(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン本体に形成された気筒内に燃料を直接噴射可能なインジェクタと、当該気筒内に噴射された燃料を含む混合気に点火可能な点火プラグとを備えた火花点火式直噴エンジンであって、
前記インジェクタから気筒内に所定の噴射圧力で噴射される燃料を当該噴射圧力以上の圧力で貯留し、この貯留している燃料を前記インジェクタに供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部内およびインジェクタ内の少なくとも一方の燃料温度を検出可能な燃料温度検出手段と、
前記燃料供給部内およびインジェクタ内の少なくとも一方の燃料温度を低減可能な燃料温度低減手段と、
前記燃料温度低減手段を制御可能な制御手段とを備え、
前記制御手段は、
エンジンの回転速度およびエンジンの負荷毎にエンジントルクが最大となる基準点火時期を記憶しており、ノッキングが生じない点火時期のうち最も進角側の時期であるノック限界点火時期を運転条件に応じて算出するとともに、前記ノック限界点火時期が前記基準点火時期よりも遅角側の場合には、前記点火プラグに前記ノック限界点火時期で点火させるとともに、この場合において、エンジン本体の暖機完了後の運転中で、かつ、前記燃料温度検出手段で検出された燃料温度が予め設定された基準燃料温度よりも高いという特定条件が成立すると、前記燃料温度低減手段により前記燃料供給部内およびインジェクタ内の少なくとも一方の燃料温度を低減させる燃温低減制御を実施し、
前記燃温低減制御の実施中、前記点火時期を、前記燃料温度検出手段で検出された燃料温度の低減度合に応じて進角させることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
前記制御手段は、前記ノック限界点火時期が前記基準点火時期よりも遅角側の場合において、エンジンの回転速度が低くエンジンの負荷が低い低速低負荷領域よりも、回転速度と負荷の少なくとも一方が高い特定領域の運転中に前記特定条件が成立すると、前記燃温低減制御を実施することを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
前記燃料供給部またはインジェクタに取り付けられて、電流が付与されることで当該燃料供給部またはインジェクタの熱を吸熱して、前記燃料温度低減手段として機能するペルチェ素子を備え、
前記制御手段は、前記ペルチェ素子に付与する電流を制御することを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
前記燃料供給部に燃料を圧送する燃料ポンプと、
前記燃料供給部に接続されて、前記燃料供給部内の燃料を前記燃料ポンプよりも上流側の部分に戻すリターン通路と、
前記燃料供給部と前記リターン通路との接続部分に設けられて、前記燃料供給部から前記リターン通路に排出される燃料流路の流路面積を変更可能なリリーフ弁とを備え、
前記リリーフ弁は、前記流路面積を拡大して前記燃料供給部を通過する燃料流量を増大することで、前記燃料の温度を低減する前記燃料温度低減手段として機能し、
前記制御手段は、前記リリーフ弁の開度を制御することを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジにおいて、
前記燃料供給部の周囲に配置されて内側を冷却水または冷却エアーが流通可能な燃料供給部冷却装置を備え、
前記燃料供給部冷却装置は、前記冷却水または冷却エアーにより前記燃料供給部の温度を低減することで、前記燃料温度低減手段として機能し、
前記制御手段は、前記燃料供給部冷却装置を流通する冷却水または冷却エアーの流量を制御することを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジにおいて、
前記エンジンは自然吸気エンジンであって、エンジン本体の幾何学的圧縮比は、１０以上に設定されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジにおいて、
前記エンジンは過給機付エンジンであって、エンジン本体の幾何学的圧縮比は、９以上に設定されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン本体に形成された気筒内に燃料を直接噴射可能なインジェクタと、当該気筒内の混合気に点火可能な点火プラグとを備えた火花点火式直噴エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるように、エンジン本体に形成された気筒内に燃料を直接噴射するとともに噴射された燃料と空気との混合気に点火プラグにより点火を行うことで混合気を燃焼させる火花点火式直噴エンジンの開発が行われている。このような火花点火式直噴エンジンでは、気筒内に直接噴射された燃料の気化に伴って気筒内の温度が低下するため、吸気ポート内に燃料を噴射するいわゆるポート噴射式のエンジンよりも、充填効率ひいてはエンジントルクを高めることができる。
【０００３】
また、熱効率を高めるべくエンジン本体の幾何学的圧縮比が高く設定された高圧縮比のエンジンでは、高圧縮比化に伴ってノッキングが生じやすくなるが、このような高圧縮比のエンジンに直噴技術を採用した場合には、前記気筒内の温度の低減によりノッキングの発生を抑制することができ、より一層高い熱効率を得ることができる。具体的には、ノッキングが生じた場合、あるいは、ノッキングが生じやすい運転領域では、ノッキングの発生を回避するために点火時期が、最大トルクが得られるＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｓｐａｒｋ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）よりも遅角されるが、火花点火式直噴エンジンでは、前記気筒内の温度の低下によりこの遅角量を少なくすることができるため、熱効率すなわち燃費を高めることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９３５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃費性能の向上要求は依然として高く、火花点火式直噴エンジンにおいて、より熱効率を高めることが求められている。しかしながら、従来の火花点火式直噴エンジンでは、所定の運転条件において気筒内の温度の低下が十分になされず、ノッキングを回避するための点火時期の遅角量を十分に少なくすることができない結果、十分な熱効率向上効果が得られない場合があることが判明した。
【０００６】
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、火花点火式直噴エンジンにおいて、より広い運転領域、運転条件下で、高い熱効率を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題に対して、本発明の発明者等は、鋭意研究の結果、直噴技術による高い熱効率が得られない運転条件では、気筒内に噴射される燃料の温度が比較的高く、燃料の気化に伴う気筒内の温度低減効果が十分に発揮されていないことを突き止めた。本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、本発明の火花点火式直噴エンジンは、エンジン本体に形成された気筒内に燃料を直接噴射可能なインジェクタと、当該気筒内に噴射された燃料を含む混合気に点火可能な点火プラグとを備えた火花点火式直噴エンジンであって、前記インジェクタから気筒内に所定の噴射圧力で噴射される燃料を当該噴射圧力以上の圧力で貯留し、この貯留している燃料を前記インジェクタに供給する燃料供給部と、前記燃料供給部内およびインジェクタ内の少なくとも一方の燃料温度を検出可能な燃料温度検出手段と、前記燃料供給部内およびインジェクタ内の少なくとも一方の燃料温度を低減可能な燃料温度低減手段と、前記燃料温度低減手段を制御可能な制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジンの回転速度およびエンジンの負荷毎にエンジントルクが最大となる基準点火時期を記憶しており、ノッキングが生じない点火時期のうち最も進角側の時期であるノック限界点火時期を運転条件に応じて算出するとともに、前記ノック限界点火時期が前記基準点火時期よりも遅角側の場合には、前記点火プラグに前記ノック限界点火時期で点火させるとともに、この場合において、エンジン本体の暖機完了後の運転中で、かつ、前記燃料温度検出手段で検出された燃料温度が予め設定された基準燃料温度よりも高いという特定条件が成立すると、前記燃料温度低減手段により前記燃料供給部内およびインジェクタ内の少なくとも一方の燃料温度を低減させる燃温低減制御を実施し、前記燃温低減制御の実施中、前記点火時期を、前記燃料温度検出手段で検出された燃料温度の低減度合に応じて進角させることを特徴とする。（請求項１）。
【０００８】
この発明によれば、エンジン本体の暖機完了後の運転中において、前記燃料温度低減手段により、燃料供給部またはインジェクタ内の燃料の温度ひいては気筒内に噴射される燃料の温度が高温となるのが抑制されるため、前記エンジン本体の暖機完了後等の各運転条件下において気筒内の温度を低減することができ、より広い運転条件下で高い充填効率ひいては高い熱効率を得ることができる。すなわち、気筒内の温度の低減に伴ってノッキングの発生が抑制されるため、ノッキング回避のための点火時期の遅角量を低減することができ、これにより、高い熱効率を得ることができる。具体的には、この発明では、ノッキングを回避するために点火時期を基準点火時期よりも遅角側にせねばならない運転条件において、燃料温度ひいては気筒内の温度が低減され、これによりノッキングの発生が抑制されるため、ノッキング回避のための点火時期の遅角化を抑制して熱効率を高めることができる。また、気筒内の温度の低減に伴って充填効率を高めることができ、最大エンジントルクを高めることができる。
また、前記点火時期を、前記燃料温度検出手段で検出された燃料温度の低減度合に応じて進角させるため、燃料温度の低下により、ノッキングを抑制しつつ、点火時期の進角によってエンジンの熱効率改善が行える。
【０００９】
吸気温度が高い条件下、あるいは、エンジンの冷却水温度が高い条件下では、ノッキングが生じやすく、ノッキング回避のための遅角量が大きくなる。そのため、これらの条件下において、本発明を用いれば、特に有効である。
【００１０】
また、本発明者等は、燃料温度が高い場合であっても低速低負荷領域では基準点火時期で運転されることで十分に高い熱効率が得られる一方、その他の運転領域で、特に、直噴技術による熱効率の向上効果が得られないことを突き止めた。
【００１１】
そこで、本発明において、前記制御手段は、前記ノック限界点火時期が前記基準点火時期よりも遅角側の場合において、エンジンの回転速度が低くエンジンの負荷が低い低速低負荷領域よりも、回転速度と負荷の少なくとも一方が高い特定領域の運転中に前記特定条件が成立すると、前記燃温低減制御を実施するのが好ましい（請求項２）。
【００１６】
前記燃料温度低減手段としては、例えば、前記燃料供給部またはインジェクタに取り付けられて、電流が付与されることで、当該燃料供給部またはインジェクタの熱を吸熱するペルチェ素子を用いればよく、この場合には、前記制御手段は、前記ペルチェ素子に付与する電流を制御すればよい（請求項３）。
【００１７】
この構成によれば、ぺルチェ素子を燃料供給部またはインジェクタに取り付けるだけでよく、簡単な構成で燃料温度を低減することができる。また、ペルチェ素子は応答性すなわち対象物の熱を吸熱する速度が高いため、燃料温度をより早期に低減させることができる。
【００１８】
また、前記燃料供給部に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記燃料供給部内の燃料を前記燃料ポンプよりも上流側の部分に戻すリターン通路とを備える場合では、前記燃料温度低減手段として、前記燃料供給部と前記リターン通路との接続部分に設けられて、前記燃料供給部から前記リターン通路に排出される燃料流路の流路面積を変更可能なリリーフ弁を用いればよく、この場合には、リリーフ弁により前記流路面積を拡大して前記燃料供給部を通過する燃料流量を増大することで、前記燃料の温度を低減するようにし、前記制御手段は、前記リリーフ弁の開度を制御すればよい（請求項４）。
【００１９】
この構成では、リリーフ弁により燃料供給部から排出される燃料ひいては燃料供給部を通過する燃料の流量が増加される。そして、この燃料流量の増加に伴って燃料供給部内の燃料が燃料供給部から受ける熱量が小さく抑えられるため、燃料供給部内の燃料すなわち気筒内に噴射される燃料の温度を低減することができる。特に、この構成では、燃料供給部から排出された燃料は燃料ポンプよりも上流側に排出されており、その移動途中で冷却されるため、前記燃料供給部内の燃料温度をより確実に低減することができる。
【００２０】
また、前記燃料温度低減手段としては、前記燃料供給部の周囲に配置されて内側を冷却水または冷却エアーが流通可能であって、当該冷却水または冷却エアーにより前記燃料供給部の温度を低減する燃料供給部冷却装置を用いてもよい。この場合には、前記制御手段は、前記燃料供給部冷却装置を流通する冷却水または冷却エアーの流量を制御すればよい（請求項５）。
【００２１】
この構成では、燃料供給部が冷却水または冷却エアーにより冷却されて、燃料供給部内ひいては気筒内に噴射される燃料の温度が低減される。
【００２２】
また、本発明において、エンジンは自然吸気エンジンであって、前記エンジン本体の幾何学的圧縮比は、１０以上に設定されているのが好ましい（請求項６）。
【００２３】
また、本発明において、前記エンジン本体の幾何学的圧縮比は、過給機付エンジンで９以上に設定されているのが好ましい（請求項７）。
【００２４】
このように、エンジン本体の幾何学的圧縮比が高い値に設定されている場合には、圧縮比が高いことに伴うノッキングの発生、ひいては、ノッキング回避のための点火時期の遅角、を燃料温度の低下により抑制することができ、熱効率の向上効果を効果的に得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明の火花点火式直噴エンジンによれば、気筒内に噴射される燃料温度の低下により熱効率をより確実に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態にかかる火花点火式直噴エンジンの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示すエンジンに設けられる燃料温度低減手段の一実施形態を示す模式図である。
【図３】図１に示すエンジンの制御系を示すブロック図である。
【図４】図１に示すエンジンで実行される制御動作を示すフローチャートである。
【図５】図１に示すエンジンで実行される最終点火時期制御の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１に示すエンジンで実行される燃温低減制御の動作を示すフローチャートである。
【図７】異なる圧縮比での点火時期とエンジントルクとの関係を示す図である。
【図８】図１に示すエンジンに設けられる燃料温度低減手段の他の実施形態（第２実施形態）を示す模式図である。
【図９】図１に示すエンジンに設けられる燃料温度低減手段の他の実施形態（第３実施形態および第４実施形態）を示す模式図である。
【図１０】図９に示す燃料温度低減手段を用いた場合の第３の実施形態に係る燃温低減制御の動作を示すフローチャートである。
【図１１】図９に示す燃料温度低減手段を用いた場合の第４の実施形態に係る燃温低減制御の動作を示すフローチャートである。
【図１２】図１１に示す第４の実施形態で用いられる運転領域マップを示す図である。
【図１３】図１１に示す第４の実施形態の変形例で用いられる運転領域マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（１）エンジンの全体構成
図１および図２は、それぞれ、本発明の実施形態にかかる火花点火式直噴エンジンの一部を示す図である。この火花点火式直噴エンジン（以下、単にエンジンという場合がある）は、ガソリンを燃料とするエンジンである。本実施形態では、このエンジンは、過給機が装備されていない自然吸気の多気筒エンジンであって、シリンダブロック３と、シリンダブロック３上に設けられたシリンダヘッド４とを含むエンジン本体１に、図２に示すように所定の方向に並ぶ複数の気筒２（例えば４つの気筒２）が形成されている。このエンジンは、車載用エンジンであり、車両を駆動するための動力源として図略のエンジンルーム内に配設されている。
【００２８】
前記エンジン本体１は、高い熱効率を得るため、また、最大エンジントルクがより高くなるように、その幾何学的圧縮比が１０以上（例えば１１）に設定されている。
【００２９】
前記エンジン本体１の各気筒２には、ピストン５が往復摺動可能に挿入されている。前記ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。ピストン５は、コネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されている。クランク軸７は、前記ピストン５の往復運動に応じてその中心軸回りに回転する。前記シリンダブロック３には、前記クランク軸７の回転速度をエンジンの回転速度として検出するエンジン回転速度センサ３０が設けられている。
【００３０】
前記エンジン本体１のシリンダブロック３やシリンダヘッド４の内部には、冷却水が流通するウォータジャケット（図示省略）が設けられている。前記シリンダヘッド４からの冷却水出口通路（図示省略）には、このウォータジャケット内の冷却水の温度を検出するためのエンジン水温センサ３１（図３参照）が設けられている。
【００３１】
前記エンジン本体１のシリンダヘッド４には、点火プラグ１５およびインジェクタ１８が、各気筒２につき１組ずつ設けられている。
【００３２】
前記点火プラグ１５は、燃焼室６を上方から臨むように設けられており、図外の点火回路からの給電に応じて先端部から火花を放電する。所定のタイミングで前記点火プラグ１５から火花が放電されると、これをきっかけに混合気の燃焼が開始される。
【００３３】
前記インジェクタ１８は、燃焼室６を吸気側の側方から臨むように設けられており、その先端部から、燃焼室６すなわち気筒２内に燃料を直接噴射する。インジェクタ１８から燃焼室６に対して燃料が噴射されると、噴射された燃料は空気と混合し、燃焼室６には所望の空燃比の混合気が生成される。
【００３４】
図２に示すように、エンジンには、燃料系機器として、インジェクタ１８に加えて、燃料タンク５０と、高圧ポンプ（燃料ポンプ）５２と、フューエルレール（燃料供給部）５４とが設けられている。燃料タンク５０には、燃料が貯蔵されており、低圧の燃料ポンプ（図示省略）が内蔵されている。高圧ポンプ５２は、低圧の燃料ポンプによって送り出された燃料タンク５０内の燃料をフューエルレール５４に圧送するためのものであり、エンジンの稼動に伴って駆動される。
【００３５】
フューエルレール５４は、高圧の燃料を貯留するためのものであり、所定の方向に延びるパイプ状に形成されている。フューエルレール５４は、気筒２の配列方向に延びる姿勢で各インジェクタ１８に接続されている。前記燃料タンク５０と高圧ポンプ５２とは、燃料配管５１により接続されている。高圧ポンプ５２とフューエルレール５４とは、高圧配管５３により接続されている。燃料タンク５０内に貯留されている燃料は、低圧の燃料ポンプと高圧ポンプ５２の駆動に伴って、燃料タンク５０から燃料配管５１および高圧配管５３を介してフューエルレール５４内に圧送され、高圧の状態でフューエルレール５４内に貯留される。各インジェクタ１８には、このフューエルレール５４から高圧の燃料（例えば１１Ｍｐａ程度）がそれぞれ分配され、各インジェクタ１８は、この分配された高圧の燃料を燃焼室６内に噴射する。
【００３６】
ここで、前記のようにフューエルレール５４から各インジェクタ１８には高圧の燃料が供給される。そのため、構造を簡素化するため（高圧の燃料配管を省略するため）に、フューエルレール５４はインジェクタ１８と近接した位置に配置されるのが好ましい。これに対して、本実施形態では、フューエルレール５４は、各インジェクタ１８の端部に直接接続されており、各インジェクタ１８とシリンダヘッド４により支持されている。
【００３７】
前記フューエルレール５４には、その内側の高圧燃料を外部に排出するための排出口５４ａが設けられている。この排出口５４ａは、リターン配管５５に接続されている。リターン配管５５は、前記燃料配管５１に接続されており、フューエルレール５４内の高圧燃料は、排出口５４ａおよびリターン配管５５を介して、燃料配管５１すなわち高圧ポンプ５２と燃料タンク５０との間（高圧ポンプ５２の上流側部分）に排出可能となっている。前記排出口５４ａには、この排出口５４ａを開閉可能なリリーフバルブ（リリーフ弁）５６が設けられている。このリリーフバルブ５６は、後述するＥＣＵ４０の指令を受けて駆動するリリーフバルブアクチュエータ５７により開閉される。
【００３８】
前記リリーフバルブ５６は、通常閉弁されているが、フューエルレール５４内の圧力が過剰に高くなった場合、および、後述する燃温低減制御の実施時に開弁される。リリーフバルブ５６が開弁すると、フューエルレール５４内の高圧燃料は、高圧ポンプ５２と燃料タンク５０との間に排出される。
【００３９】
前記フューエルレール５４には、フューエルレール５４内の燃料の温度、ひいては、各インジェクタ１８から燃焼室６内に噴射される燃料の温度（以下、燃温という場合がある）を測定するための燃温センサ（燃料温度検出手段）３８が設けられている。なお、図示は省略したが、フューエルレール５４には、フューエルレール５４内の燃料の圧力を測定するための燃圧センサも設けられている。
【００４０】
再び図１に戻って、前記燃焼室６には、吸気ポート９および排気ポート１０が開口している。シリンダヘッド４には、各ポート９，１０を開閉する吸気弁１１および排気弁１２がそれぞれ設けられている。吸気弁１１および排気弁１２は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された一対のカムシャフト（図示省略）等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。
【００４１】
前記エンジン本体１の吸気ポート９および排気ポート１０には、吸気通路２０および排気通路２２がそれぞれ接続されている。燃焼用の空気（新気）は、この吸気通路２０を通じて燃焼室６に供給され、燃焼室６で生成された既燃ガス（排気ガス）は、前記排気通路２２を通じて外部に排出される。
【００４２】
前記吸気通路２０は、その上流端においてサージタンク２１に共通して接続されており、このサージタンク２１から各吸気通路２０ひいては吸気ポート９にそれぞれ吸気が分配される。図１に示すように、エンジンルーム内のレイアウト上、前記吸気通路２０は、シリンダヘッド４から上方に向かった後下方に湾曲しており、サージタンク２１は、シリンダブロック３の側方に位置している。これに伴い、前記フューエルレール５４は、シリンダヘッド４とサージタンク２１とで囲まれた領域に配置されている。
【００４３】
前記サージタンク２１よりも上流側の部分には、エンジン本体１に流入する吸入空気の流量を調節するスロットル弁（不図示）と吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ３２（図３参照）と吸入空気の温度を検出する吸気温センサ３６（図３参照）とが設けられている。
【００４４】
前記スロットル弁は、電子制御式のスロットル弁からなり、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルの開度に応じて電気的に開閉駆動される。すなわち、前記アクセルペダルにはアクセル開度センサが設けられており、このアクセル開度センサにより検出されたアクセルペダルの開度に応じて、図外の電気式のアクチュエータがスロットル弁を開閉駆動する。
【００４５】
前記排気通路２２には、排気ガス浄化用の触媒コンバータ２３が設けられている。触媒コンバータ２３には例えば三元触媒が内蔵されており、排気通路２２を通過する排気ガス中の有害成分は前記三元触媒の作用により浄化される。
【００４６】
（２）制御系
図３は、エンジンの制御系の一部を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ４０は、エンジンの各部を統括的に制御するための制御手段であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００４７】
前記ＥＣＵ４０には、各種センサ類からの検出信号が入力される。ＥＣＵ４０は、前記エンジン回転速度センサ３０、エンジン水温センサ３１、エアフローセンサ３２、吸気温センサ３６、燃温センサ３８と電気的に接続されており、これら各センサによる検出値として、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン冷却水温Ｔｗ、吸入空気量Ｑａ、吸気温Ｔｉ、燃温Ｔｆといった情報が、前記ＥＣＵ４０に逐次入力される。
【００４８】
前記ＥＣＵ４０は、点火プラグ１５、リリーフバルブアクチュエータ５７とも電気的に接続されており、これらの装置にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。
【００４９】
前記ＥＣＵ４０が有するより具体的な機能について説明すると、前記ＥＣＵ４０は、その主な機能的要素として、記憶手段４１、点火制御手段４２、燃温制御手段４４、とを有している。
【００５０】
前記記憶手段４１は、エンジンを制御する際に必要な各種データやプログラムを記憶している。
【００５１】
前記記憶手段４１は、ＭＢＴ（基準点火時期）のマップであるＭＢＴマップ、基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅのマップである基本ノック限界マップ、ノック限界補正量、冷間点火時期のマップである冷間点火時期マップ等を記憶している。
【００５２】
前記ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｓｐａｒｋ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）は、エンジントルクが最大となる点火時期である。記憶手段４１は、エンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｃｅ毎に予め設定されたこのＭＢＴの値をマップとして記憶している。
【００５３】
前記基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅは、基準運転条件においてノッキングが生じない点火時期のうち最も進角側の点火時期である。前記基準運転条件とは、エンジンの暖機完了後であって、吸気温Ｔｉ、エンジン冷却水温Ｔｗ、および燃温Ｔｆが、それぞれ所定の基準温度である条件である。この基準運転条件では、基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅよりも進角側の時期で点火がなされるとノッキングが発生し、この基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅよりも遅角側の時期で点火がなされた場合にはノッキングは発生しない。記憶手段４１は、この基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅのエンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｃｅ毎の値をマップとして記憶している。
【００５４】
前記ノック限界補正量は、前記基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅの補正量であり、最終ノック限界（ノック限界点火時期）ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ、すなわち、各運転条件においてノッキングが生じない点火時期のうち最も進角側の点火時期は、前記基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅが、このノック限界補正量で補正されることで算出される。
【００５５】
具体的には、吸気温Ｔｉ、あるいは、エンジン冷却水温Ｔｗが、基準温度よりも高い場合には、燃焼室６内の混合気の温度が上昇する結果ノッキングは生じやすくなる。そのため、この場合には、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋは、基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅよりも遅角側に移行する。前記ノック限界補正量は、この吸気温Ｔｉ、および、エンジン冷却水温Ｔｗと各基準温度との差に対応する、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋに対する基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅの補正量である。本実施形態では、記憶手段４１は、吸気温Ｔｉ、および、エンジン冷却水温Ｔｗにそれぞれ応じて、個別に、ノック限界補正量を記憶している。
【００５６】
さらに、本発明者等は、吸気温Ｔｉおよびエンジン冷却水温Ｔｗに加えて、燃温Ｔｆが上昇した場合にもノッキングが生じやすくなり、燃温Ｔｆに対しても基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅを補正する必要があることをつきとめた。これは、燃焼室６内に噴射される燃料温度が高いと、この燃料が気化する際に燃焼室６内の新気（吸入空気）から吸熱する熱量が低減するため、混合気の温度が十分に低下せず、ノッキングが生じやすくなるためと考えられる。
【００５７】
そこで、本エンジンでは、前記記憶手段４１は、吸気温Ｔｉおよびエンジン冷却水温Ｔｗに加えて、燃温Ｔｆに応じたノック限界補正量も記憶している。そして、前記最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋは、基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅが、吸気温Ｔｉ、エンジン冷却水温Ｔｗ、燃温Ｔｆに応じて補正されることで、算出される。
【００５８】
前記冷間点火時期は、冷間時すなわちエンジンが暖機していない状態における最適な点火時期であり、記憶手段４１は、この冷間時の最適な点火時期をエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷Ｃｅ毎に記憶している。
【００５９】
なお、前記各マップ等は、予め実験等により求められている。
【００６０】
前記点火制御手段４２は、前記記憶手段４１に記憶されているマップ等を用いて運転条件に応じて最終点火時期ＩＧを決定する最終点火時期決定制御を実施する。そして、この点火制御手段４２は、点火プラグ１５の点火回路に給電信号を出力することにより、前記点火プラグ１５を、決定した最終点火時期ＩＧで燃焼室６内の混合気に点火させる。
【００６１】
前記点火制御手段４２により実施される最終点火時期決定制御について、図４および図５のフローチャートを用いて説明する。
【００６２】
図４に示すように、まず、ＥＣＵ４０は、各種センサ値を読み込む（ステップＳ１）。具体的には、前記エンジン回転速度センサ３０、エンジン水温センサ３１、エアフローセンサ３２、燃温センサ３８から、それぞれ、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン冷却水温Ｔｗ、吸入空気量Ｑａ、吸気温Ｔｉ、燃温Ｔｆが読み出され、各読み値がＥＣＵ４０に入力される。その後、ＥＣＵ４０は、前記最終点火時期決定制御を実施する（ステップＳ１０）。図５のフローチャートは、最終点火時期決定制御の詳細を示している。
【００６３】
ＥＣＵ４０は、ステップＳ１で読み込まれたエンジン冷却水温Ｔｗが所定の閾値（例えば８０℃）以上か否かに基づいて、エンジンの暖機が完了しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。この判定がＮＯであって、エンジンが暖機していない冷間状態の場合は、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ４０は、前記記憶手段４１に記憶されている冷間点火時期マップから、エンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｃｅとに応じた冷間点火時期を抽出する。そして、ＥＣＵ４０は、この抽出した冷間点火時期を最終点火時期として設定する（ステップＳ１３）。
【００６４】
一方、ステップＳ１１の判定がＹＥＳであって、エンジンの暖機が完了している場合は、ステップＳ１４に進む。
【００６５】
ステップＳ１４において、ＥＣＵ４０は、エンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｃｅとに応じて、ＭＢＴを決定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、記憶手段４１に記憶されているＭＢＴマップから、エンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｃｅとに応じた値を抽出する。
【００６６】
また、ＥＣＵ４０は、前記記憶手段４１から、エンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｃｅとに応じた基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅを抽出するとともに、吸気温Ｔｉ，エンジン冷却水温Ｔｗおよび燃温Ｔｆに応じたノック限界補正量を抽出する（ステップＳ１５）。そして、ＥＣＵ４０は、これら各ノック限界補正量に基づいて基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅを補正して、エンジン回転速度Ｎｅ、負荷Ｃｅ、吸気温Ｔｉ，エンジン冷却水温Ｔｗ、燃温Ｔｆに応じた最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋを算出する（ステップＳ１６）。このとき、吸気温Ｔｉ，エンジン冷却水温Ｔｗおよび燃温Ｔｆが各基準温度よりも高い場合には、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋは、基本ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋ＿ｂａｓｅよりも遅角側に補正される。
【００６７】
次に、ＥＣＵ４０は、前記最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋが、ステップＳ１１で求めたＭＢＴよりも進角側であるかどうかを判断する（ステップＳ１７）。
【００６８】
ステップＳ１７の判定がＮＯであって最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋの方がＭＢＴよりも遅角側にある場合は、ＭＢＴで点火を行った場合にノッキングが生じるおそれがある。そこで、この場合には、ＥＣＵ４０は、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋを最終点火時期ＩＧとする（ステップＳ１８）。
【００６９】
一方、ステップＳ１７の判定がＹＥＳであって最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも進角側にある場合は、ＭＢＴで点火を行ってもノッキングは生じない。そこで、この場合には、ＥＣＵ４０は、ＭＢＴを最終点火時期ＩＧとする（ステップＳ１９）。
【００７０】
以上のようにして、ＥＣＵ４０は、運転条件に応じて最終点火時期ＩＧを決定する。そして、ＥＣＵ４０は、この最終点火時期ＩＧで前記点火プラグ１５により点火を行わせる。
【００７１】
前記燃温制御手段４４は、前記リリーフバルブアクチュエータ５７を制御して、燃焼室６内に噴射される燃料の温度を低減させる燃温低減制御を行う。本実施形態では、この燃温制御手段４４は、前記燃温センサ３８で検出された燃温Ｔｆが予め設定された基準燃料温度Ｔｆ０（例えば５０℃）以上になると、前記リリーフバルブアクチュエータ５７を駆動して、前記リリーフバルブ５６を開弁させる。そして、燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０以下に低下するとリリーフバルブアクチュエータ５７によりリリーフバルブ５６を閉弁させる。
【００７２】
前述のように、フューエルレール５４は、シリンダブロック３とサージタンク２１とで囲まれた領域に配置されている。そのため、フューエルレール５４は、エンジンの稼動に伴い高温となったシリンダブロック３からの熱を受けるとともに放熱が十分になされないことにより高温に維持されており、フューエルレール５４内において、燃料はこのフューエルレール５４からの熱を受けて高温となる。そこで、本エンジンでは、燃温制御手段４４によりリリーフバルブ５６を開弁させて、フューエルレール５４内に貯留されている燃料を外部に排出することで、フューエルレール５４に流入する比較的低温の燃料の流量を増加させ、これにより、フューエルレール５４の温度およびフューエルレール５４内の燃料の温度を低減させる。フューエルレール５４から排出された燃料は、前記高圧ポンプ５２と燃料タンク５０との間に排出され、この排出途中で冷却された後、再び高圧ポンプ５２によってフューエルレール５４に圧送される。
【００７３】
ここで、燃料をより低温とするために、リターン配管５５の途中に、燃料温度を低下させるための冷却装置を設けてもよい。この冷却装置としては、例えば、リターン配管５５の周囲に冷却水を通過させる冷却水パイプを配索する構成が挙げられる。
【００７４】
また、フューエルレール５４から排出された燃料を、前記燃料タンク５０に戻してもよい。このようにすれば、燃料の移動距離が長くなるため燃料温度をより低減することができる。ただし、この場合には、燃料タンク５０に流入することで燃料の圧力が低減するため、この燃料を再び高圧化させる必要がある。具体的には、燃料タンク５０から燃料配管５１に向けて燃料を再度圧送する必要がある。そのため、エネルギ効率が悪化する。また、燃料タンク５０に燃料を戻した場合、発生する蒸発燃料が増加するという問題も生じる。そこで、本実施形態では、前記のように、フューエルレール５４から排出された燃料を、燃料タンク５０と高圧ポンプ５２との間に流入させる。
【００７５】
前記燃温低減制御の詳細について、図４および図６のフローチャートを用いて説明する。
【００７６】
図４に示すように、本実施形態では、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１で、各種センサ値を読み込み、その後、ステップＳ１０で前記最終点火時期決定制御を実施した後、ステップＳ２０で燃温低減制御を実施する。なお、最終点火時期決定制御と燃温低減制御の実施順序は、これに限らず、これら制御を同時にあるいは燃温低減制御を先に行ってもよい。
【００７７】
図６に示すように、ＥＣＵ４０は、前記ステップＳ１で読み込まれたエンジン冷却水温Ｔｗが所定の閾値（例えば８０℃）以上か否かに基づいて、エンジンの暖機が完了しているか否かを判定する（ステップＳ２１）。
【００７８】
ステップＳ２１での判定がＮＯの場合、すなわち、エンジンの暖機が完了していない場合は、ステップＳ２２に進む。そして、この場合には、燃料温度低減制御が実施されることなく処理が終了される。具体的には、ステップＳ２２において、前記燃温低減制御が実施されている場合にはこの燃温度低減制御が停止され、燃料温度低減制御が実施されていない場合は、そのまま処理が終了される。すなわち、ステップＳ２２では、前記リリーフバルブアクチュエータ５７により前記リリーフバルブ５６は閉弁される。エンジンの暖機完了前は、燃料温度が十分に低いことがわかっている。そして、エンジンの暖機完了前は、燃料温度が低いことによる燃料の気化霧化の悪化に伴って排気エミッション性能が悪化するおそれがあるため、この場合は前記燃料の温度を低減する燃温低減制御は行わない。
【００７９】
一方、ステップＳ２１での判定がＹＥＳであって、エンジンの暖機が完了している場合は、ステップＳ２３に進む。このステップＳ２３では、燃温Ｔｆが前記基準燃料温度Ｔｆ０以上かどうかが判定される。この判定がＮＯであって燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０未満の場合は、前記ステップＳ２２に進み、燃温低減制御は実施されず、または、燃温低減制御が実施されている場合には燃温低減制御が停止されて、処理が終了する。
【００８０】
一方、ステップＳ２３の判定がＹＥＳであって燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０以上の場合は、燃温低減制御が実施される（ステップＳ２４）。具体的には、前記リリーフバルブアクチュエータ５７が駆動されて、前記リリーフバルブ５６が開弁される。前述のように、リリーフバルブ５６が開弁されると、フューエルレール５４内に貯留されている高温の燃料は外部に排出され、フューエルレール５４を通過する燃料流量が増大して、フューエルレール５４内の燃料温度ひいては燃焼室６内に噴射される燃料温度が低減される。
【００８１】
以上のステップＳ１、ステップＳ１０の最終点火時期決定制御すなわちステップＳ１１〜Ｓ１９、およびステップＳ２０の燃温低減制御すなわちステップＳ２１〜Ｓ２４までの処理は、エンジンの稼動中連続して行われる。従って、前記燃料低減制御は、燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０未満となるまで実施される。また、前記最終点火時期制御は、燃料低減制御により燃温Ｔｆが低減されている最中も実施される。そのため、ステップＳ１５において、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋは、燃料低減制御により低減途中にある燃温Ｔｆに応じて補正される。具体的には、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋは、燃温Ｔｆの低減に伴い進角補正される。そのため、ステップＳ１８において、最終点火時期ＩＧが最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋに設定される場合において、最終点火時期ＩＧは、燃温Ｔｆの低減に伴って進角される。
【００８２】
なお、ＥＣＵ４０は、前記以外にも、インジェクタ１８、動弁機構１３，１４、スロットル弁等の制御も行うが、これらの制御については説明を省略する。
【００８３】
（３）作用効果等
以上説明したように、当実施形態の火花点火式エンジンでは、エンジン本体の暖機完了後のエンジン本体の運転中において、リリーフバルブ５６の開閉動作によって燃料供給部５４内の燃料の温度ひいては燃焼室６内に噴射される燃料の温度が基準燃料温度Ｔｆ０未満になるように制御される。そのため、燃焼室６内に噴射される燃料が基準燃料温度Ｔｆ０以上の高温となり、これにより混合気の温度が過度に高くなってノッキングが生じるのを回避することができるとともに、ノッキング回避のための点火時期の遅角量を小さく抑えることができ、エンジンの熱効率を高めることができる。また、燃焼室６内の温度が低く抑えられることで充填効率を高めて高いエンジントルクを得ることが可能となる。
【００８４】
特に、本実施形態のように圧縮比が１１という比較的高い値に設定された高圧縮比エンジンでは、点火時期を遅角させることに伴うエンジントルクの低下量が大きい。そのため、前記のように点火時期の遅角量が小さく抑えられることにより、エンジントルクの低減を効果的に抑えることができる。そして、高圧縮比によるエンジントルク向上効果を効果的に得ることができる。
【００８５】
具体的には、横軸を点火時期、縦軸をエンジントルクとした図７に示すように、実線で示した高圧縮比エンジンでは、ノッキングを回避するために点火時期が変化すること（図７におけるＭＢＴからＩＧ＿ｋｎｏｃｋへの変化）によるエンジントルクの低下量が、破線で示した低圧縮比エンジンにおける点火時期の変化（図７におけるＭＢＴからＩＧ＿ｋｎｏｃｋへの変化）に伴うエンジントルクの低下量よりも大きい。そのため、高圧縮比エンジン程、ノッキングを回避するために必要な点火時期の遅角量が大きくなった場合において、高圧縮比によるエンジンの熱効率改善効果を十分に得ることができないおそれがある。これに対して、本火花点火式直噴エンジンでは、点火時期の遅角量を小さく抑えることができ、高圧縮比によるエンジンの熱効率改善効果を確実に得ることができる。ここで、高圧縮比エンジンの方が、低圧縮比エンジンよりも、点火時期の遅角量に対するエンジントルクの低下量が大きいのは、点火時期の遅角に伴い、高圧縮比により得られる熱効率向上効果が小さくなり、高圧縮比により生じるポンピングロスの増大の影響が大きくなるためと考えられる。
【００８６】
ここで、吸気温度が高い条件下、あるいは、エンジンの冷却水温度が高い条件下では、ノッキングが生じやすく、ノッキング回避のための遅角量が大きくなる。そのため、本火花点火式直噴エンジンでは、これらの条件下において特に高いエンジントルク向上効果および高い熱効率改善効果を得ることができる。
【００８７】
また、本実施形態では、リリーフバルブ５６の開閉動作によって燃料の温度が制御されており、比較的簡単な構成で燃料温度制御を実現することができる。特に、このリリーフバルブ５６は、前述のようにフューエルレール５４内の圧力が過剰に高くなった場合にも開弁されてフューエルレール５４内圧力の制御手段としても機能するものであり、本実施形態では、このフューエルレール５４内圧力の制御手段として機能するリリーフバルブ５６を利用して燃料温度を制御している。そのため、圧力制御手段としてのリリーフバルブ５６とは別に燃料温度を制御するための手段を設ける場合に比べて、構造を簡素化することができる。
【００８８】
（４）他の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンについて説明する。前記第１の実施形態では、燃焼室６に噴射される燃料の温度を低減する燃料温度低減手段として、前記リリーフバルブ５６およびリリーフバルブアクチュエータ５７が用いられたが、この第２の実施形態では、燃料温度低減手段として、図８に示すような冷却装置（燃料供給部冷却装置）２０１が用いられる。この冷却装置２０１以外の構成、および、燃料温度低減手段により燃温を低減させる制御手順以外の手順は、前記第１の実施形態と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【００８９】
前記冷却装置２０１は、冷却水流通パイプ２０２と、冷却水供給ポンプ２０３とを有すし、燃料温度よりも低い冷却水を冷却水流通パイプ２０２へ流すべく、エンジン冷却系とは別途の冷却系となっている。冷却水流通パイプ２０２は、その内側を冷却水が流通可能なパイプであり、前記フューエルレール５４に巻きつけられている。（なお、螺旋状の冷却水流通路を一体形成したフューエルレール５４であっても良い。）前記冷却水供給ポンプ２０３は、冷却水流通パイプ２０２に冷却水を供給するためのポンプである。この冷却水供給ポンプ２０３は、エンジン冷却系とは別に設けられた熱交換器（図示省略）から排出される比較的温度の低い水を冷却水流通パイプ２０２に供給する。
【００９０】
ＥＣＵ４０（燃温制御手段４４）は、前記冷却水供給ポンプ２０３を駆動・停止可能である。ＥＣＵ４０により冷却水供給ポンプ２０３が駆動されて、前記低温の冷却水が前記冷却水流通パイプ２０２に供給されると、この冷却水流通パイプ２０２を通過する低温の冷却水によりフューエルレール５４は冷却される。
【００９１】
このように、この第２の実施形態では、ＥＣＵ４０により前記冷却水供給ポンプ２０３が駆動されることで、フューエルレール５４の温度ひいては燃焼室６内に噴射される燃料の温度が低減される。すなわち、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ２３で燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０以上であると判定された後に進むステップＳ２４において、リリーフバルブ５６の開弁に代えて冷却水供給ポンプ２０３が駆動される。そして、ステップＳ２２において、リリーフバルブ５６の閉弁に代えて、冷却水供給ポンプ２０３が停止される。
【００９２】
この第２の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンにおいても、冷却装置２０１によりフューエルレール５４の温度ひいては燃焼室６内に噴射される燃料の温度が低く維持される。そのため、高い熱効率および高い出力性能を得ることができる。
【００９３】
なお、この第２の実施形態では、燃料温度低減手段として、冷却水を流通させる冷却装置（燃料供給部冷却装置）２０１を用いた場合について説明したが、冷却水に代えて、冷却エアー（冷たい走行風等）を流通させる冷却装置（燃料供給部冷却装置）を用いても良い。
【００９４】
次に、第３の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンについて、図９および図１０のフローチャートを用いて説明する。
【００９５】
前記第１の実施形態および第２の実施形態では、燃焼室６内に噴射される燃料の温度を検出するための燃温センサ３８がフューエルレール５４に設けられていたが、この第３の実施形態では、図９に示すように、前記燃温センサ３８はインジェクタ１８に設けられている。本実施形態では、複数のインジェクタ１８のうち、高圧ポンプ５２に最も遠い側のインジェクタ１８にのみ燃温センサ３８が取り付けられている。勿論、各インジェクタ１８に燃温センサ３８をそれぞれ取り付けても良いが、少ない燃温センサ３８で対応する場合は、フューエルレール５４が熱せられることを考慮して、最も燃温が高くなる、高圧ポンプ５２に最も遠い側のインジェクタ１８にのみ燃温センサ３８を取り付けることが好ましい。また、この第３の実施形態では、燃料温度低減手段として、ペルチェ素子３０２が用いられている。
【００９６】
前記ペルチェ素子３０２は、外部から所定の電流が供給されることで、一方側から他方側へ熱エネルギが移動し、一方側において吸熱反応を起こするものである。本実施形態では、シート状に成形されたペルチェ素子３０２が、吸熱反応を起こす側がインジェクタ１８側となるように各インジェクタ１８の周囲に貼り付けられている。
【００９７】
そして、この第３の実施形態では、ＥＣＵ４０（燃温制御手段４４）が、前記ペルチェ素子３０２への電流の供給・停止が可能なように構成されており、ＥＣＵ４０は、ペルチェ素子３０２に電流を供給してペルチェ素子３０２に吸熱反応を起こさせることにより各インジェクタ１８を冷却する。ここで、ペルチェ素子３０２のインジェクタ１８と反対側の部分は、発熱反応を起こすが、ペルチェ素子３０２は、この発熱反応を起こす側がシリンダヘッド４に形成されたウォータジャケットと接する位置に配置されており、ペルチェ素子３０２は、このウォータジャケットを流れるエンジン冷却水により冷却される。
【００９８】
また、前記第１の実施形態および第２の実施形態では、エンジンの暖機完了後においてエンジンが稼動中で燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０以上の場合は即座に燃温低減制御が実施されたが、この第３の実施形態では、図１０のフローチャートに示すように、エンジンの暖機完了後（ステップＳ２１でＹＥＳ）、前記最終点火時期制御において算出された最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋとＭＢＴとの比較が行われる。具体的には、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも遅角側かどうかの判定が実施される（ステップＳ３１）。そして、この判定がＹＥＳであれば、前記燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０以上かどうかを判定するステップＳ２３に進む。一方、ステップＳ３１の判定がＮＯであって最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも進角側の場合には、ステップＳ３２に進み、燃温低減制御が実施されることなく、あるいは、燃温低減制御が停止されて処理が終了される。すなわち、ステップＳ３２では、ペルチェ素子への通電がなされずに処理が終了される、あるいは、この通電が停止される。
【００９９】
ステップＳ２３に進んだ後は、前記第１の実施形態と同様に、ステップＳ２３の判定がＹＥＳであって燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０以上の場合に燃温低減制御が実施され（ステップＳ３４）、ステップＳ２３の判定がＮＯであって燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０未満の場合には、燃温低減制御が停止される、あるいは、燃温低減制御が実施されないまま処理が終了する（ステップＳ３２）。ただし、この第３の実施形態では、ステップＳ３４において、ＥＣＵ４０により前記ペルチェ素子３０２に電流が供給され、ステップＳ３２においてＥＣＵ４０によりペルチェ素子３０２への電流供給が停止される。
【０１００】
このように、この第３の実施形態では、エンジンの暖機完了後、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも遅角側、かつ、燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０以上の場合にのみ、燃温低減制御が実施される。
【０１０１】
燃温低減制御の実施条件に前記ステップＳ３１の判定を加えて、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも遅角側の場合のみに燃温低減制御の実施を可能としたのは、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも遅角側の場合には燃温を低減させることによるエンジントルク向上効果が得られるが、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも進角側の場合は、燃温を低減させてもエンジントルク向上効果が得られないためである。具体的には、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも遅角側の場合には、最終点火時期ＩＧが最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋとされて、ＭＢＴで点火した場合よりもエンジントルクが低下する。そのため、この場合には、燃温を低減させて、最終点火時期ＩＧをよりＭＢＴでに近い値とすることでエンジントルクを高める効果が得られる。しかしながら、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも進角側の場合は、最終点火時期ＩＧがＭＢＴに維持されて、エンジントルクが最大トルクとされるため、燃温を低減させてもエンジントルク向上効果は得られない。そこで、本実施形態では、燃温低減制御の実施条件に、前記ステップＳ３１の条件を加えて、ペルチェ素子３０２への不要な電流供給を停止するようにした。
【０１０２】
このようにして、第３の実施形態では、エンジンの暖機完了後の運転中に、最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも遅角側の場合にのみ燃温低減制御が実施されており、燃温低減制御の実施に要するエネルギを小さく抑えつつ、エンジンの熱効率および出力性能を高めることができる。また、この第３の実施形態では、ペルチェ素子３０２によりインジェクタ１８が直接冷却されており、より確実に燃焼室６内に噴射される燃料を冷却することができる。特に、このペルチェ素子３０２は、応答性がよく、電流が供給されてから冷却機能を発揮するまでの時間が非常に短い。そのため、この第３の実施形態では、前記燃温低減手段の実施条件の成立時、特に、点火時期の変化に伴って燃料を適正に冷却することができる。
【０１０３】
次に、第４の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンについて、図１１および図１２を用いて説明する。
【０１０４】
第４の実施形態では、前記第３の実施形態と同様に燃温センサ３８がインジェクタ１８に設けられるとともに、燃料温度低減手段として、ペルチェ素子３０２が用いられている。一方、この第４の実施形態では、前記第３の実施形態におけるステップＳ３１の判定、すなわち最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも遅角側かどうかの判定に代えて、図１１のステップＳ４１に示す、運転領域が特定の運転領域Ｘ２かどうかの判定が行われる。この判定基準以外の構成は、第４の実施形態と第３の実施形態とで同一であり、その詳細な説明は省略する。
【０１０５】
前記運転領域Ｘ２は、図１２に示すように、予め設定された低速低負荷領域Ｘ１よりもエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷Ｃｅの少なくとも一方が高い領域である。この図１２に示す運転領域マップは、前記記憶手段４１に記憶されており、ＥＣＵ４０は、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷Ｃｅとに応じて現在の運転領域が運転領域Ｘ２であるかどうかを判定する。
【０１０６】
このようにして、第４の実施形態では、エンジンの暖機完了後（ステップＳ２１でＹＥＳ）、現在の運転領域がＸ２かどうかが判定される（ステップＳ４１）。そして、この判定がＹＥＳであって現在の運転領域がＸ２の場合にのみ、前記燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０以上かどうかのステップＳ２３に進む。一方、このステップＳ４１の判定がＮＯであって現在の運転領域がＸ１の場合には、ステップＳ３２に進み、燃温低減制御が実施されることなく、あるいは、燃温低減制御が停止されて処理が終了される。すなわち、ステップＳ３２では、ペルチェ素子への通電がなされずに処理が終了される、あるいは、この通電が停止される。
【０１０７】
ステップＳ２３に進んだ後は、前記第３の実施形態と同様の処理が行われる。すなわち、ステップＳ３４において燃温低減制御が実施されるか、ステップＳ３２において燃温低減制御が停止される（燃温低減制御が行われずに処理が終了する）。
【０１０８】
このように、この第４の実施形態では、エンジンの暖機完了後、運転領域がＸ２の場合、かつ、燃温Ｔｆが基準燃料温度Ｔｆ０以上の場合にのみ、燃温低減制御が実施される。
【０１０９】
燃温低減制御の実施条件を、前記ステップＳ３１の最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋがＭＢＴよりも遅角側であるという条件に代えて、前記ステップＳ４１の運転領域がＸ２であるという条件を用いたのは、本発明者等による以下の研究結果に基づく。
【０１１０】
すなわち、本発明者等は、低速低負荷領域Ｘ１では、燃温等の運転条件によらずＭＢＴは最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋよりも遅角側に維持され、高速高負荷領域Ｘ２でのみ、ＭＢＴが最終ノック限界ＩＧ＿ｋｎｏｃｋよりも進角側となる場合があることを突き止めた。
【０１１１】
そこで、本第４の実施形態では、前記ステップＳ３１に代えて前記ステップＳ４１の判定を行うことで、第３の実施形態と同様に、燃温の低減によりエンジントルク向上効果が得られる領域でのみペルチェ素子３０２への通電を行い、その他の領域ではペルチェ素子３０２への不要な電流供給を停止する。
【０１１２】
このようにして、第４の実施形態においても、燃温低減制御の実施に要するエネルギが小さく抑えられつつ、エンジンの熱効率および出力性能が高められる。
【０１１３】
ここで、本発明者らは、さらに、運転領域Ｘ２のうちエンジン回転速度Ｎｅが高い側およびエンジン負荷Ｃｅが高い運転領域Ｘ２ｂ（図１３参照）では、燃温が高くなりにくく、燃温低減制御を実施する必要性が低いことを突き止めた。これは、この運転領域Ｘ２ｂでは、フューエルレール５４を通過する単位時間当たりの燃料流量が増大するため、燃料がフューエルレール５４から受ける受熱量が小さくなるためと考えられる。そこで、前記第４の実施形態において、ステップＳ４１の運転領域がＸ２かどうかの判定に代えて、運転領域がＸ２のうちＸ２ｂ以外のＸ２ａかどうかの判定を行い、この判定がＹＥＳすなわち運転領域がＸ２ａの場合にのみ、ステップＳ５に進むようにしてもよい。
【０１１４】
また、各実施形態において、燃料温度低減手段として、他の実施形態で用いた手段を用いてもよい。また、複数の手段を合わせて用いてもよい。
【０１１５】
例えば、前記第３の実施形態および第４の実施形態において、燃料温度低減手段として、ペルチェ素子に代えて、第１の実施形態で用いたリリーフバルブ５６およびリリーフバルブアクチュエータ５７、あるいは、第２の実施形態で用いた冷却装置２０１を用いてもよい。ただし、第３の実施形態および第４の実施形態では、燃温低減制御の実施条件に、時々刻々と変化する運転領域および最終ノック限界が含まれている。そのため、この運転領域等の変化に合わせて燃料温度を低減するためには、燃料温度低減手段として応答性が高いことが望ましい。従って、前記運転領域等を実施条件に含む第３の実施形態および第４の実施形態では、応答性の高いペルチェ素子を用いるのが好ましい。
【０１１６】
また、各実施形態において、エンジンの幾何学的圧縮比の具体的な値は前記に限らない。ただし、前述のように、圧縮比が高い場合には、特に、ノッキング回避のために点火時期を遅角する必要が生じる場合が多く、また、この遅角に伴う熱効率の悪化が大きい。そのため、エンジンの幾何学的圧縮比が、自然吸気エンジンで１０以上に設定されている、あるいは、過給機付エンジンで９以上に設定されているエンジンに本発明が適用されれば、熱効率の向上効果を効果的に得ることができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１  エンジン本体
１５  点火プラグ
１８  インジェクタ
３８  燃温センサ（燃料温度検出手段）
４０  ＥＣＵ（制御手段）
５２  高圧ポンプ（燃料ポンプ）
５４  フューエルレール（燃料供給部）
５６  リリーフバルブ（燃料温度低減手段）
５７  リリーフバルブアクチュエータ（燃料温度低減手段）
２０１  冷却装置（燃料供給部冷却装置）
３０２  ペルチェ素子
【図１】
0005929051.tif 000002
【図２】
0005929051.tif 000003
【図３】
0005929051.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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