(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁により主に吸気行程中にシリンダ内に燃料を直接噴射する直噴式火花点火機関の燃料噴射制御装置において、
機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
上記機関運転状態に応じて燃料噴射量を演算し、燃料噴射期間を設定する燃料噴射期間設定手段と、
上記機関運転状態に応じて燃料噴射期間の中央となるクランク角度を設定する燃料噴射中央クランク角度設定手段と、
上記燃料噴射中央クランク角度と燃料噴射期間とから、燃料噴射開始クランク角度を演算する噴射開始クランク角度演算手段と、
該噴射開始クランク角度と噴射期間に応じて燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、
を含んで構成される
ことを特徴とする直噴式火花点火機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
燃料噴射中央クランク角度設定手段として、噴射中央クランク角度を略一定の位置に設定する手段を用いることを特徴とする請求項１に記載の直噴式火花点火機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
噴射中央クランク角度として、吸気行程中にピストン速度が最大となるクランク角度を用いることを特徴とする請求項２に記載の直噴式火花点火機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
噴射中央クランク角度として、吸気流速が最大となるクランク角度を用いることを特徴とする請求項２に記載の直噴式火花点火機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
上記噴射中央クランク角度として、上死点後略９０度の位置とすることを特徴とする請求項２に記載の直噴式火花点火機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴式火花点火機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、燃料噴射弁の噴孔をシリンダ内に臨ませて設置し、該燃料噴射弁によって燃料をシリンダ内に直接噴射する構成の直噴式火花点火機関が知られている（特開昭５７−６２９１５号公報等参照）。
かかる直噴式火花点火機関は、図６に示すような構成となっており、吸気ポートに燃料噴射弁を備える予混合式の火花点火機関に比べて、燃料の輸送遅れによる過渡運転性の悪化や排気組成の悪化を抑制できるという利点がある。
また、従来の燃料噴射制御手法としては、例えば特開昭５９−２９７３３号公報に示されるものがある。上記従来例では、図７に示すように、噴射開始時期による燃料噴射時期制御の手法が紹介されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の直噴式火花点火機関にあっては、主に吸気行程中に燃料噴射を行う場合、燃料噴射時期が進角側、遅角側の両側でスモーク排出増やトルク低下が生じる特性がある。このため、噴射開始もしくは噴射終了を基準とした燃料噴射時期制御では、水温・過渡等の機関運転状態に応じて燃料噴射期間の増減を行う場合、燃料噴射時期が進角側もしくは遅角側一方向に増大するため、上記スモーク排出増やトルク低下が生じる噴射時期に噴射期間の一部が重なり、性能の低下を招く、という問題がある。また、これを補正するためには、噴射時期補正手段を用いたり、各機関状態に応じた噴射時期設定値を用意する等、構成が複雑になってしまう、という問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、直噴式火花点火機関において主に吸気行程中に燃料噴射を行う場合に、燃料噴射時期の設定を噴射期間の中央のクランク角度を指定することで行い、燃料噴射期間の増減に対しても最適な燃料噴射時期を簡便な方法で維持可能とすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、燃料噴射弁により主に吸気行程中にシリンダ内に燃料を直接噴射する直噴式火花点火機関の燃料噴射制御装置において、機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記機関運転状態に応じて燃料噴射量を演算し、燃料噴射期間を設定する燃料噴射期間設定手段と、上記機関運転状態に応じて燃料噴射期間の中央となるクランク角度を設定する燃料噴射中央クランク角度設定手段と、上記燃料噴射中央クランク角度と燃料噴射期間とから、燃料噴射開始クランク角度を演算する噴射開始クランク角度演算手段と、該噴射開始クランク角度と噴射期間に応じて燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、を含んで構成する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００７】
図２は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【０００８】
まず、構成を説明すると、この内燃機関１は燃料噴射弁２を直接燃焼室３に臨ませて配設されており、吸気ポート４から吸気した空気と燃料噴射弁２から噴射した燃料とを混合し、点火プラグ５にて点火・燃焼させ、燃焼ガスを排気ポート６から排出する。燃料噴射弁２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ等からなる制御装置７により駆動され、制御装置７は機関１の運転状態を検出する手段として、エアフロメータ８、クランク角センサ９、水温センサ１０等からの信号を入力される。
【０００９】
エアフロメータ８、クランク角センサ９、水温センサ１０等は、本発明の構成をブロック図で示した図１において運転状態検出手段ａに相当し、燃料噴射弁２は燃料噴射手段ｆに相当する。また、図１における燃料噴射期間設定手段ｂ、燃料噴射中央クランク角度設定手段ｃ、噴射開始クランク角度演算手段ｄ、燃料噴射制御手段ｅは制御装置７に内包される形で実現される。
【００１０】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
制御装置７は、エアフロメータ８、クランク角センサ９、水温センサ１０等からの信号により、機関回転速度、負荷、水温等の運転状態を検出し、運転状態に応じた燃料噴射期間および燃料噴射中央クランク角度を演算し、燃料噴射開始クランク角度を逆算して求め、燃料噴射弁２を駆動して燃焼室３へ直接燃料噴射を行う。
【００１１】
この過程をフローチャートに示したのが図３である。以下、図３に沿って燃料噴射のフローを説明する。
まず、ステップＳ１において各運転状態検出装置からの信号を読み込み、機関回転速度Ｎｅ、負荷、水温等を演算する。次にステップＳ２においてステップＳ１で求めた燃料噴射期間ΔＴｉｎｊを機関回転速度Ｎｅに基づきクランク角度単位の燃料噴射期間Δθｉｎｊに変換する。同じくステップＳ１の情報に基づき、ステップＳ４において燃料噴射期間の中央となるクランク角度θｍを決定する。燃料噴射中央クランク角度θｍの決定方法としては、例えば機関回転速度に応じたθｍを記述したテーブルを用意しておき、ここから該当する値を読み込む方法等がある。ステップＳ５では、ステップＳ３の燃料噴射期間ΔθｉｎｊとステップＳ３の燃料噴射中央クランク角度θｍから
θｓ＝θｍ−Δθｉｎｊ／２
なる式で燃料噴射開始クランク角度θｓを演算する。ステップＳ６では上記ステップＳ５までで求めた燃料噴射開始クランク角度θｓと現在のクランク角度θを比較し、クランク角度θがθｓに達した場合、ステップＳ７に進み、燃料噴射期間ΔＴｉｎｊの間、燃料噴射弁２を駆動する。
【００１２】
以上の構成・作用により、本発明による燃料噴射時期制御によって、燃料噴射量すなわち燃料噴射期間の増減に対し、噴射期間の中央のクランク角度を保持することが出来、噴射期間が進角側もしくは遅角側の性能悪化領域に重なることがないため、良好な排気・出力性能を維持できる。
【００１３】
（第２の実施の形態）
以下、実際の燃料噴射中央クランク角度の設定例として第２の実施の形態を示す。
【００１４】
図４は、第２の実施の形態における燃料噴射中央クランク角度の設定を示したものである。この第２の実施形態は、本発明の請求項２に相当するもので、燃料噴射期間の中央となるクランク角度の設定として、期間の回転速度、負荷、水温等運転状態によらず一定とするものである。図４では一定の噴射中央クランク角度θｍを、上死点後９０度とした場合を示してある。ある機関回転速度において、
負荷、水温等に基づき噴射期間を増減する場合は、噴射期間の中央クランク角度θｍを固定として、進角および遅角側両方に等しく噴射期間が延長もしくは短縮される。
【００１５】
本実施の形態によれば、燃料噴射中央クランク角度設定手段が極めて容易に実現可能となり、コストを低減することが出来る。
【００１６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、本発明の請求項３に相当するもので、第２の実施の形態における一定の噴射中央クランク角度の設定値として、機関の吸気行程中におけるピストン速度が最大となるクランク角度を用いるものである。
【００１７】
ピストン速度が最大となるクランク角度は、機関のコンロッド長さ、クランク半径等から容易に計算可能であり、容易に噴射中央クランク角度を設定し得る。
【００１８】
（第４の実施の形態）
第４の実施形態は、本発明の請求項４に相当するもので、機関がある運転状態にある時、その吸気行程中の吸気流速が最大となるクランク角度を噴射中央クランク角度とするものである。通常、吸気流速が最大となるクランク角度は機関の運転状態により異なるが、計算機によるシミュレーションや実験的な手法によってあらかじめこれを求め、制御装置内にこれらの値を記憶したテーブルを用意し、運転状態に応じてテーブルの値を参照することで本実施例は実現される。
【００１９】
吸気流速が最大となるクランク角度を中心に燃料噴射を行うことで、燃料噴霧の大部分が吸気との強い相対運動に遭遇することとなり、その結果、燃料の気化・混合が促進されて良好な燃焼を得ることが出来、燃費の向上や有害物質の排出減が達成される。
【００２０】
（第５の実施の形態）
第５実施の形態は、本発明の請求項５に相当するもので、第２の実施の形態における一定の噴射中央クランク角度として、上死点後略９０度を用いるものである。
【００２１】
上記クランク角度は、機関が比較的低回転にある場合には、第４の実施の形態における吸気流速が最大となるクランク角度にほぼ一致し、燃料の気化・混合が促進されて良好な燃焼を得ることが出来る。また、高回転時には吸気流速最大となるクランク角度は一般に低回転時に比べて遅角側に移動するが、高回転時にはそもそも平均的な吸気流速が大であることから、噴射中央クランク角度を、上死点後略９０度とした方が、燃料の気化・混合を促進するという点において、より有利となる場合がある。
【００２２】
図５は、燃料噴射中央クランク角度をパラメータとして、実機において実験して得られた結果である。機関回転速度が１６００ｒｐｍ，４０００ｒｐｍ，６０００ｒｐｍいずれの場合も、噴射中央クランク角度が上死点後略９０度において、トルクがほぼ最大かつスモーク排出がほぼ最低となっている。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、その構成を、燃料噴射時期の設定を噴射期間の中央のクランク角度を指定することで行うとしたため、直噴式火花点火機関において、スモーク排出増やトルク低下が生じる進角側および遅角側の噴射時期に噴射期間の一部が重なり、性能の低下を招くことを防止できる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態における演算のフローを示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態における噴射時期設定を示す図である。
【図５】本発明の効果を示す実験結果を示した図である。
【図６】従来の直噴式火花点火機関の例を示した図である。
【図７】従来の噴射開始時期による燃料噴射時期制御の手法を示した図である。
【符号の説明】
１    内燃機関
２    燃料噴射弁
３    燃焼室
４    吸気ポート
５    点火プラグ
６    排気ポート
７    制御装置
８    エアフロメータ
９    クランク角センサ
１０    水温センサ
１１    燃料噴射弁
１２    点火栓
１３    燃焼室
１４    ピストン
１５    シリンダ
１６    スロットルバルブ
１７    ノックセンサ
１８    制御装置
１９    アクチュエータ（ステップモータ等）
２０    燃料噴射ポンプ
２１    シリンダヘッド
２２    空間
２３    インテークバルブ
２４    インテークパイプ
【図１】
0003572372.tif 000002
【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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【図７】
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