(57)【要約】【課題】一回の燃焼サイクルにおいて二回の燃焼を実施する６サイクル内燃機関において、二回目の燃焼を自着火燃焼とし、高い熱効率が実現されるように自着火時期を制御する。【解決手段】吸気行程Ａ、第一圧縮行程Ｂ、第一膨張行程Ｃ、第二圧縮行程Ｄ、第二膨張行程Ｅ、及び排気行程Ｆを順次実行して、第一膨張行程における第一燃焼と第二膨張行程における第二燃焼とを実施する６サイクル内燃機関において、圧縮比可変手段を具備し、第二燃焼を自着火燃焼とし、第一燃焼直後の筒内圧力に基づき第二燃焼の自着火時期が所望時期より進角側となると判断される時には圧縮比可変手段により圧縮比を低くし、第二燃焼の自着火時期が所望時期より遅角側となると判断される時には圧縮比可変手段により圧縮比を高くすることにより、第二燃焼の自着火時期を所望時期とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気行程、第一圧縮行程、第一膨張行程、第二圧縮行程、第二膨張行程、及び排気行程を順次実行して、第一膨張行程における第一燃焼と第二膨張行程における第二燃焼とを実施する６サイクル内燃機関において、圧縮比可変手段を具備し、前記第二燃焼を自着火燃焼とし、前記第一燃焼直後の筒内圧力に基づき前記第二燃焼の自着火時期が所望時期より進角側となると判断される時には前記圧縮比可変手段により圧縮比を低くし、前記第二燃焼の自着火時期が前記所望時期より遅角側となると判断される時には前記圧縮比可変手段により圧縮比を高くすることにより、前記第二燃焼の自着火時期を前記所望時期とすることを特徴とする６サイクル内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、６サイクル内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
未燃燃料の排出量を低減するために、一回の燃焼サイクルにおいて二回の燃焼を実施する６サイクル内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。このような６サイクル内燃機関は、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、吸気行程、第一圧縮行程、第一膨張行程、第二圧縮行程、第二膨張行程、及び、排気行程の６行程を順次実行する。
【０００３】
第一膨張行程における第一燃焼に際して、必要な燃料は吸気行程又は第一圧縮行程において燃料噴射弁により噴射される。また、第二膨張行程における第二燃焼に際して、必要な燃料は第二圧縮行程（又は第一膨張行程末期）において燃料噴射弁により噴射される。
【０００４】
第一燃焼は火花点火燃焼とされるが、第二燃焼は自着火燃焼とされ、多点着火により燃焼速度を速くして高い熱効率を実現し、また、ＮＯX生成量を低減させている。このような６サイクル内燃機関によれば、第一燃焼時の未燃燃料の大部分は、第二燃焼において燃焼させられ、第二燃焼のために気筒内へ噴射される燃料は、第一燃焼直後の高い筒内温度によって急速に気化するために容易に燃焼して未燃燃料となり難く、それにより、未燃燃料の排出量を十分に低減することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３６４３５
【特許文献２】特開平０７−１８０５９８
【特許文献３】特開２００２−２７６４５６
【特許文献４】特開平０４−０８１５３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、６サイクル内燃機関においては、未燃燃料の排出量を十分に低減することができ、また、第二燃焼を自着火燃焼とすることによりＮＯX生成量も十分に低減することができる。しかしながら、自着火燃焼の着火時期を制御することは難しく、ピーク熱発生時期が圧縮上死点直後となるように圧縮上死点直前の所望時期に自着火を開始させないと、熱効率が大きく低下してしまう。
【０００７】
従って、本発明の目的は、一回の燃焼サイクルにおいて二回の燃焼を実施する６サイクル内燃機関において、二回目の燃焼を自着火燃焼とし、高い熱効率が実現されるように自着火時期を制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による請求項１に記載の６サイクル内燃機関は、吸気行程、第一圧縮行程、第一膨張行程、第二圧縮行程、第二膨張行程、及び排気行程を順次実行して、第一膨張行程における第一燃焼と第二膨張行程における第二燃焼とを実施する６サイクル内燃機関において、圧縮比可変手段を具備し、前記第二燃焼を自着火燃焼とし、前記第一燃焼直後の筒内圧力に基づき前記第二燃焼の自着火時期が所望時期より進角側となると判断される時には前記圧縮比可変手段により圧縮比を低くし、前記第二燃焼の自着火時期が前記所望時期より遅角側となると判断される時には前記圧縮比可変手段により圧縮比を高くすることにより、前記第二燃焼の自着火時期を前記所望時期とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の６サイクル内燃機関によれば、第一燃焼直後の筒内圧力に基づき第二燃焼の自着火時期が所望時期より進角側となると判断される時には圧縮比可変手段により圧縮比を低くし、第二燃焼の自着火時期が所望時期より遅角側となると判断される時には圧縮比可変手段により圧縮比を高くすることにより、第二燃焼の自着火時期を所望時期として熱効率の高い自着火燃焼が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明による６サイクル内燃機関を示す概略縦断面図である。同図において、１は例えば気筒上部略中心に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、２は燃料噴射弁１の近傍に配置された点火プラグである。３は一対の吸気弁（図示せず）を介して気筒内へ通じる一対の吸気ポートであり、４は一対の排気弁（図示せず）を介して気筒内へ通じる一対の排気ポートである。５はピストンである。
【００１１】
本内燃機関には、ピストン５のコンロッドとクランクシャフトとの連結部を工夫すること等によりピストン５の上死点位置を可変としたり、又は、燃焼室に容積可変室を連通したりすることにより、圧縮比を変化させる圧縮比可変手段が設けられている。また、例えばシリンダヘッドの二つの吸気ポート３の間には、筒内圧力を検出するための筒内圧力センサ６が設けられている。
【００１２】
本内燃機関は、図２に示すように、吸気行程Ａ（０から１８０クランク角度）、第一圧縮行程Ｂ（１８０から３６０クランク角度）、第一膨張行程Ｃ（３６０から５４０クランク角度）、第二圧縮行程Ｄ（５４０から７２０クランク角度）、第二膨張行程Ｅ（７２０から９００クランク角度）、排気行程Ｆ（９００から１０８０クランク角度）を順次実行する６サイクル内燃機関であり、吸気上死点直前に吸気弁を開弁させ、吸気下死点直後に吸気弁を閉弁させ、排気下死点直前に排気弁を開弁させ、排気上死点直後に排気弁を閉弁させるようになっている。例えば、油圧又は電磁アクチュエータによって吸気弁及び排気弁を自由に開閉させることができれば、機関運転状態によって一般的な４サイクル運転に切り換えることも可能である。
【００１３】
前述の６サイクル運転において、第一膨張行程Ｃにおける第一燃焼のための燃料噴射時期は、吸気行程Ａ又は第一圧縮行程Ｂとされ、第二膨張行程Ｅにおける第二燃焼のための燃料噴射時期は、第二圧縮行程Ｄ（又は第一膨張行程Ｃ末期）とされ、機関運転状態に応じて全体空燃比が制御される。
【００１４】
全体空燃比とは、吸気行程において気筒内へ吸入された吸入空気量と、第一燃焼及び第二燃焼のための合計燃料噴射量との比であり、例えば、機関低負荷時には全体空燃比を所望リーン空燃比とし、機関中負荷時には全体空燃比を理論空燃比とし、機関高負荷時には全体空燃比を理論空燃比（又はリッチ空燃比）に設定する。こうして設定された全体空燃比を実現するために、吸入空気量に対して合計燃料噴射量が設定され、例えば、合計燃料噴射量を所望割合で分割し（例えば等分）、それぞれを第一燃焼のための燃料噴射時期及び第二燃焼のための燃料噴射時期に噴射する。
【００１５】
こうして、全体空燃比が理論空燃比又はリーン空燃比とされれば、第一燃焼に際して、気筒内にはリーン空燃比の均質混合気が形成され、第一圧縮行程Ｂ末期に点火プラグ２により火花点火され、効率の良いリーン均質燃焼が実現される。第二燃焼に際して、第一燃焼直後のために筒内温度が高く噴射燃料は急速に気化して燃焼し易くなっており、自着火燃焼が可能となる。こうして第二燃焼を自着火燃焼とすることにより、多点着火により燃焼速度を速くして高い熱効率を実現し、また、ＮＯX生成量を低減することができる。
【００１６】
しかしながら、自着火燃焼の着火時期を第二圧縮行程Ｄ末期の所望時期としてピーク熱発生時期が第二膨張行程Ｅ初期となるようにしないと、意図するような高い熱効率を実現することができない。しかしながら、第二燃焼の自着火時期は、第一燃焼の影響を受けるために、何もせずに所望時期とはならない。
【００１７】
本内燃機関においては、先ず、筒内圧力センサ６により第一燃焼直後（第一膨張行程Ｃ末期から第二圧縮行程Ｄ初期の間）の例えば第一膨張下死点において、筒内圧力Ｐを検出し、次式（１）を利用する等して予め設定されたマップ等を使用して、この筒内圧力Ｐに基づき現在の圧縮比における第二圧縮行程Ｄの圧縮端温度（第二圧縮行程の上死点の時の筒内温度）を推定する。
【００１８】
Ｔ（θ）＝
Ｐ（θ）・ｖ（θ）／（２８７Ｇ（１−α）（１０００＋３００（Ｅ＋α（Ｇ＋Ｆ））  ・・（１）
ここで、θはクランク角度、Ｔ（θ）はクランク角度θに対する筒内温度、Ｐ（θ）はクランク角度θに対する筒内圧力、ｖ（θ）はクランク角度θに対する筒内容積、Ｇは吸入空気量、αは燃焼割合、Ｅは残留排気ガス量、Ｆは燃料流量である。
【００１９】
こうして推定された圧縮端温度が高いほど第二燃焼の自着火時期は所望時期から進角し、また、推定された圧縮端温度が低いほど第二燃焼の自着火時期は所望時期から遅角して、いずれも自着火燃焼の効率を低下させるために、図３のマップに示すように、圧縮端温度が高いほど圧縮比可変手段により圧縮比を低くして、第二燃焼が所望時期で自着火するように制御される。ここで、所望時期は機関運転状態によって変化させるようにしても良い。
【００２０】
また、第一燃焼直後の筒内圧力Ｐに基づき、次式（２）を利用する等して予め設定されたマップ等を使用して、第一燃焼の発生熱量を推定し、この発生熱量から未燃燃料量を推定することができる。
ｄｑ／ｄθ＝（１＋ｃ／Ｒ）・Ｐ・ｄｖ／ｄθ＋ｃ／Ｒ・ｖ・ｄＰ／ｄθ  ・・（２）
ここで、ｑは発生熱量、θはクランク角度、Ｒは気体定数、ｃは定容比熱、ｖは筒内容積である。
【００２１】
こうして推定される未燃燃料量が多いほど、そのままでは、第二圧縮行程Ｄにおいて圧縮する混合気中の燃料量が多くなり、自着火時期が進角してしまうことがある。それにより、図４に示すように、推定される未燃燃料量が多いほど第二燃焼のための燃料噴射量を少なくすることが好ましい。例えば、推定される未燃燃料量の分だけ第二燃焼のための燃料噴射量を減量するようにしても良い。それにより、第二燃焼を所望時期において自着火させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による６サイクル内燃機関を示す概略縦断面図である。
【図２】筒内圧力変化を示すタイムチャートである。
【図３】圧縮端温度に対する制御圧縮比を示すマップである。
【図４】未燃燃料量に対する制御燃料噴射量を示すマップである。
【符号の説明】
【００２３】
１    燃料噴射弁
２    点火プラグ
３    吸気ポート
４    排気ポート
５    ピストン
６    筒内圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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