確実に低圧縮比状態になった時点で、水噴射の必要性を
水噴射マップから判別する。水噴射を行う場合は、その
噴射量は、定常時のＴｐｌとする。
により制御される。燃料噴射パルス幅Ｔｐは、燃料の供
給遅れ等を考え、スロットル開度θの時の定常時の噴射
パルス幅Ｔｐｌに対し、ΔＴだけ広く開け、燃料供給量
を増量する。次にスロットル開度θが、その時点での機
関回転数に応じた自己着火と点火燃焼の切り替わりスロ
ットル開度θ１より大きいか小さいか、すなわち、大き
ければ、自己着火から点火燃焼に切り替わる可能性があ
り、小さければ切り替わらずに自己着火を維持するとの
判別を行う。点火燃焼に切り替わらない場合は、あらか
じめマッピングされた水噴射マップに従い水噴射をする
かしないかの判別を行う。その時、水噴射弁のパルス幅
は、定常時のそれ（Ｔｐｗ）に対し、水の供給遅れを考
慮して、ΔＴｗだけ増量される。θ≧θ１の場合は、加
速前の燃焼状態の判別を、圧縮比の値（吸気バルブ閉時
期＝可変動弁機構のバルブタイミングのセット状態から
判別）で行う。すなわち、低圧縮比状態の場合は、点火
燃焼状態での急加速となり、その時は、水噴射マップに
より、水噴射の有無を判断する。高圧縮比の場合は自己
着火から火花点火への切り替わりと判断し、直ちに水噴
射を開始し（増量有り）、高→低圧縮比への切り替えを
可変動弁機構により実施する。次に、あらかじめ設定さ
れている水噴射量増量時の水供給応答遅れ（Ｎ１サイク
ル）を経過後、点火を開始する。この時、水は確実に筒
内に供給されているので、圧縮比切り替わり応答遅れに
おり、万が一高圧縮比状態で点火しても、ノッキングは
回避される。圧縮比切り替わりサイクル数Ｎ２を越え、
確実に低圧縮比状態になった時点で、水噴射の必要性を
水噴射マップから判別する。水噴射を行う場合は、その
噴射量は、定常時のＴｐｌとする。
【００３３】緩加速の場合、図５に示すサブルーチン２
により制御される。図４の急加速時と異なるのは、 燃料噴射パルス幅Ｔｐは、定常時の噴射パルス幅Ｔｐ
ｌとする。 水噴射量の過渡時増量（ΔＴｗ）はプラスしない。 点火燃焼に切り替える場合は、水供給の遅れ（図４中
水噴射回数Ｎ１）を考慮せずに点火を開始する。 である。
により制御される。図４の急加速時と異なるのは、 燃料噴射パルス幅Ｔｐは、定常時の噴射パルス幅Ｔｐ
ｌとする。 水噴射量の過渡時増量（ΔＴｗ）はプラスしない。 点火燃焼に切り替える場合は、水供給の遅れ（図４中
水噴射回数Ｎ１）を考慮せずに点火を開始する。 である。
【００３４】急減速の場合、図６に示すサブルーチン３
により制御される。スロットル開度＝０、すなわち全閉
（エンジンブレーキ）時は、燃料噴射及び水噴射カット
を行い、燃費向上を図り、自己着火燃焼モード（点火Ｏ
ＦＦ、高圧縮比状態）に切り替える。スロットル全閉で
ない場合、燃料噴射パルス幅Ｔｐは、定常時の噴射パル
ス幅Ｔｐｌとし、次にスロットル開度θが、その時点で
の機関回転数に応じた点火燃焼から自己着火への切り替
わりスロットル開度θ３より大きいか小さいか、すなわ
ち、小さければ、点火燃焼から自己着火燃焼に切り替わ
る可能性があり、大きければ切り替わらず点火燃焼を維
持するとの判別を行う。自己着火燃焼に切り替わらない
場合は、あらかじめマッピングされた水噴射マップに従
い水噴射をするしかしないかの判断を行う。その時、水
噴射弁のパルス幅は、定常時のそれ（Ｔｐｗ）に対し、
水の供給遅れを考慮して、ΔＴｗだけ増量される。θ≦
θ３の場合は、減速前の燃焼状態の判別を、圧縮比の値
（吸気バルブ閉時期＝可変動弁機構のバルブタイミング
のセット状態から判別）で行う。すなわち、高圧縮比状
態の場合は、自己着火状態での急減速となり、その時
は、水噴射マップにより、水噴射の有無を判断する。低
圧縮比の場合は火花点火から自己着火への切り替わりと
判断し、直ちに水噴射を開始し（増量有り）、低→高圧
縮比への切り替えを可変動弁機構により実施する。次
に、圧縮比切り替わりサイクル数Ｎ２を越え、確実に高
圧縮比状態になった時点で、自己着火が発生するので、
点火をＯＦＦする。この時、高圧縮比・点火燃焼の運転
条件が存在するが、水噴射によりノッキングは抑制され
る。点火をＯＦＦした後は、水噴射により水噴射の必要
性を水噴射マップから判別する。水噴射を行う場合は、
その噴射量は、定常時のＴｐｗｌとする。
により制御される。スロットル開度＝０、すなわち全閉
（エンジンブレーキ）時は、燃料噴射及び水噴射カット
を行い、燃費向上を図り、自己着火燃焼モード（点火Ｏ
ＦＦ、高圧縮比状態）に切り替える。スロットル全閉で
ない場合、燃料噴射パルス幅Ｔｐは、定常時の噴射パル
ス幅Ｔｐｌとし、次にスロットル開度θが、その時点で
の機関回転数に応じた点火燃焼から自己着火への切り替
わりスロットル開度θ３より大きいか小さいか、すなわ
ち、小さければ、点火燃焼から自己着火燃焼に切り替わ
る可能性があり、大きければ切り替わらず点火燃焼を維
持するとの判別を行う。自己着火燃焼に切り替わらない
場合は、あらかじめマッピングされた水噴射マップに従
い水噴射をするしかしないかの判断を行う。その時、水
噴射弁のパルス幅は、定常時のそれ（Ｔｐｗ）に対し、
水の供給遅れを考慮して、ΔＴｗだけ増量される。θ≦
θ３の場合は、減速前の燃焼状態の判別を、圧縮比の値
（吸気バルブ閉時期＝可変動弁機構のバルブタイミング
のセット状態から判別）で行う。すなわち、高圧縮比状
態の場合は、自己着火状態での急減速となり、その時
は、水噴射マップにより、水噴射の有無を判断する。低
圧縮比の場合は火花点火から自己着火への切り替わりと
判断し、直ちに水噴射を開始し（増量有り）、低→高圧
縮比への切り替えを可変動弁機構により実施する。次
に、圧縮比切り替わりサイクル数Ｎ２を越え、確実に高
圧縮比状態になった時点で、自己着火が発生するので、
点火をＯＦＦする。この時、高圧縮比・点火燃焼の運転
条件が存在するが、水噴射によりノッキングは抑制され
る。点火をＯＦＦした後は、水噴射により水噴射の必要
性を水噴射マップから判別する。水噴射を行う場合は、
その噴射量は、定常時のＴｐｗｌとする。
【００３５】緩減速の場合、図７に示すサブルーチン４
により制御される。図６の急減速時と異なるのは、 水噴射量の過渡時増量（ΔＴｗ）はプラスしない。 である。
により制御される。図６の急減速時と異なるのは、 水噴射量の過渡時増量（ΔＴｗ）はプラスしない。 である。
【００３６】定常時の場合、図８に示すサブルーチン５
により制御される。これは、あらかじめマッピングされ
た水噴射マップにより、噴射量、噴射有無が制御され
る。また、以上述べてきた制御に加え、常に以下の２つ
の制御を行ってもよい。１つ目は、図９に示す、ノック
センサ９による制御である。あらかじめ把握されている
許容ノックレベルとその時のノックセンサ出力Ｖｎを用
い、常にノックセンサ出力≦Ｖｎとなるように、水噴射
をＥＣＵ１３で制御する。水噴射量もまたノックセンサ
出力により変化させる。（ノックセンサ出力大ほど、水
噴射量多）２つ目は、図１０に示す、湿度センサ８と吸
気温度センサ２４による制御である。あらかじめ把握さ
れている自己着火燃焼に最適な湿度（運転時の吸入空気
温度に対する最適な湿度）になるように、水噴射をＥＣ
Ｕ１３で制御することにより、安定した自己着火燃焼を
得ることが出来る。
により制御される。これは、あらかじめマッピングされ
た水噴射マップにより、噴射量、噴射有無が制御され
る。また、以上述べてきた制御に加え、常に以下の２つ
の制御を行ってもよい。１つ目は、図９に示す、ノック
センサ９による制御である。あらかじめ把握されている
許容ノックレベルとその時のノックセンサ出力Ｖｎを用
い、常にノックセンサ出力≦Ｖｎとなるように、水噴射
をＥＣＵ１３で制御する。水噴射量もまたノックセンサ
出力により変化させる。（ノックセンサ出力大ほど、水
噴射量多）２つ目は、図１０に示す、湿度センサ８と吸
気温度センサ２４による制御である。あらかじめ把握さ
れている自己着火燃焼に最適な湿度（運転時の吸入空気
温度に対する最適な湿度）になるように、水噴射をＥＣ
Ｕ１３で制御することにより、安定した自己着火燃焼を
得ることが出来る。
【００３７】
【発明の効果】以上、説明してきた如く、本発明によれ
ば、自己着火燃焼と火花点火燃焼の２つを組み合わせた
内燃機関システムにおいて、水噴射を適応し、運転条件
（定常時と過渡時）に応じて水噴射の量、有無等の制御
を行うことにより、機関のより広い負荷範囲で高効率か
つ低ＮＯｘ排出である均質予混合圧縮着火燃焼を実現す
ると共に、ノッキングの発生を抑制しながら、火花点火
との切り替わりをスムーズに行うことが可能となった。
請求項１に記載の発明により、高負荷域への運転領域が
拡大され、より広い運転領域において、低エミッション
化、低燃費化が達成される。請求項２に記載の発明によ
り、燃焼切り替わりがスムーズになり、自己着火燃焼と
火花点火燃焼の組み合わせが可能となる。請求項３に記
載の発明により、急加速時でも、スムーズに燃焼が切り
替わる。請求項４に記載の発明により、急加速時でも、
確実にスムーズな燃焼切り替えが行われる。請求項５に
記載の発明により、確実にスムーズな燃焼切り替えが行
われる。請求項６に記載の発明により、必要以上のシリ
ンダの冷却を未然に停止することにより、低エミッショ
ン化と低燃費化が可能となる。請求項７に記載の発明に
より、急減速時でも、スムーズに燃焼が切り替わる。請
求項８に記載の発明により、確実にスムーズな燃焼切り
替わりが行われる。請求項９に記載の発明により、確実
にスムーズな燃焼切り替わりが行われる。請求項１０に
記載の発明により、ノックセンサ出力に応じた制御が可
能となり、常に精度よく、ノッキングが抑制される。請
求項１１に記載の発明により、常にノッキングが抑制さ
れる。
ば、自己着火燃焼と火花点火燃焼の２つを組み合わせた
内燃機関システムにおいて、水噴射を適応し、運転条件
（定常時と過渡時）に応じて水噴射の量、有無等の制御
を行うことにより、機関のより広い負荷範囲で高効率か
つ低ＮＯｘ排出である均質予混合圧縮着火燃焼を実現す
ると共に、ノッキングの発生を抑制しながら、火花点火
との切り替わりをスムーズに行うことが可能となった。
請求項１に記載の発明により、高負荷域への運転領域が
拡大され、より広い運転領域において、低エミッション
化、低燃費化が達成される。請求項２に記載の発明によ
り、燃焼切り替わりがスムーズになり、自己着火燃焼と
火花点火燃焼の組み合わせが可能となる。請求項３に記
載の発明により、急加速時でも、スムーズに燃焼が切り
替わる。請求項４に記載の発明により、急加速時でも、
確実にスムーズな燃焼切り替えが行われる。請求項５に
記載の発明により、確実にスムーズな燃焼切り替えが行
われる。請求項６に記載の発明により、必要以上のシリ
ンダの冷却を未然に停止することにより、低エミッショ
ン化と低燃費化が可能となる。請求項７に記載の発明に
より、急減速時でも、スムーズに燃焼が切り替わる。請
求項８に記載の発明により、確実にスムーズな燃焼切り
替わりが行われる。請求項９に記載の発明により、確実
にスムーズな燃焼切り替わりが行われる。請求項１０に
記載の発明により、ノックセンサ出力に応じた制御が可
能となり、常に精度よく、ノッキングが抑制される。請
求項１１に記載の発明により、常にノッキングが抑制さ
れる。
【図１】本発明の実施例における構成を示す図である。
【図２】運転領域と燃焼形態の関係を示す図である。
【図３】図２に示す内燃機関の水噴射制御フローを示す
図である。
図である。
【図４】図３中のサブルーチン１の詳細（急加速時の制
御フロー）を示した流れ図である。
御フロー）を示した流れ図である。
【図５】図３中のサブルーチン２の詳細（緩加速時の制
御フロー）を示した流れ図である。
御フロー）を示した流れ図である。
【図６】図３中のサブルーチン３の詳細（急減速時の制
御フロー）を示した流れ図である。
御フロー）を示した流れ図である。
【図７】図３中のサブルーチン４の詳細（緩減速時の制
御フロー）を示した流れ図である。
御フロー）を示した流れ図である。
【図８】図３中のサブルーチン５の詳細（定常時の制御
フロー）を示した流れ図である。
フロー）を示した流れ図である。
【図９】ノックセンサによる制御フロー図である。
【図１０】吸気温、湿度センサによる制御フロー図であ
る。
る。
【図１１】従来例１を示した図である。
【図１２】従来例２を示した図である。
１ 水噴射弁 ２ 燃料噴射弁 ３ 水配管 ４ 燃料配管 ５ 吸気ポート ６ 排気ポート ７ 点火栓 ８ 湿度センサ ９ ノックセンサ １０ ピストン １１ 燃料タンク １２ 水タンク １３ ＥＣＭ １４ 燃料リターン配管 １５ 燃料用プレッシャレギュレータ １６ 燃料フィルタ １７ 燃料ポンプ １８ 燃料ポンプ駆動用電動モータ １９ 水リターン配管 ２０ 水用プレッシャレギュレータ ２１ 水フィルタ ２２ 水ポンプ ２３ 水ポンプ駆動用電動モータ ２４ 吸気温センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/022 Ｆ０２Ｍ 25/02 Ｒ (72)発明者 飯山 明裕 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA05 AA06 AB06 AC02 AG00 3G084 AA00 BA11 BA23 CA04 CA06 DA01 DA02 DA10 DA38 FA02 FA10 FA14 FA25 3G092 AA01 AA02 AA05 AA11 AB17 BB01 BB10 DA01 DA08 DD03 EA01 EA08 EA14 EA17 FA01 FA16 FA17 FA24 GA06 GA12 GA13 GA14 HA00Z HA04Z HA07Z HC05Z
Claims (11)
- 【請求項１】 ピストン往復運動をクランク軸回転運動
に変換し出力を得る火花点火４サイクル内燃機関におい
て、少なくともバルブ開閉時期を可変と出来る可変動弁
機構を有し、吸気弁閉時期を可変にすることにより有効
圧縮比を可変とし機関運転条件に応じて圧縮比を高め、
火花点火から自己着火燃焼すなわち均質予混合気圧縮着
火への切り替わりを行い、前記自己着火運転領域におけ
る高負荷時に水を噴射できる噴射装置を備えたことを特
徴とするガソリン自己着火内燃機関。 - 【請求項２】 自己着火燃焼から火花点火燃焼への切り
替わり時、または火花点火燃焼から自己着火燃焼への切
り替わり時に、水を噴射できる噴射装置を備えたことを
特徴とする請求項１記載のガソリン自己着火内燃機関。 - 【請求項３】 自己着火燃焼から火花点火燃焼への切り
替わりにおいて、スロットル開速度が急激な急加速運転
時に、定常運転時の同一回転数同一負荷条件での設定水
噴射量よりも多く水噴射することを特徴とする請求項１
または請求項２に記載のガソリン自己着火内燃機関。 - 【請求項４】 自己着火燃焼から火花点火燃焼への切り
替わりにおいて、スロットル開速度が急激な急加速運転
時に、水噴射実施後で且つ筒内への水供給遅れ時間が経
過した後に、火花点火を開始することを特徴とする請求
項１ないし３に記載のガソリン自己着火内燃機関。 - 【請求項５】 自己着火燃焼から火花点火燃焼への切り
替わりにおいて、水噴射期間は、少なくとも圧縮比の切
り替わりサイクル中の所要時間以上の時間設定としたこ
とを特徴とする請求項１ないし４に記載のガソリン自己
着火内燃機関。 - 【請求項６】 スロットル全閉時で且つ減速時燃料カッ
ト中の条件では、燃料噴射と水噴射の両方を中止するこ
とを特徴とする請求項１ないし５に記載のガソリン自己
着火内燃機関。 - 【請求項７】 火花点火燃焼から自己着火燃焼への切り
替わりにおいて、スロットル閉速度が急激な急減速運転
時に、定常運転時の同一回転数、同一負荷条件での設定
水噴射量よりも多く水噴射することを特徴とする請求項
１ないし６に記載のガソリン自己着火内燃機関。 - 【請求項８】 火花点火燃焼から自己着火燃焼への切り
替わりにおいて、水噴射期間は、少なくとも圧縮比の切
り替わりサイクル中の所要時間以上の時間設定としたこ
とを特徴とする請求項１ないし７に記載のガソリン自己
着火内燃機関。 - 【請求項９】 火花点火燃焼から自己着火燃焼への切り
替わりにおいて、自己着火燃焼が生じた後に点火を終了
することを特徴とする請求項１ないし８に記載のガソリ
ン自己着火内燃機関。 - 【請求項１０】 ピストン往復運動をクランク軸回転運
動に変換し出力を得る火花点火４サイクル内燃機関にお
いて、少なくともバルブ開閉時期を可変と出来る可変動
弁機構を有し、吸気弁閉時期を可変にすることにより有
効圧縮比を可変とし機関運転条件に応じて圧縮比を高
め、火花点火から自己着火燃焼すなわち均質予混合気圧
縮着火への切り替わりを行い、前記自己着火運転領域に
おける高負荷時に水を噴射できる噴射装置を備え、機関
シリンダブロック等の機関本体にノックセンサを設置
し、ノッキング発生時のノックセンサ出力が所定以上に
なったときに水噴射を開始し、前記ノックセンサ出力値
に応じて水噴射料が制御されるとともに、ノックセンサ
出力値が許容値以下になったときに水噴射を終了するこ
とを特徴とするガソリン自己着火内燃機関。 - 【請求項１１】 吸気系に温度センサ、湿度センサが設
定されており、機関運転時の吸入空気温度に応じて目標
の湿度になるように、水噴射料が制御されていることを
特徴とする請求項１ないし１０に記載のガソリン自己着
火内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11005962A JP2000204990A (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | ガソリン自己着火内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11005962A JP2000204990A (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | ガソリン自己着火内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000204990A true JP2000204990A (ja) | 2000-07-25 |
Family
ID=11625521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11005962A Pending JP2000204990A (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | ガソリン自己着火内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000204990A (ja) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040019159A (ko) * | 2002-08-26 | 2004-03-05 | 현대자동차주식회사 | 예혼합 압축 착화 엔진의 연소 제어 방법 |
| KR100482060B1 (ko) * | 2002-01-29 | 2005-04-13 | 현대자동차주식회사 | 엔진의 수분사 장치 |
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