专利名称：预混合压缩自点火式发动机的运转方法
技术领域：
本发明涉及一种预混合压縮自点火式(HCCI: Homogeneous Charge Compressed Ignition)发动机的运转方法。
背景技术：
作为这种发动机，例如在专利文献1中公开了将预先混合了空气和燃料的 混合气朝缸内的燃烧室供给、并通过对该混合气进行压缩来使其自点火的予混 合压縮式自点火式发动机。
与火花点火式的发动机相比，这种予混合压縮式自点火式发动机因能以较
高的压縮比进行运转而具有热效率高的优点。不过，由于可降低燃烧温度，因
此还能抑制N0x的生成。但是，由于使混合气自然点火，因此极难控制点火时
间。另外，由于转矩(负载)与进气温度间的关系，压縮自点火只能在极
为狭窄的运转范围内适当地进行。
在具有多个汽缸的预混合压縮自点火式发动机时，各汽缸的受热性、
散热性因其配置等而不同，因此，压縮端的汽缸内温度会产生差异。
一般而言，在压縮端的汽缸内温度较高时，自点火时间提早，在汽缸 内温度较低时，自点火时间变晚，因此，各汽缸的自点火时间容易产生偏 差。汽缸间的点火时间的偏差会使循环效率和热效率下降，并使排气气体 中含有的未燃碳氢化合物、 一氧化碳、NOx等大气污染物质的排出量增大。 专利文献l:日本专利特开2005 — 69097号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于，即使是很难压縮自点火的运转条 件，通过火花点火来诱发压縮自点火，也能实现稳定的点火，从而扩大可进行压縮自点火运转的运转范围。另外，本发明的目的还在于，通过适当 地调整汽缸内的压縮自点火时间，来提高循环效率和热效率并抑制大气污 染物质的排出。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明是一种使预先将燃料与空气混合后的混合气在汽缸内的燃烧室 中压縮自点火并燃烧的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其特征是， 上述预混合压縮自点火式发动机包括对上述混合气进行火花点火的火花点 火装置，分别设定了可诱发上述混合气的压縮自点火的火花点火的提前角 界限和滞后角界限，在提前角界限与滞后角界限之间，根据运转条件辅助 地对上述混合气进行火花点火。
本发明最好还包括如下结构。
(1) 上述发动机包括多个汽缸，在规定汽缸中进行火花点火，以使各 汽缸的压縮自点火时间统一 。
(2) 调整进行上述火花点火的时间，以对上述混合气的压縮自点火时
间进行调整。
(3) 上述发动机包括多个汽缸，对每个汽缸调整进行火花点火的时间， 以使各汽缸的压縮自点火时间统一。
(4) 设定作为目标的压縮自点火时间，对该目标压縮自点火时间与实 际的压縮自点火时间进行比较，并根据该比较来进行火花点火，以使实际 的压縮自点火时间成为目标压縮自点火时间。另外，该结构也可包括在上 述结构(1)中。
(5) 在上述结构(2)或上述结构(3)中，设定作为目标的压縮自点 火时间，对该目标压縮自点火时间与实际的压縮自点火时间进行比较，并 根据该比较来调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火时间成为 目标压縮自点火时间。
(6) 在上述结构(2)中，设定作为目标的压縮自点火时间，对该目 标压縮自点火时间与实际的压縮自点火时间进行比较，根据该比较，在提 前角界限与滞后角界限之间调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火时间成为目标自点火时间，并将混合气的进气温度调整到可将实际的 压缩自点火时间调整成目标压縮自点火时间的范围内。
(7) 在上述结构(3)中，针对每个汽缸，设定作为目标的压縮自点 火时间，对该目标压縮自点火时间与实际的压縮自点火时间迸行比较，根 据该比较，在提前角界限与滞后角界限之间调整进行火花点火的时间，以 使实际的压縮自点火时间成为目标压縮自点火时间，并针对所有汽缸，将 混合气的进气温度调整到可将实际的压縮自点火时间调整成目标压縮自点 火时间的范围内。
(8) 在上述结构(2)中，设定作为目标的压縮自点火时间，并设定 能实现该目标压縮自点火时间的火花点火时间中的最佳的火花点火时间， 对上述目标压縮自点火时间与实际的压縮自点火时间进行比较，根据该比 较来调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火时间成为目标自点 火时间，再对进气温度进行调整，以使火花点火时间成为上述最佳火花点 火时间。
(9) 在上述结构(3)中，针对每个汽缸，设定作为目标的压縮自点
火时间，并设定能实现该目标压縮自点火时间的火花点火时间中的最佳的 火花点火时间，对该目标压縮自点火时间与实际的压縮自点火时间进行比 较，根据该比较来调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火时间 成为目标自点火时间，再对进气温度进行调整，以使火花点火时间最晚的 汽缸在最佳火花点火时间火花点火。
(10) 在上述结构(7)中，使对火花点火时间达到提前角界限的汽缸 的燃料供给量相对于其它汽缸增大，使对达到滞后角界限的汽缸的燃料供 给量相对于其它汽缸减少。
(11) 在上述结构(7)中，使火花点火时间达到提前角界限的汽缸的 有效压縮比相对于其它汽缸增大，使达到滞后角界限的汽缸的有效压缩比 相对于其它汽缸减少。
(12) 在上述结构(7)中，包括使排气气体朝汽缸内回流的EGR装置， 使对火花点火时间达到提前角界限的汽缸的EGR量相对于其它汽缸增大，使对达到滞后角界限的汽缸的EGR量相对于其它汽缸减少或者成为零。
(13) 在上述结构(7)中，使火花点火时间达到提前角界限的汽缸的 进气温度相对于其它汽缸提高，使达到滞后角界限的汽缸的进气温度相对 于其它汽缸降低。
(14) 在上述结构(7)中，使火花点火时间达到提前角界限的汽缸的 温度相对于其它汽缸提高，使达到滞后角界限的汽缸的温度相对于其它汽 缸降低。
(15) 在上述结构(7)中，利用热传导率相对于其它汽缸较低的材质 来形成火花点火时间达到提前角界限的汽缸的构成部件，利用热传导率相 对于其它汽缸较高的材质来形成火花点火时间达到滞后角界限的汽缸的构 成部件。
(16) 在上述结构(3)中，针对每个汽缸设定作为目标的压縮自点火 时间，对该目标压縮自点火时间与实际的压缩自点火时间进行比较，根据 该比较来调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火时间成为目标 自点火时间，并对进气温度进行调整，以使火花点火时间最晚的汽缸进行 正常运转。
(17) 对上述混合气的空气过剩率进行检测，并根据该空气过剩率来 变更上述提前角界限。
(18) 上述发动机包括多个汽缸，对每个汽缸的混合气的空气过剩率 进行检测，并根据各空气过剩率来分别变更各汽缸的上述提前角界限。
(19) 对上述混合气的进气温度进行检测，并根据该进气温度来变更 上述提前角界限。另外，该结构也可包括在上述结构(17)或上述结构(18) 中。
(20) 上述发动机包括多个汽缸，针对每个汽缸检测混合气的进气温 度，并根据各进气温度来分别变更各汽缸的上述提前角界限。另外，该结 构也可包括在上述结构(17)或上述结构(18)中。
发明效果
根据本发明，例如在汽缸内温度较低且很难压縮自点火的条件下，通过辅助地进行火花点火来诱发压縮自点火，能可靠地实现压縮自点火，防 止不发火。因此，可扩大到以往无法进行压縮自点火运转的运转范围内进 行压縮自点火运转，可增大发动机输出功率。另外，由于设定可诱发压缩 自点火的火花点火的提前角界限和滞后角界限，并在这两个界限时间之间 进行火花点火，因此能更可靠地实现压縮自点火。
根据上述结构(1)，在多汽缸的发动机中，通过对压縮自点火时间因 汽缸内温度较低等而较晚的规定汽缸辅助地进行火花点火来诱发该汽缸的 压縮自点火，可防止与压縮自点火时间较早的其它汽缸之间产生压縮自点 火时间的偏差。由此，可提高循环效率和热效率。
根据上述结构(2)，通过调整火花点火时间，例如可在能获得较高的 热效率或者能抑制排气气体中含有的大气污染物质的排出的适当的点火时 间实现压縮自点火。
根据上述结构(3)，在多汽缸的发动机中，通过对各汽缸调整进行火
花点火的时间，可防止各汽缸间的压縮自点火时间的偏差。因此，可提高 循环效率和热效率。另外，通过调整各汽缸的火花点火时间，例如可在能
获得更高的热效率或者能抑制排气气体中含有的大气污染物质的排出的适 当的点火时间统 一 地实现压縮自点火。
根据上述结构(4)，通过进行或不进行火花点火，可对压縮自点火时 间进行调整，以使实际的压縮自点火时间成为目标压縮自点火时间。因此， 例如在将目标压縮自点火时间设定成能获得较高的热效率或者能抑制大气 污染物质的排出的点火时间的情况下，可提高发动机性能或抑制大气污染 物质的排出。
根据上述结构(5)，通过调整火花点火时间，可对压縮自点火时间进 行调整，以使实际的压缩自点火时间成为目标压缩自点火时间。因此，例 如在将目标压縮自点火时间设定成能获得较高的热效率或者能抑制大气污 染物质的排出的点火时间的情况下，可提高发动机性能或抑制大气污染物 质的排出。
根据上述结构(6)，可获得与上述结构(5)相同的效果。另外，根
10据进气温度条件，有时即使在提前角界限与滞后角界限之间进行火花点火， 也无法将实际的压縮自点火时间调整成目标压縮自点火时间，这种情况下， 通过适当地调整进气温度，能通过在有限时间内进行的火花点火，可靠地 将实际的压縮自点火时间调整成目标压縮自点火时间。
根据上述结构(7)，可获得与上述结构(5)相同的效果。另外，根 据进气温度条件，有时即使在各汽缸中在提前角界限与滞后角界限之间进 行火花点火，也无法将实际的压縮自点火时间调整成目标压縮自点火时间， 这种情况下，通过适当地调整进气温度，在多汽缸的发动机中，能在所有 汽缸中将实际的压縮自点火时间调整成目标压縮自点火时间。
根据上述结构(8)，可获得与上述结构(5)相同的效果。另外，通 过调整进气温度，例如可在能提高发动机性能或者能抑制大气污染物质的 排出的特别理想的时间进行火花点火。
根据上述结构(9)，可获得与上述结构(5)相同的效果。另外，通
过调整进气温度，例如可在能提高发动机性能或者能抑制大气污染物质的 排出的特别理想的时间进行火花点火。
另外，上述结构(10) 上述结构(15)，是在即使采用上述结构(7) 也无法适当地调整压縮自点火时间(火花点火时间)时，通过追加实施各 种措施，以可调整压縮自点火时间。
根据上述结构(10)，对于火花点火时间达到提前角界限的汽缸(很 难压缩自点火的汽缸)，通过使燃料供给量相对增大以使压縮自点火变得 容易，可使火花点火时间滞后。反之，对于火花点火时间达到滞后角界限 的汽缸(容易压縮自点火的汽缸)，通过使燃料供给量相对减少以使压縮 自点火变难，可使火花点火时间提前。
根据上述结构(11)，对于火花点火时间达到提前角界限的汽缸，通 过使有效压縮比相对增大以使压縮自点火变得容易，可使火花点火时间滞 后。反之，对于火花点火时间达到滞后角界限的汽缸，通过使有效压縮比 相对减小以使压縮自点火变难，可使火花点火时间提前。
根据上述结构(12)，对于火花点火时间达到提前角界限的汽缸，通过使EGR量相对增大来提高混合气温度，使压縮自点火变得容易，可使火 花点火时间滞后。反之，对于火花点火时间达到滞后角界限的汽缸，通过
使EGR量相对减少(或者成为零)来降低混合气温度，使压縮自点火变难， 可使火花点火时间提前。
根据上述结构(13)，对于火花点火时间达到提前角界限的汽缸，通 过使进气温度相对提高以使压縮自点火变得容易，可使火花点火时间滞后。 反之，对于火花点火时间达到滞后角界限的汽缸(容易压縮自点火的汽缸)， 通过使迸气温度相对变低以使压縮自点火变难，可使火花点火时间提前。
根据上述结构(14)，对于火花点火时间达到提前角界限的汽缸，通 过使汽缸温度相对提高以使压縮自点火变得容易，可使火花点火时间滞后。 反之，对于火花点火时间达到滞后角界限的汽缸，通过使汽缸温度相对降 低以使压縮自点火变难，可使火花点火时间提前。
根据上述结构(15)，对于火花点火时间达到提前角界限的汽缸，通 过使汽缸的构成部件的散热性相对降低以使压縮自点火变得容易，可使火 花点火时间比提前角界限滞后。反之，对于火花点火时间达到滞后角界限 的汽缸，通过使汽缸的构成部件的散热性相对提高以使压縮自点火变难， 可使火花点火时间提前。
上述结构(16)例如在即使实施了上述结构(10) 上述结构(15) 的措施也无法适当调整压縮自点火时间(火花点火时间)时，实施进一步 措施。根据上述结构(16)，能使火花点火时间最晚的汽缸正常地进行运 转，因此，包括其以外的汽缸在内即使产生不发火，也不会产生爆震。因 此，能可靠地防止爆震引起的发动机的损伤。
根据上述结构(17)，可根据混合气的空气过剩率来适当设定提前角 界限。
根据上述结构(18)，在各汽缸中，可根据混合气的空气过剩率来适 当设定提前角界限。
根据上述结构(19)，可根据混合气的进气温度来适当设定提前角界限。根据上述结构(20)，在各汽缸中，可根据混合气的进气温度来适当 设定提前角界限。
图1是本发明的实施方式所涉及的预混合压縮自点火式发动机11的概略 剖视图。
图2是预混合压縮自点火发动机的概略俯视图。
图3是表示在某一运转条件下各汽缸的汽缸内压力和热产生率的变化的
曲线图。
图4是表示没有发生压縮自点火的汽缸在不进行火花点火时以及改变时
间进行火花点火时汽缸内压力和热产生率的变化的曲线图。
图5是表示火花点火时间与压縮自点火时间间的关系的曲线图。 图6是表示与空气过剩率的变化对应的、火花点火时间的提前角界限的变 化的曲线图。
图7是表示与进气温度的变化对应的、火花点火时间的提前角界限的变化 的曲线图。
图8是表示与空气过剩率及进气温度的变化对应的、火花点火时间的提前 角界限的变化的曲线图。
图9 (A)是表示不进行火花点火时各汽缸的压縮自点火时间的曲线图， 图9 (B)是表示火花点火时间的曲线图，图9 (C)是表示进行了火花点火时 压縮自点火时间的曲线图。
图10 (A)是表示不进行火花点火时各汽缸的压縮自点火时间的曲线图， 图10 (B)是表示火花点火时间的曲线图，图10 (C)是表示进行了火花点火 时压縮自点火时间的曲线图。
图11是以火花点火时间与进气温度间的关系来表示压縮自点火时间的变 化的曲线图。
图12是以火花点火时间与进气温度间的关系来表示压縮自点火时间的变 化的曲线图。
13图13是以火花点火时间与进气温度间的关系来表示压縮自点火时间的变 化的曲线图。
图14是以所有汽缸的火花点火时间与进气温度间的关系来表示压縮自点 火时间的变化的曲线图。
图15是以设定了最佳火花点火时间时火花点火时间与进气温度间的关系
来表示压縮自点火时间的变化的曲线图。
图16是以设定了最佳火花点火时间时火花点火时间与进气温度间的关系
来表示压縮自点火时间的变化的曲线图。
图17是表示在使进气温度保持一定的状态下的空气过剩率与压縮自点火 时间间的关系的曲线图。
图18是在分岔进气管中设置了燃料调整阀的预混合压縮自点火发动机的 概略俯视图。
图19是在分岔进气管中设置了加热器的预混合压縮自点火发动机的概略 俯视图。
图20是具有外部EGR装置的预混合压縮自点火发动机的概略剖视图。 图21是特别详细表示水套的预混合压縮自点火发动机的概略俯视剖视图。
图22是表示分别在条件(a)的不进行火花点火时、条件(b)的用运转 方法1仅对没有压縮自点火的特定汽缸进行了辅助的火花点火时、条件(c) 的用运转方法4对应该统一压縮自点火时间的所有汽缸均进行了辅助的火花点 火时，各汽缸间的汽缸内最高压力的偏差(最大值与最小值之差)的曲线图。
图23是表示在与图22相同的各条件(a) (b) (c)下各汽缸间的压縮
自点火时间的偏差的曲线图。
图24是表示在与图22相同的各条件(a) (b) (c)下各汽缸间的爆震
强度的偏差的曲线图。
图25是在与图22相同的各条件(a) (b) (c)下比较表示热效率的曲 线图。
图26是在与图22相同的各条件(a) (b) (c)下比较表示未燃碳氢化合物(THC)的排出量的曲线图。
图27是在与图22相同的各条件(a) (b) (c)下比较表示一氧化碳(CO) 的排出量的曲线图。
图28是以火花点火时间与进气温度间的关系来表示压縮自点火时间的变 化的曲线图。
(符号说明)
11预混合压縮自点火发动机
13缸
14活塞
35调温装置
45控制器
57燃料调整阀
61加热器
63外部EGR装置
具体实施例方式
图1是本发明的实施方式所涉及的预混合压縮自点火式发动机11的概 略剖视图，图2是其概略俯视图。本实施方式的预混合压縮自点火式发动 机11是四汽缸(1号 4号)的四冲程发动机，具有发动机本体11A，该发 动机本体11A包括缸体12、缸盖15、以及曲柄箱18。在缸体12内设置 有多个(四个)缸13，在各缸13内可自由滑动地嵌合有活塞14。在缸盖 15上设置有进气口 16和排气口 17，进气口 16和排气口 17分别由进气门 19和排气门20来开闭。进气门19和排气门20由气门传动装置21、 22来 驱动。
在吸气口 16上连接着进气管24，在排气口 17上连接着具有排气歧管 25的排气管26。如图2所示，进气管24具有主进气管27、与该主进气 管27连接的进气缓冲罐28、以及从该进气缓冲罐28与各缸13连接的多个分岔进气管29。
如图1所示，在主进气管27中设置有节气门阀(throttle valve) 31、 混合器33和加热装置(调温装置)35。被导入主进气管27的空气利用节 气门阀31来调节流量，并与经由燃料控制阀(A/F valve) 32供给来的燃 料在混合器33中混合。在燃料控制阀32中可设定燃料与空气的比例、即 空气过剩率。
空气与燃料的混合气在被加热装置35加热后流入进气缓冲罐28，并 从各分岔进气管39经由进气口 16被吸入各缸13内的燃烧室(进气行程)。 在进气行程中供给到燃烧室内的混合气在压縮行程中被压縮，当活塞14到 达上止点附近时自点火，由此，将活塞压下(膨胀行程)。燃烧气体在排 气行程中从排气口 17经由排气管26排出。
如图2所示，加热装置35具有热交换器40，该热交换器40设置在分 岔成两条路径的主进气管27的一条路径38上。热交换器40将发动机冷却 水作为热交换介质，在缸体12和缸盖15 (图1)中循环的冷却水经由流路 41朝热交换器40供给，并经由流路42返回冷却器(未图示)。在主进气 管27的两条路径38、 39中分别设置有流量调节阀43、 44。
在主进气管27的另一条路径39上未设置热交换器40，流过该路径39 的混合气在不被加热的情况下直接导入进气缓冲罐28。流量调节阀43、 44 对混合气朝主进气管27的各路径38、 39的流入量进行调整(包括停止)， 例如，通过仅打开一方的流量调节阀43以使混合气仅流过路径38，可迅速 加热混合气，通过仅打开另一方的流量调节阀44以使混合气仅流过路径 39，可不对混合气进行加热(相对来说进行冷却)。另外，通过将流量调 节阀43、 44双方打开，可使被加热的混合气与未被加热的混合气混合来进 行细致的温度控制。
作为加热装置35的热交换介质，可利用发动机油和排气气体。作为加 热装置35，也可使用电加热器。另外，也可不像上面那样使主进气管27 分岔，而是将其形成为一条路径并设置加热装置35。
如图1所示，发动机11包括控制器45，利用该控制器45来控制节气门阀31、燃料控制阀32、加热装置35等。另外，在发动机ll中设置有冷 却水温度传感器47和进气温度传感器48、汽缸内压力传感器49、发动机 转速传感器50、转矩传感器51、空气过剩率传感器52等，各种传感器的 检测信号被输入上述控制器45。
在发动机11的缸盖15上设置有火花塞37。如图2所示，火花塞37 通过高压阻尼线54与点火线圈55连接，火花塞37、高压阻尼线54和点火 线圈55构成了火花点火装置53。对火花点火装置53的点火线圈55的通电 由控制器45来进行动作控制。
本来，予混合压縮自点火式发动机11是在不进行火花点火的情况下通 过使混合气压縮自点火来进行运转的。但是，在本发明的予混合压縮自点 火发动机11中主要是为诱发压縮自点火而辅助性地使用了火花点火装置 53。
即，本实施方式的预混合压縮自点火式发动机11通过进行火花点火来 诱发压縮自点火，从而即使是在很难压縮自点火的运转条件下，也能进行 压縮自点火运转。另外，通过调整火花点火时间来调整压縮自点火时间， 可获得最佳的发动机性能，或抑制排气气体中含有的大气污染物质排出。
另外，火花点火装置53不仅用于诱发压缩自点火，还用于在发动机 11启动时进行火花点火运转(SI运转)。 (运转方法1)
图3是表示在某一运转条件下各汽缸的汽缸内压力(左纵轴和下侧的 线图)以及热产生率(右纵轴和上侧的线图)的变化的曲线图。在该图中， 对于第一汽缸 第三汽缸(l号 3号)，在曲柄角超过了TDC时，汽缸内 压力和热产生率大幅度上升并达到峰值。与之相对，对于第四汽缸(4号)， 在曲柄角为TDC时，汽缸内压力达到峰值，之后的热产生率的上升幅度也 很小。因此，对于第四汽缸(4号)，可认为实质上并没有发生压縮自点火 (产生了不发火)。另外，对于第一汽缸 第三汽缸，可认为发生了压縮 自点火，但其时间存在偏差。像这样汽缸间的点火时间会产生偏差是因为因汽缸的配置而引起的受热特性、散热特性的差异等使各汽缸的压縮端温 度变得不同。
在本实施方式中，作为运转方法1，利用火花点火装置53 (图2)对 没有发生压縮自点火的汽缸(4号)进行火花点火。若进行火花点火，该火 花和点火后的传播火炎会使处于压縮状态的混合气开始自点火。即，利用 火花点火来诱发压縮自点火。由此，即使是很难压縮自点火的汽缸，也能 可靠地压縮自点火，在所有汽缸中均能进行压縮自点火运转。因此，可增 大发动机输出功率。
在本实施方式中，将辅助性地使用火花点火来诱发压縮自点火的运转 称作基于火炎传播燃烧的诱发压縮自点火运转(HCCI运转)。
图4是表示没有发生压縮自点火的汽缸(图3中的第四汽缸(4号)) 在不进行火花点火时以及改变时间进行火花点火时汽缸内压力和热产生率 的变化的曲线图。(a)表示不进行火花点火的情况，(b) (d)表示均 进行火花点火、并按(b) (d)的顺序慢慢地使火花点火时间朝提前角 侧移动的情况。图5是表示火花点火时间与压縮自点火时间间的关系的曲 线图。
如图4和图5所示，可知，随着火花点火的时间从提前角侧朝滞后角 侧滞后，压縮自点火时间也从提前角侧朝滞后角侧滞后。
另外，从图5可知， 一旦火花点火时间相对于某一时间tl位于提前角 侧，则即便使其进一步提前，压縮自点火时间也不再提前。反之， 一旦火 花点火时间相对于某一时间t2位于滞后角侧，则即便使其进一步滞后，压 縮自点火时间也几乎不再滞后。这可认为是已经自然地开始压縮自点火。
因此，在本发明中，针对这种特性，将上述tl设定成火花点火的提前 角侧的界限时间(提前角界限)，并将t2设定成滞后角侧的界限时间(滞 后角界限)，对火花点火装置进行动作控制，以在两界限时间tl、 t2之间 进行火花点火。由此，能通过进行火花点火可靠地诱发压縮自点火。
另外，在本实施方式中，将燃烧质量比例达到50%的时间作为压縮自 点火时间。燃烧质量比例通过用汽缸内压传感器49 (图1)对汽缸内压力
18进行检测，根据该检测值进行分析来求解。
如图2所示，在进气管24上设置有进气温度传感器48，在排气管26 上设置有空气过剩率传感器52。
图6是表示与空气过剩率的变化对应的火花点火时间的提前角界限的 变化的曲线图。从该曲线图可知，若空气过剩率变动，则火花点火时间的 提前角界限也变化。图7是表示与进气温度的变化对应的火花点火时间的 提前角界限的变化的曲线图。从该曲线图可知，若进气温度变动，则火花 点火时间的提前角界限也变化。
图8是表示与空气过剩率和进气温度的变化对应的火花点火时间的提 前角界限的变化的曲线图。从该曲线图可知，若空气过剩率和进气温度变
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因此，在本实施方式中，利用图2所示的空气过剩率传感器52禾P/或 进气温度传感器48始终检测空气过剩率和/或进气温度，并根据该检测值 来适当变更火花点火时间的提前角界限。由此，可根据实际的运转适当设 定提前角侧的界限时间，利用火花点火可靠地诱发压縮自点火。
在图2中，对应所有汽缸(1号 4号)设置有一个进气温度传感器 48和一个空气过剩率传感器52，但也可对应各汽缸设置多个进气温度传感 器48，或对应各汽缸设置多个空气过剩率传感器52。这样一来，便可对每 个汽缸适当变更火花点火时间的提前角界限。 (运转方法1在单汽缸发动机中的应用)
上面说明的运转方法1，是在多汽缸的预混合压縮自点火式发动机11 中为了使所有汽缸(1号 4号)都进行压縮自点火而对规定的汽缸(4号) 进行火花点火。当然，运转方法1也可应用于单汽缸的预混合压縮自点火 式发动机。
艮卩，在单汽缸的预混合压縮自点火式发动机中，可在很难压縮自点火 的运转条件下进行火花点火，由此诱发压縮自点火，可靠地进行压縮自点 火。由此，可防止该发动机ll完全陷入无法运转的状态。 (运转方法2)使用上述运转方法1时，对很难压缩自点火的汽缸也能实现压缩自点 火，在多汽缸的发动机ll中，所有汽缸都能可靠地进行压縮自点火。下面 说明的运转方法2使所有汽缸的压縮自点火时间统一。
图9(A)是表示在某一运转条件下各汽缸的压縮自点火时间的曲线图， 横轴表示汽缸编号，纵轴表示点火时间(压縮自点火时间)。在该曲线图
中，第一汽缸(l号)和第四汽缸(4号)的压縮自点火时间晚，第二汽缸 (2号)和第三汽缸(3号)的压縮自点火时间早。
采用这种发动机11时，在运转方法2中，如图9 (B)所示，在压縮 自点火时间晚的第一汽缸、第四汽缸(l号、4号)中进行辅助的火花点火。 由此，如图9 (C)所示，可使第一汽缸、第四汽缸(1号、4号)的压縮自 点火时问提前，使其统一成第二汽缸、第三汽缸(2号、3号)的压縮自点 火时间。在像这样统一各汽缸的压縮自点火时间时，循环效率提高，由此， 也可提高热效率。另外，由于点火的稳定性提高，因此输出功率变动减小。 (运转方法3)
在上述运转方法2中，只是通过对压縮自点火时间晚的汽缸进行火花 点火来统一所有汽缸的压縮自点火时间，而运转方法3则通过对各汽缸的 压縮自点火时间进行调整来使其统一。
如图5所示，可知，当使火花点火时间在提前角界限tl与滞后角界限 t2之间变化时，压縮自点火时间也相应地变化。在运转方法3中，在图9 (A)所示的运转条件下，像图9 (B)那样如箭头a所示地调整第一汽缸、 第四汽缸(l号、4号)的火花点火时间，使它们的压縮自点火时间可靠地 统一成第二汽缸、第三汽缸(2号、3号)的压縮自点火时间。 (运转方法4)
图10 (A)是表示在某一运转条件下各汽缸(l号 4号)的压縮自点 火时间的曲线图，横轴表示汽缸编号，纵轴表示点火时间(压縮自点火时 间)。在该曲线图中，压縮自点火时间按第二汽缸(2号) 一第三汽缸(3 号) 一第一汽缸(l号) 一第四汽缸(4号)的顺序滞后。
对于这种运转条件，在运转方法4中，如图10 (B)所示，对各汽缸的火花点火时间进行调整(箭头bl b4)，以使火花点火时间按第四汽缸 (4号) 一第一汽缸(1号) 一第三汽缸(3号) 一第二汽缸(2号)的顺
序滞后。其结果是，如图10 (c)所示，能更可靠地统一各汽缸的压縮自点
火位置。
(运转方法3、 4中的火花点火时间的调整方法) 火花点火时间的调整可利用下面的任一种方法，通过用控制器45控制 对图2所示的火花点火装置53的点火线圈55的通电来进行。 〈1〉使用映射图(map)的控制
例如，生成火花点火时间映射图，并将该火花点火时间映射图存储到 控制器45的存储器(未图示)中，上述火花点火时间映射图根据与进气温 度和空气过剩率等运转条件的关系，绘制了能达到热效率、排气气体中含 有的大气污染物质(氮氧化物(N0x)、未燃碳氢化合物(THC)、 一氧化 碳(C0)等)的排出量等的平衡、并可实现适当的压縮自点火时间的火花 点火时间。另外，对该运转状况进行检测，并参照火花点火时间映射图来 选定与该检测值对应的火花点火时间，对火花点火装置53进行控制，以在 该火花点火时间迸行火花点火。
〈2〉反馈控制
例如，预先设定能达到热效率、排气气体中含有的大气污染物质的排 出量等的平衡的目标压縮自点火时间，对检测到的实际的压縮自点火时间 和目标压縮自点火时间进行比较，并根据该比较来控制火花点火装置53， 对火花点火时间进行调整，以使实际的压縮自点火时间成为目标压縮自点 火时间。
例如，作为大气污染物质的NOx在点火时间早时具有增大的倾向，THC 和CO在点火时间晚时具有增大的倾向，因此，可将能使它们的排出量平衡 地减少的时间设定成目标压縮自点火时间。
下面，详细说明通过〈2〉的反馈控制来对火花点火时间进行调整。 图11的曲线图以某汽缸的火花点火时间与进气温度间的关系来表示 压縮自点火时间的变化。在该曲线图中，用Z来表示目标压縮自点火时间(例如是曲柄角为TDC + 6°的时间)。根据该曲线图可知，例如在进气温 度为Ta时，若将火花点火时间设定成ta，则可将实际的压縮自点火时间调 整成目标压縮自点火时间。
此处，如上述运转方法1中所述，火花点火时间存在可调整压縮自点 火时间的提前角界限tl和滞后角界限t2。但是，有时即使在两界限时间 tl、 t2之间进行火花点火，也无法将实际的压縮自点火时间调整成目标自 点火时间。例如，在进气温度低于Tl时，即使在提前角界限tl附近进行 火花点火，实际的压縮自点火时间也会比目标压縮自点火时间滞后。反之， 在进气温度高于T2时，即使在滞后角界限t2附近进行火花点火，实际的 压縮自点火时间也会比目标压縮自点火时间提前。
因此，在本发明中，在进气温度低于Tl时以及进气温度高于T2时， 利用图2所示的加热装置(调温装置)35将进气温度调整到Tl与T2之间。 在此基础上进行火花点火，从而能可靠地将实际的压縮自点火时间调整成 目标压縮自点火时间。
另外，可通过火花点火将实际的压縮自点火时间调整成目标压缩自点 火时间的进气温度的范围T1 T2对于每个汽缸都不同。例如，如图12所 示，对于容易压缩自点火的汽缸，该进气温度的范围T1 T2偏向低温侧， 如图13所示，对于很难压縮自点火的汽缸，该进气温度的范围T1 T2偏 向高温侧。因此，在本发明中，对加热装置35进行控制，以使实际的进气 温度落在对于所有汽缸都能将实际的压縮自点火时间调整成目标压縮自点 火时间的进气温度的范围内。
例如，在图IO所示的运转条件的发动机中，压縮自点火按第二汽缸(2 号) 一第三汽缸(3号) 一第一汽缸(l号) 一第四汽缸(4号)的顺序变 难，但这种情况下，如图14所示，表示目标压縮自点火时间Z的曲线按第 二汽缸(2号)一第三汽缸(3号) 一第一汽缸(l号) 一第四汽缸(4号) 的顺序从进气温度的低温侧朝高温侧偏离。因此，在提前角界限tl与滞后 角界限t2之间设定表示目标压縮自点火时间的曲线Z全部重叠的进气温度 范围Tla T2a，并进行调整，以使实际的进气温度落在该范围Tla T2a
22内。这样，在所有的汽缸中就都能将实际的压縮自点火时间调整成目标压 縮自点火时间。
基本而言，只要在规定的进气温度范围Tla T2a内进行进气温度的调 整，就能使所有汽缸的压縮自点火时间统一。不过，也可根据与进气温度 的关系来预先设定可实现目标压縮自点火时间的更理想的火花点火时间， 并将进气温度调整成特定的温度，以在该火花点火时间进行火花点火。
例如，如图15所示，在提前角界限tl与滞后角界限t2之间设定了最 佳点火时间t3时，将进气温度调整成Tc，以在该最佳点火时间t3进行火 花点火。
另外，在多汽缸发动机时，可将进气温度调整成使火花点火时间最晚 的汽缸在最佳的火花点火时间进行火花点火。例如，如图16所示，当四个 汽缸中第二汽缸(2号)的火花点火时间最晚时，像框A1包围的条件那样， 可将进气温度调整成Tc，以使第二汽缸(2号)的火花点火时间成为最佳 火花点火时间t3。
作为设定火花点火时间最晚的汽缸(2号)的最佳火花点火时间t3的 一个方法，可将该最佳火花点火时间t3设定成滞后角界限t2。例如，在图 16中，像最右端的框A2包围的条件那样，可将进气温度调整成Td，以使 第二汽缸(2号)的火花点火时间成为滞后角界限t2。
这种情况下，第二汽缸(2号)处于可自然产生压縮自点火的状态， 因此，实质上可以不进行火花点火，可将火花点火对压縮自点火的辅助限 制在最小限度。另外，在将第二汽缸(2号)的火花点火时间设定成滞后角 界限t2时，其它汽缸(3号、1号、4号)的火花点火时间也从提前角界限 tl朝滞后角侧(箭头c方向)偏离。如图5所示，在火花点火时间从提前 角界限tl朝提前角侧提早时，会完全无法控制压縮自点火时间。因此，通 过使所有汽缸的火花点火时间从提前角界限tl朝滞后角侧偏离，可使无法 控制压縮自点火时间的可能性变得极低。
(运转方法3、 4在单汽缸发动机中的适用)
在上述运转方法3、 4中，为了使所有汽缸的压縮自点火时间统一，对该压縮自点火时间进行了调整，但调整压縮自点火时间这点也可应用于单 汽缸的预混合压縮自点火式发动机。即，例如可将实际的压縮自点火时间 调整成能获得较高的热效率、或者能抑制排气气体中含有的大气污染物质 的排出量的适当的压縮自点火时间。 (运转方法5)
在上述的运转方法1 4中，通过辅助性地使用火花点火来诱发压縮自 点火，并设定火花点火时间的提前角界限tl和滞后角界限t2，在其范围内
进行火花点火。另外，为了能通过两界限时间tl、 t2之间的火花点火将实
际的压縮自点火时间调整成目标压縮自点火时间，对进气温度进行调整。
然而，即使实施了这些方法，有时还会出现如图28所示的、火花点火 时间最晚的汽缸的火花点火时间达到滞后角界限t2而火花点火时间最早的 汽缸的火花点火时间达到提前角界限tl的情况，即出现图14中不存在进 气温度的调整范围Tla T2a的情况。本发明的运转方法5在这种情况下采 用如下的追加措施。
(运转方法5—1)
图17是表示在使进气温度保持一定的状态下的空气过剩率与压縮自 点火时间间的关系的曲线图。从该曲线图可知，空气过剩率越小，压缩自 点火时间越提前，空气过剩率越大，压縮自点火时间越滞后。利用这种性 质，在运转方法5—1中，如图18所示，在各汽缸(1号 4号)的分岔进 气管29上设置了可朝混合气继续加入燃料的燃料调整阀57。各燃料调整阀 57由控制器45来控制。符号58是朝各燃料调整阀57输送燃料用的燃料供 给管。在图18中仅图示了燃料供给系统的一部分，其它结构与图2相同， 故省略。
另外，在即使进行上述进气温度调整也还会存在火花点火时间达到提 前角界限tl的汽缸时，适当地从燃料调整阀57对汽缸追加供给燃料，使 压縮自点火变得容易。由此，可使火花点火时间相对于提前角界限tl朝滞 后角侧转移。
或者，对所有的汽缸都始终从燃料调整阀57追加供给燃料，当存在火花点火时间达到提前角界限tl的汽缸时，适当地使该汽缸的燃料追加量大 于其它汽缸。由此，与上面一样，可使火花点火时间相对于提前角界限tl 朝滞后角侧转移。反之，对于火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸，可 通过相对地减少燃料供给量来使压縮自点火变难，使火花点火时间相对于 滞后角界限t2提前。
由此，在各汽缸中，可在提前角界限tl与滞后角界限t2的范围内(比 提前角界限tl晚且比滞后角界限t2早的时间)进行火花点火，可实现目 标压縮自点火时间。
另外，在预先知道火花点火时间始终达到提前角界限tl的汽缸时，也
可仅对该汽缸设置燃料调整阔57。
另外，也可省略图2所示的燃料控制阀32和混合器33，从图18的燃 料调整阀57供给所有的燃料。 (运转方法5 — 2)
运转方法5 — 2包括变更各汽缸的有效压縮比的措施。如图1所示，在 活塞的上表面形成有凹状的燃烧室60，该燃烧室60越大，有效压縮比就越 小，燃烧室60越小，有效压縮比就越大。另外，有效压縮比越小，压縮自 点火就越难，有效压縮比越大，压縮自点火就越容易。
因此，在即使进行上述进气温度调整也还会存在火花点火时间达到提 前角界限tl的汽缸时，预先将该汽缸的燃烧室60形成得比其它汽缸小， 使压縮自点火变得容易，使火花点火时间比提前角界限tl滞后。另外，当 存在火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸时，预先将该汽缸的燃烧室60 形成得比其它汽缸大，使压縮自点火变难，使火花点火时间比滞后角界限 t2提前。
由此，在各汽缸中，可通过在提前角界限tl与滞后角界限t2之间(比 提前角界限tl晚且比滞后角界限t2早的时间)进行火花点火，来实现目 标压縮自点火时间。
在上述结构中，也可代替燃烧室60或在燃烧室60的基础上，在缸盖 15的下表面设置凹部(未图示)，利用其大小来改变有效压縮比。另外，如图1所示，有效压縮比也可通过改变火花塞37从缸盖15的突出量p而 改变。这种情况下，在增大火花塞37的突出量p时，有效压縮比变大，在 减小火花塞37的突出量p时，有效压縮比变小。因此，与改变燃烧室60 的大小时一样，通过预先改变火花塞37的突出量p，在各汽缸中，可在提 前角界限tl与滞后角界限t2之间进行火花点火，由此实现目标压縮自点 火时间。如上所述的燃烧室60的容积和火花塞37的突出量P与构造有关，无 法始终对应变化的运转条件可变地设定有效压縮比。因此，也可像下面那 样，采用能可变地设定有效压縮比的措施。作为一例，如图l所示，使用可变气门传动装置作为进气门19的气门 传动装置21，通过用控制器45来控制该可变气门传动装置21，将进气门 19早关闭或晚关闭，以能可变地设定有效压縮比。所谓进气门19的早关闭， 是指进气行程中在活塞14到达下止点之前将进气门19关闭，与没有早关 闭的汽缸相比，可减小有效压縮比。另外，早关闭量越大(使关闭时间进 一步提前)，就可使有效压縮比变得越小。所谓进气门19的晚关闭，是指进气行程中在活塞14到达下止点之后 将进气门19关闭，与没有晚关闭的汽缸相比，可减小有效压縮比。另外， 晚关闭量越大(使关闭时间进一步滞后)，就可使有效压縮比变得越小。因此，在因运转条件而存在火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸 时，适当地将该汽缸的进气门19早关闭或晚关闭，相对于其它汽缸使有效 压縮比减小，使压缩自点火变难。由此，可使火花点火时间比滞后角界限 t2提前。或者，对所有汽缸恒定地将进气门19早关闭或晚关闭，在因运转条件 而存在火花点火时间达到提前角界限tl的汽缸时，适当地减小该汽缸的进 气门19的早关闭量或晚关闭量(或使其成为零)。由此，可增大有效压縮 比，使火花点火时间相对于提前角界限tl朝滞后角侧转移。反之，当存在 火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸时，适当地增大该汽缸的进气门19 的早关闭量或晚关闭量。由此，可减小有效压縮比，使火花点火时间相对26于滞后角界限t2朝提前角侧转移。基于进气门19的早关闭和晚关闭进行的有效压縮比的设定既可以像 上面那样变化，也可以保持一定。即，在已知火花点火时间达到提前角界 限tl的汽缸时，可预先将该汽缸的进气门19的早关闭量或晚关闭量设定 成比其它汽缸小(或零)，使压縮自点火变得容易，使火花点火时间比提 前角界限tl滞后。另外，在已知火花点火时间达到滞后角侧的界限时间t2 的汽缸时，可预先将该汽缸的进气门19的早关闭量或晚关闭量设定成比其 它汽缸大，使压縮自点火变难，使火花点火时间比滞后角界限t2提前。 (运转方法5 — 3)运转方法5 — 3可对各汽缸的进气温度进行进一步调整，以使火花点火 时间处在提前角界限tl与滞后角界限t2之间。如图19所示，在与各汽缸 连接的分岔进气管29上设置由控制器45进行控制的加热器61，以可单独 地调整在该分岔进气管29内流动的混合气的温度。在因运转条件而存在火 花点火时间达到提前角界限tl的汽缸时，适当地使该汽缸的加热器61工 作，使其进气温度高于其它汽缸。由此，可使压縮自点火变得容易，使火 花点火时间相对于提前角界限tl朝滞后角侧转移。或者，对所有汽缸都始终使加热器61工作，在因运转条件而存在火花 点火时间达到提前角界限tl的汽缸时，适当地使该汽缸的加热量大于其它 汽缸。由此，可使火花点火时间相对于提前角界限tl朝滞后角侧转移。反 之，当存在火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸时，适当地使汽缸的加 热量小于其它汽缸。由此，可使火花点火时间相对于滞后角界限t2朝提前 角侧转移。作为加热器61，可使用电气式发热体，或者使用将排气气体、发动机 油或发动机冷却水作为热交换介质的热交换器。另外，也可设置冷却装置 来代替加热器61。例如，在欲使进气温度下降的分岔进气管29上设置散热 翅片，或者用冷却水来冷却分岔进气管29。 (运转方法5 — 4)运转方法5 — 4与运转方法5 — 3 —样，对各汽缸的进气温度进行进一步调整，以使火花点火时间处在提前角界限tl与滞后角界限t2之间，但 该进气温度的调整使用了内部EGR。内部EGR是通过排气门20 (图1)的早关闭或再开启、或者进气门19 (图1)的预先提升(pre-lift)来实现的。所谓排气门20的早关闭，是指排气行程中在活塞14到达上止点之前 将排气门20关闭。通过该排气门20的早关闭，使缸13内残留有排气气体， 使残留的排气气体与在之后的进气行程中流入的混合气混合，从而可使混 合气温度(进气温度)上升。另外，排气门20的早关闭量越大(关闭时间 越提前)，内部EGR量就越大，可使进气温度上升。这种情况下，如图1所示，利用可变气门传动装置构成排气门20的气 门传动装置22，通过用控制器45控制该可变气门传动装置22，来调整是 否早关闭和早关闭量。另外，在因运转条件而存在火花点火时间达到提前 角界限tl的汽缸时，通过适当地将该汽缸的排气门20早关闭或者增大早 关闭量，来使混合气温度高于其它汽缸，使压縮自点火变得容易。由此， 可使火花点火时间相对于提前角界限tl朝滞后角侧转移。另外，在因运转条件而存在火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸 时，通过适当地不使该汽缸的排气门20早关闭或者减小早关闭量，来使混 合气温度低于其它汽缸，使压縮自点火变难。由此，可使火花点火时间相 对于滞后角界限t2朝提前角侧转移。所谓排气门20的再开启，是指进气行程中临时地将排气门20打开。 通过该排气门20的再开启，使残留在排气管26内的排气气体流入缸13内 并与从进气管24流入的混合气混合，使混合气温度上升。另外，排气门20 的再开启量(再开启的提升量或持续时间)越大，内部EGR量就越大，可 使混合气温度上升。因此，在因运转条件而存在火花点火时间达到提前角界限tl的汽缸 时，适当地将该汽缸的排气门20再开启或者增大再开启量，使混合气温度 高于其它汽缸，使压縮自点火变得容易。由此，可使火花点火时间相对于 提前角界限tl朝滞后角侧移动。另外，在因运转条件而存在火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸 时，通过适当地不使该汽缸的排气门20再开启或者减小再开启量，来使混 合气温度低于其它汽缸，使压縮自点火变难。由此，可使火花点火时间相对于滞后角界限t2朝提前角侧转移。所谓进气门19的预先提升，是指排气行程中临时地将进气门19打开。 Ata^i k《虹 、i j丄"口'j j只夕l:^乂 i ， wx丄o k、j 口'j'ji" 、 、 ^p^iL/、^t ^目z4， 升it丄 后的进气行程中，在与混合气混合的状态下再次流入缸13内。由此，可提 高混合气温度。另外，进气门19的预先提升量(预先提升的提升量或持续 时间)越大，内部EGR量就越大，可提高混合气温度。因此，在因运转条件而存在火花点火时间达到提前角界限tl的汽缸时，适当地预先提升该汽缸的进气门19或者增大预先提升量来增大EGR量，使混合气温度高于其它汽缸，使压縮自点火变得容易。由此，可使火花点 火时间相对于提前角界限tl朝滞后角侧移动。另外，在因运转条件而存在火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸 时，通过适当地不预先提升该汽缸的进气门19或者减小预先提升量，使EGR量成为零或减少，来使进气温度低于其它汽缸，使压縮自点火变难。由此，可使火花点火时间相对于滞后角界限t2朝提前角侧转移。另外，通过排气门20的早关闭或再开启、或者进气门19的预先提升 而形成的内部EGR量既可以像上面那样变化，也可保持一定。g口，在己知 火花点火时间达到提前角侧的界限时间tl的汽缸时，预先将该汽缸的排气 门20的早关闭量或再开启量、或者进气门19的预先提升量设定成较大， 使压縮自点火变得容易，使火花点火时间比提前角界限tl滞后。另外，在 已知火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸时，预先将该汽缸的排气门20 的早关闭量或再开启量、或者进气门19的预先提升量预先设定成零或者设 定成较小，使压縮自点火变难，使火花点火时间比滞后角界限t2提前。 (运转方法5 — 5)运转方法5 — 5与运转方法5 — 4 一样，对各汽缸的进气温度进行进一 步调整，以使火花点火时间处在提前角界限tl与滞后角界限t2之间，该29进气温度的调整使用了外部EGR装置。如图20所示，外部EGR装置63具有将排气管26与各分岔进气管 29连接的EGR通路64、以及设置在EGR通路64上的EGR阀65。在该外部 EGR装置63中，从排气管26排出的排气气体经由EGR通路64朝进气管29 回流，与混合气混合，可提高混合气温度。另外，外部EGR量可利用受控 制器45控制的EGR阀65来进行调整，外部EGR量越大，就能使混合气温 度变得越高。因此，在因运转条件而存在火花点火时间达到提前角界限tl的汽缸 时，适当地调整该汽缸的EGR阀65来增大外部EGR量，使混合气温度高于 其它汽缸，使压縮自点火变得容易。由此，可使火花点火时间相对于提前 角界限tl朝滞后角侧转移。另外，在因运转条件而存在火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸 时，适当地调整汽缸的EGR阀65来使外部EGR量成为零或者减少，使进气 温度低于其它汽缸，使压縮自点火变难。由此，可使火花点火时间相对于 滞后角界限t2朝提前角侧转移。另外，外部EGR量既可以利用EGR阀65来改变，也可以保持一定。艮P ， 在已知火花点火时间达到提前角界限tl的汽缸时，可预先调整该汽缸的 EGR阀65，将外部EGR量设定成较大，使压縮自点火变得容易，使火花点 火时间比提前角界限tl滞后。另外，在已知火花点火时间达到滞后角界限 t2的汽缸时，可预先将该汽缸的EGR阀关闭，或者调整EGR阀，将外部EGR 量设定成较小，使压縮自点火变难，使火花点火时间比滞后角界限t2提前。 (运转方法5 — 6)在运转方法5 — 6中，通过调整汽缸本身的温度，用提前角界限tl与 滞后角界限t2之间的火花点火，来实现目标压縮自点火时间Z。具体而言， 当存在火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸(容易压縮自点火的汽缸) 时，使朝该汽缸的周边部分流动的冷却水量多于其它汽缸，促进冷却，从 而使火花点火时间相对于滞后角界限t2朝提前角侧转移。如图21所示，将构成欲增加冷却水量的汽缸、例如第二汽缸(2号)和第三汽缸(3号)的缸套13A的壁厚尺寸d2、 d3设定成比构成第一汽缸 (1号)和第四汽缸(4号)的缸套13A的壁厚尺寸dl、 d4薄。由此，水 套67在第二汽缸(2号)和第三汽缸(3号)的周边部分的宽度w2、 w3变 得比在第一汽缸(l号)和第四汽缸(4号)的周边部的宽度wl、 w4宽。由此，朝第二汽缸(2号)和第三汽缸(3号)的周边部分流动的冷却 水量变得比朝第一汽缸(l号)和第四汽缸(4号)的周边部分流动的冷却 水量多，因此，可使第二汽缸(2号)和第三汽缸(3号)的冷却能力变得 比第一汽缸(l号)和第四汽缸(4号)高。上面是通过改变缸套13A的厚度来调整冷却能力的，但例如也可增大 对欲提高冷却能力的汽缸的冷却面积(水套67的范围)。 (运转方法5 — 7)在运转方法5 — 7中，通过改变汽缸的构成部件的材质，用提前角界限 tl与滞后角界限t2之间的火花点火，来实现目标压縮自点火时间Z。具体 而言，当存在火花点火时间达到滞后角界限t2的汽缸(容易压縮自点火的 汽缸)时，使用热传导率高的(散热性高的)材质作为该汽缸的构成部件 的材质。反之，当存在火花点火时间达到提前角界限tl的汽缸(很难压縮 自点火的汽缸)时，使用传导率低的(散热性低的)材质作为该汽缸的构 成部件的材质。由此，可通过提前角界限tl与滞后角界限t2之间的火花点火，将实 际的压縮自点火时间设定成目标压縮自点火时间。作为汽缸的构成部件，如图1所示，可以是活塞14的整体和顶面等的 一部分、或者缸13 (缸套13A)的全部或一部分。另外，改变汽缸散热性 的方法并不局限于改变材质本身，例如，也可在构成部件的内部形成构成 隔热层的空洞等，通过改变汽缸的构造来改变散热性。 (运转方法6)有时即使采用上述的运转方法1 5的措施，也无法通过提前角界限 tl与滞后角界限t2之间的火花点火将实际的压縮自点火时间调整成目标 压縮自点火时间。本实施方式的运转方法6在这种情况下进一步采用追加措施。艮P，运转方法6设定进气温度，以至少使火花点火时间最晚的汽缸可 适当(正常)运转。此处所谓的适当运转，表示最大的汽缸内压力和爆震 强度在容许值以下。所谓火花点火时间最晚的汽缸，是指压縮自点火最容易的汽缸，换言 之，是指最容易爆震的汽缸。因此，若该汽缸能在没有爆震的情况下适当 地压縮自点火，则其它汽缸即使发生不发火，也不会产生爆震。因此，可 防止因爆震的产生而使发动机11本身受到机械损伤。 (本实施方式的效果检证)图22 图24是比较表示(a)不进行火花点火时、(b)用运转方法l 仅对没有压縮自点火的特定汽缸进行了辅助的火花点火时、(c)用运转方法 4对应该统一压縮自点火时间的所有汽缸均进行了辅助的火花点火时的汽缸间 的各种燃烧参数的偏差的曲线图。具体而言，图22表示各汽缸间的汽缸内 最高压力的偏差(最大值与最小值之差)，图23表示各汽缸间的压縮自点 火时间的偏差，图24表示各汽缸间的爆震强度(爆震容易程度)的偏差。在(a)时，可知，对于所有燃烧参数，各汽缸间的偏差都极大。这可 认为是存在无法进行压縮自点火(产生不发火)的汽缸、或者完全无法控 制压縮自点火时间。与之相对，在(b)时，在所有汽缸中均实现了压縮自 点火，因此，与(a)相比，各燃烧参数的偏差变小。另外，在(c)时， 在所有汽缸中压縮自点火时间均得到统一，因此，各燃烧参数的偏差被抑 制成较小。图25是在与上面相同的各条件下比较表示热效率的曲线图。在(a) 时，热效率极低，但在(b) 、 (c)时，如上所述，各燃烧参数的偏差被 抑制，因此热效率提高。特别是在(c)时，可知，与(a)时相比，热效 率变得极高。图26是在与上面相同的各条件(a) 、 (b) 、 (c)下对未燃碳氢化 合物(THC)的排出量进行比较的曲线图，图27同样是在各条件(a) 、 (b)、 (c)下对一氧化碳(C0)的排出量进行比较的曲线图。这些大气污染物质的排出量也是(a)时极多，但(b) 、 (C)时因各燃烧参数的偏差被抑制 而可得到抑制。特别是在(c)时，可知，与(a)时相比，大气污染物质
的排出量被极度抑制。
本发明并不局限于上述实施方式，可进行适当的设计变更。例如，在 上述实施方式中例示了四汽缸的予混合压縮自点火式发动机，但汽缸数没有限 定。
权利要求
1. 一种预混合压缩自点火式发动机的运转方法，使预先将燃料与空气混合后的混合气在汽缸内的燃烧室中压缩自点火并燃烧，其特征在于，所述预混合压缩自点火式发动机包括对所述混合气进行火花点火的火花点火装置，分别设定了可诱发所述混合气的压缩自点火的火花点火时间的提前角界限和滞后角界限，在提前角界限与滞后角界限之间，根据运转条件辅助地对所述混合气进行火花点火。
2. 如权利要求l所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其特征在于，所述发动机包括多个汽缸，在规定汽缸中进行火花点火，以使各汽缸的压縮自点火时间统一。
3. 如权利要求l所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其特 征在于，调整进行所述火花点火的时间，以调整所述混合气的压縮自点火 时间。
4. 如权利要求l所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其特 征在于，所述发动机包括多个汽缸，对每个汽缸调整进行火花点火的时间，以使各汽缸的压縮自点火时间 统一。
5. 如权利要求1或2所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法， 其特征在于，设定作为目标的压縮自点火时间，对该目标压縮自点火时间 与实际的压縮自点火时间进行比较，并根据该比较来进行火花点火，以使 实际的压縮自点火时间成为目标压縮自点火时间。
6. 如权利要求3或4所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法， 其特征在于，设定作为目标的压縮自点火时间，对该目标压縮自点火时间 与实际的压縮自点火时间进行比较，并根据该比较来调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火时间成为目标压縮自点火时间。
7. 如权利要求3所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其特征在于，设定作为目标的压縮自点火时间，并对该目标压縮自点火时间与 实际的压縮自点火时间进行比较，根据该比较，在提前角界限与滞后角界 限之间调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火时间成为目标自 点火时间，再将混合气的进气温度调整到可将实际的压縮自点火时间调整 成目标压縮自点火时间的范围内。
8. 如权利要求4所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其特 征在于，针对每个汽缸，设定作为目标的压縮自点火时间，并对该目标压 縮自点火时间与实际的压缩自点火时间进行比较，根据该比较，在提前角 界限与滞后角界限之间调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火 时间成为目标压縮自点火时间，再针对所有的汽缸，将混合气的进气温度 调整到可将实际的压縮自点火时间调整成目标压縮自点火时间的范围内。
9. 如权利要求3所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其特 征在于，设定作为目标的压縮自点火时间，并在能实现该目标压縮自点火时间 的火花点火时间中设定最佳的火花点火时间，对所述目标压縮自点火时间与实际的压縮自点火时间进行比较，根据 该比较来调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火时间成为目标 自点火时间，再对进气温度进行调整，以使火花点火时间成为所述最佳火花点火时间。
10. 如权利要求4所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其 特征在于，针对每个汽缸，设定作为目标的压縮自点火时间，并在能实现该目标 压縮自点火时间的火花点火时间中设定最佳的火花点火时间，对该目标压縮自点火时间与实际的压縮自点火时间进行比较，根据该 比较来调整进行火花点火的时间，以使实际的压縮自点火时间成为目标自点火时间，再对进气温度进行调整，以使火花点火时间最晚的汽缸在最佳火花点 火时间进行火花点火。
11. 如权利要求8所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其特征在于，使对火花点火时间达到提前角界限的汽缸的燃料供给量相对于 其它汽缸增大，使对达到滞后角界限的汽缸的燃料供给量相对于其它汽缸减少。
12. 如权利要求8所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其 特征在于，使火花点火时间达到提前角界限的汽缸的有效压縮比相对于其 它汽缸增大，使达到滞后角界限的汽缸的有效压縮比相对于其它汽缸减少。
13. 如权利要求8所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其 特征在于，包括使排气气体朝汽缸内回流的EGR装置，使对火花点火时间达到提前角界限的汽缸的EGR量相对于其它汽缸增 大，使对达到滞后角界限的汽缸的EGR量相对于其它汽缸减少或者成为零。
14. 如权利要求8所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其 特征在于，使火花点火时间达到提前角界限的汽缸的进气温度相对于其它 汽缸提高，使达到滞后角界限的汽缸的进气温度相对于其它汽缸降低。
15. 如权利要求8所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其 特征在于，使火花点火时间达到提前角界限的汽缸的温度相对于其它汽缸 提高，使达到滞后角界限的汽缸的温度相对于其它汽缸降低。
16. 如权利要求8所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其 特征在于，利用热传导率相对于其它汽缸较低的材质来形成火花点火时间 达到提前角界限的汽缸的构成部件，利用热传导率相对于其它汽缸较高的 材质来形成火花点火时间达到滞后角界限的汽缸的构成部件。
17. 如权利要求4所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其特征在于，针对每个汽缸设定作为目标的压縮自点火时间，对该目标压縮自点火时间与实际的压縮自点火时间进行比较，根据该比较来调整进行火花点火 的时间，以使实际的压縮自点火时间成为目标自点火时间，再对进气温度进行调整，以使火花点火时间最晚的汽缸进行正常的运转。
18. 如权利要求1所述的预混合压縮自点火式发动机，其特征在于， 对所述混合气的空气过剩率进行检测，并根据该空气过剩率来变更所述提 前角界限。
19. 如权利要求1所述的预混合压縮自点火式发动机的运转方法，其 特征在于，所述发动机包括多个汽缸，对每个汽缸的混合气的空气过剩率 进行检测，并根据各空气过剩率来分别变更各汽缸的所述提前角界限。
20. 如权利要求l、 18或19所述的预混合压縮自点火式发动机的运转 方法，其特征在于，对所述混合气的进气温度进行检测，并根据该进气温 度来变更所述提前角界限。
21. 如权利要求l、 18或19所述的预混合压縮自点火式发动机的运转 方法，其特征在于，所述发动机包括多个汽缸，针对每个汽缸检测混合气的进气温度，并根据各进气温度来分别变更 各汽缸的所述提前角界限。
全文摘要
即使是很难压缩自点火的运转条件，也可通过火花点火来诱发压缩自点火，从而实现稳定的点火，扩大可进行压缩自点火运转的运转范围。另外，通过适当地调整汽缸内的压缩自点火时间，可提高循环效率和热效率并抑制大气污染物质的排出。一种使预先将燃料与空气混合后的混合气在汽缸内的燃烧室中压缩自点火并燃烧的预混合压缩自点火式发动机(11)的运转方法，预混合压缩自点火式发动机(11)包括对混合气进行火花点火的火花塞(37)，分别设定了可诱发混合气的压缩自点火的火花点火时间的提前角界限(t1)和滞后角界限(t2)，在两个界限之间，根据运转条件辅助地对混合气进行火花点火。
文档编号F02B75/18GK101506486SQ20078003139
公开日2009年8月12日 申请日期2007年8月30日 优先权日2006年8月31日
发明者中園徹, 大坪弘幸, 白水崇之 申请人:洋马株式会社