(57)【要約】【課題】出力低下をもたらすことなくノッキングを防止又は抑止する。【解決手段】燃料噴射ポンプ１９は吸気ポート９に設けており、非ノッキング時には、吸気バルブ８が開く前に燃料噴射を終了して高い混合性を確保している。ノッキングセンサ２０によってノッキングを検知したら、燃料噴射タイミングを遅くして、燃料噴射時期を吸気バルブ８の開き時期に部分的に又は全体的にオーバーラップさせる。燃料が気筒内面の気化熱を奪うことでノッキングを抑止できる。ノッキングセンサ２０による制御に代えて、機関負荷によって燃料噴射時期を遅角制御することも可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが往復動する気筒と、前記気筒に開口した吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気バルブと、前記吸気ポートに設けた燃料噴射装置とを備えていると共に、ノッキングを検知するノッキングセンサ、又は、ノッキングが発生しやすい作動領域か否かを判定するノッキング発生領域判定手段とを備えており、前記気筒内の混合気に点火プラグで着火される構成であって、
前記ノッキングセンサがノッキングを検知していない状態、又は前記ノッキング発生領域判定手段がノッキングの発生しにくい作動領域と判定した状態では、前記吸気バルブが開く前に前記燃料噴射装置による燃料噴射が終了する一方、
前記ノッキングセンサがノッキングを検知した状態、又は前記ノッキング発生領域判定手段がノッキングの発生しやすい作動領域と判定した状態では、前記燃料噴射装置による燃料噴射時期が前記吸気バルブの開き時期に部分的に又は全体的にオーバーラップしている、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ノッキング対策を特徴とする内燃機関に関するものであり、特に、車両用（自動車用）の内燃機関を好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関を初めとした内燃機関の問題の１つに、特に高負荷時に発生するノッキングの問題がある。ノッキングは混合気の高温化による異常燃焼によって発生するものであり、そこで、ノッキング対策としては、特許文献１に記載されているように、一般に、ノッキングが発生したら点火時期を遅くする制御が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１３９４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
点火時期を遅らせることはノッキング対策としては有効であるが、燃焼圧が低下するため、出力の低下や燃費の悪化という別の問題を生じる。また、車両用内燃機関では、例えば上り坂の走行のように高負荷時にノッキング対策として点火時期が遅れると、アクセルを踏んでもトルクが高くならずにドライバビリティが悪化するという問題もある。
【０００５】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、出力低下をもたらすことなくノッキングの発生を防止又は抑止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記したように、ノッキングの発生原因の１つは、混合気の温度が異常に上昇することにある。本願発明者はこの点に着目し、本願発明を完成させるに至った。
【０００７】
本願発明の内燃機関は、ピストンが往復動する気筒と、前記気筒に開口した吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気バルブと、前記吸気ポートに設けた燃料噴射装置とを備えていると共に、ノッキングを検知するノッキングセンサ、又は、ノッキングが発生しやすい作動領域か否かを判定するノッキング発生領域判定手段とを備えており、前記気筒内の混合気に点火プラグで着火される。
【０００８】
そして、前記ノッキングセンサがノッキングを検知していない状態、又は前記ノッキング発生領域判定手段がノッキングの発生しにくい作動領域と判定した状態では、前記吸気バルブが開く前に前記燃料噴射装置による燃料噴射が終了する一方、前記ノッキングセンサがノッキングを検知した状態、又は前記ノッキング発生領域判定手段がノッキングの発生しやすい作動領域と判定した状態では、前記燃料噴射装置による燃料噴射時期が前記吸気バルブの開き時期に部分的に又は全体的にオーバーラップしている。
【０００９】
本願発明において、「前記燃料噴射装置による燃料噴射時期が前記吸気バルブの開き時期に部分的に又は全体的にオーバーラップしている」とは、燃料の噴射開始は吸気バルブが開く前で噴射終了は吸気バルブが開いた後である場合と、燃料の噴射開始と吸気バルブの開きとが同時に行われる場合と、吸気バルブが開いてから燃料が噴射される場合との３つの態様を含んでいる。
【００１０】
また、本願発明では、ノッキングセンサとノッキング発生領域判定手段とのうちいずれか一方のみを備えている場合と、両方を備えている場合との両方を含んでいる。両方を備えている場合、選択的に使用してもよいし、併用してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
点火プラグで点火する火花点火方式の内燃機関においては燃料と空気とが混合した混合気に点火されるが、混合気を生成する時期を見ると、吸気ポートで燃料を噴射して混合気を気筒に吸引するいわゆるポート噴射方式と、空気を気筒に吸引しつつ気筒に直接燃料を噴射する直噴方式とに大別され、ポート噴射方式は、燃料と空気との混合性に優れているため完全燃焼を実現することが容易で、その結果、燃費に優れている利点や排気ガスの処理も容易である等の利点がある。
【００１２】
そして、本願発明はポート噴射方式の内燃機関に関するものであるが、非ノッキング状態又はノッキングが発生しにくい状態では、ポート噴射方式の利点を的確に享受できる。他方、ノッキングが発生したりノッキングが発生し易くなったりすると、霧化した燃料の一部又は全部が気筒内に噴出して気筒（燃焼室）の内面（シリンダボア、ピストンの頂面、シリンダヘッドの下面）に付着し、霧化燃料が気化する際に気化熱を奪うことで気筒の内面の温度が低下し、これにより、混合気の異常昇温を抑制してノッキングの発生を防止したり、発生していたノッキングを抑止したりすることが可能になる。
【００１３】
そして、点火時期を遅らせるものではなくて燃焼圧の低下はないため、ノッキングを防止又は抑止できるものでありながら、出力の低下はなくてドライバビリティの悪化といった問題も防止できる。
【００１４】
なお、ノッキングが発生している状態又は発生しそうな状態では気筒の内面は高温化しているため、霧化燃料の全部又は一部を気筒に噴出させても、霧化した燃料は熱によって瞬時にガス化して、空気との混合性も向上すると推測される。従って、ポート噴射の場合と同様の完全燃焼を実現できると云える。この点も、本願発明の利点の一つである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願発明の実施形態に係る内燃機関の概念図である。
【図２】制御態様を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて構造を説明する。本実施形態は車両用多気筒内燃機関（例えば３気筒ガソリン機関）に適用しており、図１では内燃機関の概要を示している。内燃機関の基本構成は従来と同様であり、シリンダボア１を有するシリンダブロック２とこれに重ね固定されたシリンダヘッド３とで機関本体が構成されている。
【００１７】
シリンダボア１にはピストン４が摺動自在に配置されており、ピストン４の往復動はコンロッド５を介してクランク軸６の回転に変換される。シリンダヘッド３にはシリンダボア１に向けて開口した台錘状の凹所が形成されており、この凹所の中央部に点火プラグ７を設けていると共に、凹所のうち点火プラグ７を挟んだ両側に、吸気バルブ８で開閉される一対の吸気ポート９と、排気バルブ１０で開閉される一対の排気ポート１１とが開口している。
【００１８】
各吸気ポート９はシリンダヘッド３の一側面に開口しており、シリンダヘッド３の一側面には、各吸気ポート９に連通した吸気マニホールド１２が固定されている。他方、排気ポート１１はシリンダヘッド３の他側面に開口しており、シリンダヘッド３の他側面には、各排気ポート１１に連通した排気マニホールド１３を固定している。
【００１９】
吸気マニホールド１２は集合部を有しており、この集合部に、エアクリーナ１５を始端とする吸気通路１６が接続されている。吸気通路１６には、吸気マニホールド１２に近接したサージタンク１７とその上流側に位置したスロットルバルブ１８とが接続されている。なお、サージタンク１７は吸気マニホールド１２と一体化する場合もある。
【００２０】
各吸気ポート９には、燃料噴射装置の一例として燃料噴射ポンプ（インジェクタ）１９を設けている。各燃料噴射ポンプ１９の先端には吸気ポート９に露出したノズルを設けており、燃料は霧化して吸気ポート９の内部に向けて噴射される。燃料噴射ポンプ１９はモータ等のアクチェータで制御されるようになっており、噴射時期と噴射量とを自在に制御できる。なお、吸気ポート９は１つの集合部から二股状に分岐して気筒に開口しているが、燃料噴射ポンプ１９は集合部に設けている。
【００２１】
一点鎖線で示すように、燃料噴射ポンプ１９は吸気マニホールド１２に設けることも可能であり、この構成も本願発明に含まれる。燃料噴射ポンプ１９を吸気マニホールド１２に設ける場合、燃料噴射ポンプ１９はマニホールドの集合部に１つのみ設けてもよい。サージタンク１７を吸気マニホールド１２に一体化した場合、燃料噴射ポンプ１９をサージタンク１７に設けることも可能である。
【００２２】
内燃機関は、制御装置としてＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）２０を備えている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵや不揮発性及び揮発性の記憶装置等を備えており、予め設定されたプログラムに従って内燃機関が制御される。そして、ＥＣＵ２０には、既述のスロットルバルブ１８の制御モータ、燃料噴射ポンプ１９のアクチェータ、シリングブロック１の側面に設けたノッキングセンサ２１、クランク軸６の回転数を検知する回転センサ２２、ドライブシャフト等から車速を検知する車速センサ２３が電気的に接続されている。
【００２３】
(2).ノッキングセンサで制御する態様
次に、図２に基づいて制御を説明する。まず、ノッキングセンサ２１のみの信号に基づいて制御する態様を説明する。内燃機関は、ノッキングセンサ２１からノッキング検知信号が発せられていない状態（ノッキングセンサ２１からの信号電流がＯＦＦの場合）は、燃料噴射ポンプ１９は基本タイミング状態（ベースタイミング状態）にあって、吸気バルブ８が開く前に噴射を開始して、吸気バルブ８が開く前に噴射が終了する。これにより、燃料と空気との混合性を高めて完全燃焼を実現できる。
【００２４】
他方、ノッキングセンサ２１がノッキングを検知すると（信号電流がＯＮになると）、燃料噴射と吸気ポート９の開き状態とをオーバーラップさせる。これには、図２に「ノック時ａ」で示すように、吸気バルブ８が開く前に燃料噴射を開始して吸気バルブ８が開いている状態で燃料噴射を終了する態様（すなわち、燃料噴射のタイミングと吸気バルブ８の開きタイミングとを部分的にオーバーラップさせる場合）と、図２に「ノック時ｂ」で示すように、吸気バルブ８が開いた後に燃料噴射を開始して吸気バルブ８が開いている状態で燃料噴射を終了する態様（すなわち、燃料噴射のタイミングを吸気バルブ８の開きタイミングに完全にオーバーラップさせる場合）とがある。
【００２５】
燃料噴射のタイミングを吸気バルブ８の開きタイミングに完全にオーバーラップさせる場合の変形例として、図示していないが、吸気バルブ８の開きと同時に燃料噴射を開始して、吸気バルブ８が開いている状態で燃料噴射を終了する態様もある。
【００２６】
そして、ノッキング発生状態では気筒の内面（特にシリンダボア１の内面とピストン４の頂面）は非常に高い温度になっているが、霧化した燃料が気筒内面に付着すると、燃料は気化してガス化すると共に気筒の内面から気化熱を奪い、これにより、気筒内面の温度を低下させたり上昇を抑制したりすることができると共に、混合気の温度の異常上昇も抑制できる。その結果、ノッキングの発生を防止できる。
【００２７】
そして、点火プラグ７の点火タイミングを遅角するものではないため、燃焼圧の低下による出力低下ということはない。従って、例えば上り坂での走行や高速走行している状態であっても、アクセルの踏み込みと車速とがマッチせずにドライバビリティが悪化する事態を防止又は抑制できる。
【００２８】
吸気バルブ８が開いてから燃料を噴射するのはいわば直噴に近い状態を意味しており、燃料噴射タイミングが遅くなるほど燃料による気筒温度の吸熱作用は高くなる。従って、例えば機関温度を検知する温度センサ（冷却水温度で代替してもよい）を設けて、機関温度が設定値よりも高くなったら燃料噴射タイミングを遅くして燃料による吸熱性を高めるといったことも可能である。この場合、燃料噴射タイミングの遅角制御は段階的に行ってもよいし、無段階的に行ってもよい。
【００２９】
(3).ノッキング発生領域判定手段で制御する場合
上記の説明はノッキングセンサ２０による制御であったが、本願発明では、ノッキング発生領域判定手段でノッキングが発生しやすいか否かを予め検知することで、ノッキングの発生を事前に予防することも可能である。例えば、ノッキング発生領域判定手段として機関負荷の値を使用して、機関負荷が設定値以上になったらノッキングの発生が予測されると判断して、上記したように燃料噴射タイミングを遅角制御するのである。
【００３０】
機関負荷の検知手段としては、例えば、クランク軸６に作用する負荷の検知するトルクセンサを設けて、このトルクセンサからの信号に基づいて、燃料噴射タイミングを制御することが可能である。すなわち、機関負荷の実測値に基づいて燃料噴射タイミングを制御することが可能である。
【００３１】
他方、クランク軸６の回転数や車速、或いはスロットルバルブ１８の開度との関係から機関負荷を間接的に推測し、その推測結果に基づいて燃料噴射時期を遅角制御することも可能である。具体的には、例えば、クランク軸６の回転数を低回転域、中回転域、高回転域の３つに区分しておく一方、車速を低速域、中速域、高速域の３つに区分しておいて、高回転域でかつ低速域の場合はノッキング発生可能性が高い状態と判定して、図２のノック時ａやノック時ｂのような遅角制御を行うことができる。
【００３２】
回転数が高くなると燃料噴射の遅角タイミングを遅くするというように、回転数（或いは車速）に比例して燃料噴射タイミングを調節することも可能である。また、ノッキング発生領域判定手段の一部として機関温度を制御要素に取り込み、機関温度が設定値以上になることを条件にして燃料噴射タイミングを遅らせることも可能である。スロットルバルブが設定値以上に開いていることを条件にして、燃料噴射タイミングを遅らせることも可能である。
【００３３】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記以外にも様々に具体化できる。例えば、機関負荷（実測値又は推測値）による制御とノッキングセンサによる制御とを併用して、ノッキングセンサによる制御を優先させるといったことも可能である。また、本願発明では点火タイミングを制御する必要はないが、点火タイミングの制御と燃料噴射タイミングとを併用することを排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本願発明は実際に内燃機関に適用して具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  シリンダボア
２  シリンダブロック
３  シリンダヘッド
７  点火プラグ
８  吸気バルブ
９  吸気ポート
１２  吸気マニホールド
１６  吸気通路
１８  スロットルバルブ
１９  燃料噴射ポンプ
２０  ノッキングセンサ
２１  回転センサ
２２  車速センサ
【図１】
2014125973.tif 000003
【図２】
2014125973.tif 000004