(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に臨むように配設される吸気弁と排気弁と燃料噴射手段とを備え、前記燃料噴射手段から燃料を前記燃焼室内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置であって、
前記排気弁は、閉弁時期に位相差を有する複数の前記排気弁からなり、
前記燃料噴射手段は、前記筒内噴射式内燃機関の排気行程後期であって前記複数の排気弁のうち少なくとも一つが開弁し、かつ当該排気弁に対して前記位相差を有する他の前記排気弁が閉弁している期間に、前記排気行程後期に閉弁している前記吸気弁に向け燃料を噴射することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
燃焼室に臨むように配設される吸気弁と排気弁と燃料噴射手段とを備え、前記燃料噴射手段から燃料を前記燃焼室内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置であって、
前記排気弁は、閉弁時期に位相差を有する複数の前記排気弁からなり、
前記燃料噴射手段は、前記筒内噴射式内燃機関の排気行程後期であって前記複数の排気弁のうち少なくとも一つが開弁し、かつ当該排気弁に対して前記位相差を有する他の前記排気弁が閉弁している期間に、前記排気行程後期に閉弁している前記排気弁に向け燃料を噴射することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料噴射手段は、前記吸気弁の開弁前に燃料を噴射することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置に係り、特に高負荷運転時の燃焼を改善する内燃機関の燃料噴射制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の出力及び燃費の向上には、熱効率の向上が必要であることが知られている。そして、熱効率向上の手法の一つとして、圧縮比の高圧縮比化がある。
しかしながら、内燃機関の排気上死点では、燃焼後の高温の残留ガスが排気行程中にシリンダヘッドとピストンとで形成される燃焼室内から排出されず当該燃焼室内に残存して、吸気行程で燃焼室内に導入される新気と残留ガスとが燃焼室内で混合し、新気の温度が高くなりノックが発生することから圧縮比を高くすることができないという問題がある。
【０００３】
このようなことから、特許文献１では、例えば排気通路に過給機をバイパスするバイパス通路とバイパス通路へ流入する排気の流量を調整する制御弁とを設け、制御弁を制御しバイパス通路へ流入する排気の流量を調整することで、排気通路内の圧力を吸気通路内の圧力よりも低くしたり、エアアシスト式燃料噴射弁を用いて、エアアシスト式燃料噴射弁より空気を噴射して燃焼室内の圧力を排気通路内の圧力より高くしたりして、燃焼室内の残留ガスの排気通路への掃気を促進させ、新気の温度上昇を抑えノックの発生を抑制して、高圧縮比化を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４６８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、燃焼室内の残留ガスの掃気に排気通路内の圧力を吸気通路内の圧力よりも低くするために排気をバイパスするバイパス通路へ流れる排気の流量を調整する制御弁を設けたり、燃焼室内の圧力を排気通路内の圧力より高くするために燃焼室内に空気を供給するエアアシスト式噴射弁を設けたりする必要があり、コストの上昇に繋がり好ましいことではない。
【０００６】
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コストの上昇を抑制しつつ、ノックの発生を抑制することのできる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目標を達成するために、請求項１の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置では、燃焼室に臨むように配設される吸気弁と排気弁と燃料噴射手段とを備え、前記燃料噴射手段から燃料を前記燃焼室内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置であって、
前記排気弁は、閉弁時期に位相差を有する複数の前記排気弁からなり、
前記燃料噴射手段は、前記筒内噴射式内燃機関の排気行程後期であって前記複数の排気弁のうち少なくとも一つが開弁し、かつ当該排気弁に対して前記位相差を有する他の前記排気弁が閉弁している期間に、前記排気行程後期に閉弁している前記吸気弁に向け燃料を噴射することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置では、燃焼室に臨むように配設される吸気弁と排気弁と燃料噴射手段とを備え、前記燃料噴射手段から燃料を前記燃焼室内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置であって、
前記排気弁は、閉弁時期に位相差を有する複数の前記排気弁からなり、
前記燃料噴射手段は、前記筒内噴射式内燃機関の排気行程後期であって前記複数の排気弁のうち少なくとも一つが開弁し、かつ当該排気弁に対して前記位相差を有する他の前記排気弁が閉弁している期間に、前記排気行程後期に閉弁している前記排気弁に向け燃料を噴射することを特徴とする。
また、請求項３の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置では、請求項１または請求項２において、前記燃料噴射手段は、前記吸気弁の開弁前に燃料を噴射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、排気行程後期であって複数の排気弁のうち少なくとも一つが開弁し、かつ当該排気弁に対して位相差を有する他の排気弁が閉弁している期間に燃料を燃焼室に噴射することで、燃料が高温の燃焼室内で蒸発し膨張する。そして、膨張した燃料は、燃焼室内で排出されずに残留している残留ガスを、開弁している排気弁より排気通路へ押し出すように掃気することができ、吸気行程で吸入される新気の温度上昇を抑えることが可能となる。よって、ノックの発生を抑制して高圧縮比化を可能とし、延いては、内燃機関の熱効率を向上させ、燃費の低減及び出力の向上を図ることが可能となる。また、新たな装置等を付加することなく、既存の燃料噴射手段の燃料噴射時期の変更のみで燃焼室内の残留ガスの掃気を可能としているので、コストの上昇を抑制することができる。
【００１１】
しかも、燃焼室内の残留ガスの掃気用に噴射され膨張した燃料が直接排気通路へ排出されることを抑制し、噴射した燃料を燃焼室内で確実に燃焼させることができるので、燃料の排気通路への流出による排気の悪化を防止しつつ、燃費の悪化を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明によれば、排気弁は排気が通過することで高温となっており、閉弁している排気弁に向けて燃料を噴射することで燃料の気化が促進され、燃料の膨張が早くなるので、燃焼室内の残留ガスの掃気の時間を短縮することができる。
【００１３】
また、請求項３の発明によれば、気化した燃料の吸気通路への吹き抜けや、燃料により掃気される残留ガスの吸気通路への吹き戻しを防止することができ、確実に残留ガスの掃気を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線での断面図である。
【図３】本発明に係る筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置が適用されたエンジンでの高負荷運転時におけるエンジンの行程、燃料噴射弁、吸気バルブ及び排気バルブの作動を時系列で示す図である。
【図４】本発明に係る筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置での掃気噴射の実施可否を判別するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置が適用された筒内燃料噴射エンジンの概略構成図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図である。図３は、エンジンの高負荷運転時におけるエンジンの行程、燃料噴射弁、吸気バルブ及び排気バルブの作動を時系列で示す図である。図２中の斜線部分は、燃料噴射弁からのおおよその燃料噴射方向を示す。また、図３中の太実線は、燃料噴射弁では燃料噴射時期を、吸気バルブ及び排気バルブでは各々のバルブの開弁時期をそれぞれ示す。
【００１６】
図１に示すように、エンジン（筒内噴射式内燃機関）１は、シリンダヘッド３とピストン６とで形成される燃焼室１０に臨むようにシリンダヘッド３に配設された燃料噴射弁（燃料噴射手段）２３より燃焼室１０内へ燃料を直接噴射する筒内噴射式４サイクル直列４気筒型ガソリンエンジンである。
図１にはエンジン１の１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
【００１７】
図１に示すように、エンジン１はシリンダブロック２にシリンダヘッド３が載置されて構成されている。
シリンダブロック２には、エンジン１を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ４が設けられている。また、シリンダブロック２に形成されているシリンダ５内には上下摺動可能にピストン６が設けられている。当該ピストン６はコンロッド７を介してクランクシャフト８に連結されている。また、シリンダブロック２には、当該エンジン１の回転速度及びクランクシャフト８の位相を検出するクランク角センサ９が設けられている。また、シリンダヘッド３とシリンダ５とピストン６で燃焼室１０が形成されている。
【００１８】
シリンダヘッド３には、燃焼室１０に臨むようにして点火プラグ１１が設けられている。また、シリンダヘッド３には、燃焼室１０からシリンダヘッド３の一側面に向かって吸気ポート１２が形成されており、燃焼室１０からシリンダヘッド３の他側面に向かって排気ポート１３が形成されている。そして、シリンダヘッド３には、燃焼室１０と吸気ポート１２との連通及び遮断を行う吸気バルブ１４と、燃焼室１０と排気ポート１３との連通及び遮断を行う第１排気バルブ１５ａと第２排気バルブ１５ｂがそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド３上部には吸気バルブ１４を駆動する吸気カム１６を有した吸気カムシャフト１８と、第１排気バルブ１５ａ及び第２排気バルブ１５ｂを駆動する排気カム１７を有した排気カムシャフト１９とがそれぞれ設けられている。そして、シリンダヘッド３の上部には、吸気カムシャフト１８の位相を検出するカム角センサ２０と排気カムシャフト１９の位相を検出するカム角センサ２１とが設けられている。また、シリンダヘッド３の一側面には吸気ポート１２と連通するように吸気マニホールド２２が接続されている。更にシリンダヘッド３の吸気マニホールド２２が接続された側面には、燃焼室１０内に臨むように燃料噴射弁２３が設けられている。一方、シリンダヘッド３の吸気マニホールド２２が接続された側面とは反対側の側面には、排気ポート１３と連通するように排気マニホールド２４が接続されている。
【００１９】
排気カムシャフト１９のそれぞれの排気カム１７は、図３に示すように、バルブの開弁する期間である開弁時期を第１排気バルブ１５ａの開弁時期よりも第２排気バルブ１５ｂの開弁時期が遅くなるように排気カム１７の位相が設定されている。なお、ここではそれぞれの排気カム１７の位相を、第１排気バルブ１５ａの開弁時期が第２排気バルブ１５ｂの開弁時期よりも早くなるように固定しているが、可変動弁機構を用いてそれぞれの排気カム１７の位相を可変可能として、第１排気バルブ１５ａの開弁時期が第２排気バルブ１５ｂの開弁時期よりも早くなるように可変動弁機構で排気カム１７の位相を設定するようにしてもよい。
【００２０】
燃料噴射弁２３は、図２に示すように、燃料噴射口が開弁時期の早い第１排気バルブ１５ａに向けて配置されており、噴射した燃料が第１排気バルブ１５ａ近傍に届くように設定されている。そして、燃料噴射弁２３には、図示しない燃料配管を介して燃料噴射弁２３に高圧の燃料を供給する図示しない高圧ポンプと高圧ポンプに図示しない燃料タンク内の燃料を供給するフィードポンプが接続されている。
【００２１】
吸気マニホールド２２の吸気上流端には図示しない吸気管、吸入空気流量を調節する図示しない電子制御スロットルバルブが設けられている。そして、電子制御スロットルバルブには、スロットルバルブの開き度合を検出する図示しないスロットルポジションセンサが備えられている。また、電子制御スロットルバルブの上流側の吸気管には吸入空気流量を検出する図示しないエアフローセンサが設けられているとともに、吸気管の吸気上流端には図示しないエアクリーナが設けられている。
【００２２】
また、排気マニホールド２４の排気下流端には、図示しない排気管を介して三元触媒等の排気浄化触媒が備えられている。
そして、上記水温センサ４、クランク角センサ９、カム角センサ２０，２１、吸気圧センサ、スロットルポジションセンサ、エアフローセンサ及び車両の車速を検出する図示しない車速センサ等の各種センサ類は、車両に搭載されている電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０の入力側に電気的に接続されており、これらセンサ類からの検出情報がＥＣＵ３０に入力される。
【００２３】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、上記点火プラグ１１、燃料噴射弁２３、電子制御スロットルバルブ等の各種装置が電気的に接続されており、これら各種装置には各種センサ類からの検出情報に基づき演算された点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等がそれぞれ出力される。
また、ＥＣＵ３０は、図３に示すように、吸気行程における主噴射を実施する前に、各種センサ類からの検出情報に基づきエンジン１の運転状態を判別して、当該運転状態に応じて、エンジン１の排気行程後期に燃焼室１０内に残留する燃焼後の混合気である残留ガスを燃料噴射弁２３から燃料を燃焼室１０内の閉弁している第１排気バルブ１５ａに向けて噴射して、燃焼室１０の温度により気化し膨張した燃料により残留ガスを開弁している第２排気バルブ１５ｂより排気ポート１３へ掃気するための掃気噴射の実施の可否を決定する。そして、ＥＣＵ３０は、掃気噴射の実施時には、エンジン１の排気行程後期の第１排気バルブ１５ａが閉弁し、第２排気バルブ１５ｂが開弁して、更に吸気バルブ１４が閉弁している期間に燃料を噴射するように燃料噴射弁２３を制御する。
【００２４】
次にＥＣＵ３０での掃気噴射の実施可否決定方法について説明する。
図４は、本発明に係る筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置での掃気噴射の実施可否を判別するフローチャートである。
図４に示すルーチンはエンジン運転時に繰り返し行なわれる。
始めにステップＳ１０では、クランク角センサ９の検出情報であるエンジン回転速度及びエアフローセンサの検出情報である吸入空気流量等よりエンジン１の体積効率を算出する。そして、ステップＳ１２に進む。
【００２５】
ステップＳ１２では、ステップＳ１０にて算出した体積効率が所定値以上か、否かを判別する。即ち、現在の体積効率が所定値以上であり、エンジン１の運転状態が高負荷運転状態か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で現在の体積効率が所定値以上で高負荷運転状態であれば、ステップＳ１４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で現在の体積効率が所定値未満で高負荷運転状態でなければ、ステップＳ２２に進む。
【００２６】
ステップＳ１４では、エンジン１の行程が排気行程であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が排気行程であれば、ステップＳ１６に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１の行程が排気行程でなければ、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ１６では、第１排気バルブ１５ａの閉弁後か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で第１排気バルブ１５ａの閉弁後であれば、ステップＳ１８に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で第１排気バルブ１５ａの閉弁後でなければ、ステップＳ２２に進む。
【００２７】
ステップＳ１８では、吸気バルブ１４の開弁前か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で吸気バルブ１４の開弁前であれば、ステップＳ２０に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で吸気バルブ１４の開弁前でなければ、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２０では、燃料噴射弁２２より掃気噴射を実施する。そして、本ルーチンをリターンする。
【００２８】
また、ステップＳ２２では、燃料噴射弁２２からの掃気噴射を実施せずに本ルーチンをリターンする。
このように本発明に係る筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置では、エンジン１の排気カムシャフト１９の排気カム１７の位相を第１排気バルブ１５ａの開弁時期よりも第２排気バルブ１５ｂの開弁時期が遅くなるように設定され、エンジン１の体積効率が所定値以上、即ち高負荷運転状態であって、エンジン１が排気行程で第１排気バルブ１５ａが閉弁後で、吸気バルブ１４が開弁前であると、燃料噴射弁２３より第１排気バルブ１５ａに向けて燃料を噴射する掃気噴射を行っている。
【００２９】
従って、第１排気バルブ１５ａに向けて噴射されて燃料は、燃焼室１０内の温度で気化して膨張する。そして、膨張した燃料は、燃焼室１０内に残留する残留ガスを押し出すように第２排気バルブ１５ｂより排気ポート１３に掃気することができ、燃焼室１０内の残留ガスを減少させ、次の吸気行程で吸入される新気の温度上昇を抑えることが可能となる。よって、エンジン１の高負荷運転状態でのノックの発生が抑制され、高圧縮比化することが可能となり、エンジン１の熱効率を向上させて、燃費の低減及び出力の向上が可能となる。また、既存の燃料噴射弁２３の燃料噴射時期の変更のみで燃焼室１０内の残留ガスの掃気を可能としているので、コストの上昇を抑制することができる。
【００３０】
また、燃料噴射弁２３からの燃料を排気行程後期に閉弁している第１排気バルブ１５ａに向けて噴射しているので、噴射された燃料が排気ポート１３へ直接排出されることを抑制することができ、燃料の排出による排気の悪化を抑制しつつ、噴射した燃料を確実に燃焼させることが可能となり燃費の悪化も抑制することができる。更に第１排気バルブ１５ａは、排気が通過することで高温となっているので第１排気バルブ１５ａに向けて燃料を噴射することで燃料の気化が促進され、燃料の膨張が早くなり、燃焼室１０内の残留ガスの掃気の時間を短縮することができる。
【００３１】
また、掃気噴射を吸気バルブ１４の開弁前に行っているので、気化した燃料の吸気ポート１２への吹き抜けや、燃料により掃気される残留ガスの吸気ポート１２への吹き戻しを防止することができ、確実に残留ガスの掃気を行うことができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  エンジン（筒内噴射式内燃機関）
１０  燃焼室
１４  吸気バルブ（吸気弁）
１５ａ  第１排気バルブ（排気弁）
１５ｂ  第２排気バルブ（排気弁）
２３  燃焼噴射弁（燃料噴射手段）
３０  ＥＣＵ
【図１】
0005983910.tif 000002
【図２】
0005983910.tif 000003
【図３】
0005983910.tif 000004
【図４】
0005983910.tif 000005