(57)【要約】【課題】  ４ストロークエンジンにおいて自己着火を生じさせる。【解決手段】  機関低負荷から中負荷に亘る予め定められた負荷範囲において排気弁を吸気上死点ＴＤＣ前に閉弁させると共に要求負荷Ｌが低くなるにつれて排気弁の閉弁時期ＥＣを早め、吸気弁を吸気上死点ＴＤＣ後に開弁させると共に要求負荷Ｌが低くなるにつれて吸気弁の開弁時期ＩＯを遅らせ、吸気弁を吸気下死点ＢＤＣ後に閉弁させると共に吸気弁の閉弁時期ＩＣを要求負荷Ｌの増大に伴い徐々に遅らせた後徐々に早める。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火栓を備えた４ストロークエンジンにおいて、機関負荷が低負荷から中負荷に亘る予め定められた負荷範囲内にあるときには、燃焼室内に供給された吸入空気温が自己着火しうる温度まで上昇するように吸気弁の開閉弁時期および排気弁の開閉弁時期を制御して点火栓によらない自己着火を生じさせ、機関負荷が上記負荷範囲外であるときには点火栓により着火するようにした４ストロークエンジンの制御装置。
【請求項２】
上記自己着火しうる温度がほぼ１０００°Ｋである請求項１に記載の４ストロークエンジンの制御装置。
【請求項３】
機関負荷が上記負荷範囲内にあるときには、排気弁を吸気上死点前に閉弁させると共に要求負荷が低くなるにつれて排気弁の閉弁時期を早めるようにした請求項１に記載の４ストロークエンジンの制御装置。
【請求項４】
機関負荷が上記負荷範囲内にあるときには、吸気弁を吸気上死点後に開弁させると共に要求負荷が低くなるにつれて吸気弁の開弁時期を遅らすようにした請求項１に記載の４ストロークエンジンの制御装置。
【請求項５】
機関負荷が上記負荷範囲内にあるときには、吸気弁を吸気下死点後に閉弁させると共に吸気弁の閉弁時期を要求負荷の増大に伴い徐々に遅らせた後徐々に早めるようにした請求項１に記載の４ストロークエンジンの制御装置。
【請求項６】
機関吸気通路内にスロットル弁を配置し、該スロットル弁は上記負荷範囲のほぼ全領域において全開状態に保持される請求項１に記載の４ストロークエンジンの制御装置。
【請求項７】
機関負荷が上記負荷範囲内にあるときには排気弁の閉弁時期および吸気弁の開弁時期のいずれか一方又は双方を要求負荷に応じて変化させることにより機関出力が制御され、機関負荷が上記負荷範囲よりも低いときには上記スロットル弁の開度を制御することにより機関出力が制御される請求項６に記載の４ストロークエンジンの制御装置。
【請求項８】
機関負荷が上記負荷範囲内にあるときには空燃比が理論空燃比とされる請求項１に記載の４ストロークエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は４ストロークエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
４ストロークエンジンにおいては通常機関吸気通路内に配置されたスロットル弁により機関出力が制御される。しかしながらこのようにして機関出力を制御するとスロットル弁開度が小さいときに大きなポンピング損失が発生する。そこでこのようなポンピング損失が発生するのを阻止するためにスロットル弁を取除き、吸気弁の閉弁時期を変えることによって機関出力を制御するようにした内燃機関が公知である（特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、２ストロークエンジンにおいて燃焼室内に多量の既燃ガスを残留させると燃焼室内に供給された新気中の燃料が高温の既燃ガスによって熱分解され、その結果ラジカルが生成される。このようにラジカルが生成されると燃料は点火栓によらずに自己着火する。この自己着火は燃焼室内全体において同時に多点的に生ずるためにこのような自己着火を生ずると燃焼室内全体の混合気が良好に燃焼せしめられることになる。その結果、熱効率が向上し、斯くして燃料消費率が向上する。また、この自己着火は燃焼室内全体において同時に多点的に生ずるために燃焼室内における燃焼温が局所的に高くなることがなく、斯くしてＮＯｘの発生を抑制することができる。
【０００４】
そこでクランク室圧縮式の２ストロークエンジンにおいて排気ポートの開口面積を機関回転数とスロットル開度に応じて制御することにより自己着火を生じさせるようにしたものが公知である（特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開昭５５−１２８６１０号公報
【特許文献２】特開平７−７１２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで２ストロークエンジンは本来的に多量の既燃ガスが残留する燃焼方法を採用しているので自己着火を比較的容易に生じさせることができる。しかしながら４ストロークエンジンは本来的に既燃ガスをできる限り残留させない燃焼方法を採用しているので４ストロークエンジンにおいて自己着火を生じさせるのは２ストロークエンジンほど容易ではない。
【０００６】
また、自己着火を生じさせれば上述したように燃料消費率を向上させることができるがこのときポンピング損失が発生すると自己着火による燃料消費率向上のメリットも半減してしまう。従ってポンピング損失が生ずることなく自己着火を生じさせることが重要となってくる。
ところで上述したように吸気弁の閉弁時期を変えることにより機関出力を制御すればポンピング損失の発生を阻止することができる。しかしながらこのように吸気弁の閉弁時期を制御しただけでは自己着火を生じさせるのは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、４ストロークエンジンにおいてポンピング損失の発生を阻止しつつ自己着火を生じさせうる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明によれば、点火栓を備えた４ストロークエンジンにおいて、機関負荷が低負荷から中負荷に亘る予め定められた負荷範囲内にあるときには、燃焼室内に供給された吸入空気温が自己着火しうる温度まで上昇するように吸気弁の開閉弁時期および排気弁の開閉弁時期を制御して点火栓によらない自己着火を生じさせ、機関負荷が上記負荷範囲外であるときには点火栓により着火するようにしている。
【発明の効果】
【０００９】
４ストロークエンジンにおいて機関負荷が低負荷から中負荷に亘る予め定められた負荷範囲にあるときには自己着火を生じさせることができる。機関負荷がこの負荷範囲外のときには点火栓による通常の燃焼が行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１を参照すると、１は４ストロークエンジン本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は点火栓、７は吸気弁、８は吸気弁駆動用アクチュエータ、９は吸気ポート、１０は排気弁、１１は排気弁駆動用アクチュエータ、１２は排気ポートを夫々示す。吸気ポート９は対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、各吸気枝管１３には夫々燃料噴射弁１５が取付けられる。サージタンク１４は吸気ダクト１６を介してエアクリーナ１７に連結され、吸気ダクト１６内には電気モータ１８により駆動されるスロットル弁１９が配置される。一方、排気ポート１２は排気マニホルド２０に連結され、排気マニホルド２０内には空燃比センサ２１が配置される。
【００１１】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。空燃比センサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０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４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓６、アクチュエータ８，１１、燃料噴射弁１５および電気モータ１８に接続される。
【００１２】
図２に吸気弁駆動用アクチュエータ８の拡大図を示す。図２を参照すると、５０は吸気弁７の頂部に取付けられた円板状鉄片、５１，５２は鉄片５０の両側に配置されたソレノイド、５３，５４は鉄片５０の両側に配置された圧縮ばねを夫々示す。ソレノイド５１が付勢されると鉄片５０が上昇し、吸気弁７が閉弁する。これに対してソレノイド５２が付勢されると鉄片５０が下降し、吸気弁７が開弁する。従って各ソレノイド５１，５２の付勢タイミングを制御することによって吸気弁７を任意の時期に開弁し、閉弁することができる。排気弁駆動用アクチュエータ１１も図２に示す吸気弁駆動用アクチュエータ８と同じ構造を有しており、従って排気弁１０も任意の時期に開弁し、閉弁することができる。
【００１３】
図３は吸気弁７の開弁時期ＩＯ、吸気弁７の閉弁時期ＩＣ、排気弁１０の開弁時期ＥＯ、排気弁１０の閉弁時期ＥＣおよびスロットル弁１９の開度θを示している。なお、図３において横軸はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ、即ち要求負荷を表わしている。本発明による実施例では機関低負荷から中負荷に至る予め定められた負荷範囲において自己着火を生じさせることを意図しており、この負荷範囲が図３において自己着火領域として示されている。
【００１４】
図３に示されるように排気弁１０の開弁時期ＥＯは要求負荷Ｌにかかわらずに圧縮下死点ＢＤＣの少し手前のクランク角に固定されている。一方、自己着火領域内においては排気弁１０の閉弁時期ＥＣは吸気上死点ＴＤＣよりも少し手前に設定されており、しかも排気弁１０の閉弁時期ＥＣは要求負荷Ｌが低くなるほど早められる。排気弁１０の閉弁時期ＥＣが早められると燃焼室５内に残留する既燃ガスが増大し、燃焼室５内に残留する既燃ガスが増大すると吸気行程時に燃焼室５内に供給される吸入空気量が減少する。即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど吸入空気量が減少することになる。
【００１５】
一方、図３に示されるように自己着火領域のほぼ全領域に亘ってスロットル弁１９は全開状態に保持されており、従って要求負荷Ｌに対する吸入空気量の制御は排気弁１０の閉弁時期を変化させることによって、即ち残留既燃ガス量を変化させることによって行われる。従ってポンピング損失を発生することなく要求負荷Ｌに応じて機関出力を制御できることになる。
【００１６】
図３に示されるように自己着火領域内においては吸気弁７の開弁時期ＩＯは吸気上死点ＴＤＣを若干越えたときに設定されており、しかも吸気弁７の開弁時期ＩＯは要求負荷Ｌが低くなるほど遅くなる。吸気弁７の開弁時期ＩＯが遅くなると吸入空気量が減少する。従って吸気弁７の開弁時期ＩＯの制御も要求負荷Ｌに応じて機関出力を制御する役目を果している。
【００１７】
一方、自己着火は燃焼室５内に供給された吸入空気温がほぼ１０００°Ｋに達すると生じることが判明している。吸入空気は既燃ガスにより加熱されて温度上昇するので燃焼室５内に供給された吸入空気の温度がほぼ１０００°Ｋまで上昇せしめられるか否かは燃焼室５内に残留している既燃ガスの熱エネルギに依存している。図３に示されるように要求負荷Ｌが低くなると排気弁１０の閉弁時期ＥＣが早められるので残留既燃ガス量が増大し、この点からみると既燃ガスの熱エネルギは要求負荷Ｌが低くなるほど増大することになる。一方、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼温が低くなるのでこの点からみると既燃ガスの熱エネルギは要求負荷Ｌが低くなるほど減少する。総合的にみると既燃ガスの熱エネルギは要求負荷Ｌが低くなるほど減少することになる。
【００１８】
一方、要求負荷Ｌが高くなると残留既燃ガス量が減少するが燃焼温が高くなるために既燃ガス温が高くなる。この場合、総合的にみると既燃ガスの熱エネルギは要求負荷Ｌが高くなるほど減少する。即ち、要求負荷Ｌが低くもなく高くもないときには残留既燃ガス量が比較的多く、残留既燃ガス温も比較的高いのでこのときに既燃ガスの熱エネルギが最も高くなる。即ち、残留既燃ガスの熱エネルギは要求負荷Ｌに対して図４に示されるように変化する。
【００１９】
残留既燃ガスの熱エネルギが高いときには圧縮比が低くても吸入空気温はほぼ１０００°Ｋに達し、残留既燃ガスの熱エネルギが低いときには圧縮比を高くして吸入空気を昇温させないと吸入空気温はほぼ１０００°Ｋに達しない。一方、吸気弁７の閉弁時期ＩＣは吸気下死点ＢＤＣ後において遅くすれば遅くするほど圧縮比は低くなる。従って残留既燃ガスの熱エネルギが最も高いときに圧縮比が最も小さくなるように吸気弁７の閉弁時期ＩＣは図３に示される如く要求負荷Ｌの増大に伴い次第に遅くされた後に次第に早められる。自己着火領域における吸気弁７の開弁時期ＩＯおよび閉弁時期ＩＣ、並びに排気弁１０の閉弁時期ＥＣを図３に示すように制御することによって図３に示す自己着火領域内において自己着火を生じさせることができる。
【００２０】
図３に示されるように要求負荷Ｌが自己着火領域よりも低いときには自己着火は生じず、このときには点火栓６による通常の燃焼が行われる。このときには要求負荷Ｌに応じてスロットル弁１９の開度を制御することにより機関出力が制御される。また、要求負荷Ｌが自己着火領域よりも高いときにも自己着火は生じず、このときにも点火栓６による通常の燃焼が行われる。ただし、このときには吸気弁７の開弁期間および排気弁１０の開弁期間を要求負荷に応じて変えることにより機関出力が制御される。
【００２１】
本発明による実施例では自己着火を広範囲の運転状態に亘って生じさせるために空燃比が理論空燃比に制御される。空燃比を理論空燃比とするのに必要な基本噴射時間ＴＰは機関回転数Ｎおよび要求負荷Ｌの関数として図５に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、この基本噴射時間ＴＰを空燃比センサ２１の出力信号に基づき補正することによって空燃比が理論空燃比に維持される。
【００２２】
図６に機関の運転制御ルーチンを示す。図６を参照するとまず初めにステップ６０において図３に示される要求負荷Ｌに応じた吸気弁７の開弁時期ＩＯと閉弁時期ＩＣが算出され、次いでステップ６１において図３に示される要求負荷Ｌに応じた排気弁１０の開弁時期ＥＯと閉弁時期ＥＣが算出される。次いでステップ６２では図３に示される要求負荷Ｌに応じたスロットル弁１９の開度θが算出される。次いでステップ６３では図５に示されるマップから基本噴射時間ＴＰが算出され、次いでステップ６４では空燃比センサ２１の出力信号に基づき空燃比が理論空燃比となるよう基本噴射時間ＴＰを補正することによって噴射時間ＴＡＵが算出される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】４ストロークエンジンの全体図である。
【図２】吸気弁駆動用アクチュエータの拡大側面断面図である。
【図３】吸気弁および排気弁の開閉弁時期等を示す図である。
【図４】残留既燃ガスの熱エネルギを示す図である。
【図５】基本噴射時間のマップを示す図である。
【図６】機関の運転制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
７    吸気弁
１０    排気弁
１５    燃料噴射弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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