JP4735365B2 - Combustion control device for compression self-ignition engine - Google Patents

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Description

本発明は圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置に関する。   The present invention relates to a combustion control device for a compression self-ignition engine.

ガソリンエンジンにおいて圧縮自己着火燃焼を生じさせるとＮＯｘの排気量を低減できると共に良好な燃費を得ることができる。しかしながら全ての運転領域において良好な圧縮自己着火燃焼を生じさせることができるわけではなく、特に機関負荷が高くなると過早着火が生じるために燃焼騒音が高くなり、従って圧縮自己着火燃焼を行うことができなくなる。   When compression self-ignition combustion is caused in a gasoline engine, the amount of NOx exhaust can be reduced and good fuel consumption can be obtained. However, good compression self-ignition combustion cannot be generated in all operating regions, and particularly when the engine load is high, premature ignition occurs, resulting in high combustion noise, and therefore compression self-ignition combustion can be performed. become unable.

そこで良好な圧縮自己着火燃焼を生じうる負荷領域を高負荷側に拡大するために圧縮行程中に高圧空気或いは高圧水のような高圧流体を燃焼室内に噴射して混合気に温度分布をもたせるようにしたガソリンエンジンが公知である（例えば特許文献１を参照）。このように混合気に温度分布をもたせると温度の高い混合気から順次自己着火するので急激な燃焼が生じずらくなり、斯くして圧縮自己着火燃焼をより高負荷で行うことができる。
特開２００５−２８２５４２号公報 Therefore, in order to expand the load range where good compression self-ignition combustion can occur to the high load side, high-pressure fluid such as high-pressure air or high-pressure water is injected into the combustion chamber during the compression stroke so that the mixture has a temperature distribution. Such a gasoline engine is known (see, for example, Patent Document 1). If the air-fuel mixture has a temperature distribution in this way, the self-ignition is sequentially performed from the air-fuel mixture in order, so that rapid combustion is less likely to occur, and thus compression self-ignition combustion can be performed at a higher load.
JP 2005-282542 A

しかしながらこのように混合気に温度分布をもたせても実際には圧縮自己着火燃焼しうる負荷領域をそれほど高負荷まで拡大できないという問題がある。   However, there is a problem that even if the air-fuel mixture has a temperature distribution in this way, the load region in which compression self-ignition combustion can actually be performed cannot be expanded to a very high load.

上記問題点を解決するために本発明によれば、燃焼室内に電極が配置されており、圧縮自己着火燃焼すべき運転領域として中負荷運転領域と軽負荷運転領域とが予め定められており、中負荷運転時には圧縮自己着火燃焼をしうる負荷領域を高負荷側に拡大するために圧縮上死点前４０°から圧縮上死点までスパークを生じさせない範囲内の高電圧が電極に印加され、軽負荷運転時には電極への高電圧の印加を停止するようにしている。 In order to solve the above problems, according to the present invention, an electrode is arranged in the combustion chamber, and an intermediate load operation region and a light load operation region are predetermined as operation regions to be subjected to compression self-ignition combustion, A high voltage within a range that does not cause a spark from 40 ° before compression top dead center to compression top dead center is applied to the electrode in order to expand the load region where compression self-ignition combustion is possible to the high load side during medium load operation, During light load operation, application of high voltage to the electrodes is stopped.

このように圧縮行程末期にスパークを生じさない範囲内の高電圧を電極に印加すると機関負荷が高くても過早着火することなく圧縮自己着火の着火時期が遅くなり、斯くして良好な圧縮着火燃焼をしうる負荷領域を大きく拡大することができる。   Thus, if a high voltage within the range that does not cause sparks is applied to the electrode at the end of the compression stroke, the ignition timing of compression self-ignition is delayed without premature ignition even if the engine load is high, and thus good compression is achieved. The load region where ignition and combustion can be performed can be greatly expanded.

図１および図２を参照すると、１はガソリンエンジン、２はシリンダブロック、３はピストン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気弁６を駆動するためのアクチュエータ、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気弁９を駆動するためのアクチュエータ、１１は排気ポートを夫々示す。図１および図２に示される実施例では燃焼室５の頂面の中央部に点火栓１２が配置される。また、燃焼室５の一側には燃料噴射弁１３が配置され、燃焼室５の他側には一本の針状をなす補助電極１４が配置される。この補助電極１４はシリンダヘッド４内を貫通する絶縁体１５により支持されている。   1 and 2, 1 is a gasoline engine, 2 is a cylinder block, 3 is a piston, 4 is a cylinder head, 5 is a combustion chamber, 6 is an intake valve, 7 is an actuator for driving the intake valve 6, Reference numeral 8 denotes an intake port, 9 denotes an exhaust valve, 10 denotes an actuator for driving the exhaust valve 9, and 11 denotes an exhaust port. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a spark plug 12 is arranged at the center of the top surface of the combustion chamber 5. A fuel injection valve 13 is disposed on one side of the combustion chamber 5, and a single needle-shaped auxiliary electrode 14 is disposed on the other side of the combustion chamber 5. The auxiliary electrode 14 is supported by an insulator 15 that penetrates through the cylinder head 4.

電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。アクセルペダル２７にはアクセルペダル２７の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ２８が接続され、負荷センサ２８の出力電圧は対応するＡＤ変換器２９を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３０が接続される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路３１を介して燃料噴射弁１３、点火栓１２の点火時期を制御するための点火制御装置３２および電極１４に印加される電圧を制御するための電圧制御装置３３に接続される。   The electronic control unit 20 comprises a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 21. A ROM (read only memory) 22, a RAM (random access memory) 23, a CPU (microprocessor) 24, an input port 25 and an output port 26 are connected. It comprises. A load sensor 28 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 27 is connected to the accelerator pedal 27, and the output voltage of the load sensor 28 is input to the input port 25 via the corresponding AD converter 29. . Further, the input port 25 is connected with a crank angle sensor 30 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 °. On the other hand, the output port 26 is connected to the corresponding fuel injection valve 13, the ignition control device 32 for controlling the ignition timing of the spark plug 12, and the voltage control device for controlling the voltage applied to the electrode 14. 33.

図３は本発明による実施例において予め定められている各運転領域を示している。なお、図３においてＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄは燃料噴射量を表わしており、Ｑａ＜Ｑｂ＜Ｑｃ＜Ｑｄの関係がある。図３に示されるように燃料噴射量Ｑが予め定められた噴射量Ｑａよりも少ない運転領域、即ち、Ｑ≦Ｑａである運転領域は無負荷運転領域と称され、Ｑａ＜Ｑ≦Ｑｂである運転領域は極軽負荷運転領域と称され、Ｑｂ＜Ｑ≦Ｑｃである運転領域は軽負荷運転領域と称され、Ｑｃ＜Ｑ≦Ｑｄである運転領域は中負荷運転領域と称され、Ｑ＞Ｑｄである運転領域は高負荷運転領域と称される。   FIG. 3 shows each operation region which is predetermined in the embodiment according to the present invention. In FIG. 3, Qa, Qb, Qc, and Qd represent fuel injection amounts, and there is a relationship of Qa <Qb <Qc <Qd. As shown in FIG. 3, an operation region in which the fuel injection amount Q is smaller than a predetermined injection amount Qa, that is, an operation region where Q ≦ Qa is referred to as a no-load operation region, and Qa <Q ≦ Qb. The operation region is referred to as an extremely light load operation region, the operation region where Qb <Q ≦ Qc is referred to as a light load operation region, the operation region where Qc <Q ≦ Qd is referred to as a medium load operation region, and Q> The operation region that is Qd is referred to as a high load operation region.

さて、燃焼室５内に供給された燃料は燃焼室５内のガス温がほぼ７００°Ｋに達すると冷炎反応を生じ、次いでほぼ１０００°Ｋに達すると熱炎反応を生じて自己着火に至る。即ち、圧縮自己着火を生じさせるには圧縮行程中における燃焼室５内のガス温を高くしなければならず、従って本発明による実施例では圧縮比が１３以上とされ、図４に示されるように吸気弁６の開弁中に排気弁９を開弁して高温の排気ガスを燃焼室５内に供給するようにしている。   The fuel supplied into the combustion chamber 5 undergoes a cold flame reaction when the gas temperature in the combustion chamber 5 reaches approximately 700 ° K. Then, when the gas temperature reaches approximately 1000 ° K, a fuel flame reaction occurs to cause self-ignition. It reaches. That is, in order to cause compression self-ignition, the gas temperature in the combustion chamber 5 must be increased during the compression stroke. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the compression ratio is set to 13 or more, as shown in FIG. In addition, the exhaust valve 9 is opened while the intake valve 6 is open, so that high-temperature exhaust gas is supplied into the combustion chamber 5.

ところでこのように圧縮比が１３以上とされ、高温の排気ガスを燃焼室５内に供給しても無負荷運転時には発熱量自体が少ないために燃焼室５内のガス温は圧縮自己着火を生ずる温度まで上昇しない。従って図３の無負荷運転領域では吸気弁６の開弁中に排気弁９を開弁させるのを停止し、点火栓１２が発生するスパークによって混合気を着火するようにしている。   By the way, the compression ratio is set to 13 or more in this way, and even if high-temperature exhaust gas is supplied into the combustion chamber 5, the calorific value itself is small during no-load operation, so the gas temperature in the combustion chamber 5 causes compression self-ignition. Does not rise to temperature. Therefore, in the no-load operation region of FIG. 3, the opening of the exhaust valve 9 is stopped while the intake valve 6 is open, and the air-fuel mixture is ignited by the spark generated by the spark plug 12.

一方、図３の極軽負荷運転領域では圧縮行程中における燃焼室５内のガス温を高めるために吸気弁６の開弁中における排気弁９の開弁期間が長くされ、更にこのときには図１に示されるように圧縮行程末期に燃料噴射弁１３から点火栓１２の周りに向けて燃料が噴射される。このように燃焼室５内は成層化すると噴射燃料の密度が高くなるために圧縮自己着火が生じやすくなり、従って極軽負荷運転時には混合気を成層化した状態で圧縮自己着火燃焼が行われる。このとき点火栓１２による点火作用は停止される。   On the other hand, in the extremely light load operation region of FIG. 3, the valve opening period of the exhaust valve 9 during the opening of the intake valve 6 is lengthened in order to increase the gas temperature in the combustion chamber 5 during the compression stroke. As shown, the fuel is injected from the fuel injection valve 13 toward the spark plug 12 at the end of the compression stroke. When the combustion chamber 5 is stratified in this way, the density of the injected fuel becomes high and compression self-ignition tends to occur. Therefore, the compression self-ignition combustion is performed in a state in which the air-fuel mixture is stratified during an extremely light load operation. At this time, the ignition action by the spark plug 12 is stopped.

一方、図３の軽負荷運転領域では発熱量が多くなるために圧縮自己着火燃焼が生じやすくなる。このときには吸気弁６の開弁中における排気弁９の開弁期間が短かくされ、かつ燃料噴射弁１３から吸気行程中に燃料噴射が行われる。このときには均一予混合気のもとで圧縮自己着火燃焼が行われる。このときにも点火栓１２による点火作用は停止される。   On the other hand, in the light load operation region of FIG. At this time, the opening period of the exhaust valve 9 during the opening of the intake valve 6 is shortened, and fuel is injected from the fuel injection valve 13 during the intake stroke. At this time, compression self-ignition combustion is performed under a uniform premixed gas. Also at this time, the ignition action by the spark plug 12 is stopped.

一方、図３の中負荷運転領域では更に発熱量が多くなるために吸気弁６の開弁中における排気弁９の開弁期間が短かくされ、このとき吸気行程時にのみ燃料噴射が行われるか、或いは吸気行程時と圧縮行程末期の双方において燃料噴射が行われる。このときには点火栓１２による点火作用が停止されるか、或いは点火栓１２による点火作用によって圧縮自己着火による着火時期が制御される。   On the other hand, since the amount of heat generation is further increased in the medium load operation region of FIG. 3, the opening period of the exhaust valve 9 during the opening of the intake valve 6 is shortened. At this time, is fuel injection performed only during the intake stroke? Alternatively, fuel injection is performed both during the intake stroke and at the end of the compression stroke. At this time, the ignition operation by the ignition plug 12 is stopped, or the ignition timing by the compression self-ignition is controlled by the ignition operation by the ignition plug 12.

一方、図３の高負荷運転領域では更に発熱量が高くなるためにこのとき圧縮自己着火燃焼を生じさせると過早着火となり、燃焼を抑制できなくなる。従ってこのときには吸気弁６の開弁中に排気弁９を開弁させるのを停止し、点火栓１２が発生するスパークによって混合気を着火するようにしている。このように機関負荷が高くなると安定した圧縮自己着火燃焼を行うのは困難となり、従っていかに高負荷まで安定した圧縮自己着火燃焼を行いうるか、即ち圧縮自己着火燃焼を行いうる図３の中負荷運転領域をいかに高負荷側まで拡大しうるかが重要な問題となる。 On the other hand, in the high load operation region of FIG. 3, the calorific value is further increased. Therefore, if compression self-ignition combustion is caused at this time, premature ignition occurs and combustion cannot be suppressed. Therefore at this time is so as to ignite the air-fuel mixture by a spark stop cause is the valve opening of the exhaust valve 9 during the opening of the intake valves 6, the spark plugs 12 is generated. Thus, when the engine load becomes high, it becomes difficult to perform stable compression self-ignition combustion, and therefore, how stable compression self-ignition combustion can be performed up to a high load, that is, compression self-ignition combustion can be performed. An important issue is how to expand the area to the high load side.

本発明では図３の中負荷運転領域を高負荷側に拡大するために図３の中負荷運転領域では電極１４に高電圧を印加するようにしている。次にこのことについて図５および図６に示される実験結果に基づき説明する。   In the present invention, a high voltage is applied to the electrode 14 in the medium load operation region of FIG. 3 in order to expand the medium load operation region of FIG. 3 to the high load side. Next, this will be described based on the experimental results shown in FIGS.

図５および図６は、図３の中負荷運転領域において点火栓の電極に発生する電圧の発生時期が圧縮自己着火燃焼の着火時期に与える影響を示している。即ち、図５および図６には誘導型点火コイルの１次コイルに印加される１次電圧および２次コイルに発生する２次電圧が示されており、更に圧縮自己着火燃焼が繰返し行われた際の圧縮自己着火時期の度数が示されている。   5 and 6 show the influence of the generation timing of the voltage generated at the spark plug electrode in the middle load operation region of FIG. 3 on the ignition timing of compression self-ignition combustion. That is, FIGS. 5 and 6 show the primary voltage applied to the primary coil of the induction ignition coil and the secondary voltage generated in the secondary coil, and further, compression self-ignition combustion was repeatedly performed. The frequency of the compression self-ignition time is shown.

図５および図６に示されるように１次コイルに１次電圧が発生せしめられると２次コイルには１KV程度の２次電圧が発生し、この２次電圧と同じ電圧が燃焼室内に配置された点火栓の電極に発生する。このとき燃焼室内には燃焼室の内壁面を接地側とする電界が発生する。次いで１次コイルへの通電が停止されると２０KV程度の２次電圧が発生し、点火栓の電極にスパークが発生する。   As shown in FIGS. 5 and 6, when a primary voltage is generated in the primary coil, a secondary voltage of about 1 KV is generated in the secondary coil, and the same voltage as this secondary voltage is arranged in the combustion chamber. Occurs at the spark plug electrode. At this time, an electric field is generated in the combustion chamber with the inner wall surface of the combustion chamber as the ground side. Next, when energization of the primary coil is stopped, a secondary voltage of about 20 KV is generated, and a spark is generated at the electrode of the spark plug.

図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）は点火時期が夫々上死点後（ＡＴＤＣ）２０°，１５°，１０°，５°となるように１次コイルへの通電開始時期を変化させた場合、即ち２次電圧の発生時期、即ち点火栓に１KV程度の高電圧が発生している時期を徐々に早めた場合を示している。   5A, 5B, 6A, and 6B, the ignition timing is 20 °, 15 °, 10 °, and 5 ° after top dead center (ATDC), respectively. It shows a case where the energization start timing of the primary coil is changed, that is, the generation timing of the secondary voltage, that is, the timing when the high voltage of about 1 KV is generated in the spark plug is gradually advanced.

図５（Ａ）に示されるようにＡＴＤＣ２０°においてスパークが発生するように設定すると圧縮自己着火時期は全て圧縮上死点（ＡＴＤＣ＝０）前となり、過早着火状態となる。このときには燃焼騒音が極めて高くなり、従ってこのような圧縮自己着火燃焼は使用できない。この場合、点火栓によるスパークは燃焼完了後に発生するのでこのスパークは燃焼に何ら影響を与えていない。   As shown in FIG. 5A, when the spark is set to occur at 20 ° ATDC, the compression self-ignition timing is all before the compression top dead center (ATDC = 0), and the pre-ignition state is reached. At this time, the combustion noise becomes extremely high, so that such compression self-ignition combustion cannot be used. In this case, since the spark by the spark plug is generated after the completion of the combustion, the spark has no influence on the combustion.

一方、図５（Ｂ）に示されるように点火時期がＡＴＤＣ１５°まで早められると２次電圧の発生開始時期、即ち点火栓電極における高電圧の発生開始時期が圧縮上死点前となり、このときには図５（Ａ）に比較するとわかるように圧縮上死点前直前における圧縮自己着火時期の度数が増大する。即ち、圧縮自己着火時期が遅れる場合が生じてくる。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the ignition timing is advanced to ATDC 15 °, the secondary voltage generation start timing, that is, the high voltage generation start timing at the spark plug electrode is before the compression top dead center. As can be seen from comparison with FIG. 5A, the frequency of the compression self-ignition timing immediately before the compression top dead center increases. That is, there is a case where the compression self-ignition timing is delayed.

一方、図６（Ａ）に示されるように点火時期がＡＴＤＣ１０°まで早められると２次電圧の発生開始時期、即ち点火栓電極における高電圧の発生開始時期が図５（Ａ）に示される圧縮自己着火開始時期付近となり、このときには圧縮上死点後における圧縮自己着火時期の度数が増大する。即ち、圧縮自己着火時期が圧縮上死点後まで遅れる場合が生じてくる。   On the other hand, when the ignition timing is advanced to ATDC 10 ° as shown in FIG. 6 (A), the secondary voltage generation start timing, that is, the high voltage generation start timing at the spark plug electrode is compressed as shown in FIG. 5 (A). Near the self-ignition start time, the frequency of the compression self-ignition time after the compression top dead center increases. That is, there is a case where the compression self-ignition timing is delayed until after the compression top dead center.

一方、図６（Ｂ）に示されるように点火時期がＡＴＤＣ５°まで早められると２次電圧の発生開始時期、即ち点火栓電極における高電圧の発生開始時期が図５（Ａ）に示される圧縮自己着火時期よりもかなり早くなり、このときには圧縮自己着火時期が圧縮上死点後となって良好な圧縮自己着火燃焼が行われる。このときにも燃焼が完了した後にスパークが発生するのでスパークが圧縮自己着火燃焼に影響を与えていないことは明らかである。   On the other hand, when the ignition timing is advanced to ATDC 5 ° as shown in FIG. 6 (B), the secondary voltage generation start timing, that is, the high voltage generation start timing at the spark plug electrode is compressed as shown in FIG. 5 (A). It becomes considerably earlier than the self-ignition time, and at this time, the compression self-ignition time comes after the compression top dead center, and good compression self-ignition combustion is performed. At this time, since the spark is generated after the combustion is completed, it is clear that the spark does not affect the compression self-ignition combustion.

してみると圧縮自己着火時期が遅れたのは点火栓に高電圧が印加されたからである。点火栓に高電圧を印加すると圧縮自己着火時期が遅れる理由は必ずしも明らかではないがおそらく次の理由によるものと思われる。即ち、前述したように混合気を圧縮すると最初に冷炎反応が生じ、次いで圧縮自己着火燃焼を生じさせる熱炎反応が生じる。この場合、冷炎反応が生じるとＯＨラジカルやＣＨＯラジカル等の中間生成物が生成され、これら中間生成物の反応がトリガーとなって熱炎反応が生ずる。   As a result, the compression self-ignition timing was delayed because a high voltage was applied to the spark plug. The reason why the compression self-ignition timing is delayed when a high voltage is applied to the spark plug is not necessarily clear, but is probably due to the following reason. That is, as described above, when the air-fuel mixture is compressed, a cold flame reaction first occurs, and then a hot flame reaction that causes compression self-ignition combustion occurs. In this case, when a cold flame reaction occurs, intermediate products such as OH radicals and CHO radicals are generated, and the reaction of these intermediate products triggers a hot flame reaction.

ところが点火栓に電圧が印加されると電界エネルギにより中間生成物は発生するや否や燃焼して消滅してしまう。その結果、熱炎反応のトリガーとなる中間生成物が存在しなくなるために圧縮自己着火時期が遅れるものと考えられる。そこで本発明では冷炎反応が生じる圧縮行程末期に、スパークを生じない範囲内の高電圧を燃焼室内に配置した電極に印加し、それによって圧縮自己着火時期を遅らすことにより良好な圧縮自己着火燃焼を確保するようにしている。   However, when a voltage is applied to the spark plug, the intermediate product is burned and disappears as soon as it is generated by the electric field energy. As a result, it is thought that the compression self-ignition timing is delayed because there is no intermediate product that triggers the hot flame reaction. Therefore, in the present invention, at the end of the compression stroke in which a cold flame reaction occurs, a high voltage within a range in which no spark is generated is applied to an electrode disposed in the combustion chamber, thereby delaying the compression self-ignition timing, thereby achieving good compression self-ignition combustion. To ensure.

次に図７を参照しつつ具体的な実施例について説明する。なお、図７は図３の中負荷運転領域における運転制御を示している。図７（Ａ）に示す例では図１および図２において点火栓１２による点火作用が行われず、補助電極１４に圧縮上死点（ＴＤＣ）前のほぼ４０°からほぼ圧縮上死点までほぼ２KVの一定の高電圧が補助電極１４に連続的に印加され、それによって良好な圧縮自己着火燃焼が行われる。   Next, a specific embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows operation control in the medium load operation region of FIG. In the example shown in FIG. 7A, the ignition operation by the spark plug 12 is not performed in FIG. 1 and FIG. 2, and the auxiliary electrode 14 is approximately 2 KV from approximately 40 ° before compression top dead center (TDC) to approximately compression top dead center. Is constantly applied to the auxiliary electrode 14, thereby achieving good compression self-ignition combustion.

前述したように冷炎反応は燃焼室５内のガス温がほぼ７００°Ｋになったときに開始され、燃焼室５内のガス温がほぼ７００°Ｋになるのはほぼ圧縮上死点前４０°である。補助電極１４への高電圧の印加は冷炎反応が開始される頃から開始させるのが好ましく、従って本発明による実施例では図７（Ａ）に示されるようにほぼ圧縮上死点前４０°において補助電極１４への高電圧の印加が開始される。一方、圧縮自己着火燃焼が開始される頃になれば補助電極１４に高電圧を印加する必要はなく、従って図７（Ａ）に示されるように圧縮自己着火燃焼が開始される直前のほぼ圧縮上死点において補助電極１４への高電圧の印加が停止される。   As described above, the cold flame reaction starts when the gas temperature in the combustion chamber 5 becomes approximately 700 ° K. The gas temperature in the combustion chamber 5 becomes approximately 700 ° K before the compression top dead center. 40 °. The application of a high voltage to the auxiliary electrode 14 is preferably started from the time when the cold flame reaction is started. Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. Then, application of a high voltage to the auxiliary electrode 14 is started. On the other hand, when the compression self-ignition combustion starts, it is not necessary to apply a high voltage to the auxiliary electrode 14, and therefore, almost compression immediately before the compression self-ignition combustion is started as shown in FIG. Application of the high voltage to the auxiliary electrode 14 is stopped at the top dead center.

なお、補正電極１４に高電圧を印加しているときに補助電極１４にスパークが発生すると過早着火を生じてしまい、従って補助電極１４にはスパークが発生しないようにする必要がある。即ち、補助電極１４にはほぼ１KV以上の高電圧が印加されるがこの印加電圧はスパークが生じない範囲内の高電圧とされる。   Note that if a spark is generated in the auxiliary electrode 14 while a high voltage is applied to the correction electrode 14, pre-ignition occurs, and therefore it is necessary to prevent the auxiliary electrode 14 from generating a spark. That is, a high voltage of approximately 1 KV or more is applied to the auxiliary electrode 14, but this applied voltage is set to a high voltage within a range where no spark is generated.

図７（Ｂ）に示される例ではほぼ圧縮上死点前４０°からほぼ圧縮上死点まで補助電極１４に高電圧が印加され、圧縮上死点付近において点火栓１２によるスパークが発生せしめられる。スパークが発生せしめられるとスパークがトリガーとなって圧縮自己着火燃焼が開始される。このようにスパークを発生させると圧縮自己着火時期を安定化することができるという利点がある。   In the example shown in FIG. 7B, a high voltage is applied to the auxiliary electrode 14 from approximately 40 ° before the compression top dead center to approximately the compression top dead center, and a spark is generated by the spark plug 12 near the compression top dead center. . When a spark is generated, the spark is triggered to start compression self-ignition combustion. Thus, when spark is generated, there is an advantage that the compression self-ignition timing can be stabilized.

図７（Ｃ）に示される例ではほぼ圧縮上死点前４０°から点火コイルの２次電圧が発生せしめられ、このとき点火栓１２にはほぼ１KV程度の電圧が印加される。次いで圧縮上死点付近になると点火栓１２にスパークが発生せしめられる。この実施例では点火栓１２が電界を発生させるための電極の役目を果しており、従ってこの例では図１および図２に示される補助電極１４を設ける必要がない。   In the example shown in FIG. 7C, the secondary voltage of the ignition coil is generated approximately 40 ° before the compression top dead center. At this time, a voltage of approximately 1 KV is applied to the spark plug 12. Next, when the compression top dead center is reached, a spark is generated in the spark plug 12. In this embodiment, the spark plug 12 serves as an electrode for generating an electric field. Therefore, in this example, it is not necessary to provide the auxiliary electrode 14 shown in FIGS.

図８および図９にガソリン機関の夫々別の実施例を示す。図８に示す例ではピストン３の頂面上に噴射燃料ガイド溝１６が形成され、成層化を行うときには燃料噴射弁１３からこのガイド溝１６内に向けて燃料が噴射される。ガイド溝１６内に向けて噴射された燃料は点火栓１２に向けて上昇し、点火栓１２の周りに混合気を形成する。図９に示される例では燃料噴射弁１３に加えて別の燃料噴射弁１７が吸気ポート８に取付けられる。この例では燃料噴射弁１３から吸気行程に噴射する代りに燃料噴射弁１７から燃料が噴射される。   8 and 9 show another embodiment of the gasoline engine. In the example shown in FIG. 8, an injection fuel guide groove 16 is formed on the top surface of the piston 3, and fuel is injected from the fuel injection valve 13 into the guide groove 16 when stratification is performed. The fuel injected toward the guide groove 16 rises toward the spark plug 12 and forms an air-fuel mixture around the spark plug 12. In the example shown in FIG. 9, another fuel injection valve 17 is attached to the intake port 8 in addition to the fuel injection valve 13. In this example, fuel is injected from the fuel injection valve 17 instead of being injected from the fuel injection valve 13 into the intake stroke.

図１０に別の実施例を示す。なお、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）に示されるシリンダヘッド４の底面図を示している。この実施例では燃焼室５の周辺部に周辺方向に互いに等しい間隔を隔てて複数個の補助電極１４が配置されており、各補助電極１４に同時に高電圧が印加される。この場合、中間生成物の燃焼が促進されるので更に圧縮自己着火時期を遅らすことができる。   FIG. 10 shows another embodiment. FIG. 10B shows a bottom view of the cylinder head 4 shown in FIG. In this embodiment, a plurality of auxiliary electrodes 14 are arranged in the peripheral portion of the combustion chamber 5 at equal intervals in the peripheral direction, and a high voltage is simultaneously applied to each auxiliary electrode 14. In this case, since the combustion of the intermediate product is promoted, the compression self-ignition timing can be further delayed.

図１１に示される実施例では電圧制御装置３３が各補助電極１４に対して夫々設けられた変圧器４０と、交流電源４１と、交流電源４１を各変圧器４０の１次側巻線に印加するのを制御するための印加制御装置４２とを具備する。この実施例では各補助電極１４に交流電圧又は交番電圧が印加される。   In the embodiment shown in FIG. 11, the voltage control device 33 applies a transformer 40 provided for each auxiliary electrode 14, an AC power supply 41, and an AC power supply 41 to the primary winding of each transformer 40. And an application control device 42 for controlling the operation. In this embodiment, an AC voltage or an alternating voltage is applied to each auxiliary electrode 14.

また、この実施例では図１２に示されるように各補助電極１４に印加される第１から第４の印加電圧に位相差をもたせることができる。このように各補助電極１４に順次位相をずらして交流電圧又は交番電圧を印加することによって常時燃焼室５内に電界を発生させておくことができる。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 12, the first to fourth applied voltages applied to the auxiliary electrodes 14 can have a phase difference. Thus, an electric field can always be generated in the combustion chamber 5 by applying an alternating voltage or an alternating voltage to the auxiliary electrodes 14 while sequentially shifting the phase.

図１３に更に別の実施例を示す。この実施例では図１３（Ａ）に示されるようにシリンダブロック２とシリンダヘッド４間に環状をなす絶縁板４３が挿入されており、燃焼室５内に突き出ている複数個の補助電極１４がこの絶縁板４３によって支持されている。絶縁板４３内部の配線を示す図１３（Ｂ）を参照すると各補助電極１４を結ぶ導線４４が絶縁板４３内を延びていることがわかる。   FIG. 13 shows still another embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 13A, an annular insulating plate 43 is inserted between the cylinder block 2 and the cylinder head 4, and a plurality of auxiliary electrodes 14 protruding into the combustion chamber 5 are provided. It is supported by this insulating plate 43. Referring to FIG. 13B showing the wiring inside the insulating plate 43, it can be seen that the conductive wire 44 connecting the auxiliary electrodes 14 extends in the insulating plate 43.

図１４に更に別の実施例を示す。この実施例では図１４（Ａ）に示されるように燃焼室５の頂面中央に燃料噴射弁４５が配置されている。燃料噴射弁４５の先端部を示す図１４（Ｂ）を参照するとニードル弁４６の周りには中空円筒状の絶縁体４７が取付けられており、この絶縁体４７内に円筒状の補助電極４８が配置されている。この実施例ではこの補助電極４８に高電圧が印加される。   FIG. 14 shows still another embodiment. In this embodiment, a fuel injection valve 45 is arranged at the center of the top surface of the combustion chamber 5 as shown in FIG. Referring to FIG. 14B showing the tip of the fuel injection valve 45, a hollow cylindrical insulator 47 is attached around the needle valve 46, and a cylindrical auxiliary electrode 48 is provided in the insulator 47. Has been placed. In this embodiment, a high voltage is applied to the auxiliary electrode 48.

一方、この実施例でもシリンダブロック２とシリンダヘッド４間には絶縁板４３が挿入されており、この絶縁板４３の内周面上には等角度間隔を隔てて一対の電極からなる複数個の点火用電極４９が配置されている。図１４（Ｃ）はピストン３の頂面を示しており、この図１４（Ｃ）には燃料噴射弁４５からの噴射燃料ｆも示されている。図１４（Ａ）および図１４（Ｃ）からわかるようにこの実施例では噴射燃料ｆを案内するための噴射燃料ガイド溝５０が各噴射燃料ｆに対して夫々ピストン３の頂面上に形成されており、噴射燃料ｆの進行方向に各点火用電極４９が配置されている。なお、この実施例では図１４（Ｃ）からわかるように各点火用電極４９は直列接続されている。   On the other hand, also in this embodiment, an insulating plate 43 is inserted between the cylinder block 2 and the cylinder head 4, and a plurality of pairs of electrodes are formed on the inner peripheral surface of the insulating plate 43 at equal angular intervals. An ignition electrode 49 is disposed. FIG. 14C shows the top surface of the piston 3, and FIG. 14C also shows the injected fuel f from the fuel injection valve 45. As can be seen from FIGS. 14A and 14C, in this embodiment, an injected fuel guide groove 50 for guiding the injected fuel f is formed on the top surface of the piston 3 for each injected fuel f. Each ignition electrode 49 is arranged in the traveling direction of the injected fuel f. In this embodiment, as can be seen from FIG. 14C, the ignition electrodes 49 are connected in series.

次に、圧縮自己着火による着火時期を点火栓による点火時期で制御するようにした場合において、圧縮自己着火による燃焼が予め定められた最適な時期に行われるように点火時期を制御するようにしたいくつかの実施例について説明する。   Next, when the ignition timing by the compression self-ignition is controlled by the ignition timing by the spark plug, the ignition timing is controlled so that the combustion by the compression self-ignition is performed at a predetermined optimum time. Several examples will be described.

図１５は良好な圧縮自己着火燃焼が行われているときの燃焼室５内の圧力Ｐの変化を示している。良好な圧縮自己着火燃焼が行われているときには図１５に示されるように単位クランク角度当りの圧力Ｐの変化である圧力変化率ｄＰ／ｄθが最大（ｄＰ／ｄθ）maxとなるクランク角θｐはＡＴＤＣ１０°前後であり、従ってこの実施例では最大圧力変化率（ｄＰ／ｄθ）maxとなるクランク角θｐがθａ、例えばＡＴＤＣ５°とθｒ、例えばＡＴＤＣ１５°との間になるように制御される。なお、この実施例では燃焼室５内の圧力Ｐを検出するために図１６に示すように燃焼室３内に圧力センサ５１が配置されている。 FIG. 15 shows a change in the pressure P in the combustion chamber 5 when good compression self-ignition combustion is performed. When good compression self-ignition combustion is performed, as shown in FIG. 15, the crank angle θp at which the pressure change rate dP / dθ, which is the change in the pressure P per unit crank angle, is maximum (dP / dθ) max is Accordingly, in this embodiment, the crank angle θp at which the maximum pressure change rate (dP / dθ) max is controlled to be θa, for example, between ATDC 5 ° and θr, for example, ATDC 15 °. In this embodiment, a pressure sensor 51 is arranged in the combustion chamber 3 to detect the pressure P in the combustion chamber 5 as shown in FIG.

図１７は点火時期の制御ルーチンを示している。
図１７を参照するとまず初めにステップ１００において燃料噴射量Ｑが図３に示されるＱｃとＱｄの間であるか否か、即ち中負荷運転領域であるか否かが判別される。中負荷運転領域であるときにはステップ１０１に進んで圧力センサ５１により燃焼室５内の圧力が検出される。次いでステップ１０２では圧力変化率ｄＰ／ｄθが算出され、次いでステップ１０３では最大圧力変動率（ｄＰ／ｄθ）maxとなるクランク角θｐが算出される。 FIG. 17 shows an ignition timing control routine.
Referring to FIG. 17, first, at step 100, it is judged if the fuel injection amount Q is between Qc and Qd shown in FIG. When in the middle load operation region, the routine proceeds to step 101 where the pressure sensor 51 detects the pressure in the combustion chamber 5. Next, at step 102, the pressure change rate dP / dθ is calculated, and then at step 103, the crank angle θp at which the maximum pressure fluctuation rate (dP / dθ) max is calculated.

次いでステップ１０４ではこのクランク角θｐが許容限界クランク角θａよりも早くなったか否か、即ち小さくなったか否かが判別される。θｐ＜θａのときにはステップ１０５に進んで点火時期の補正量ΔＩＧから一定値αが減算され、次いでステップ１０６では噴射時期の補正量ΔＩＮから一定値βが減算される。次いでステップ１１０に進む。一方、ステップ１０４においてＱｐ≧θａであると判別されたときにはステップ１０７に進んでクランク角θｐが許容限界クランク角θｒよりも遅くなったか否か、即ち大きくなったか否かが判別される。θｐ＞θｒのときにはステップ１０８に進んで点火時期の補正量ΔＩＧに一定値αが加算され、次いでステップ１０９では噴射時期の補正量ΔＩＮに一定値βが加算される。次いでステップ１１０に進む。   Next, at step 104, it is judged if this crank angle θp has become earlier than the allowable limit crank angle θa, that is, if it has become smaller. When θp <θa, the routine proceeds to step 105, where the constant value α is subtracted from the ignition timing correction amount ΔIG, and then at step 106, the constant value β is subtracted from the injection timing correction amount ΔIN. Next, the routine proceeds to step 110. On the other hand, when it is determined in step 104 that Qp ≧ θa, the routine proceeds to step 107, where it is determined whether or not the crank angle θp is later than the allowable limit crank angle θr. When θp> θr, the routine proceeds to step 108, where the constant value α is added to the ignition timing correction amount ΔIG, and then at step 109, the constant value β is added to the injection timing correction amount ΔIN. Next, the routine proceeds to step 110.

ステップ１１０では機関の運転状態に応じて予め定められている基本点火時期ＩＧ0に点火時期の補正量ΔＩＧを加算することによって点火時期ＩＧが求められる。即ち、θｐ＜θａになるとθｐ＞θａとなるように点火時期ＩＧが遅らされ、θｐ＞θｒになるとθｐ＜θｒとなるように点火時期ＩＧが早められる。 The ignition timing IG is calculated by adding the correction amount ΔIG of the ignition timing in accordance with the operating condition of the step 110 in the engine to the basic ignition timing IG 0 which is determined in advance. That is, when θp <θa, the ignition timing IG is delayed so that θp> θa, and when θp> θr, the ignition timing IG is advanced so that θp <θr.

次いでステップ１１１では機関の運転状態に応じて予め定められている基本噴射時期ＩＮ0に噴射時期の補正量ΔＩＮを加算することによって噴射時期ＩＮが求められる。従って点火時期ＩＧが変化せしめられたときに燃料噴射弁１３からの噴射時期ＩＮは点火時期ＩＧとの間隔を一定に保つように点火時期ＩＧの変化に追従して変化せしめられることがわかる。なお、このように噴射時期ＩＮと点火時期ＩＧとの間隔を一定に保つとメリットが生ずるのは圧縮行程末期に噴射した燃料を点火栓１２により点火するようにした場合である。即ち、圧縮行程末期に噴射した燃料により最適な濃度の混合気が形成されるのは噴射後一定期間後である。従って噴射時期ＩＮと点火時期ＩＧとの間隔を一定に保つと点火栓１２による良好な着火が得られ、これがトリガーとなって圧縮自己燃焼が安定して開始される。 Next, at step 111, the injection timing IN is obtained by adding the correction amount ΔIN of the injection timing to the basic injection timing IN 0 determined in advance according to the operating state of the engine. Therefore, it can be seen that when the ignition timing IG is changed, the injection timing IN from the fuel injection valve 13 is changed following the change of the ignition timing IG so as to keep the interval from the ignition timing IG constant. It should be noted that a merit is obtained when the interval between the injection timing IN and the ignition timing IG is kept constant in this way when the fuel injected at the end of the compression stroke is ignited by the spark plug 12. That is, the fuel mixture injected at the end of the compression stroke forms an air-fuel mixture with an optimal concentration after a certain period after injection. Therefore, when the interval between the injection timing IN and the ignition timing IG is kept constant, good ignition by the spark plug 12 is obtained, and this serves as a trigger to stably start the compression self-combustion.

図１８は図１５と同様な良好な圧縮自己着火燃焼が行われているときの燃焼室５内の圧力Ｐの変化を示している。良好な圧縮自己着火燃焼が行われているときには図１８に示されるように圧縮自己着火の着火時期θIはＡＴＤＣ５°前後であり、従ってこの実施例では着火時期θIがθａ、例えばＴＤＣとθｒ、例えばＡＴＤＣ１０°との間になるように制御される。 FIG. 18 shows a change in the pressure P in the combustion chamber 5 when good compression self-ignition combustion is performed as in FIG. When good compression self-ignition combustion is performed, as shown in FIG. 18, the ignition timing θ I of compression self-ignition is around ATDC 5 °. Therefore, in this embodiment, the ignition timing θ I is θa, for example, TDC and θr. For example, it is controlled to be between ATDC 10 °.

なお、補正電極１４に電圧が印加されていると圧縮自己着火燃焼が開始されたときに補助電極１４から接地側にイオン電流が流れ、従ってこのイオン電流が流れたことから圧縮自己着火が生じたか否かを判断することができる。そこでこの実施例では図１９に示されるように各補正電極１４に流れる電流を検出するための検出器５２を各補正電極１４毎に設け、検出器５２の検出信号をイオン電流検出装置５３に送り込んで圧縮自己着火時期を検出するようにしている。   If a voltage is applied to the correction electrode 14, an ion current flows from the auxiliary electrode 14 to the ground side when the compression self-ignition combustion is started. It can be determined whether or not. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 19, a detector 52 for detecting the current flowing through each correction electrode 14 is provided for each correction electrode 14, and the detection signal of the detector 52 is sent to the ion current detection device 53. To detect the compression self-ignition timing.

図２０は点火時期の制御ルーチンを示している。
図２０を参照するとまず初めにステップ２００において燃料噴射量Ｑが図３に示されるＱｃとＱｄの間であるか否か、即ち中負荷運転領域であるか否かが判別される。中負荷運転領域であるときにはステップ２０１に進んで各検出器５２によりイオン電流が検出され、次いでステップ２０２ではイオン電流検出装置５３により着火時期θIが決定される。 FIG. 20 shows an ignition timing control routine.
Referring to FIG. 20, first, at step 200, it is judged if the fuel injection amount Q is between Qc and Qd shown in FIG. By each detector 52 proceeds to step 201 when a middle-load operation region is detected ion current, then the ignition timing theta I is determined by the ion current detecting device 53 in step 202.

次いでステップ２０３ではこの着火時期θIが許容限界クランク角θａよりも早くなったか否か、即ち小さくなったか否かが判別される。θI＜θａのときにはステップ２０４に進んで点火時期の補正量ΔＩＧから一定値αが減算され、次いでステップ２０５では噴射時期の補正量ΔＩＮから一定値βが減算される。次いでステップ２０９に進む。一方、ステップ２０３においてＱI≧θａであると判別されたときにはステップ２０６に進んで着火時期θIが許容限界クランク角θｒよりも遅くなったか否か、即ち大きくなったか否かが判別される。θｐ＞θｒのときにはステップ２０７に進んで点火時期の補正量ΔＩＧに一定値αが加算され、次いでステップ２０８では噴射時期の補正量ΔＩＮに一定値βが加算される。次いでステップ２０９に進む。 Then whether step 203 is the ignition timing theta I was faster than the permissible limit crank angle .theta.a, whether i.e. becomes small it is determined. When θ I <θa, the routine proceeds to step 204, where the constant value α is subtracted from the ignition timing correction amount ΔIG, and then at step 205, the constant value β is subtracted from the injection timing correction amount ΔIN. Next, the routine proceeds to step 209. On the other hand, when it is determined in step 203 that Q I ≧ θa, the routine proceeds to step 206, where it is determined whether or not the ignition timing θ I is later than the allowable limit crank angle θr, that is, whether or not it has become larger. When θp> θr, the routine proceeds to step 207, where the constant value α is added to the ignition timing correction amount ΔIG, and then at step 208, the constant value β is added to the injection timing correction amount ΔIN. Next, the routine proceeds to step 209.

ステップ２０９では機関の運転状態に応じて予め定められている基本点火時期ＩＧ0に点火時期の補正量ΔＩＧを加算することによって点火時期ＩＧが求められる。即ち、θｐ＜θａになるとθｐ＞θａとなるように点火時期ＩＧが遅らされ、θｐ＞θｒになるとθｐ＜θｒとなるように点火時期ＩＧが早められる。 The ignition timing IG is calculated by adding the correction amount ΔIG of the ignition timing in step 209 in accordance with the engine operating state to the basic ignition timing IG 0 which is determined in advance. That is, when θp <θa, the ignition timing IG is delayed so that θp> θa, and when θp> θr, the ignition timing IG is advanced so that θp <θr.

次いでステップ２１０では機関の運転状態に応じて予め定められている基本噴射時期ＩＮ0に噴射時期の補正量ΔＩＮを加算することによって噴射時期ＩＮが求められる。従ってこの実施例でも点火時期ＩＧが変化せしめられたときに燃料噴射弁１３からの噴射時期ＩＮは点火時期ＩＧとの間隔を一定に保つように点火時期ＩＧの変化に追従して変化せしめられる。 Next, at step 210, the injection timing IN is obtained by adding the correction amount ΔIN of the injection timing to the basic injection timing IN 0 determined in advance according to the operating state of the engine. Therefore, also in this embodiment, when the ignition timing IG is changed, the injection timing IN from the fuel injection valve 13 is changed following the change of the ignition timing IG so as to keep the interval from the ignition timing IG constant.

図２１に更に別の実施例を示す。この実施例では燃焼室５の周辺部に対をなす複数個の電極５４が等角度間隔で配置されており、これら電極５４は点火栓としても補助電極としても使用される。即ち、この実施例では点火制御装置３２の出力電圧は、点火制御装置３２から各電極５４に向かう電流方向が順方向となるダイオード５５を介して各補助電極５４に印加され、電圧制御装置３３の出力電圧は、電圧制御装置３３から各電極５４に向かう電流方向が順方向となるダイオード５６を介して各補助電極５４に印加される。   FIG. 21 shows still another embodiment. In this embodiment, a plurality of pairs of electrodes 54 are arranged at equiangular intervals around the periphery of the combustion chamber 5, and these electrodes 54 are used both as spark plugs and auxiliary electrodes. That is, in this embodiment, the output voltage of the ignition control device 32 is applied to each auxiliary electrode 54 via the diode 55 in which the current direction from the ignition control device 32 toward each electrode 54 is the forward direction. The output voltage is applied to each auxiliary electrode 54 via a diode 56 whose current direction from the voltage control device 33 toward each electrode 54 is the forward direction.

この実施例では点火制御装置３２の出力電圧と電圧制御装置３３の出力電圧のうちで高い方の出力電圧が各電極５４に印加される。図２２に電圧発生装置３３から出力される２KV程度の補助電圧と点火制御装置３２から出力される２０KV程度の点火電圧とが示されており、図２２に示されるようにNo.１からNo.４の各電極５４に印加される印加電圧は補助電圧と点火電圧とのうちで高い方の出力電圧となる。なお、この実施例では点火制御装置３２として容量型点火装置が用いられており、従ってこの実施例では点火電圧はスパイク状に発生する。   In this embodiment, the higher output voltage of the output voltage of the ignition control device 32 and the output voltage of the voltage control device 33 is applied to each electrode 54. FIG. 22 shows an auxiliary voltage of about 2 KV output from the voltage generator 33 and an ignition voltage of about 20 KV output from the ignition control device 32. As shown in FIG. The applied voltage applied to each of the four electrodes 54 is the higher output voltage of the auxiliary voltage and the ignition voltage. In this embodiment, a capacitive ignition device is used as the ignition control device 32. Therefore, in this embodiment, the ignition voltage is generated in a spike shape.

この実施例では各電極５４においてスパークが発生せしめられるとこのスパークがトリガーとなってスパーク発生後暫らくした後に圧縮自己着火燃焼が開始され、圧縮自己着火燃焼が開始されたときに各電極５４を流れるイオン電流が検出器５２によって検出される。この検出されたイオン電流が図２２に示されている。この実施例では燃焼室５内全体において同時に多点的に燃焼が開始するように、着火が遅く従ってイオン電流の発生時期の遅い電極５４の点火時期、図２２に示される例ではNo.２の電極５４の点火時期を早めるようにしている。   In this embodiment, when a spark is generated at each electrode 54, this spark is triggered to start compression self-ignition combustion after a while, and when compression self-ignition combustion is started, each electrode 54 is turned on. The flowing ion current is detected by the detector 52. This detected ion current is shown in FIG. In this embodiment, the ignition timing of the electrode 54, which is slow in ignition and thus the generation timing of the ionic current is slow, so that combustion starts simultaneously at multiple points in the entire combustion chamber 5, and in the example shown in FIG. The ignition timing of the electrode 54 is advanced.

図２３に点火時期の制御ルーチンを示している。
図２３を参照するとまず初めにステップ３００において燃料噴射量Ｑが図３に示されるＱｃとＱｄの間であるか否か、即ち中負荷運転領域であるか否かが判別される。中負荷運転領域であるときにはステップ３０１に進んで検出器５２により各電極５４に流れるイオン電流が検出される。次いでステップ３０２では各電極５４の位置における着火時期θ1〜θ4が決定される。次いでステップ３０３では着火時期の最も遅い電極ｉが決定される。次いでステップ３０４では着火時期が最も遅い電極ｉに対する点火時期の補正値ΔＩＧｉに一定値ｋが加算される。即ち、着火時期の最も遅い電極ｉに対する点火時期が早められる。 FIG. 23 shows an ignition timing control routine.
Referring to FIG. 23, first, at step 300, it is judged if the fuel injection amount Q is between Qc and Qd shown in FIG. When in the middle load operation region, the routine proceeds to step 301 where the detector 52 detects the ionic current flowing through each electrode 54. Next, at step 302, the ignition timings θ 1 to θ 4 at the positions of the electrodes 54 are determined. Next, at step 303, the electrode i with the latest ignition timing is determined. Next, at step 304, a constant value k is added to the correction value ΔIGi of the ignition timing for the electrode i with the latest ignition timing. That is, the ignition timing for the electrode i having the latest ignition timing is advanced.

次いでステップ３０５ではNo.１からNo.４のいずれかの電極５４における着火時期θ1からθ4が許容限界クランク角θａよりも早くなったか否か、即ち小さくなったか否かが判別される。いずれかの着火時期Ｑ1〜Ｑ4がＱａよりも小さいときにはステップ３０６に進んで全ての電極５４に対する点火時期の補正量ΔＩＧ1〜ΔＩＧ4から一定値αが減算される。即ち、点火時期が遅くされる。次いでステップ３０９に進む。 Then whether 4 from the ignition timing theta 1 in either of the electrodes 54 from No.1 step 305 No.4 theta becomes faster than the permissible limit crank angle .theta.a, whether i.e. becomes small is determined. When any one of the ignition timings Q 1 to Q 4 is smaller than Qa, the routine proceeds to step 306, where the constant value α is subtracted from the ignition timing correction amounts ΔIG 1 to ΔIG 4 for all the electrodes 54. That is, the ignition timing is delayed. Next, the routine proceeds to step 309.

一方、ステップ３０５においてNo.１からNo.４の全ての電極５４における着火時期θ1からθ4がθａより大きいと判断されたときにはステップ３０７に進んでNo.１からNo.４のいずれかの電極５４における着火時期θ1からθ4が許容限界クランク角θｒよりも遅くなったか否か、即ち大きくなったか否かが判別される。いずれかの着火時期Ｑ1〜Ｑ4がＱｒよりも大きいときにはステップ３０８に進んで全ての電極５４に対する点火時期の補正量ΔＩＧ1〜ΔＩＧ4に一定値βが加算される。即ち、点火時期が早められる。次いでステップ３０９に進む。 On the other hand, when it is determined in step 305 that the ignition timings θ 1 to θ 4 of all the electrodes 54 from No. 1 to No. 4 are larger than θa, the routine proceeds to step 307 and any of No. 1 to No. 4 is performed. It is determined whether or not the ignition timings θ 1 to θ 4 at the electrode 54 are later than the allowable limit crank angle θr, that is, whether or not it has become larger. When any one of the ignition timings Q 1 to Q 4 is larger than Qr, the routine proceeds to step 308, where a constant value β is added to the ignition timing correction amounts ΔIG 1 to ΔIG 4 for all the electrodes 54. That is, the ignition timing is advanced. Next, the routine proceeds to step 309.

ステップ３０９では機関の運転状態に応じて予め定められている基本点火時期ＩＧ0に点火時期の補正量ΔＩＧｉを加算することによって各電極５４に対する点火時期ＩＧｉが求められる。 Ignition timing IGi is required for each electrode 54 by adding the correction amount ΔIGi of the ignition timing to the basic ignition timing IG 0 which is determined in advance in accordance with the operating state of step 309 engine.

次に圧縮自己着火による燃焼期間が長くなったり、燃焼変動が大きくなったときには圧縮自己着火による燃焼が生じやすくなるように機関の運転パラメータを制御するようにした実施例について説明する。   Next, an embodiment will be described in which engine operating parameters are controlled so that combustion due to compression self-ignition is likely to occur when the combustion period due to compression self-ignition becomes longer or the combustion fluctuation becomes larger.

即ち、良好な圧縮自己着火燃焼が行われているときには燃焼室５内全体において燃焼が同時にかつ多点的に開始されるので燃焼期間が短かくなり、燃焼が変動しなくなる。これに対して良好な圧縮自己着火燃焼でなくなると燃焼期間が長くなり、燃焼変動が大きくなる。従ってこの実施例では燃焼期間が長くなったり、燃焼変動が大きくなったときには吸気通路内に設けられたスロットル弁の開度を小さくして空燃比を小さくしたり、吸気弁６の閉弁時期を早めて実圧縮比を高めたり、或いは排気弁９の閉弁時期を早めて残留ガス量を増大させることによって良好な圧縮自己着火燃焼を維持するようにしている。 That is, when good compression self-ignition combustion is being performed, combustion is started simultaneously and multipointly in the entire combustion chamber 5, so the combustion period is shortened and combustion does not fluctuate. On the other hand, if the compression self-ignition combustion is not good, the combustion period becomes long and the combustion fluctuation becomes large. Therefore, in this embodiment, when the combustion period becomes longer or the combustion fluctuation becomes larger, the opening degree of the throttle valve provided in the intake passage is reduced to reduce the air-fuel ratio, or the closing timing of the intake valve 6 is set. Good compression self-ignition combustion is maintained by increasing the actual compression ratio earlier or by increasing the residual gas amount by earlier closing timing of the exhaust valve 9 .

図２４は燃焼期間の求め方を示している。即ち、燃焼室５内の圧力Ｐの変化から熱発生率ｄＱ／ｄθが算出され、この熱発生率ｄＱ／ｄθを積分することによって燃焼割合が求まる。本発明による実施例では燃焼割合が１０％から９０％となるまでの期間が燃焼期間Δθとされる。また、燃焼が完了するごとに平均有効圧が算出され、この平均有効圧の変動量ＭＰｉから燃焼変動が判断される。   FIG. 24 shows how to determine the combustion period. That is, the heat generation rate dQ / dθ is calculated from the change in the pressure P in the combustion chamber 5, and the combustion rate is obtained by integrating the heat generation rate dQ / dθ. In the embodiment according to the present invention, the period until the combustion ratio becomes 10% to 90% is set as the combustion period Δθ. Further, every time combustion is completed, the average effective pressure is calculated, and the combustion fluctuation is determined from the fluctuation amount MPi of this average effective pressure.

図２５は一例として吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣを制御するようにした場合の運転制御ルーチンを示している。
図２５を参照するとまず初めにステップ４００において燃料噴射量Ｑが図３に示されるＱｃとＱｄの間であるか否か、即ち中負荷運転領域であるか否かが判別される。中負荷運転領域であるときにはステップ４０１に進んで燃焼期間Δθが算出される。次いでステップ４０２では平均有効圧の例えば過去１００サイクルにおける変動量ＭＰｉが算出される。次いでステップ４０３では燃焼期間Δθが一定クランク角度、例えば２０°以上であるか否かが判別される。 FIG. 25 shows an operation control routine in a case where the valve closing timing IVC of the intake valve 6 is controlled as an example.
Referring to FIG. 25, first, at step 400, it is judged if the fuel injection amount Q is between Qc and Qd shown in FIG. When in the middle load operation region, the routine proceeds to step 401 where the combustion period Δθ is calculated. Next, at step 402, the fluctuation amount MPi of the average effective pressure, for example, in the past 100 cycles is calculated. Next, at step 403, it is judged if the combustion period Δθ is a certain crank angle, for example, 20 ° or more.

Δθ＞２０°のとき、即ち燃焼期間Δθが長くなったときにはステップ４０５に進んで吸気弁６の閉弁時期の補正値ΔＩＶＣに一定値ｍが加算される。次いでステップ４０６では機関運転状態に応じて予め定められている閉弁時期ＩＶＣ0に補正値ΔＩＶＣを加算することによって吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣが算出される。このときには吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣが早められ、それによって実圧縮比が高められる。 When Δθ> 20 °, that is, when the combustion period Δθ becomes longer, the routine proceeds to step 405 where the fixed value m is added to the correction value ΔIVC of the closing timing of the intake valve 6. Then the closing timing of the intake valve 6 IVC is calculated by adding the correction value ΔIVC the closing timing IVC 0 which is determined in advance according to the engine operating state in step 406. At this time, the valve closing timing IVC of the intake valve 6 is advanced, thereby increasing the actual compression ratio.

一方、ステップ４０３においてΔθ≦２０°であると判断されたときにはステップ４０４に進んで平均有効圧の変動量ＭＰｉが５％以上であるか否かが判別される。ＭＰｉ＞５％のときにはステップ４０５，４０６に進んで吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣが早められる。これに対し、ＭＰｉ≦５％のときにはステップ４０７に進んで補正値ΔＩＶＣが零であるか否かが判別され、ΔＩＶＣが零でないときにはステップ４０８に進んでΔＩＶＣから一定値ｍが減算される。また、ステップ４００において中負荷運転領域でないと判断されたときにはステップ４０９に進んでΔＩＶＣが零とされる。   On the other hand, when it is determined in step 403 that Δθ ≦ 20 °, the routine proceeds to step 404, where it is determined whether or not the variation amount MPi of the average effective pressure is 5% or more. When MPi> 5%, the routine proceeds to steps 405 and 406, where the closing timing IVC of the intake valve 6 is advanced. On the other hand, when MPi ≦ 5%, the routine proceeds to step 407, where it is judged if the correction value ΔIVC is zero, or when ΔIVC is not zero, the routine proceeds to step 408, where the constant value m is subtracted from ΔIVC. On the other hand, when it is determined in step 400 that the vehicle is not in the middle load operation region, the routine proceeds to step 409, where ΔIVC is made zero.

また、本発明による実施例では点火制御している運転領域から圧縮自己着火の行われる運転領域に移行したときには失火が生じないように移行後暫らくの間、点火作用を行うようにしている。即ち、具体的に言うと機関の運転状態が図３の無負荷運転領域から軽負荷運転領域に移行したときには安定した圧縮自己着火による燃焼が開始された後に点火栓による点火作用を停止し、軽負荷運転領域から無負荷運転領域に移行したときには点火栓による点火作用をただちに開始させるようにしている。   Further, in the embodiment according to the present invention, the ignition operation is performed for a while after the transition so that misfire does not occur when the operation region under ignition control is shifted to the operation region where compression self-ignition is performed. Specifically, when the engine operating state shifts from the no-load operation region to the light load operation region in FIG. 3, the ignition action by the spark plug is stopped after the combustion by the stable compression self-ignition is started. When shifting from the load operation region to the no-load operation region, the ignition action by the spark plug is immediately started.

即ち、点火制御を示す図２６を参照するとまず初めにステップ５００において燃料噴射量Ｑが図３に示されるＱａとＱｂの間であるか否か、即ち極軽負荷運転領域であるか否かが判別される。極軽負荷運転領域でないときにはステップ５０７にジャンプして噴射量Ｑに応じた点火制御が行われる。これに対し、極軽負荷運転領域であるときにはステップ５０１に進んで前回の割込み時にＱ＜Ｑａであったか否か、即ち無負荷運転から極軽負荷運転に移行したか否かが判別される。   That is, referring to FIG. 26 showing ignition control, first, at step 500, it is determined whether or not the fuel injection amount Q is between Qa and Qb shown in FIG. Determined. When it is not in the extremely light load operation region, the routine jumps to step 507, where ignition control according to the injection amount Q is performed. On the other hand, when it is in the extremely light load operation region, the routine proceeds to step 501 where it is determined whether or not Q <Qa at the time of the previous interruption, that is, whether or not the operation has shifted from the no load operation to the extremely light load operation.

無負荷運転から極軽負荷運転に移行したときにはステップ５０２に進んで圧力センサ５１（図１６）により燃焼室５内の圧力が検出される。次いでステップ５０３では圧力変化率ｄＰ／ｄθが算出され、次いでステップ５０４では最大圧力変動率（ｄＰ／ｄθ）maxとなるクランク角θｐが算出される。次いでステップ５０５ではクランク角θｐが許容範囲内、即ちＡＴＤＣ５°とＡＴＤＣ１５°の間にあるか否かが判別される。θｐ≦５°又はθｐ≧１５°のときにはステップ５０６に進んで点火作用が続行され、５°＜Ｑ＜１５°になるとステップ５０７に進んで点火作用が停止される。 When shifting from no-load operation to extremely light load operation, the routine proceeds to step 502 where the pressure in the combustion chamber 5 is detected by the pressure sensor 51 (FIG. 16). Next, at step 503, the pressure change rate dP / dθ is calculated, and then at step 504, the crank angle θp at which the maximum pressure fluctuation rate (dP / dθ) max is calculated. Next, at step 505, it is judged if the crank angle θp is within an allowable range, that is, between ATDC 5 ° and ATDC 15 °. When θp ≦ 5 ° or θp ≧ 15 °, the routine proceeds to step 506 and the ignition operation is continued. When 5 ° <Q <15 °, the routine proceeds to step 507 and the ignition operation is stopped.

ガソリンエンジンの側面断面図である。It is side surface sectional drawing of a gasoline engine. シリダヘッドの底面図である。It is a bottom view of a silida head. 機関の運転領域を示す図である。It is a figure which shows the driving | operation area | region of an engine. 吸気弁および排気弁の開閉時期を示す図である。It is a figure which shows the opening / closing timing of an intake valve and an exhaust valve. 高電圧の印加時期と着火時期との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the application time of high voltage, and ignition timing. 高電圧の印加時期と着火時期との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the application time of high voltage, and ignition timing. 高電圧の印加時期を示す図である。It is a figure which shows the application time of a high voltage. ガソリンエンジンの別の実施例を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows another Example of a gasoline engine. ガソリンエンジンの更に別の実施例を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows another Example of a gasoline engine. ガソリンエンジンの更に別の実施例を示す図である。It is a figure which shows another Example of a gasoline engine. 電圧制御回路の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of a voltage control circuit. 交流電圧を示す図である。It is a figure which shows an alternating voltage. ガソリンエンジンの更に別の実施例を示す図である。It is a figure which shows another Example of a gasoline engine. ガソリンエンジンの更に別の実施例を示す図である。It is a figure which shows another Example of a gasoline engine. 燃焼室内の圧力変化を示す図である。It is a figure which shows the pressure change in a combustion chamber. シリダヘッドの底面図である。It is a bottom view of a silida head. 点火時期を制御するためのフローチャートである。It is a flowchart for controlling ignition timing. 燃焼室内の圧力変化を示す図である。It is a figure which shows the pressure change in a combustion chamber. 制御回路を示す図である。It is a figure which shows a control circuit. 点火時期を制御するためのフローチャートである。It is a flowchart for controlling ignition timing. 制御回路を示す図である。It is a figure which shows a control circuit. 補助電圧および点火電圧を示す図である。It is a figure which shows an auxiliary voltage and an ignition voltage. 点火時期を制御するためのフローチャートである。It is a flowchart for controlling ignition timing. 燃焼期間の説明図である。It is explanatory drawing of a combustion period. 運転制御を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for performing operation control. 点火時期を制御するためのフローチャートである。It is a flowchart for controlling ignition timing.

符号の説明Explanation of symbols

５ 燃焼室
６ 吸気弁
９ 排気弁
１２，４９ 点火栓
１３，４５ 燃料噴射弁
１４ 補助電極
５４ 電極 5 Combustion chamber 6 Intake valve 9 Exhaust valve 12, 49 Spark plug 13, 45 Fuel injection valve 14 Auxiliary electrode 54 Electrode

Claims (14)

燃焼室内に電極が配置されており、圧縮自己着火燃焼すべき運転領域として中負荷運転領域と軽負荷運転領域とが予め定められており、該中負荷運転時には圧縮自己着火燃焼をしうる負荷領域を高負荷側に拡大するために圧縮上死点前４０°から圧縮上死点までスパークを生じさせない範囲内の高電圧が該電極に印加され、該軽負荷運転時には該電極への該高電圧の印加を停止するようにした圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 An electrode is disposed in the combustion chamber, and an intermediate load operation region and a light load operation region are predetermined as operation regions to be subjected to compression self-ignition combustion, and a load region in which compression self-ignition combustion can be performed during the intermediate load operation Is applied to the electrode so that no spark is generated from 40 ° before the compression top dead center to the compression top dead center , and the high voltage applied to the electrode during the light load operation. Combustion control device for compression self-ignition engine that stops application of. 上記電極が点火栓に加えて設けられた補助電極からなるか、又は点火栓が該電極の役目を果している請求項１に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 The combustion control device for a compression self-ignition engine according to claim 1, wherein the electrode comprises an auxiliary electrode provided in addition to the spark plug, or the spark plug serves as the electrode . 上記高電圧が一定電圧であり、該高電圧が電極に連続的に印加される請求項１に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 The combustion control apparatus for a compression self-ignition engine according to claim 1, wherein the high voltage is a constant voltage, and the high voltage is continuously applied to the electrodes . 上記高電圧が交流電圧又は交番電圧である請求項１に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 The combustion control apparatus for a compression self-ignition engine according to claim 1, wherein the high voltage is an alternating voltage or an alternating voltage . 上記電極が複数個配置されており、各電極に順次位相をずらして交流電圧又は交番電圧が印加される請求項４に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 The combustion control device for a compression self-ignition engine according to claim 4, wherein a plurality of the electrodes are arranged, and an alternating voltage or an alternating voltage is applied to each electrode with a phase shifted sequentially . 上記電極が燃焼室の周辺部に周辺方向に互いに間隔を隔てて複数個配置されている請求項１に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 The combustion control device for a compression self-ignition engine according to claim 1 , wherein a plurality of the electrodes are arranged in the peripheral portion of the combustion chamber at intervals in the peripheral direction . 上記電極が点火栓として用いられており、燃焼室頂面の中央に燃料噴射弁が配置されており、燃料噴射弁の先端部に補助電極が配置されている請求項６に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 The compression self-ignition according to claim 6 , wherein the electrode is used as a spark plug, a fuel injection valve is arranged at the center of the top surface of the combustion chamber, and an auxiliary electrode is arranged at the tip of the fuel injection valve. Engine combustion control device. 上記電極がシリンダブロックとシリンダヘッド間に挿入された絶縁板によって支持されている請求項１に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 The combustion control device for a compression self-ignition engine according to claim 1 , wherein the electrode is supported by an insulating plate inserted between the cylinder block and the cylinder head . 無負荷運転時には点火栓による着火が行われており、機関の運転状態が無負荷運転領域から上記軽負荷運転領域に移行したときには安定した圧縮自己着火による燃焼が開始された後に点火栓による点火作用を停止し、軽負荷運転領域から無負荷運転領域に移行したときには点火栓による点火作用をただちに開始させるようにした請求項１に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 The ignition plug is ignited during no-load operation, and when the engine operating state shifts from the no-load operation region to the light load operation region, combustion by stable compression self-ignition is started and the ignition action by the ignition plug The combustion control device for a compression self-ignition engine according to claim 1 , wherein the ignition action by the spark plug is immediately started when the engine is stopped and the light load operation region is shifted to the no load operation region . 圧縮自己着火による着火時期を点火栓による点火時期で制御するようにした場合において、圧縮自己着火による燃焼が予め定められた最適な時期に行われるように点火時期を制御するようにした請求項１に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 2. The ignition timing is controlled so that combustion by compression self-ignition is performed at a predetermined optimum timing when the ignition timing by compression self-ignition is controlled by the ignition timing by the spark plug. A combustion control device for a compression self-ignition engine as described in 1. 燃焼室内の圧力を検出するための圧力センサを具備しており、該圧力センサにより検出された燃焼室内の圧力に基づいて圧縮自己着火による燃焼の圧力上昇率が算出され、該圧力上昇率が最大となるクランク角が予め定められたクランク角範囲内となるように点火時期が制御される請求項１０に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 A pressure sensor for detecting the pressure in the combustion chamber is provided, and the pressure increase rate of combustion due to compression self-ignition is calculated based on the pressure in the combustion chamber detected by the pressure sensor, and the pressure increase rate is the maximum. The combustion control apparatus for a compression self-ignition engine according to claim 10 , wherein the ignition timing is controlled so that the crank angle becomes within a predetermined crank angle range . 上記高電圧を上記電極に印加しているときに該電極に流れる電流を検出するためのイオン電流検出装置を具備しており、該イオン電流検出装置によって圧縮自己着火による着火時期が求められ、該着火時期が予め定められたクランク角範囲内となるように点火時期が制御される請求項１０に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 An ion current detection device for detecting a current flowing through the electrode when the high voltage is applied to the electrode, and the ion current detection device determines an ignition timing by compression self-ignition, The combustion control device for a compression self-ignition engine according to claim 10 , wherein the ignition timing is controlled so that the ignition timing is within a predetermined crank angle range . 燃焼室内に燃料噴射弁が配置されており、点火時期が変化せしめられたときに該燃料噴射弁からの噴射時期は点火時期との間隔を一定に保つように点火時期の変化に追従して変化せしめられる請求項１０に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 A fuel injection valve is arranged in the combustion chamber, and when the ignition timing is changed, the injection timing from the fuel injection valve changes following the change of the ignition timing so as to keep the interval from the ignition timing constant. The combustion control device for a compression self-ignition engine according to claim 10 , wherein the combustion control device is used. 圧縮自己着火による燃焼期間が長くなったり、燃焼変動が大きくなったときには圧縮自己着火による燃焼が生じやすくなるように機関の運転パラメータを制御するようにした請求項１に記載の圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置。 2. The compression self -ignition engine according to claim 1 , wherein the engine operating parameters are controlled so that combustion due to compression self-ignition is likely to occur when a combustion period due to compression self-ignition becomes long or a fluctuation in combustion becomes large . Combustion control device.
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