JP2003090249A - 火花点火式直噴内燃機関 - Google Patents
火花点火式直噴内燃機関Info
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B75/12—Other methods of operation
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】低回転・高負荷領域において、ノッキングの発
生を抑制してトルクを向上させる。 【解決手段】低回転・高負荷となる運転領域において、
燃焼室１全体としての混合気がストイキ又はリッチとな
るように燃料噴射量を設定する。そして、設定した燃料
噴射量を吸気行程中と圧縮行程中とに分割して噴射する
際、大部分の燃料を吸気行程中に噴射する。
生を抑制してトルクを向上させる。 【解決手段】低回転・高負荷となる運転領域において、
燃焼室１全体としての混合気がストイキ又はリッチとな
るように燃料噴射量を設定する。そして、設定した燃料
噴射量を吸気行程中と圧縮行程中とに分割して噴射する
際、大部分の燃料を吸気行程中に噴射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内に直接燃料を
噴射する火花点火式直噴内燃機関に関し、特に、ノッキ
ングを回避する技術に関する。
噴射する火花点火式直噴内燃機関に関し、特に、ノッキ
ングを回避する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、燃料を吸気行程中と圧縮行程
中に分割して噴射する内燃機関が知られている。例え
ば、特開平１０−２１３７４４号公報には、中・高負荷
時の特定運転領域で圧縮行程中に燃料を噴射して層状燃
焼を行う機関において、圧縮行程中の燃料噴射に先立っ
て吸気行程中に自己着火し得ない量の燃料を噴射する技
術が開示されている。
中に分割して噴射する内燃機関が知られている。例え
ば、特開平１０−２１３７４４号公報には、中・高負荷
時の特定運転領域で圧縮行程中に燃料を噴射して層状燃
焼を行う機関において、圧縮行程中の燃料噴射に先立っ
て吸気行程中に自己着火し得ない量の燃料を噴射する技
術が開示されている。
【０００３】また、特開平１０−２１２９８７号公報に
は、触媒が活性温度よりも低い冷機時に、燃料を吸気行
程と圧縮行程とに分割して噴射することで、点火プラグ
付近に理論空燃比若しくはリッチな混合気を形成すると
共に、その周囲にリーンな混合気を形成する技術が開示
されている。
は、触媒が活性温度よりも低い冷機時に、燃料を吸気行
程と圧縮行程とに分割して噴射することで、点火プラグ
付近に理論空燃比若しくはリッチな混合気を形成すると
共に、その周囲にリーンな混合気を形成する技術が開示
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者は、ノッ
キングを回避しつつトルクを増大できるものの、設定さ
れた燃料の大部分（６０〜９０％）を圧縮行程の後半に
噴射するので、混合気の混合時間が短く、点火プラグま
わりの混合気がリッチになりすぎるため、未燃燃料の排
出やスモークの排出が増加するおそれがある。
キングを回避しつつトルクを増大できるものの、設定さ
れた燃料の大部分（６０〜９０％）を圧縮行程の後半に
噴射するので、混合気の混合時間が短く、点火プラグま
わりの混合気がリッチになりすぎるため、未燃燃料の排
出やスモークの排出が増加するおそれがある。
【０００５】さらに、スモークを排出するような運転条
件で運転を継続すると、燃焼室内にカーボン・デポジッ
トが堆積し、機関の実質圧縮比が上がって長期的には耐
ノッキング性能を悪化させる（すなわち、機関トルクを
低下させる）こととなる。一方、後者は、吸気行程中の
噴射量を、圧縮行程中に噴射量よりも大きくする制御を
行っているが、ノッキングの発生し難い冷機時の触媒の
暖機を目的とするものでノッキング回避制御とは無関係
な技術である。
件で運転を継続すると、燃焼室内にカーボン・デポジッ
トが堆積し、機関の実質圧縮比が上がって長期的には耐
ノッキング性能を悪化させる（すなわち、機関トルクを
低下させる）こととなる。一方、後者は、吸気行程中の
噴射量を、圧縮行程中に噴射量よりも大きくする制御を
行っているが、ノッキングの発生し難い冷機時の触媒の
暖機を目的とするものでノッキング回避制御とは無関係
な技術である。
【０００６】本発明は、以上のような従来の問題を解決
するためになされたものであり、ノッキングが発生し易
い低回転高負荷領域において、ノッキングを抑制しつ
つ、トルクの向上を効果的に行うことのできる火花点火
式直噴式内燃機関を提供することを目的とする。
するためになされたものであり、ノッキングが発生し易
い低回転高負荷領域において、ノッキングを抑制しつ
つ、トルクの向上を効果的に行うことのできる火花点火
式直噴式内燃機関を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に係
る発明は、低回転・高負荷となる運転領域において、燃
焼室内全体としての混合気がストイキ又はリッチとなる
ように燃料噴射量を設定し、設定した燃料噴射量を吸気
行程中と圧縮行程中とに分割して噴射する際に、吸気行
程中に圧縮行程中より多くの燃料を噴射することを特徴
とする。
る発明は、低回転・高負荷となる運転領域において、燃
焼室内全体としての混合気がストイキ又はリッチとなる
ように燃料噴射量を設定し、設定した燃料噴射量を吸気
行程中と圧縮行程中とに分割して噴射する際に、吸気行
程中に圧縮行程中より多くの燃料を噴射することを特徴
とする。
【０００８】請求項２に係る発明は、前記吸気行程中に
噴射される燃料量を、前記設定された燃料噴射量の９０
％以上とすることを特徴とする。請求項３に係る発明
は、前記圧縮行程中に噴射する燃料量及び噴射時期を制
御することにより、点火プラグまわりに形成される混合
気の当量比を１．０よりも大きく１．２より小さくする
ことを特徴とする。
噴射される燃料量を、前記設定された燃料噴射量の９０
％以上とすることを特徴とする。請求項３に係る発明
は、前記圧縮行程中に噴射する燃料量及び噴射時期を制
御することにより、点火プラグまわりに形成される混合
気の当量比を１．０よりも大きく１．２より小さくする
ことを特徴とする。
【０００９】請求項４に係る発明は、前記圧縮行程中に
噴射する燃料量及び噴射時期を制御することにより、点
火プラグまわりに形成される混合気の容積を燃焼室容積
の半分以下とすることを特徴とする。請求項５に係る発
明は、前記圧縮行程中に噴射する燃料量を、機関の回転
速度が低いほど多く設定することを特徴とする。
噴射する燃料量及び噴射時期を制御することにより、点
火プラグまわりに形成される混合気の容積を燃焼室容積
の半分以下とすることを特徴とする。請求項５に係る発
明は、前記圧縮行程中に噴射する燃料量を、機関の回転
速度が低いほど多く設定することを特徴とする。
【００１０】請求項６に係る発明は、前記圧縮行程中の
噴射時期を、機関の回転速度が高いほど遅く設定するこ
とを特徴とする。
噴射時期を、機関の回転速度が高いほど遅く設定するこ
とを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、低回転・
高負荷領域のようなノッキングが発生しやすい運転条件
において、燃焼室全体としての混合気がストイキ又はリ
ッチとなるように設定された燃料を、吸気行程中と圧縮
行程中とに分割して噴射する。
高負荷領域のようなノッキングが発生しやすい運転条件
において、燃焼室全体としての混合気がストイキ又はリ
ッチとなるように設定された燃料を、吸気行程中と圧縮
行程中とに分割して噴射する。
【００１２】これにより、燃焼室内の周辺混合気がリー
ン化されて耐ノッキング性能が向上し、点火時期を進角
させることができるので、トルクを向上できる。ここ
で、吸気行程中に圧縮行程中よりも多くの燃料を噴射す
ることで、圧縮行程中の噴射により形成される点火プラ
グまわりの混合気（リッチ混合気）が、リッチになりす
ぎるような事態を回避して、未燃燃料の増加に伴うトル
ク低下、燃費性能及び排気性能の悪化を防止できる。
ン化されて耐ノッキング性能が向上し、点火時期を進角
させることができるので、トルクを向上できる。ここ
で、吸気行程中に圧縮行程中よりも多くの燃料を噴射す
ることで、圧縮行程中の噴射により形成される点火プラ
グまわりの混合気（リッチ混合気）が、リッチになりす
ぎるような事態を回避して、未燃燃料の増加に伴うトル
ク低下、燃費性能及び排気性能の悪化を防止できる。
【００１３】請求項２に係る発明によれば、前記吸気行
程中に噴射される燃料量を、前記設定された燃料噴射量
全体の９０％以上とする。これにより、前記リッチ混合
気がリッチになりすぎるような事態を確実に防止できる
と共に、耐ノッキング性能の向上によるトルク向上効果
を確実に得ることができる。
程中に噴射される燃料量を、前記設定された燃料噴射量
全体の９０％以上とする。これにより、前記リッチ混合
気がリッチになりすぎるような事態を確実に防止できる
と共に、耐ノッキング性能の向上によるトルク向上効果
を確実に得ることができる。
【００１４】請求項３に係る発明によれば、前記圧縮行
程中に噴射する燃料量及び噴射時期を制御することによ
り、点火プラグまわりに形成される混合気の当量比を
１．０よりも大きく１．２より小さくする。これによ
り、スモークの排出を確実に防止できると共に、通常の
均質燃焼時よりも最大トルクを高めることができ、燃料
の分割噴射を効果的に実行できる。
程中に噴射する燃料量及び噴射時期を制御することによ
り、点火プラグまわりに形成される混合気の当量比を
１．０よりも大きく１．２より小さくする。これによ
り、スモークの排出を確実に防止できると共に、通常の
均質燃焼時よりも最大トルクを高めることができ、燃料
の分割噴射を効果的に実行できる。
【００１５】請求項４に係る発明によれば、前記圧縮行
程中に噴射する燃料量及び噴射時期を制御することによ
り、点火プラグまわりに形成される混合気の容積を燃焼
室容積の半分以下とする。これにより、未燃燃料の排出
を抑制すると共に、通常の均質燃焼時よりも最大トルク
を高めることができ、燃料の分割噴射を効果的に実行で
きる。
程中に噴射する燃料量及び噴射時期を制御することによ
り、点火プラグまわりに形成される混合気の容積を燃焼
室容積の半分以下とする。これにより、未燃燃料の排出
を抑制すると共に、通常の均質燃焼時よりも最大トルク
を高めることができ、燃料の分割噴射を効果的に実行で
きる。
【００１６】請求項５に係る発明によれば、前記圧縮行
程中に噴射する燃料量を、機関の回転速度が低いほど多
く設定するので、これに伴い吸気行程中に噴射する燃料
により形成される燃焼室周辺部の比較的リーンな混合気
をよりリーン化できる。これにより、高温高圧下に曝さ
れる時間が長くなる低回転領域においても耐ノッキング
性能の悪化を防止し、燃料の分割噴射を効果的に実行で
きる。
程中に噴射する燃料量を、機関の回転速度が低いほど多
く設定するので、これに伴い吸気行程中に噴射する燃料
により形成される燃焼室周辺部の比較的リーンな混合気
をよりリーン化できる。これにより、高温高圧下に曝さ
れる時間が長くなる低回転領域においても耐ノッキング
性能の悪化を防止し、燃料の分割噴射を効果的に実行で
きる。
【００１７】請求項６に係る発明によれば、前記圧縮行
程中の噴射時期を、機関の回転速度が高いほど遅く設定
する。これは、機関の回転速度が高くなるほど圧縮行程
噴射の最適時期が遅角側になることが実験により確認さ
れているからであり、これにより、燃料の分割噴射を効
果的に実施できる。
程中の噴射時期を、機関の回転速度が高いほど遅く設定
する。これは、機関の回転速度が高くなるほど圧縮行程
噴射の最適時期が遅角側になることが実験により確認さ
れているからであり、これにより、燃料の分割噴射を効
果的に実施できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１において、機関の燃焼室１は、シ
リンダヘッド２、シリンダブロック３及びピストン４に
より画成されており、該燃焼室１には吸気ポート５及び
排気ポート６が接続されている。
づいて説明する。図１において、機関の燃焼室１は、シ
リンダヘッド２、シリンダブロック３及びピストン４に
より画成されており、該燃焼室１には吸気ポート５及び
排気ポート６が接続されている。
【００１９】シリンダヘッド２には、燃焼室１内に燃料
を直接噴射する燃料噴射弁１１と燃焼室１内の混合気に
火花点火を行う点火プラグ１２とが、燃焼室１に臨んで
配設されている。ピストン４の冠面には、燃料噴射弁１
１により噴射された燃料を点火プラグ１２周辺に輸送す
るための凹部が形成されている。
を直接噴射する燃料噴射弁１１と燃焼室１内の混合気に
火花点火を行う点火プラグ１２とが、燃焼室１に臨んで
配設されている。ピストン４の冠面には、燃料噴射弁１
１により噴射された燃料を点火プラグ１２周辺に輸送す
るための凹部が形成されている。
【００２０】吸気ポート５の燃焼室１側の開口端には、
吸気用カム９によって開閉駆動される吸気弁７が設けら
れ、排気ポート６の燃焼室１側の開口端には、排気用カ
ム１０によって開閉駆動される排気弁８が設けられてい
る。コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１３は、図示しな
い各種センサ（クランク角センサ、エアーフローメー
タ、アクセル開度センサ等）からの信号に基づいて機関
の運転状態を把握すると共に、所定の演算処理を行い燃
料噴射弁１１による燃料噴射制御（噴射量、噴射時
期）、点火プラグ１２による点火時期制御等を行う。
吸気用カム９によって開閉駆動される吸気弁７が設けら
れ、排気ポート６の燃焼室１側の開口端には、排気用カ
ム１０によって開閉駆動される排気弁８が設けられてい
る。コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１３は、図示しな
い各種センサ（クランク角センサ、エアーフローメー
タ、アクセル開度センサ等）からの信号に基づいて機関
の運転状態を把握すると共に、所定の演算処理を行い燃
料噴射弁１１による燃料噴射制御（噴射量、噴射時
期）、点火プラグ１２による点火時期制御等を行う。
【００２１】そして、前記燃料噴射弁１１は、Ｃ／Ｕ１
３からの駆動信号により開弁し、その開弁時期及び時間
が制御されることで設定された時期に設定された量の燃
料を噴射する。燃料を吸気行程中に噴射すると、噴射さ
れた燃料が拡散して燃焼室１全体に均質な混合気を形成
でき、燃料を圧縮行程中に噴射すると、点火プラグ１２
まわりに集中的な（成層化された）混合気を形成でき
る。
３からの駆動信号により開弁し、その開弁時期及び時間
が制御されることで設定された時期に設定された量の燃
料を噴射する。燃料を吸気行程中に噴射すると、噴射さ
れた燃料が拡散して燃焼室１全体に均質な混合気を形成
でき、燃料を圧縮行程中に噴射すると、点火プラグ１２
まわりに集中的な（成層化された）混合気を形成でき
る。
【００２２】従って、燃料噴射制御と空燃比制御とを組
み合わせることにより、成層リーン燃焼、均質リーン燃
焼、均質ストイキ燃焼等が可能であり、機関の運転状態
（機関回転速度、目標トルク）に応じていずれかの燃焼
方式が設定される。なお、本実施形態では、通常運転時
においては、混合気が理論空燃比（ストイキ）となるよ
うな量の燃料を吸気行程中に燃料を噴射して均質ストイ
キ燃料を行い、低回転・低負荷領域においては、燃焼室
１全体としての混合気がリーンとなるような量の燃料を
圧縮行程中に噴射することで成層リーン燃焼を行う。
み合わせることにより、成層リーン燃焼、均質リーン燃
焼、均質ストイキ燃焼等が可能であり、機関の運転状態
（機関回転速度、目標トルク）に応じていずれかの燃焼
方式が設定される。なお、本実施形態では、通常運転時
においては、混合気が理論空燃比（ストイキ）となるよ
うな量の燃料を吸気行程中に燃料を噴射して均質ストイ
キ燃料を行い、低回転・低負荷領域においては、燃焼室
１全体としての混合気がリーンとなるような量の燃料を
圧縮行程中に噴射することで成層リーン燃焼を行う。
【００２３】また、ノッキングが発生しやすい低回転・
高負荷領域においては、燃料室１全体としての混合気が
ストイキ又はリッチとなるような量の燃料を設定し、こ
れを吸気行程中と圧縮行程中とに分割して噴射すること
にしている。このように設定された燃料を分割して噴射
することで、吸気行程中に設定される燃料噴射によって
燃焼室１内には均質な混合気が形成され、圧縮行程中に
設定される燃料噴射によって点火プラグ１２まわりに集
中的な混合気が形成されることになる。
高負荷領域においては、燃料室１全体としての混合気が
ストイキ又はリッチとなるような量の燃料を設定し、こ
れを吸気行程中と圧縮行程中とに分割して噴射すること
にしている。このように設定された燃料を分割して噴射
することで、吸気行程中に設定される燃料噴射によって
燃焼室１内には均質な混合気が形成され、圧縮行程中に
設定される燃料噴射によって点火プラグ１２まわりに集
中的な混合気が形成されることになる。
【００２４】これにより、設定された量の燃料全てを吸
気行程中に噴射する場合（以下、通常の均質燃焼とい
う）に比べて、前記集中的な混合気（の燃料）の分だ
け、燃焼室１内の周辺混合気（エンドガス）の当量比が
リーン化するので、機関全負荷時において、耐ノッキン
グ性能が向上する。この結果、ノッキング限界点火時期
も早まるので設定点火時期を進角させることができ、通
常の均質燃焼を行ったときよりも機関トルクを増加させ
ることができる。
気行程中に噴射する場合（以下、通常の均質燃焼とい
う）に比べて、前記集中的な混合気（の燃料）の分だ
け、燃焼室１内の周辺混合気（エンドガス）の当量比が
リーン化するので、機関全負荷時において、耐ノッキン
グ性能が向上する。この結果、ノッキング限界点火時期
も早まるので設定点火時期を進角させることができ、通
常の均質燃焼を行ったときよりも機関トルクを増加させ
ることができる。
【００２５】以下、本発明に係る燃料の分割噴射につい
て説明する。図２は、圧縮行程中に噴射した燃料が形成
する点火プラグ１２まわりの集中的な混合気（成層混合
気のリッチ部分、以下、単にリッチ混合気という）の当
量比、機関全負荷トルク及びスモーク発生量の関係を示
す図であり、実験により求めたものである。
て説明する。図２は、圧縮行程中に噴射した燃料が形成
する点火プラグ１２まわりの集中的な混合気（成層混合
気のリッチ部分、以下、単にリッチ混合気という）の当
量比、機関全負荷トルク及びスモーク発生量の関係を示
す図であり、実験により求めたものである。
【００２６】なお、図２において、リッチ混合気は燃焼
室１で点火プラグ１２を中心に同一の容積を占めてお
り、また、リッチ混合気の当量比が大きくなるほど（リ
ッチになるほど）、吸気行程中に噴射される燃料量が少
なく設定される。すなわち、燃焼室１内全体としての平
均当量比は同じであるが、リッチ混合気の当量比を増加
させるほど、燃焼室内周辺部の比較的リーンな混合気の
当量比との差が大きくなる。
室１で点火プラグ１２を中心に同一の容積を占めてお
り、また、リッチ混合気の当量比が大きくなるほど（リ
ッチになるほど）、吸気行程中に噴射される燃料量が少
なく設定される。すなわち、燃焼室１内全体としての平
均当量比は同じであるが、リッチ混合気の当量比を増加
させるほど、燃焼室内周辺部の比較的リーンな混合気の
当量比との差が大きくなる。
【００２７】図に示すように、リッチ混合気の当量比を
増加させていくと、未燃燃料が増加するため機関全負荷
トルクが減少すると共に、スモークの発生量が増加す
る。従って、燃料の分割噴射を効果的に実行するには、
吸気行程中に噴射する燃料量を、圧縮行程中に噴射する
燃料量よりも多く設定する必要があり、もっと言えば、
設定された燃料の大部分を吸気行程中に噴射し、残りの
燃料を圧縮行程中に噴射するようにする。
増加させていくと、未燃燃料が増加するため機関全負荷
トルクが減少すると共に、スモークの発生量が増加す
る。従って、燃料の分割噴射を効果的に実行するには、
吸気行程中に噴射する燃料量を、圧縮行程中に噴射する
燃料量よりも多く設定する必要があり、もっと言えば、
設定された燃料の大部分を吸気行程中に噴射し、残りの
燃料を圧縮行程中に噴射するようにする。
【００２８】また、リッチ混合気の当量比が１．０より
大きく、かつ、約１．２よりも小さい場合に、機関全負
荷トルクが、設定されたすべての燃料を吸気行程中に噴
射する通常の均質燃焼時のトルクを上回る。従って、ノ
ッキングにより点火時期が遅角側に制限されてトルクが
低下する低回転・高負荷領域においては、コントロール
ユニット１３は、リッチ混合気の当量比が１．０よりも
大きく１．２より小さくなるように圧縮行程中に噴射す
る燃料量及び噴射時期を設定する。
大きく、かつ、約１．２よりも小さい場合に、機関全負
荷トルクが、設定されたすべての燃料を吸気行程中に噴
射する通常の均質燃焼時のトルクを上回る。従って、ノ
ッキングにより点火時期が遅角側に制限されてトルクが
低下する低回転・高負荷領域においては、コントロール
ユニット１３は、リッチ混合気の当量比が１．０よりも
大きく１．２より小さくなるように圧縮行程中に噴射す
る燃料量及び噴射時期を設定する。
【００２９】これにより、スモークの発生を防止しつ
つ、燃料の分割噴射を効果的に実行できる。すなわち、
一般的には、分割噴射を行った場合よりもすべての燃料
を吸気行程中に噴射する通常の均質燃焼時の方が、最大
トルクが高いのであるが、低回転・高負荷領域において
は、上述したような分割噴射を実行することで、耐ノッ
キング性能を向上させ、これに伴う点火時期の進角によ
り、通常の均質燃焼時の最大トルクよりも大きなトルク
を得ることができるのである。
つ、燃料の分割噴射を効果的に実行できる。すなわち、
一般的には、分割噴射を行った場合よりもすべての燃料
を吸気行程中に噴射する通常の均質燃焼時の方が、最大
トルクが高いのであるが、低回転・高負荷領域において
は、上述したような分割噴射を実行することで、耐ノッ
キング性能を向上させ、これに伴う点火時期の進角によ
り、通常の均質燃焼時の最大トルクよりも大きなトルク
を得ることができるのである。
【００３０】図３は、燃焼室１容積に対するリッチ混合
気容積の割合、機関全負荷トルク及び未燃混合気の割合
の関係を示す図であり、図２と同様に、実験により求め
たものである。図３において、燃焼室１内全体の平均当
量比、リッチ混合気の当量比は同じである。すなわち、
リッチ混合気の燃焼室容積に占める割合が増加するほ
ど、燃焼室内周辺部の比較的リーンな混合気の当量比と
の差が大きくなる。
気容積の割合、機関全負荷トルク及び未燃混合気の割合
の関係を示す図であり、図２と同様に、実験により求め
たものである。図３において、燃焼室１内全体の平均当
量比、リッチ混合気の当量比は同じである。すなわち、
リッチ混合気の燃焼室容積に占める割合が増加するほ
ど、燃焼室内周辺部の比較的リーンな混合気の当量比と
の差が大きくなる。
【００３１】図に示すように、燃焼室１容積に対するリ
ッチ混合気容積の割合が増加すると機関全負荷トルクが
減少し、燃焼室１容積の半分以上をリッチ混合気が占め
るようになると、機関全負荷トルクが通常の均質燃焼時
のトルクを下回る。従って、ノッキングにより点火時期
が遅角側に制限されてトルクが低下する低回転・高負荷
領域においては、コントロールユニット１３は、リッチ
混合気容積が燃焼室１容積の半分以下となるように、圧
縮行程中に噴射する燃料量及び噴射時期を設定する。
ッチ混合気容積の割合が増加すると機関全負荷トルクが
減少し、燃焼室１容積の半分以上をリッチ混合気が占め
るようになると、機関全負荷トルクが通常の均質燃焼時
のトルクを下回る。従って、ノッキングにより点火時期
が遅角側に制限されてトルクが低下する低回転・高負荷
領域においては、コントロールユニット１３は、リッチ
混合気容積が燃焼室１容積の半分以下となるように、圧
縮行程中に噴射する燃料量及び噴射時期を設定する。
【００３２】これにより、未燃燃料の増加を防止しつ
つ、燃料の分割噴射を効果的に実行できる。以上をまと
めて、燃焼室１容積に対するリッチ混合気の割合と、リ
ッチ混合気の当量比と、機関全負荷トルクとの関係を図
４に示す。図に示すように、トルク及び燃費が悪化する
低回転・高負荷領域においては、機関の運転状態に応じ
て設定された燃料噴射量の９０％以上を吸気行程中に噴
射し、その残りの燃料噴射によって形成されるリッチ混
合気の当量比が１．２よりも小さく、かつ、リッチ混合
気容積が燃焼室１容積の半分以下となるように圧縮行程
中の噴射時期を設定するのが好ましい。
つ、燃料の分割噴射を効果的に実行できる。以上をまと
めて、燃焼室１容積に対するリッチ混合気の割合と、リ
ッチ混合気の当量比と、機関全負荷トルクとの関係を図
４に示す。図に示すように、トルク及び燃費が悪化する
低回転・高負荷領域においては、機関の運転状態に応じ
て設定された燃料噴射量の９０％以上を吸気行程中に噴
射し、その残りの燃料噴射によって形成されるリッチ混
合気の当量比が１．２よりも小さく、かつ、リッチ混合
気容積が燃焼室１容積の半分以下となるように圧縮行程
中の噴射時期を設定するのが好ましい。
【００３３】このようにすれば、ノッキングの発生しや
すい低回転・高負荷領域において、ノッキングを回避し
つつ、分割噴射によるトルク向上効果を最大限に得るこ
とができる。次に、前記圧縮行程中に噴射する燃料量及
び噴射時期について説明する。図５は、機関回転速度
と、リッチ混合気の最適当量比との関係を示すものであ
る。
すい低回転・高負荷領域において、ノッキングを回避し
つつ、分割噴射によるトルク向上効果を最大限に得るこ
とができる。次に、前記圧縮行程中に噴射する燃料量及
び噴射時期について説明する。図５は、機関回転速度
と、リッチ混合気の最適当量比との関係を示すものであ
る。
【００３４】機関回転速度が低いほど、燃焼室内の周辺
混合気が高温高圧下に曝される時間が長くなり、耐ノッ
キング性能は低下する。このため、低回転速度側にある
ほど成層度を高める必要があり、最適なリッチ混合気の
当量比がリッチとなる。従って、コントロールユニット
１３は、機関回転速度が低いほど圧縮行程中に噴射する
燃料量を多く設定する。
混合気が高温高圧下に曝される時間が長くなり、耐ノッ
キング性能は低下する。このため、低回転速度側にある
ほど成層度を高める必要があり、最適なリッチ混合気の
当量比がリッチとなる。従って、コントロールユニット
１３は、機関回転速度が低いほど圧縮行程中に噴射する
燃料量を多く設定する。
【００３５】図６は、圧縮行程中の燃料噴射時期（圧縮
行程噴射時期）、機関全負荷トルク及び機関回転速度の
関係を示すものであり、実験により求めたものである。
図に示すように、圧縮行程噴射時期には機関全負荷トル
クが最大となる最適噴射時期が存在する。すなわち、最
適噴射時期よりも早い時期に圧縮行程中の燃料噴射を行
うと、混合気の成層度が低下して耐ノッキング性能が悪
化する。このため、設定点火時期を遅角せざるを得なく
なり、機関全負荷トルクが低下してしまうのである。
行程噴射時期）、機関全負荷トルク及び機関回転速度の
関係を示すものであり、実験により求めたものである。
図に示すように、圧縮行程噴射時期には機関全負荷トル
クが最大となる最適噴射時期が存在する。すなわち、最
適噴射時期よりも早い時期に圧縮行程中の燃料噴射を行
うと、混合気の成層度が低下して耐ノッキング性能が悪
化する。このため、設定点火時期を遅角せざるを得なく
なり、機関全負荷トルクが低下してしまうのである。
【００３６】一方、最適噴射時期よりも遅い時期に圧縮
行程中の燃料噴射を行うと、混合気の成層度が強くなり
すぎ、未燃燃料の割合が増加したりスモークが発生した
りして、機関全負荷トルクが低下する。また、機関回転
速度が高くなるほど、最適噴射時期が遅角側となること
も実験により確認されている。
行程中の燃料噴射を行うと、混合気の成層度が強くなり
すぎ、未燃燃料の割合が増加したりスモークが発生した
りして、機関全負荷トルクが低下する。また、機関回転
速度が高くなるほど、最適噴射時期が遅角側となること
も実験により確認されている。
【００３７】従って、コントロールユニット１３は、前
記圧縮行程噴射時期を、機関の回転速度が高いほど、遅
角側に設定する。
記圧縮行程噴射時期を、機関の回転速度が高いほど、遅
角側に設定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すシステム図。
【図２】実施形態におけるリッチの当量比、機関全負荷
トルク及びスモーク発生量の関係を示す図。
トルク及びスモーク発生量の関係を示す図。
【図３】実施形態における燃焼室容積に対するリッチ混
合気容積の割合、機関全負荷トルク及び未燃混合気の割
合の関係を示す図。
合気容積の割合、機関全負荷トルク及び未燃混合気の割
合の関係を示す図。
【図４】実施形態における燃焼室容積に対するリッチ混
合気の割合、リッチ混合気の当量比及び機関全負荷トル
クとの関係を示す図。
合気の割合、リッチ混合気の当量比及び機関全負荷トル
クとの関係を示す図。
【図５】実施形態における機関回転速度とリッチ混合気
の最適当量比との関係を示す。
の最適当量比との関係を示す。
【図６】実施形態における圧縮行程噴射時期、機関全負
荷トルク及び機関回転速度の関係を示す図。
荷トルク及び機関回転速度の関係を示す図。
１ 燃焼室
２ シリンダヘッド
３ シリンダブロック
４ ピストン
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
７ 吸気バルブ
８ 排気バルブ
１１ 燃料噴射弁
１２ 点火プラグ
１３ コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 寺地 淳
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 AA06 AB01 AC04 AD02
AD09 AG01
3G301 HA01 HA04 HA16 JA22 JA24
KA06 KA08 KA09 KA23 KA24
KA25 LB04 MA01 MA11 MA18
MA23 NE12 PA01Z PE03Z
PF03Z
Claims (6)
- 【請求項１】低回転・高負荷となる運転領域において、 燃焼室内全体としての混合気がストイキ又はリッチとな
るように燃料噴射量を設定し、 設定した燃料噴射量を吸気行程中と圧縮行程中とに分割
して噴射する際に、吸気行程中に圧縮行程中より多くの
燃料を噴射することを特徴とする火花点火式直噴内燃機
関。 - 【請求項２】前記吸気行程中に噴射される燃料量を、前
記設定された燃料噴射量の９０％以上とすることを特徴
とする請求項１記載の火花点火式直噴内燃機関。 - 【請求項３】前記圧縮行程中に噴射する燃料量及び噴射
時期を制御することにより、点火プラグまわりに形成さ
れる混合気の当量比を１．０よりも大きく１．２より小
さくすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
火花点火式直噴内燃機関。 - 【請求項４】前記圧縮行程中に噴射する燃料量及び噴射
時期を制御することにより、点火プラグまわりに形成さ
れる混合気の容積を燃焼室容積の半分以下とすることを
特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載
の火花点火式直噴内燃機関。 - 【請求項５】前記圧縮行程中に噴射する燃料量を、機関
の回転速度が低いほど多く設定することを特徴とする請
求項１から請求項４のいずれか１つに記載の火花点火式
直噴内燃機関。 - 【請求項６】前記圧縮行程中の噴射時期を、機関の回転
速度が高いほど遅く設定することを特徴とする請求項１
から請求項５のいずれか１つに記載の火花点火式直噴内
燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001283806A JP2003090249A (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | 火花点火式直噴内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001283806A JP2003090249A (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | 火花点火式直噴内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003090249A true JP2003090249A (ja) | 2003-03-28 |
Family
ID=19107252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001283806A Pending JP2003090249A (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | 火花点火式直噴内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003090249A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006329158A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Toyota Motor Corp | 火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置 |
| JP2010053717A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| JP2011214448A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Mazda Motor Corp | 火花点火式エンジンの制御方法および制御装置 |
| CN113217203A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-08-06 | 联合汽车电子有限公司 | 发动机超级爆震抑制方法、存储介质、控制器和*** |
-
2001
- 2001-09-18 JP JP2001283806A patent/JP2003090249A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006329158A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Toyota Motor Corp | 火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置 |
| JP2010053717A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| JP2011214448A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Mazda Motor Corp | 火花点火式エンジンの制御方法および制御装置 |
| CN113217203A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-08-06 | 联合汽车电子有限公司 | 发动机超级爆震抑制方法、存储介质、控制器和*** |
| CN113217203B (zh) * | 2021-04-15 | 2023-09-22 | 联合汽车电子有限公司 | 发动机超级爆震抑制方法、存储介质、控制器和*** |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050823 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050830 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051027 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060613 |