JP2001323828A - 圧縮自己着火式ガソリン機関 - Google Patents

圧縮自己着火式ガソリン機関

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JP2001323828A
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combustion
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幸大 ▲吉▼沢
Yukihiro Yoshizawa
Atsushi Terachi
淳 寺地
Takeshi Naito
健 内藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮自己着火燃焼による運転範囲を拡大し、
燃費、エミッションを改善し、熱効率が高くクリーンな
内燃機関を提供する。 【解決手段】 自己着火燃焼時にマイナスオーバーラッ
プに設定可能な可変バルブタイミング機構１９と、一方
の吸気ポート１１を閉塞可能なスワール制御弁２０によ
り、燃焼室内に高温ガス層である内部ＥＧＲガス層と低
温ガス層である新気層とを層状化して形成し、ＥＧＲガ
ス層と新気層それぞれに燃料噴射を行う。新気層への燃
料噴射はＥＧＲガス層への燃料噴射に先行して行い、Ｅ
ＧＲガス層への燃料噴射は圧縮上死点付近で運転条件に
応じて可変とする。圧縮上死点付近まで圧縮され約１０
００Ｋ程度まで昇温されたＥＧＲガス層に燃料噴射する
と、直ちに高温酸化反応が開始され殆ど着火遅れ時間な
く自己着火する。ＥＧＲガス層の燃焼による圧力上昇が
伝搬して新気層が自己着火に至る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮自己着火式ガ
ソリン機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧縮自己着火燃焼は、燃焼室の多点で燃
焼が開始されるため燃焼速度が速く、通常の火花点火燃
焼に比べて空燃比がリーンな状態でも安定した燃焼を実
現することができて、燃料消費率の向上が可能である。
また、空燃比がリーンなため燃焼温度が低下することか
ら、排気ガス中のＮＯｘを大幅に低減することもでき
る。
【０００３】さらに、高回転数、高負荷領域では通常の
火花点火燃焼を行わせ、低回転数、低中負荷領域では火
花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼に燃焼形態を切り替え
ることによって、高回転数、高負荷時の高出力特性確保
と、低回転数、低中負荷時の燃料消費率向上、ＮＯｘの
低減化の両立を図ることができる。
【０００４】このような観点から、ガソリンを用いた圧
縮自己着火式エンジンとして、例えば特開平７−３３２
１４１号公報に示されるように、ポート噴射による均質
予混合自己着火エンジンが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の圧縮自己着火式エンジンでは、燃焼開始時期はピス
トンの圧縮による温度、圧力変化によって発生するガソ
リンの予反応（低温酸化反応）速度に支配されている。
このため、圧縮自己着火燃焼運転は燃焼開始時期が上死
点付近となるごく限られたエンジン回転数、負荷範囲で
しか成立していなかった。
【０００６】また、ガソリンのような自己着火性の低い
（セタン価の低い）燃料を用いて圧縮自己着火燃焼を行
わせる場合、残留ガスの持つ熱エネルギを利用すること
が有効であり、これは例えば特開平１０−２６６８７８
号公報に示されているように排気行程から吸気行程に移
行する際に、排気バルブと吸気バルブが共に閉となる密
閉期間（マイナスオーバーラップ期間）を設けて、残留
ガスを積極的に生じさせる所謂内部ＥＧＲを行わせるこ
とで実現される。
【０００７】しかしながら、この第２の従来例ではＥＧ
Ｒガスと新気は筒内で均質に混合してしまう。このため
ＥＧＲガス温度に比べて筒内の温度は低下してしまい、
ＥＧＲガスの熱エネルギが十分に利用できているわけで
はない。
【０００８】また、特開平１１−１８２２４６号公報に
はＥＧＲガス層と空気層を層状化する技術が開示されて
いる。しかしながら、この第３の従来例においては、燃
料は空気層に供給することとしているため、高温のＥＧ
Ｒガスによる熱の供給を受け難く、着火性が十分に改善
されないという問題点があった。
【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてもので、そ
の目的は、高温のＥＧＲガスを利用して自己着火燃焼開
始時期をコントロールして、ノッキング及び燃焼不安定
を回避しつつ、安定して自己着火燃焼を成立させ、圧縮
自己着火燃焼の運転範囲を高負荷側及び低負荷側あるい
は低回転側および高回転側に拡大することのできる圧縮
自己着火式ガソリン機関を提供することである。
【００１０】また本発明の目的は、圧縮自己着火燃焼に
よる運転範囲を拡大し、燃費、エミッションを改善し、
熱効率が高くクリーンな内燃機関を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
前記課題を解決するために、燃焼室内に直接燃料を噴射
する燃料噴射弁を備え、１燃焼サイクル中に少なくとも
２回以上に分けて燃料噴射を行う圧縮自己着火式ガソリ
ン機関において、燃焼室内に高温ガス層と低温ガス層と
を層状化して形成し、高温ガス層と低温ガス層それぞれ
に燃料噴射を行うことを要旨とする。
【００１２】請求項２記載の発明は、前記課題を解決す
るために、請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関
において、前記高温ガス層と低温ガス層の層状化は、Ｅ
ＧＲガスと新気とを用いて行うことを要旨とする。
【００１３】請求項３記載の発明は、前記課題を解決す
るために、請求項２記載の圧縮自己着火式ガソリン機関
において、前記燃料噴射の少なくとも一回は圧縮上死点
付近においてＥＧＲガス層に向けて行うことを要旨とす
る。
【００１４】請求項４記載の発明は、前記課題を解決す
るために、請求項３に記載の圧縮自己着火式ガソリン機
関において、機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段を備え、前記圧縮上死点付近においてＥＧＲガス層に
向けて行う燃料噴射の噴射タイミングを前記運転状態検
出手段が検出した運転状態に応じて可変とすることを要
旨とする。
【００１５】請求項５記載の発明は、前記課題を解決す
るために、請求項４に記載の圧縮自己着火式ガソリン機
関において、負荷を検出する負荷検出手段を備え、前記
圧縮上死点付近においてＥＧＲガス層に向けて行う燃料
噴射の噴射タイミングは、前記負荷検出手段が検出した
負荷が高いほど遅角することを要旨とする。
【００１６】請求項６記載の発明は、前記課題を解決す
るために、請求項４に記載の圧縮自己着火式ガソリン機
関において、エンジン回転数を検出する回転数検出手段
を備え、前記圧縮上死点付近においてＥＧＲガス層に向
けて行う燃料噴射の噴射タイミングは、前記回転数検出
手段が検出したエンジン回転数が高いほど進角すること
を要旨とする。
【００１７】請求項７記載の発明は、前記課題を解決す
るために、請求項２ないし請求項６に記載の圧縮自己着
火式ガソリン機関において、前記圧縮上死点付近におい
てＥＧＲガス層に向けて行う燃料噴射の噴射量は、総噴
射量の１０％以内とすることを要旨とする。
【００１８】請求項８記載の発明は、前記課題を解決す
るために、請求項２ないし請求項７に記載の圧縮自己着
火式ガソリン機関において、前記ＥＧＲガス層と新気層
それぞれに行う燃料噴射の切り替えは燃料噴射タイミン
グで行うことを要旨とする。
【００１９】請求項９記載の発明は、前記課題を解決す
るために、請求項２に記載の圧縮自己着火式ガソリン機
関において、燃焼室にスワール流を発生可能な吸気系と
排気バルブの閉時期が排気行程途中で吸気バルブの開時
期が吸気行程途中となるマイナスオーバーラップに制御
可能な動弁機構を備え、前記ＥＧＲガス層と新気層の層
状化は吸排気バルブのタイミングを前記マイナスオーバ
ラップに設定して排気の一部を内部ＥＧＲガスとして残
留させる一方、新気を燃焼室内へスワール流として導入
して、前記内部ＥＧＲガスを燃焼室中央部に分布させる
と共にその周囲に新気を分布させて内部ＥＧＲガス層と
新気層の層状化を行うことを要旨とする。
【００２０】請求項１０記載の発明は、前記課題を解決
するために、請求項２に記載の圧縮自己着火式ガソリン
機関において、気筒当たり２つの吸気ポートと２つの吸
気バルブとを備え、片方の吸気ポートからのみＥＧＲガ
スを燃焼室に導入して、前記ＥＧＲガス層と新気層を層
状化することを要旨とする。
【００２１】請求項１１記載の発明は、前記課題を解決
するために、請求項２に記載の圧縮自己着火式ガソリン
機関において、可変動弁装置を備え、排気バルブの閉時
期を上死点後に遅角し、排気バルブと吸気バルブが共に
開弁しているオーバラップ期間を設け、前記ＥＧＲガス
層と新気層を層状化することを要旨とする。
【００２２】請求項１２記載の発明は、前記課題を解決
するために、請求項２に記載の圧縮自己着火式ガソリン
機関において、排気ガス温度を予測する排気ガス温度予
測手段を備え、前記排気ガス温度が低下するほど、筒内
ガスにおける前記ＥＧＲガス層の割合を多くすることを
要旨とする。
【００２３】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、燃焼室
内に高温ガス層と低温ガス層とを層状に形成する。これ
により高温ガス層はピストンの圧縮作用によって断熱圧
縮あるいはポリトロープ圧縮されて、上死点付近で１０
００Ｋを超える非常に高温なガスとなる。
【００２４】１０００Ｋを超える高温ガス層に燃料噴射
が行われれば、ガソリンと酸素が高温酸化反応を始め高
温ガス層で燃焼が開始し、この高温ガス層の燃焼による
圧力上昇が低温ガス層の圧力、温度を高め低温ガス層の
自己着火燃焼を引き起こす。従って、高温ガス層に燃料
を噴射するタイミングを制御することによって、燃焼開
始時期が制御できる。その結果、ノッキング及び燃焼不
安定を回避して、安定した圧縮自己着火燃焼が可能とな
り、高効率、クリーンな運転が実現でき、燃費、エミッ
ションが改善できる。
【００２５】請求項２記載の本発明によれば、高温ガス
としてはＥＧＲガスを利用し、低温ガスとしては新気を
利用する。これにより排気ガスの熱エネルギを有効活用
でき、更に、熱効率を改善できる。
【００２６】請求項３記載の本発明によれば、請求項２
の発明の効果に加えて、ＥＧＲガス層に向けて行う燃料
噴射を圧縮上死点付近で行うことによって、燃焼開始時
期を燃費、エミッションに有利な上死点に制御すること
ができる。従って、より高効率、クリーンな運転が実現
でき、燃費、エミッションが改善できる。
【００２７】請求項４記載の本発明によれば、請求項３
の発明の効果に加えて、機関の運転状態に応じて、ＥＧ
Ｒガス層に向けて行う燃料噴射の噴射タイミングを制御
することによって、各運転条件においても、燃焼時期を
最適に制御することができる。
【００２８】請求項５記載の本発明によれば、請求項４
の発明内容をより具体化して、負荷に応じてＥＧＲガス
層に向けて行う燃料噴射の噴射タイミングを制御し、負
荷が高いほど噴射タイミングを遅角することによって、
負荷が高い場合の燃焼時期を上死点から遅角することが
でき、急激な燃焼によるノッキングの発生を回避して、
より高負荷での圧縮自己着火運転が可能となる。
【００２９】請求項６記載の本発明によれば、請求項４
の発明内容をより具体化して、エンジン回転数に応じて
ＥＧＲガス層に向けて行う燃料噴射の噴射タイミングを
制御し、エンジン回転数が高いほど噴射タイミングを進
角することによって、エンジン回転数が高い場合に燃焼
時期が上死点から遅角し燃焼不安定が発生することを回
避して、より高回転数での圧縮自己着火運転が可能とな
る。
【００３０】請求項７記載の本発明によれば、請求項２
ないし請求項６記載の発明の効果に加えて、ＥＧＲガス
層に向けて行う燃料噴射の噴射量を総噴射量の１０％以
内とすることによって、ＥＧＲガス層に発生するリッチ
な混合気の生成が抑制されて、ＮＯｘを低減できる。
【００３１】請求項８記載の本発明によれば、請求項２
ないし請求項７記載の発明の効果に加えて、ＥＧＲガス
層と新気層それぞれに行う燃料噴射の切り替えは燃料噴
射タイミングで行うことによって、１つの燃料噴射弁で
各層への燃料噴射が可能となり、システム構成がシンプ
ルとなり、従来の機関に比べて部品点数の増加を抑制し
製造及び保守に掛かる工数及びコストの増加を招くこと
がなくなる。
【００３２】請求項９記載の本発明によれば、請求項２
記載の発明の効果に加えて、マイナスオーバラップによ
る内部ＥＧＲガスの閉じ込めとスワール流による新気の
流入によって、筒内のＥＧＲガス層と新気層の層状化が
より高精度化され、ＥＧＲ層のガス温度を高温にするこ
とができ、燃焼開始時期制御の精度を向上することがで
きる。
【００３３】請求項１０記載の本発明によれば、請求項
２記載の発明の効果に加えて、ＥＧＲガスと新気を別々
のポートから導入することによって、筒内のＥＧＲガス
層と新気層の層状化がより高精度化され、ＥＧＲ層のガ
ス温度を高温にすることができ、燃焼開始時期制御の精
度を向上することができる。
【００３４】請求項１１記載の本発明によれば、請求項
２記載の発明の効果に加えて、排気バルブの閉時期を上
死点後に十分遅角し、排気バルブと吸気バルブが共に開
弁しているオーバラップ時期を設け、筒内のＥＧＲガス
層と新気層の層状することによって、筒内のＥＧＲガス
層と新気層の層状化がより高精度化され、ＥＧＲ層のガ
ス温度を高温にすることができ、燃焼開始時期制御の精
度を向上することができる。
【００３５】請求項１２記載の本発明によれば、請求項
２記載の発明の効果に加えて、排気ガス温度に応じて、
筒内ガスにおける前記ＥＧＲガス層を変化させることに
より、ＥＧＲガス層の温度を常に高温酸化反応が開始す
る温度に制御することができるため、運転条件によっ
て、排気ガス温度が変化した場合においても燃焼開始時
期制御の精度を向上することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。
【００３７】〔第１実施形態〕図１は本発明に係る圧縮
自己着火式ガソリン機関の第１の実施の形態の構成を示
すシステム構成図である。
【００３８】本実施の形態においては、運転条件に応じ
て圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切換可能となっ
ている。さらに圧縮自己着火燃焼時においては、本発明
の特徴である高温ガス層であるＥＧＲガス層と低温ガス
層である新気層とを燃焼室内に形成し、燃焼室に直接燃
料噴射する燃料噴射弁からＥＧＲガス層と新気層それぞ
れに対して燃料噴射を行っている。
【００３９】本実施形態では、燃焼室にスワール流を発
生可能な吸気系と排気バルブの閉時期（ＥＶＣ）が排気
行程途中で吸気バルブの開時期（ＩＶＯ）が吸気行程途
中となるマイナスオーバラップに制御可能な可変動弁機
構を設け、吸排気バルブのタイミングをマイナスオーバ
ラップに設定して排気の一部を内部ＥＧＲガスとして残
留させる一方、新気を燃焼室内へスワール流として導入
して、内部ＥＧＲガス層を燃焼室中央部に分布させると
共にその周囲に新気を分布させて内部ＥＧＲガス層と新
気層との層状化を行うことを特徴としている。
【００４０】図１において、エンジン本体１０は、吸気
ポート１１、排気ポート１２、ピストン１３、吸気バル
ブ１４、排気バルブ１５、クランク角センサ１６、燃焼
室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１７、火花点火燃
焼時に火花放電する点火プラグ１８、吸気バルブ１４及
び排気バルブ１５をマイナスオーバーラップタイミング
に設定可能な可変動弁機構である可変バルブタイミング
機構１９、スワール制御バルブ２０を備えている。
【００４１】このエンジン本体１０を制御する電子制御
装置（以下、ＥＣＵと略す）１は、運転条件に応じて圧
縮自己着火燃焼と火花点火燃焼のいずれかの燃焼方式で
運転を行うかを判定する燃焼パターン判定部２と、火花
点火燃焼運転時の燃焼パラメータを制御する火花点火燃
焼制御部３と、圧縮自己着火燃焼運転時の燃焼制御パラ
メータを制御する自己着火燃焼制御部４と、圧縮自己着
火燃焼運転時に筒内ガスの成層化を制御する成層化制御
部５と、圧縮自己着火燃焼の１燃焼サイクル中に少なく
とも２回行われる燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期
制御部６とを備えている。
【００４２】尚、ＥＣＵ１の構成要素である、燃焼パタ
ーン判定部２、火花点火燃焼制御部３、自己着火燃焼制
御部４、成層化制御部５、燃料噴射時期制御部６は、特
に限定されないが実施形態ではマイクロコンピュータの
プログラムとして実現されている。
【００４３】またＥＣＵ１は、クランク角センサ１６が
検出したエンジン回転数信号、及び図外のアクセル開度
センサが検出したアクセル開度信号が示す負荷に基づい
て、運転条件を判定し、火花点火燃焼または圧縮自己着
火燃焼のいずれの燃焼形態で運転するかを判断する。ま
た運転条件に応じて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時
期を算出する。そして、この算出結果に基づき、燃料噴
射弁１７に燃料噴射パルス信号、点火プラグ１８に点火
指示信号をそれぞれ送る。
【００４４】このような構成のもと、本発明では、図２
に示すような、中低負荷及び中回転数以下の特定の運転
条件において圧縮自己着火燃焼を行い、高負荷または高
回転数域においては火花点火燃焼を行う。
【００４５】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。
【００４６】図３は、空燃比に対する自己着火燃焼が成
立する範囲を示すものである。空燃比をリーンにしてい
くと燃焼安定度が悪化し、機関のトルク変動が大きくな
る。このため、内燃機関として設計値、またはこの内燃
機関を搭載し車両の性格等として許容できる安定度限界
が安定度限界値Ｓｔｈとなる空燃比ＡＦＬがリーン限界
となる。
【００４７】一方、空燃比をリッチにしていくと、ノッ
キング強度が増大する。これによりノッキング限界Ｎｔ
ｈにおける空燃比ＡＦＲがリッチ限界となる。従って、
安定度限界ＡＦＬとノッキング限界空燃比ＡＦＲで囲ま
れる空燃比領域が自己着火燃焼成立範囲となる。このよ
うに、自己着火は限られた空燃比範囲でしか成立しな
い。尚、ここではガスと燃料の割合を表す指標として空
燃比Ａ／Ｆを例に説明した。残留ガスあるいはＥＧＲガ
スが含まれる場合についても同様の傾向を示し、この際
には横軸は新気と既燃ガスを合わせたトータルのガス量
と燃料量割合Ｇ／Ｆとなる。
【００４８】このように自己着火燃焼の成立する空燃比
範囲が限られるのは、空燃比の変化と共に燃焼時期が変
化することに起因する。自己着火燃焼の燃焼開始時期は
ガソリンの予反応（低温酸化反応）速度に依存するが、
この反応速度に対する空燃比の感度が大きい。このた
め、空燃比をリッチにした場合には反応速度が増加す
る。その結果、圧縮上死点（ＴＤＣ）以前で燃焼が開始
し、急激な燃焼となり、ノッキングを引き起こす。一
方、空燃比をリーンにした場合には反応速度が低下す
る。その結果、圧縮上死点から遅角した時期で燃焼が開
始し、ピストンの下降により十分な燃焼が行われずに、
燃焼不安定を引き起こす。
【００４９】このように自己着火燃焼範囲を拡大するた
めには、燃焼開始時期を制御する必要がある。
【００５０】図４に筒内温度に対する着火遅れ時間を示
す。着火遅れ時間は燃料が噴射されてから燃焼が開始す
るまでの時間である。筒内温度が高い程、着火遅れ時間
は短くなる。また、空燃比がリッチな程、着火遅れ時間
は短くなる。ここで、筒内温度が十分に高い場合には空
燃比に因らず、着火遅れ時間が極めて短くなる領域が存
在する。この領域では高温酸化反応が発生する。ガソリ
ンの場合には約１０００Ｋ付近で高温酸化反応が起こ
る。従って、筒内に１０００Ｋのガスを形成すれば、そ
の領域に燃料を噴射することによって、自己着火燃焼を
瞬時に開始することができ、燃料噴射時期で燃焼時期を
制御することができる。
【００５１】しかしながら、高温のガス中で大量の燃料
を自己着火燃焼させると筒内温度が上昇してＮＯｘが増
加する。よって、高温のガス領域および高温酸化反応さ
せる燃料量は最小限に留めることが望ましい。そこで本
発明ではＥＧＲガスと新気の成層化を行う。
【００５２】本実施形態ではＥＧＲガスと新気の成層化
はマイナスオーバラップによる内部ＥＧＲの閉じ込めと
スワール流による新気の流入によって行う。
【００５３】図５にマイナスオーバラップを行うための
可変バルブタイミング機構１９によるバルブタイミング
の可変制御の一例を示す。図５（ａ）の火花点火運転時
は、通常の４サイクルガソリン機関と同様に排気バルブ
（ＥＸＨ）の閉弁時期（ＥＶＣ）と吸気バルブ（ＩＮ
Ｔ）の開弁時期（ＩＶＯ）とがピストン上死点（ＴＤ
Ｃ）付近となって所要のバルブオーバラップ（Ｏ／Ｌ）
に設定される。
【００５４】図５（ｂ）の圧縮自己着火運転時は、火花
点火運転時に対して排気バルブの閉弁時期（ＥＶＣ）が
進角して排気行程途中に閉弁すると共に、吸気バルブの
開弁時期（ＩＶＯ）が遅角して吸気行程途中に開弁する
ように制御されて、ピストン上死点付近におけるバルブ
オーバラップは全く存在せず、マイナスオーバラップ状
態に設定される。
【００５５】このように圧縮自己着火運転時にマイナス
オーバラップを成すバルブタイミングとすることによ
り、排気バルブが排気行程途中にて閉弁されて、その時
点での燃焼室容積に相当する高温の既燃ガスを燃焼室内
に滞留させ、次サイクルへの内部ＥＧＲガスとし、次サ
イクルでは吸気行程途中で吸気バルブが開弁して新気が
吸入される。この内部ＥＧＲガスがピストンの圧縮作用
で上死点付近で高温のガス領域を形成する。
【００５６】図６は、圧縮自己着火運転時における新気
と内部ＥＧＲガスとの成層化過程の状態を示す燃焼室回
りの平面図である。
【００５７】圧縮自己着火運転時は、前述のように吸排
気バルブのバルブタイミングがマイナスオーバラップに
設定され、これにより燃焼室内に高温の既燃ガスが内部
ＥＧＲガスＧとして閉じ込められる。
【００５８】また、スワール制御弁２０が全閉されて、
２つの吸気ポート１１ａ、１１ｂのうち一方の吸気ポー
ト１１ａを閉鎖し、吸気行程で他方の吸気ポート１１ｂ
から矢印Ａで示すように新気が燃焼室内にスワール流Ｓ
として流入する。
【００５９】この他方の吸気ポート１１ｂは、場合によ
ってはヘリカルポートとして構成してスワール流強さを
増大し得るようにしてもよい。
【００６０】燃焼室内に流入した新気は、シリンダ壁面
に沿って流動して燃焼室内に旋回流を生じさせる。
【００６１】内部ＥＧＲガスは、高温低密度のガスであ
るのに対して、新気Ａは低温高密度のガスであるため、
前記旋回流により生じる遠心力は内部ＥＧＲガスＧより
も新気Ａの方が大きくなる。
【００６２】この結果、図７に示されるように新気Ａは
燃焼室内の外周部に分布し、内部ＥＧＲガスＧは燃焼室
中央部に分布して、これら新気Ａと内部ＥＧＲガスＧと
が層状化される。
【００６３】尚、新気と内部ＥＧＲガスの層状化は、ピ
ストン冠面にボール状の凹部を設けて、このピストンボ
ールにＥＧＲガスを溜めたり、上死点付近で発生するス
キッシュ流を活用しても良い。
【００６４】次に、ＥＧＲガス層および新気層へのそれ
ぞれの燃料噴射について説明する。図８は筒内圧力に対
する燃料噴霧の噴霧角およびペニートレーション（貫徹
距離、飛距離）を示している。筒内の圧力が高くなるほ
ど、筒内ガス密度が高くなるとともに燃料噴射を行うに
際して燃料噴射弁の背圧が増加する。従って、筒内圧力
が増加するにつれて噴霧角は小さくなり、ペニートレー
ションも短くなる。
【００６５】図９には筒内ガスに対する燃料噴霧の分布
を模式的に示している。図９（ａ）に示す新気層へ向け
た１回目の燃料噴射は、吸気行程または圧縮行程の初期
にピストンがあまり上昇していない状態、即ち筒内圧力
が低いタイミングで行われる。このとき背圧が低いた
め、燃料噴霧の噴霧角は大きくなり、ペニートレーショ
ンも長くなる。その結果、燃料噴霧はＥＧＲガス層Ｇを
通り抜けて新気層Ａに分布することになる。
【００６６】図９（ｂ）に示すＥＧＲガス層へ向けた２
回目の燃料噴射は、ピストンが上昇した圧縮上死点ＴＤ
Ｃ付近で行われる。この時、筒内圧力は高くなってい
る。背圧が高いため、燃料噴霧の噴霧角は小さくなり、
ペニートレーションも短くなる。その結果、燃料噴霧は
ＥＧＲガス層Ｇに分布することになる。
【００６７】尚、ＥＧＲガス層と新気層とに向けた燃料
噴射は、１つの燃料噴射弁ではなく、複数の燃料噴射弁
を用いて行っても良い。
【００６８】前述したように、ＥＧＲガス層は非常に高
温となっているため、ＥＧＲガス層に噴射された燃料は
瞬時に燃焼を開始する。その結果、新気層の燃料と空気
による混合気は、ＥＧＲガス層の燃料の燃焼による発熱
したエネルギを受け、断熱圧縮され自己着火を開始する
ことになる。
【００６９】新気層の燃料を自己着火させるのに必要な
エネルギ、即ちＥＧＲガス層に噴射する燃料量は、総噴
射量の１０％以内で十分である。またＮＯｘの排出量を
少なくするためにも、ＥＧＲガス層に行う燃料噴射量は
総噴射量の１０％以内とすることが望ましい。
【００７０】図１０に筒内圧波形を示す。ＴＤＣ付近に
おけるＥＧＲ層の燃料の自己着火が新気層の燃料の自己
着火を引き起こしていることが確認できる。
【００７１】このように、高温のＥＧＲガスを利用した
高温酸化反応の開始時期を燃料噴射時期で制御すること
によって自己着火燃焼の燃焼開始時期が制御可能とな
る。
【００７２】次に、図１１のフローで制御の流れを説明
する。まず、ステップＳ１１（以下Ｓ１１）でエンジン
回転数、負荷を検出する。次にＳ１２で燃焼形態（燃焼
パターン）を判断する。すなわち、エンジン回転数、負
荷から図２のマップを使って、火花点火燃焼を行うか、
自己着火燃焼を行うかを判断する。火花点火燃焼を行う
場合にはＳ１３で周知の火花点火燃焼の制御を開始す
る。
【００７３】Ｓ１２で自己着火燃焼と判断された場合に
は、Ｓ１４で自己着火燃焼制御を開始する。Ｓ１５でバ
ルブタイミングを図５に示すように、マイナスオーバラ
ップ設定となるように変更する。Ｓ１６でバルブタイミ
ングに基づいて筒内に滞留する内部ＥＧＲガス割合を算
出する。
【００７４】Ｓ１７で吸気圧を検出する。Ｓ１８で吸気
圧に基づいてサイクル中の各クランク角における筒内圧
力を算出する。筒内圧力の算出は例えばポリトロープ変
化を仮定して以下の式（１）で行う。
【００７５】
【数１】 Ｐ＝Ｐ０×（Ｖ０／Ｖ）＾ｎ …（１） Ｐ：各クランク角における筒内圧力 Ｐ０：吸気圧力 Ｖ０：ＩＶＣ時の筒内容積 Ｖ：各クランク角における筒内容積 ｎ：ポリトロープ指数 ポリトロープ指数は、例えばｎ＝１．３５とする。ポリ
トロープ指数は空燃比あるいは負荷等に応じて変化させ
ても良い。また、筒内圧力は実験的に求めた波形をＥＣ
Ｕ１内の不揮発性メモリに記憶しておき、各クランク角
毎に読み出して使用しても良い。
【００７６】次いで、Ｓ１９でサイクル中の噴霧角、ペ
ニートレーションを算出する。これはＳ１８で算出した
筒内圧に対して、予めＥＣＵ１内の不揮発性メモリに記
憶した図８の関係を利用して算出する。
【００７７】次いで、Ｓ２０で燃料噴射時期を算出す
る。これはＳ１６で求めたＥＧＲガス割合とＳ１９で求
めた噴霧角、ペニートレーションから図９で説明した関
係を利用して、新気層、ＥＧＲガス層にそれぞれ燃料噴
霧を配置できる噴射タイミングを算出する。
【００７８】〔第２実施形態〕次に、第２の実施の形態
について説明する。第２の実施の形態の構成は第１の実
施の形態の構成を示す図１と同じである。
【００７９】第２の実施の形態は、エンジン回転数、負
荷条件に応じて、ＥＧＲガス層に噴射する燃料噴射タイ
ミングを変化させて、各運転条件においても燃焼開始時
期を最適に制御することを特徴とする。
【００８０】図１２に燃焼開始時期に対するノッキング
強度を示す。燃焼開始時期が進角するほど、ノッキング
強度は強くなる。これは上死点近傍ほど温度、圧力が高
いため、急激な燃焼となるためである。従って、ノッキ
ングを回避して自己着火成立負荷範囲を高負荷に拡大す
るためには、負荷が高いほど、燃焼開始時期を遅角する
必要がある。よって、ＥＧＲガス層への燃料噴射で燃焼
開始時期をコントロールする本実施形態においては、２
回目の燃料噴射時期を負荷が高いほど遅角する。
【００８１】図１３にはエンジン回転数に対して、燃焼
開始遅れを示す。燃焼開始遅れは、ＥＧＲガス層への燃
料噴射時期から新気層燃料の燃焼開始までの時間であ
る。エンジン回転数が高くなるほど、燃焼開始遅れは長
くなる。
【００８２】これは、クランク角度で考えた時にエンジ
ン回転数が高くなるほど、燃料が噴射されてから気化し
て反応を開始するまでの期間が長くなることによって、
相対的なクランク角度でみた予反応期間が長くなるため
である。よって、ＥＧＲガス層への燃料噴射で燃焼開始
時期をコントロールする本実施形態においては、２回目
の燃料噴射時期をエンジン回転数が高いほど進角する。
【００８３】ここで本実施形態では２回目の燃料噴射時
期をエンジン回転数、負荷に応じて変えるものの、噴射
時期は上死点近傍の筒内圧力が高い時期であることに変
わりはなく、ＥＧＲガス層に燃料噴霧を分布させること
は可能である。
【００８４】図１４に第２実施形態の制御フローを示
す。本実施形態の制御の流れは第１実施形態の制御フロ
ー図１１とほぼ同じである。異なる点のみ説明する。Ｓ
４０で第１実施形態と同様に筒内ＥＧＲ割合と噴霧角、
ペニートレーションから１回目の燃料噴射時期を算出す
る。次いで、Ｓ４１でエンジン回転数、負荷から予めＥ
ＣＵ１の不揮発性メモリに記憶した図１５のマップを利
用して、２回目の燃料噴射時期を算出する。
【００８５】〔第３実施形態〕次に、第３の実施の形態
について説明する。第３の実施の形態の構成を図１６に
示す。第３の実施の形態の構成は、第１の実施の形態の
構成を示す図１に対して、排気温度を検出する排気温セ
ンサ２１を排気ポート１２に設置している点が異なる。
【００８６】第３の実施の形態は、排気温センサ２１が
検出した排気ガス温度に応じて、筒内のＥＧＲガス割合
を制御することを特徴とする。
【００８７】図１７に排気ガス温度とＥＧＲ割合に対す
る上死点付近の筒内温度分布を示す。図１７（ａ）に示
すように、排温ガス温度が高温の場合には、ＥＧＲ割合
が低い場合においてもＥＧＲガス層の温度は高温酸化反
応を起こすのに十分な温度となる。これに対して、図１
７（ｂ）に示すように、排気ガス温度が低下した場合に
は、ＥＧＲガス層の温度が低い場合には、新気層に奪わ
れる熱が多くなるため、ＥＧＲガス層の温度は低下して
しまい、燃料噴射後、瞬時に高温酸化反応を起こすこと
は困難となる。そこで、排気ガス温度が低下した場合に
はＥＧＲガス割合を多くする必要がある。
【００８８】図１７（ｃ）は、排気ガス温度が低下した
時に、ＥＧＲガス割合を増加した例を示している。排気
ガス温度が低下した場合においても、ＥＧＲガス割合を
増加することによって、ＥＧＲガス層の温度を高く保つ
ことができる。
【００８９】図１８に第３実施形態の制御フローを示
す。本実施形態の制御の流れは第１実施形態の制御フロ
ー図１１とほぼ同じである。異なる点のみ説明する。
【００９０】Ｓ５５で排気温センサ２１により排気ガス
温度を検出する。次いで、Ｓ５６でバルブタイミングを
マイナスオーバラップに変更する。これは、排気温セン
サ２１が検出した排気ガス温度に基づいて、予めＥＣＵ
１の不揮発性メモリに記憶した図１９に示す排気ガス温
度とＥＧＲガス割合を示すグラフ、または同等な関係式
からＥＧＲガス割合を算出する。算出されたＥＧＲガス
割合からマイナスオーバラップ量、すなわち図５におけ
るＥＶＣとＩＶＯの時期を決定する。
【００９１】本実施形態では、排気ガス温度をセンサを
用いて検出しているが、排気温の算出は、燃料噴射量あ
るいは負荷から算出した予測値を用いても良い。
【００９２】〔第４実施形態〕次に、第４の実施の形態
について説明する。第４の実施の形態の構成を図２０に
示す。第４の実施の形態の構成は第１の実施の形態の構
成を示す図１に対して、可変バルブタイミング機構の代
わりに、片方の排気ポート１２ａと片方の吸気ポート１
１ａとを連通するＥＧＲガス通路２２と、ＥＧＲガス通
路２２の流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを設置し、
外部ＥＧＲを行っている点が異なる。
【００９３】第４の実施の形態は、ＥＧＲガス層と新気
層の成層化を外部ＥＧＲで行うことを特徴とする。
【００９４】図２１に第４実施形態の筒内成層状態を燃
焼室回りの平面図で示す。ＥＧＲガスは片方の吸気ポー
ト１１ａのみから導入される。燃料噴射弁１７は吸気ポ
ート１１ａと排気ポート１２ａとの間に設置される。
【００９５】尚、ＥＧＲガス導入側の吸気ポート１１ａ
及び排気ポート１２ａと燃料噴射弁１７の関係は図２１
において、左右反対に設置しても良い。
【００９６】図２２に筒内ガスに対する燃料噴霧の分布
を示す。第１実施形態の場合と同様に（図９）、筒内の
ＥＧＲガス割合と燃料噴霧の噴霧角とペニートレーショ
ンとの関係から燃料噴射時期を変えることによって、新
気層、ＥＧＲ層それぞれに燃料噴霧を配置することがで
きる。
【００９７】図２３に第４実施形態の制御フローを示
す。本実施形態の制御の流れは第１実施形態の制御フロ
ー図１１とほぼ同じである。異なる点のみ説明する。Ｓ
７５でＥＧＲバルブ２３の開度を変更して、筒内ＥＧＲ
ガス割合を制御する。
【００９８】〔第５実施形態〕次に、第５の実施の形態
について説明する。第５の実施の形態の構成は第１の実
施の形態の構成と同じである。ただし、図２６に示すよ
うに、燃料噴射弁１７は排気ポート側に取り付けてい
る。
【００９９】第５の実施の形態は、ＥＧＲガス層と新気
層の成層化を排気バルブ閉時期を遅らせて吸気行程中の
排気ガスの吹き戻しで行うことを特徴とする。
【０１００】図２４で第５実施形態の１サイクル中の４
行程を示す。図２４（ａ）の吸気行程では、吸気バルブ
と排気バルブが同時に開いている期間がある。これによ
って、排気行程で排気系に排出されたガスが吸気行程中
に筒内に噴き戻される。
【０１０１】図２５に第５実施形態のバルブタイミング
を示す。図２５（ａ）の火花点火燃焼時に対して、図２
５（ｂ）の圧縮自己着火燃焼時は排気バルブの閉時期が
大幅に遅らされている。すなわち吸気行程においても、
排気バルブが開いているため、吸気行程において、排気
ガスが筒内に噴き戻される。
【０１０２】図２６に筒内ガスに対する燃料噴霧の分布
を示す。燃料噴射弁を排気側に設置しているため、図９
に示した第１実施形態の場合と同様に、筒内のＥＧＲガ
ス割合と燃料噴霧の噴霧角とペニートレーションとの関
係から燃料噴射時期を変えることによって、新気層、Ｅ
ＧＲ層それぞれに燃料噴霧を配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧縮自己着火式ガソリン機関の第
１の実施形態の構成図である。
【図２】圧縮自己着火成立範囲を説明する図である。
【図３】空燃比に対する自己着火成立範囲を説明する図
である。
【図４】筒内温度に対する着火遅れ時間を説明する図で
ある。
【図５】（ａ）火花点火運転時、（ｂ）圧縮自己着火運
転時のそれぞれの吸排気バルブタイミングの設定の一例
を示す図である。
【図６】第１実施の形態における燃焼室内の新気と内部
ＥＧＲガスとの分布を説明する平面図である。
【図７】第１実施の形態における燃焼室内の新気と内部
ＥＧＲガスとの分布を説明する筒内縦断面図である。
【図８】筒内圧力に対する燃料噴射弁の噴霧角、ペニー
トレーションを説明する図である。
【図９】第１実施の形態における新気層、ＥＧＲガス層
中の燃料噴霧分布を説明する筒内縦断面図である。
【図１０】クランク角度に対する筒内圧力を説明する図
である。
【図１１】第１実施の形態の制御フローである。
【図１２】燃焼開始時期に対するノッキング強度を説明
する図である。
【図１３】エンジン回転数に対する燃焼開始遅れを説明
する図である。
【図１４】第２実施の形態の制御フローである。
【図１５】エンジン回転数、負荷に対する２回目燃料噴
射時期を説明する図である。
【図１６】第３の実施形態の構成図である。
【図１７】第３実施の形態における燃焼室内の新気と内
部ＥＧＲガスとの分布を説明する筒内縦断面図及び筒内
温度分布図である。
【図１８】第３実施の形態の制御フローである。
【図１９】排気ガス温度に対するＥＧＲガス割合を説明
する図である。
【図２０】第４実施の形態の構成図である。
【図２１】第４実施の形態における燃焼室内の新気と内
部ＥＧＲガスとの分布を説明する平面図である。
【図２２】第４実施の形態における新気層、ＥＧＲガス
層中の燃料噴霧分布を説明する筒内縦断面図である。
【図２３】第４実施の形態の制御フローである。
【図２４】第５実施の形態の４行程サイクルを説明する
図である。
【図２５】第５実施の形態のバルブタイミングを説明す
る図であり、（ａ）火花点火燃焼時、（ｂ）圧縮自己着
火時をそれぞれ示す。
【図２６】第５実施の形態における新気層、ＥＧＲガス
層中の燃料噴霧分布を説明する筒内縦断面図である。
【符号の説明】
１ ＥＣＵ ２ 燃焼パターン判定部 ３ 火花点火燃焼制御部 ４ 自己着火燃焼制御部 ５ 成層化制御部 ６ 燃料噴射時期制御部 １０ エンジン本体 １１ 吸気ポート １２ 排気ポート １３ ピストン １４ 吸気バルブ １５ 排気バルブ １６ クランク角センサ １７ 燃料噴射弁 １８ 点火プラグ １９ 可変バルブタイミング機構 ２０ スワール制御弁 ２１ 排気温センサ ２２ ＥＧＲガス通路 ２３ ＥＧＲバルブ
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） Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ Ｋ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ｃ ３０１Ａ 41/04 ３８５ 41/04 ３８５Ａ 41/40 41/40 Ｂ Ｄ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｊ ３０１Ｎ ３０１Ｕ ３０１Ｚ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５１０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５１０Ｂ ５７０ ５７０Ｄ ５７０Ｊ (72)発明者 内藤 健 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 AA03 AA05 AB01 AB05 AC04 AD05 AD06 AD07 AG01 AG03 AG05 3G062 AA01 AA07 AA10 BA05 BA09 CA06 GA06 GA09 GA15 3G084 AA00 BA13 BA15 BA20 BA21 BA23 DA02 DA10 FA10 FA27 FA33 FA38 3G092 AA01 AA10 AA11 AA17 BB06 BB12 DA03 DA12 DC06 DC08 EA03 EA04 FA15 FA24 HD01Z HE01Z HE03Z HF08Z 3G301 HA01 HA04 HA13 HA17 HA19 JA02 JA21 LA00 LA05 LB04 MA18 MA26 NE11 NE12 PD11Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁を備え、１燃焼サイクル中に少なくとも２回以上に分
    けて燃料噴射を行う圧縮自己着火式ガソリン機関におい
    て、 燃焼室内に高温ガス層と低温ガス層とを層状化して形成
    し、高温ガス層と低温ガス層それぞれに燃料噴射を行う
    ことを特徴とする圧縮自己着火式ガソリン機関。
  2. 【請求項２】 前記高温ガス層と低温ガス層との層状化
    は、ＥＧＲガスと新気とを用いて行うことを特徴とする
    請求項１記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
  3. 【請求項３】 前記燃料噴射の少なくとも一回は圧縮上
    死点付近においてＥＧＲガス層に向けて行うことを特徴
    とする請求項２記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
  4. 【請求項４】 機関の運転状態を検出する運転状態検出
    手段を備え、 前記圧縮上死点付近においてＥＧＲガス層に向けて行う
    燃料噴射の噴射タイミングを前記運転状態検出手段が検
    出した運転状態に応じて可変とすることを特徴とする請
    求項３記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
  5. 【請求項５】 負荷を検出する負荷検出手段を備え、 前記圧縮上死点付近においてＥＧＲガス層に向けて行う
    燃料噴射の噴射タイミングは、前記負荷検出手段が検出
    した負荷が高いほど遅角することを特徴とする請求項４
    に記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
  6. 【請求項６】 エンジン回転数を検出する回転数検出手
    段を備え、 前記圧縮上死点付近においてＥＧＲガス層に向けて行う
    燃料噴射の噴射タイミングは、前記回転数検出手段が検
    出したエンジン回転数が高いほど進角することを特徴と
    する請求項４に記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
  7. 【請求項７】 前記圧縮上死点付近においてＥＧＲガス
    層に向けて行う燃料噴射の噴射量は、総噴射量の１０％
    以内とすることを特徴とする請求項２ないし請求項６の
    いずれか１項に記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
  8. 【請求項８】 前記ＥＧＲガス層と新気層それぞれに行
    う燃料噴射の切り替えは、燃料噴射タイミングで行うこ
    とを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか１項
    に記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
  9. 【請求項９】 燃焼室にスワール流を発生可能な吸気系
    と排気バルブの閉時期が排気行程途中で吸気バルブの開
    時期が吸気行程途中となるマイナスオーバーラップに制
    御可能な可変動弁機構とを備え、 前記ＥＧＲガス層と新気層との層状化は吸排気バルブの
    タイミングを前記マイナスオーバラップに設定して排気
    の一部を内部ＥＧＲガスとして燃焼室内に残留させる一
    方、 新気を燃焼室内へスワール流として導入して、前記内部
    ＥＧＲガスを燃焼室中央部に分布させると共にその周囲
    に新気を分布させて内部ＥＧＲガス層と新気層の層状化
    を行うことを特徴とする請求項２に記載の圧縮自己着火
    式ガソリン機関。
  10. 【請求項１０】 気筒当たり２つの吸気ポートと２つの
    吸気バルブとを備え、片方の吸気ポートからのみＥＧＲ
    ガスを燃焼室に導入して、前記ＥＧＲガス層と新気層を
    層状化することを特徴とする請求項２に記載の圧縮自己
    着火式ガソリン機関。
  11. 【請求項１１】 可変動弁装置を備え、排気バルブの閉
    時期を上死点後に遅角し、排気バルブと吸気バルブが共
    に開弁しているオーバラップ期間を設け、前記ＥＧＲガ
    ス層と新気層を層状化することを特徴とした請求項２に
    記載の圧縮自己着火式ガソリン機関。
  12. 【請求項１２】 排気ガス温度を予測する排気ガス温度
    予測手段を備え、前記排気ガス温度が低下するほど、筒
    内ガスにおける前記ＥＧＲガス層の割合を多くすること
    を特徴とする請求項２に記載の圧縮自己着火式ガソリン
    機関。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006090884A1 (ja) * 2005-02-24 2006-08-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 内燃機関
JP2007530858A (ja) * 2004-03-25 2007-11-01 インターナショナル エンジン インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー ２つの燃料噴射段階を用いるディーゼルエンジンにおけるｈｃｃｉ−ｃｄ燃焼のための制御方式
JP2007309160A (ja) * 2006-05-17 2007-11-29 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関およびその燃焼制御方法
JP2008138548A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Toyota Industries Corp 予混合圧縮着火機関
WO2008143227A1 (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 Cd-Adapco Japan Co., Ltd. ４サイクルエンジン
JP2010059830A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の可変動弁装置
JP2011021564A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Chiba Univ 予混合圧縮着火ガソリンエンジン
JP2011117331A (ja) * 2009-12-01 2011-06-16 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
CN102465784A (zh) * 2010-11-16 2012-05-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 火花辅助hcci燃烧模式中的瞬态控制策略
JP2012246784A (ja) * 2011-05-25 2012-12-13 Mazda Motor Corp 火花点火式エンジンの制御装置
JP2013024138A (ja) * 2011-07-21 2013-02-04 Nippon Soken Inc 噴霧特性推定装置
KR101393571B1 (ko) 2012-12-17 2014-05-12 기아자동차 주식회사 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진
JP2014234788A (ja) * 2013-06-04 2014-12-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置
JP2015057544A (ja) * 2013-09-16 2015-03-26 ダイヤモンド電機株式会社 ガソリンエンジンの燃焼制御装置
JP2017145696A (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60115841T2 (de) * 2000-01-25 2006-08-17 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Direkteingespritzte brennkraftmaschine
JP3945152B2 (ja) * 2000-11-21 2007-07-18 日産自動車株式会社 内燃機関の燃焼制御装置
JP3988383B2 (ja) * 2000-12-19 2007-10-10 日産自動車株式会社 自己着火式エンジン及びその制御装置
JP3800020B2 (ja) * 2001-03-13 2006-07-19 日産自動車株式会社 圧縮自己着火式エンジン
GB2374633C (en) * 2001-04-19 2015-03-25 Lotus Car A four stroke engine
JP3964387B2 (ja) * 2001-05-22 2007-08-22 株式会社日立製作所 圧縮着火式内燃機関の制御装置
JP3885524B2 (ja) 2001-06-25 2007-02-21 日産自動車株式会社 圧縮自己着火内燃機関
GB0115812D0 (en) * 2001-06-28 2001-08-22 Ford Global Tech Inc Engine with controlled auto-ignition
ITTO20010660A1 (it) * 2001-07-06 2003-01-06 Fiat Ricerche Motore diesel pluricilindrico con azionamento variabile delle valvole.
JP3937791B2 (ja) 2001-10-15 2007-06-27 日産自動車株式会社 多気筒ディーゼルエンジンの制御装置
US6964256B2 (en) * 2002-03-28 2005-11-15 Mazda Motor Corporation Combustion control apparatus for an engine
EP1585892A1 (en) * 2002-12-23 2005-10-19 Jacobs Vehicle Systems Inc. Method of modifying exhaust valve timing to improve engine performance
EP1435442B1 (en) * 2002-12-30 2006-03-01 Ford Global Technologies, Inc. Internal combustion engine, method for auto-ignition operation and computer readable storage device
US6910449B2 (en) 2002-12-30 2005-06-28 Ford Global Technologies, Llc Method for auto-ignition operation and computer readable storage device for use with an internal combustion engine
JP4472932B2 (ja) * 2003-02-07 2010-06-02 いすゞ自動車株式会社 エンジンの燃焼制御装置
JP4005941B2 (ja) * 2003-06-03 2007-11-14 株式会社日立製作所 筒内噴射エンジンの燃焼制御装置及び燃焼制御方法
US7487029B2 (en) * 2004-05-21 2009-02-03 Pratt & Whitney Canada Method of monitoring gas turbine engine operation
US7080613B2 (en) * 2004-07-12 2006-07-25 General Motors Corporation Method for auto-ignition combustion control
US6994072B2 (en) * 2004-07-12 2006-02-07 General Motors Corporation Method for mid load operation of auto-ignition combustion
US7128062B2 (en) * 2004-07-12 2006-10-31 General Motors Corporation Method for mid load operation of auto-ignition combustion
DE102004034505B4 (de) * 2004-07-16 2018-01-04 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
US7263968B2 (en) * 2004-09-30 2007-09-04 Mahle Powertrain Limited Exhaust gas recirculation
CN101218423B (zh) * 2005-03-03 2011-12-21 通用汽车环球科技运作公司 在燃料直喷发动机受控自动点火与火花点火模式之间转换的方法
US7367313B2 (en) * 2005-03-03 2008-05-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Speed transient control methods for direct-injection engines with controlled auto-ignition combustion
DE112006000513B4 (de) * 2005-03-03 2015-06-25 General Motors Global Technology Operations, Inc. Lastsprungsteuerverfahren für Direkteinspritzmotoren mit gesteuerter Selbstzündungsverbrennung
WO2006096424A2 (en) * 2005-03-03 2006-09-14 General Motors Global Technology Operations, Inc. Method for load transient control between lean and stoichiometric combustion modes of direct-injection engines with controlled auto-ignition combustion
US7128046B1 (en) * 2005-03-29 2006-10-31 Sandia National Laboratories Fuel mixture stratification as a method for improving homogeneous charge compression ignition engine operation
SE529412C2 (sv) * 2005-12-21 2007-08-07 Scania Cv Ab Arrangemang och förfarande hos en förbränningsmotor
US8887691B2 (en) * 2007-04-17 2014-11-18 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for selecting a combustion mode for an internal combustion engine
US8776762B2 (en) * 2009-12-09 2014-07-15 GM Global Technology Operations LLC HCCI mode switching control system and method
US8689767B1 (en) * 2011-01-26 2014-04-08 Sandia Corporation Method for operating homogeneous charge compression ignition engines using conventional gasoline
US9151240B2 (en) 2011-04-11 2015-10-06 GM Global Technology Operations LLC Control system and method for a homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine
KR20200052492A (ko) * 2018-11-06 2020-05-15 현대자동차주식회사 연료 분사 제어시스템 및 방법
WO2021011528A1 (en) 2019-07-15 2021-01-21 The Research Foundation For The State University Of New York Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures
JP7468307B2 (ja) * 2020-11-13 2024-04-16 マツダ株式会社 エンジンシステム

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51108104A (ja) * 1975-03-19 1976-09-25 Toyoda Chuo Kenkyusho Kk
US4414940A (en) * 1981-04-13 1983-11-15 Loyd Robert W Conditioned compression ignition system for stratified charge engines
ES2078102T3 (es) * 1992-07-02 1995-12-01 Univ Coventry Motor de combustion interna.
JP3558370B2 (ja) 1994-06-07 2004-08-25 株式会社豊田中央研究所 圧縮着火式ガソリン機関
GB2313623A (en) * 1996-06-01 1997-12-03 Ford Motor Co Fuel supply to EGR gases in a lean-burn auto-ignition i.c. engine
JPH10266878A (ja) 1997-03-26 1998-10-06 Toyota Motor Corp ４ストロークエンジンの制御装置
DE19727385C2 (de) * 1997-06-27 2002-10-10 Bosch Gmbh Robert System zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung insbesondere eines Kraftfahrzeugs
GB2327980A (en) * 1997-08-01 1999-02-10 Ford Global Tech Inc Gasoline i.c. engine with spark-ignition and auto-ignition in the same cylinder
US6227151B1 (en) * 1997-08-01 2001-05-08 Ford Global Technologies, Inc. Gasoline internal combustion engine
FR2768180B1 (fr) * 1997-09-09 1999-10-08 Inst Francais Du Petrole Procede de fonctionnement d'un moteur 4 temps, en auto-allumage controle
US5918577A (en) * 1998-02-04 1999-07-06 Ford Global Technologies, Inc. Stratified exhaust residual engine
JP3880197B2 (ja) 1998-04-10 2007-02-14 株式会社日立製作所 内燃機関の動弁装置
DE60019392T2 (de) * 1999-12-14 2005-09-22 Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama Ottobrennkraftmaschine mit Selbstzündung
JP3815163B2 (ja) * 2000-01-25 2006-08-30 日産自動車株式会社 圧縮自己着火式内燃機関
EP1134400B1 (en) * 2000-01-27 2012-01-18 Nissan Motor Company Limited Auto-ignition combustion management in internal combustion engine
US6321715B1 (en) * 2000-06-23 2001-11-27 Visteon Global Technologies, Inc. Conjugate vortex stratified exhaust gas recirculation system for internal combustion engine

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007530858A (ja) * 2004-03-25 2007-11-01 インターナショナル エンジン インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー ２つの燃料噴射段階を用いるディーゼルエンジンにおけるｈｃｃｉ−ｃｄ燃焼のための制御方式
US7681550B2 (en) 2005-02-24 2010-03-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine
JP2006233839A (ja) * 2005-02-24 2006-09-07 Toyota Motor Corp 内燃機関
EP1857654A1 (en) * 2005-02-24 2007-11-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Inernal combustion engine
EP1857654A4 (en) * 2005-02-24 2014-07-30 Toyota Motor Co Ltd COMBUSTION ENGINE
WO2006090884A1 (ja) * 2005-02-24 2006-08-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 内燃機関
JP2007309160A (ja) * 2006-05-17 2007-11-29 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関およびその燃焼制御方法
US7392795B2 (en) 2006-05-17 2008-07-01 Nissan Motor Co., Ltd. Internal combustion engine and combustion control method
JP2008138548A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Toyota Industries Corp 予混合圧縮着火機関
JP5183630B2 (ja) * 2007-05-21 2013-04-17 株式会社畑村エンジン研究事務所 ４サイクルエンジン
WO2008143227A1 (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 Cd-Adapco Japan Co., Ltd. ４サイクルエンジン
JP2010059830A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の可変動弁装置
JP2011021564A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Chiba Univ 予混合圧縮着火ガソリンエンジン
JP2011117331A (ja) * 2009-12-01 2011-06-16 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
CN102465784A (zh) * 2010-11-16 2012-05-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 火花辅助hcci燃烧模式中的瞬态控制策略
JP2012246784A (ja) * 2011-05-25 2012-12-13 Mazda Motor Corp 火花点火式エンジンの制御装置
JP2013024138A (ja) * 2011-07-21 2013-02-04 Nippon Soken Inc 噴霧特性推定装置
KR101393571B1 (ko) 2012-12-17 2014-05-12 기아자동차 주식회사 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진
JP2014234788A (ja) * 2013-06-04 2014-12-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の熱発生率波形作成装置および燃焼状態診断装置
JP2015057544A (ja) * 2013-09-16 2015-03-26 ダイヤモンド電機株式会社 ガソリンエンジンの燃焼制御装置
JP2017145696A (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE60106325T2 (de) 2005-02-17
EP1156199B1 (en) 2004-10-13
EP1156199A3 (en) 2003-03-19
US6497213B2 (en) 2002-12-24
US20010045201A1 (en) 2001-11-29
EP1156199A2 (en) 2001-11-21
DE60106325D1 (de) 2004-11-18

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