(57)【要約】【課題】圧縮自着荷内燃機関のノッキングを抑制して運転出力帯域を拡大する。【解決手段】圧縮自着火内燃機関において、圧縮行程後半に制御用ピストンで減圧方向に動かして燃焼室内の混合気を動かすことで冷炎発生を抑制して、制御用ピストンを動作させなければ着火する圧力で失火させて過圧縮状態にして上死点を着火させずに通過させ、大きな遅角効果が得られるクランク角で多点々火プラグのスパークを印加することで着火させることでノッキングを抑制して運転域を拡大する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤の混合気を圧縮することで、上死点付近で自己着火させる圧縮自着火内燃機関において、圧縮行程または膨張行程の未着火混合気に擾乱を与えることにより上死点付近において着火圧力以上であるが着火させず、過圧縮状態とした後に着火トリガーによってエネルギーを投入し着火させることを特徴とする圧縮自着火内燃機関の制御方法。
【請求項２】
擾乱付与手段が、燃焼室に流体を圧入または排出することにより混合気に擾乱を生起させ失火状態または着火遅延状態とすることを特徴とする請求項１に記載の圧縮自着火内燃機関の制御方法。
【請求項３】
擾乱付与手段が、外部変動磁場の付与で冷炎の磁場に擾乱を与えて失火状態、または、着火遅延状態とすることを特徴とする請求項１に記載の圧縮自着火内燃機関の制御方法。
【請求項４】
着火トリガーが熱エネルギー投入であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の圧縮自着火内燃機関の制御方法。
【請求項５】
着火トリガーが圧力印加であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の圧縮自着火内燃機関の制御方法。
【請求項６】
着火トリガーが振動印加であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の圧縮自着火内燃機関の制御方法。
【請求項７】
筒内燃料噴射手段を設け、圧縮行程中に燃料を噴射することで混合気の空間濃度分布の差を大きくすることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６に記載の圧縮自着火内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  圧縮自着火内燃機関の着火制御方法及び、運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  現在、ノッキングを緩和する方法は、排気をＥＣＵで適量循環させるＥＧＲや、発明者の下記出願のごとく、上死点付近を着火圧力未満の圧縮比にしてＴＤＣ後に再圧縮着火する制御方法が示されている。【０００３】
【特許文献】特願２００８−２６２２６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  圧縮自着火運転は、特に高負荷域でのノッキングが問題となって運転可能帯域を広げることができない。ノッキングを防止して高負荷域への運転可能域の拡大が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  第一の手段は、燃料と酸化剤の混合気を圧縮することで、上死点付近で自己着火させる圧縮自着火内燃機関において、圧縮行程または膨張行程の未着火混合気に擾乱を与えることにより上死点付近において着火圧力以上であるが着火させず、過圧縮状態とした後に着火トリガーによってエネルギーを投入し着火させることを特徴とする。【０００６】  第二の手段は、擾乱付与手段が、燃焼室に流体を圧入または排出することにより混合気に擾乱を生起させ失火状態または着火遅延状態とすることを特徴とする。一例では、圧縮行程後半に車軸駆動のピストン以外の第二のピストンの動作で燃焼室内の混合気を動かすことで過圧縮状態を作ることができる。また別の一例では、燃料などの流体を圧入することで混合気を動かすこともできる。【０００７】  第三の手段は、擾乱付与手段が、外部変動磁場の付与で冷炎の磁場に擾乱を与えて失火状態、または、着火遅延状態とすることを特徴とする。一例では、セラミック製のシリンダヘッドに磁場発生装置を設け、圧縮行程後半に変動磁場を印加することで混合気に変化を与えて過圧縮状態を作ることができる。【０００８】  第四の手段は、着火トリガーが熱エネルギー投入であることを特徴とする。一例では、スパークプラグによる電気火花の印加やトーチ等による熱の印加を着火トリガーとすることができる。【０００９】  第五の手段は、着火トリガーが圧力印加であることを特徴とする。一例では、車軸を主に駆動しているピストン以外のピストンを燃焼室に連通して設け、再圧縮することで着火トリガーとすることができる。【００１０】  第六の手段は、着火トリガーが振動印加であることを特徴とする。一例では、磁歪振動子や電歪振動子を設け、気筒を振動させることで気筒の容積が周期的に変化することで着火トリガーとすることができる。【００１１】  第七の手段は、筒内燃料噴射手段を設け、圧縮行程中に燃料を噴射することで混合気の空間濃度分布の差を大きくすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】  混合気のバルク燃焼時のノッキング回避方法には、燃焼時間の延長による急激な圧力上昇の緩和による制御法と、最大圧力時期を後にずらす遅角による制御法等がある。従来の制御方法は排気ガスを再循環させることで、炭酸ガス濃度を高めて比熱比を低下させて温度上昇を抑えることによる遅角効果で制御する方法や、筒内燃料噴射などによる燃料分布にバラツキを与えて圧力上昇速度を抑える方法等があった。しかし、これ等の方法だけでは十分な運転域の拡大が困難であった。レシプロエンジンでは、上死点付近のピストン速度が遅いため、ノッキングの急激な圧力上昇を緩和するためには大きな遅角が必要である。また、従来圧縮自着火においては圧縮行程または膨張行程前半の混合気を動かすことは失火や損失につながるため、できるだけ動かさないように制御することが常識であった。【００１３】  そこで、発明者が着目した現象は、圧縮行程後半の混合気を動かすことにより本来上死点で着火するはずの圧力でも失火するという現象。即ち、過圧縮状態が出現することであった。この現象の原因は、冷炎発生時前後の局所的な火種を吹き消す効果として知られている。この過圧縮状態にある混合気に熱などのエネルギーを印加することで瞬時に着火する。つまり、擾乱を与えた混合気を過圧縮状態で着火しないまま上死点を通過させて、大きな遅角効果が得られるクランクアングルで熱などを印加することで着火させてノッキングを緩和することができる。更に、燃料の空間分布にバラツキを与えることで着火時の急激な圧力上昇を緩和してより大きな効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  本発明では、圧縮行程後半の混合気に擾乱を生起させ、過圧縮状態にして上死点を通過させ、大きな遅角効果が得られるクランク角度で着火トリガーによって着火させる内燃機関を下記実施例で説明する。
【実施例１】
【００１５】  本実施例は、本発明の一例を示すものである。図１は、本発明の一例を説明するための側面断面図である。図２は本実施例を説明するための説明図である。１０１はシリンダヘッド、１０２は制御用加減圧ピストン、１０３は多点々火プラグ、１０４は燃焼室、１０５は駆動用ピストンである。ｃは圧縮行程開始点、ｄは制御点、ｅは着火圧力点、ｆは着火トリガー点火点、ＴＤＣは上死点のクランク角である。【００１６】  本実施例は、ガソリンを燃料とした４サイクル圧縮自着火内燃機関である。図１では、シリンダヘッド（１０１）に制御用加減圧ピストン（１０２）と多点々火プラグ（１０３）を設けた構成である。制御用加減圧ピストン（１０２）は車軸に連動するカム（図示せず）または、蓄圧式油圧装置（図示せず）で制御される。【００１７】  通常の圧縮自着火最適運転領域では、マイコン（図示せず）で最適着火圧縮比を計算して、圧縮行程以前に制御用加減圧ピストン（１０２）を最適圧縮比位置になるように制御して運転する。この場合、混合気をできるだけ動かさないことが望まれるので、制御用加減圧ピストン（１０２）は圧縮行程以前に最適位置に移動させて燃焼が完了するまで動かさない。【００１８】  ノッキングが起こりやすい運転領域では、予め空気に燃料を混合した混合気を図２の点ｃから圧縮行程で圧縮し、圧縮行程後半の点ｄで制御用加減圧ピストン（１０２）を減圧側に動かす。この動作により混合気が動き、冷炎発生が抑制される。その後ｄ〜ｅ区間では駆動用ピストン（１０５）は上昇し圧力が増加する。点ｅは、混合気が制御用加減圧ピストン（１０２）で制御されない時の着火圧力点である。ＴＤＣでは本来の着火圧力よりも僅かに高圧になっている。しかし、冷炎が抑制されているため、区間ｅ〜ｆは本来の着火圧力よりも高圧の過圧縮状態になっている。点ｆで多点々火プラグ（１０３）をスパークさせる。混合気は本来の着火点よりも高温になっているため過圧縮状態は不安定な状態であり、多点スパーク印加で過圧縮状態が容易に崩れて着火に至る。着火点がａＴＤＣ側にあり、最高圧力点がＴＤＣよりも十分に遅角側にあるためノッキングの発生を抑制することができる。【００１９】  また、圧縮行程後半で制御用加減圧ピストン（１０２）を着火未満の圧力であれば加圧側に動かしても同様の効果を得ることができる。また別の制御法では、ＴＤＣ付近の圧力を着火圧力未満になるように圧縮比調整し、制御用加減圧ピストン（１０２）をＴＤＣ付近で大きく加圧側に動かすことで、混合気が動かされ同様の原理で大きな着火遅れが生じる。制御用加減圧ピストン（１０２）が加圧するに随ってＴＤＣ付近で短時間火種が抑制され過圧縮状態をとなる。更に加圧が進むと更なる圧力印加で過圧縮状態が崩れて着火する。
【実施例２】
【００２０】  本実施例は、本発明の一例を示すものである。図３は、本実施例を説明するための側面断面図である。３０１はシリンダヘッド、３０２は高圧燃料噴射装置、３０３は多点々火プラグ、３０４は燃焼室、３０５は駆動用ピストンである。【００２１】  図３は、排気ガス再循環装置（図示せず）とマイコン（図示せず）で着火制御されるガソリンを燃料とした４サイクル圧縮自着火内燃機関である。シリンダヘッド（３０１）には、蓄圧コモンレール式の高圧燃料噴射装置（３０２）と、燃焼室（３０４）には、多点々火プラグ（３０３）が設けられている。【００２２】  通常の圧縮自着火最適運転領域では、マイコン（図示せず）で最適着火条件を計算して、外部ＥＧＲ量を制御して吸気に混合する。圧縮行程前半で高圧燃料噴射装置（３０２）により燃料を噴射して比較的均一な混合気を形成させる。駆動用ピストン（３０５）で圧縮して上死点付近で着火させる。【００２３】  ノッキングが起こりやすい運転領域では、同様に圧縮行程前半で高圧燃料噴射装置（３０２）により燃料を噴射して比較的不均一な混合気を形成させる。その後圧縮行程後半、または、ＴＤＣ付近で再度高圧燃料噴射装置（３０２）により微量の燃料を噴射して混合気を動かすことで過圧縮状態を作ると同時に燃料濃度の空間分布を更に不均一にする。その後、大きな遅角効果が得られるクランク角で多点々火プラグ（３０３）を作動させ、過圧縮状態を崩して着火させることでノッキングを抑制して圧縮自着火内燃機関の運転可能領域を拡大することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】  自動車用、船舶、発電等の動力用のガソリン、ディーゼル、ガス、アルコール、エーテルやその他バイオ燃料等の圧縮自着火内燃機関に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一例で、実施例１の内燃機関を説明するための側面断面図である。
【図２】本発明の一例で、実施例１の内燃機関を説明するための説明図である。
【図３】本発明の一例で、実施例２の内燃機関を説明するための側面断面図である。
【符号の説明】
【００２６】１０１  シリンダヘッド
１０２  制御用加減圧ピストン
１０３  多点々火プラグ
１０４  燃焼室
１０５  駆動用ピストン
３０１  シリンダヘッド
３０２  高圧燃料噴射装置
３０３  多点々火プラグ
３０４  燃焼室
３０５  駆動用ピストン
ｃ  圧縮行程開始点
ｄ  制御点
ｅ  着火圧力点
ｆ  着火トリガー点火点
ＴＤＣ  上死点のクランク角
【図１】
2010112366.tif 000003
【図２】
2010112366.tif 000004
【図３】
2010112366.tif 000005