(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備える筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置において、前記内燃機関の気筒の燃焼室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力の全気筒の平均値を所定値と比較する比較手段と、および前記比較手段による比較の結果、全気筒の平均値が前記所定値を超えるとき、前記全気筒の平均値との差が大きい気筒より気筒ごとに燃料噴射時期を切り替える燃料噴射時期制御手段とを有することを特徴とする筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置に関し、より詳しくは、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼（あるいは成層燃焼）で運転する、いわゆる筒内噴射のガソリン内燃機関の燃料噴射制御時期を切り替え制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼（あるいは成層燃焼）で運転する、いわゆる筒内噴射のガソリン内燃機関が提案されており、そのような機関にあっては特開平５−１１８２４５号公報記載の技術のように、機関負荷に応じて圧縮行程噴射と吸入行程噴射を切り替えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来技術においては機関負荷に応じて燃料噴射時期を切り替えていることから、図４に示す如く、大気条件の影響を受け、燃料噴射時期が最適時期からずれて機関出力が変動することがあった。さらに、燃料噴射時期を全気筒一斉に切り替えているため、気筒によっては最適時期からずれ、同様に機関出力の変動を招くことがあった。
【０００４】
従って、この発明の目的は上記した不都合を解消し、筒内噴射機関において、燃料噴射時期を最適に切り替えて機関出力の変動を低減すると共に、気筒ごとに切り替えることで機関出力の変動を一層低減するようにした筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１項において、複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備える筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置において、前記内燃機関の気筒の燃焼室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力の全気筒の平均値を所定値と比較する比較手段と、および前記比較手段による比較の結果、全気筒の平均値が前記所定値を超えるとき、前記全気筒の平均値との差が大きい気筒より気筒ごとに燃料噴射時期を切り替える燃料噴射時期制御手段とを有する如く構成した。
【０００６】
即ち、機関出力に相関するパラメータである気筒の燃焼室内の圧力に基づいて燃料噴射時期を切り替えるように構成したことで、大気条件の影響を受けることなく、筒内噴射機関の燃料噴射時期を最適に切り替えることができて機関出力の変動を低減することができると共に、気筒ごとに切り替えることで機関出力の変動を一層低減することができる。さらに、機関出力に相関するパラメータである気筒の燃焼室内の圧力に基づいて燃料噴射時期を切り替えることで、燃料消費量あるいはドライバビリティも向上させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
図１はこの発明に係る筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置を全体的に示す概略図である。
【０００９】
図において、符号１０はＯＨＣ直列４気筒の内燃機関（以下「エンジン」という）を示す。簡略化のため、１個の気筒についてのみ示す。吸気管１２の先端に配置されたエアクリーナ１４から導入された吸気は、サージタンク１６を通り、スロットルバルブ１８でその流量を調節されつつインテーク（吸気）マニホルド２０を経て、２個の吸気バルブ（図示せず）を介して各気筒２２の燃焼室２４に流入する。
【００１０】
各気筒２２にはピストン２６が移動自在に設けられると共に、その頂部に凹部が形成され、ピストン頂部とシリンダヘッド２８の内壁との間に、前記燃焼室２４が形成される。燃焼室２４に臨む位置の中央付近には、インジェクタ（燃料噴射弁）３０が設けられる。
【００１１】
インジェクタ３０は燃料供給管３４に接続され、燃料供給管３４を通じて燃料タンク（図示せず）から燃料ポンプ（図示せず）によって加圧された燃料（ガソリン燃料）の供給を受け、開弁するとき、燃焼室２４に噴射する。
【００１２】
また、各気筒の燃焼室２４には点火プラグ３６が配置される。点火プラグ３６は点火コイルを含む点火装置（図示せず）から点火エネルギの供給を受け、所定の点火時期において＃１，＃３，＃４，＃２気筒の順で噴射燃料と吸入空気の混合気を点火する。点火された混合気は燃焼して爆発し、ピストン２６を駆動する。
【００１３】
このように、この実施の形態に係るエンジン１０はガソリン燃料をインジェクタ３０を介して気筒燃焼室に直接噴射する筒内噴射機関である。ガソリン燃料は、圧縮行程で噴射されると、噴射された燃料は吸入空気と一体化され、点火されて均一燃焼あるいは予混合を生じると共に、圧縮行程で噴射されると、超希薄燃焼あるいは成層燃焼（ＤＩＳＣ（Direct Injection Stratified Charge) ）を生じる。
【００１４】
燃焼後の排気ガスは、２個の排気バルブ（図示せず）を介してエキゾースト（排気）マニホルド４０に排出され、排気管４２を進んでＮＯｘ成分除去触媒装置４４および三元触媒装置４６に達し、そこで浄化されてエンジン外に排出される。
【００１５】
また、スロットルバルブ１８と車両運転席床面に配置されたアクセルペダル（図示せず）との機械的な連結は廃され、スロットルバルブ１８はパルスモータ５４に連結され、その出力で駆動されて吸気管１２を開閉する。
【００１６】
ピストン２６はクランクシャフト５６に連結されると共に、クランクシャフト５６の付近にはクランク角センサ６２が配置される。クランク角センサ６２は、クランクシャフト５６に取り付けられたパルサ６２ａおよびそれに対向配置された磁気ピックアップ６２ｂからなる。
【００１７】
クランク角センサ６２は、特定のシリンダの所定クランク角度ごとに、即ち、クランク角度７２０度ごとに気筒判別用のＣＹＬ信号を、各シリンダのＴＤＣごとにＴＤＣ信号を、ＴＤＣ信号間隔を６個に細分したクランク角度３０度ごとにＣＲＫ信号を出力する。
【００１８】
パルスモータ５４にはスロットルセンサ６４が接続され、パルスモータ開度を通じてスロットルバルブ１８の開度ＴＨに応じた信号を出力する。
【００１９】
吸気管１２のスロットルバルブ１８の配置位置付近には絶対圧（ＭＡＰ）センサ６６が設けられ、スロットル下流の吸気圧力を図示しない通路を介して導入して吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じた信号を出力する。また、吸気管１２においてスロットルバルブ１８の配置位置の上流側には吸気温センサ６８が設けられ、吸入空気の温度ＴＡに応じた信号を出力する。
【００２０】
また、シリンダ２２の付近には水温センサ７０が設けられ、エンジン冷却水温ＴＷに応じた信号を出力する。排気管４２には触媒装置４４，４６の上流側においてＯ2 センサ（空燃比センサ）７２が設けられ、排気ガス中の酸素濃度に比例した信号を出力する。
【００２１】
また、点火プラグ３０の取り付け座金にはピエゾ圧電効果を利用したセンサ素子が収容されて公知の筒内圧センサ（圧力検出手段）７４を構成し、燃焼室２４内の圧力（筒内圧。以下「筒内圧」という）Ｐ＃ｎ（ｎ：気筒番号）に比例した信号を出力する。
【００２２】
尚、図示は省略するが、同種の筒内圧センサが、他の３個の気筒にも配置され、それぞれの気筒の筒内圧に比例した信号を出力する。
【００２３】
これらセンサ出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）８０に送られる。ＥＣＵ８０はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを備え、センサ入力値に基づいて噴射の時間および時期を算出（決定）すると共に、噴射時期を後述の如く圧縮行程と吸入行程の間で切り替える。
【００２４】
尚、ＥＣＵ８０はカウンタ（図示せず）を備え、クランク角センサ６２が出力するＣＲＫ信号をカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出する。
【００２５】
次いで、この発明に係る筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置の動作を説明する。
【００２６】
図２はその動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムはＴＤＣなどの所定クランク角度ごとに実行される。尚、以下の説明では圧縮行程燃料噴射から吸入行程燃料噴射に切り替える場合を例にとるが、吸入行程燃料噴射から圧縮行程燃料噴射に切り替える場合も同様である。
【００２７】
先ずＳ１０において所定クランク角度でサンプリングされている各気筒の筒内圧センサ７４の出力Ｐ＃ｎを読み出し、Ｓ１２に進み、筒内圧の全気筒平均値Ｐａｖｅを以下の通り算出する。
Ｐａｖｅ＝（Ｐ＃１＋Ｐ＃３＋Ｐ＃４＋Ｐ＃２）／４
【００２８】
次いでＳ１４に進み、算出した全気筒平均値Ｐａｖｅが所定値Ａ（後述）を超えるか否か判断し、否定されるときはＳ１０に戻って上記の処理を繰り返す。
【００２９】
Ｓ１４で肯定されるときはＳ１６に進み、各気筒の筒内圧Ｐ＃ｎと全気筒平均値Ｐａｖｅの比較を行う。具体的には、以下の如く、先ず、各気筒の筒内圧と全気筒平均値との差ΔＰ＃ｎを求める。
ΔＰ＃１＝Ｐ＃１−Ｐａｖｅ
ΔＰ＃３＝Ｐ＃３−Ｐａｖｅ
ΔＰ＃４＝Ｐ＃４−Ｐａｖｅ
ΔＰ＃２＝Ｐ＃２−Ｐａｖｅ
【００３０】
次いで、算出した差ΔＰ＃ｎ同士を順次比較し、差が大きい順に気筒＃ｎを特定すると共に、差ΔＰ＃ｎを順次、適宜設定する第２の所定値と比較する。そして、第２の所定値を超える差Δ＃ｎの気筒＃ｎについて大きい順に、当該気筒＃ｎの燃料噴射時期において圧縮行程噴射から吸入行程噴射に切り替える。同時に、それに相応して点火時期も切り替える。
【００３１】
上記について図３を参照して説明する。同図は、燃料消費量に対するエンジン出力を示す説明図である。
【００３２】
図３に示すこの発明の例においては、図４に示す従来技術がエンジン負荷で噴射時期を切り替えていたのに対し、全気筒の筒内圧についてその平均値を求め、それを所定値Ａと比較することで噴射時期を切り替えるようにした。換言すれば、エンジン出力に相関するパラメータである全気筒の筒内圧を用いて噴射時期を切り替えることで、大気条件の影響を受けないようにした。
【００３３】
従って、所定値Ａを実験により求めて図示の値に設定することにより、燃料噴射時期の切り替えに際してエンジン出力変動（ショック）を効果的に低減することができると共に、平均値との差が少ない気筒から切り替えることで、エンジン出力変動（ショック）を一層効果的に低減することができる。
【００３４】
さらに、エンジン出力に相関するパラメータである筒内圧を用いて噴射時期を切り替えることで、燃料消費量およびドライバビリティも向上させることができる。
【００３５】
この実施の形態は上記の如く、複数の気筒２２を有する内燃機関（エンジン１０）の燃焼室２４に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備える筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置において、前記内燃機関の気筒２２の燃焼室２４内の圧力（筒内圧）Ｐ＃ｎを検出する圧力検出手段（筒内圧センサ７４，Ｓ１０）と、前記圧力検出手段により検出された圧力（筒内圧）の全気筒の平均値Ｐａｖｅを所定値Ａと比較する比較手段（Ｓ１２，Ｓ１４）と、および前記比較手段による比較の結果、全気筒の平均値Ｐａｖｅが前記所定値Ａを超えるとき、前記全気筒の平均値との差ΔＰ＃ｎが大きい気筒＃ｎより気筒ごとに燃料噴射時期を切り替える燃料噴射時期制御手段（Ｓ１６）とを有する如く構成した。
【００３６】
尚、上記において切り替え区間近辺における運転状態において、＃１気筒と＃４気筒を圧縮行程噴射とし、＃３気筒と＃２気筒を吸入行程噴射とするなどしても良い。
【００３７】
さらに、検出筒内圧を直ちに使用したが、燃焼サイクルの数サイクル間の平均値あるいは標準偏差値などを用いても良い。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１項においては、機関出力に相関するパラメータである気筒の燃焼室内の圧力に基づいて燃料噴射時期を切り替えるように構成したことで、大気条件の影響を受けることなく、筒内噴射機関の燃料噴射時期を最適に切り替えることができて機関出力の変動を低減することができると共に、気筒ごとに切り替えることで機関出力の変動を一層低減することができる。さらに、機関出力に相関するパラメータである気筒の燃焼室内の圧力に基づいて燃料噴射時期を切り替えることで、燃料消費量あるいはドライバビリティも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置を概略的に示す全体図である。
【図２】図１装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図３】図２フロー・チャートの動作を従来技術と対比して示す説明図である。
【図４】従来技術の燃料噴射時期切り替え動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１０        内燃機関（エンジン）
１２        吸気管
２２        気筒
２４        燃焼室
３０        インジェクタ（燃料噴射弁）
３６        点火プラグ
６２        クランク角センサ
６６        絶対圧（ＭＡＰ）センサ
７４        筒内圧センサ（圧力検出手段）
８０        電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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