(57)【要約】【課題】内燃機関の運転状態に拘わらず、燃焼の促進、安定化を図ることができる燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法を提供すること。【解決手段】内燃機関の燃焼室Ａに燃料を直接噴射し、かつニードルのリフト量に応じて噴射方向が変更可能な燃料噴射弁２１を制御する燃料噴射制御装置であって、内燃機関が圧縮行程の際に、水平方向領域への燃料の噴射を行う。この燃焼室Ａの水平方向領域に噴射された燃料は、燃焼室Ａ内を流れ、燃料と空気との混合ガスに流動を発生させ、燃焼の促進、安定化を図る。【選択図】        図５−２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射し、かつニードルのリフト量に応じて噴射方向あるいは噴霧角度の少なくともいずれか一方が変更可能な燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料噴射弁のニードルのリフト量を変更し、前記燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行うことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射し、かつ噴射方向あるいは噴霧角度の少なくともいずれか一方が異なる２つの燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記２つの燃料噴射弁のうちいずれか一方を選択し、前記燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行うことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関が圧縮行程の際に、前記水平方向領域への燃料の噴射を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の点火時期を取得する点火時期取得手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御装置は、前記取得された点火時期の直前に前記水平方向領域への燃料の噴射を行うことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の機関回転数を取得する機関回転数取得手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御装置は、前記取得された機関回転数の低下に応じて前記水平方向領域への燃料の噴射圧を高くすることを特徴とする請求項３または４に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関の点火時期を取得する点火時期取得手段および当該内燃機関の機関回転数を取得する機関回転数取得手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御装置は、前記取得された機関回転数の低下に応じて前記水平方向領域への燃料の噴射時期と前記取得された点火時期との間隔を短くすることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の空燃比を取得する空燃比取得手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御装置は、前記取得された空燃比の希薄化に応じて前記水平方向領域への燃料の噴射圧を高くすることを特徴とする請求項３または４に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関の点火時期を取得する点火時期取得手段および当該内燃機関の空燃比を取得する空燃比取得手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御装置は、前記取得された空燃比の希薄化に応じて前記水平方向領域への燃料の噴射時期と前記取得された点火時期との間隔を短くすることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関のクランク角度を取得するクランク角度取得手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御装置は、前記燃焼室の全領域への燃料の噴射を行う際に、前記取得されたクランク角度がピストン上死点近傍領域であると、前記水平方向領域への燃料の噴射を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関の異常燃焼の発生を取得する異常燃焼取得手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御装置は、前記異常燃焼の発生が取得された際に、前記水平方向領域への燃料の噴射を行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項１１】
内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射し、かつニードルのリフト量に応じて噴射方向あるいは噴霧角度の少なくともいずれか一方が変更可能な燃料噴射弁の当該ニードルのリフト量を変更し、当該燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行う燃料噴射制御方法であって、
前記内燃機関の圧縮行程の際に、前記水平方向領域への燃焼の噴射を行うことを特徴とする燃料噴射制御方法。
【請求項１２】
内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射し、かつ噴射方向あるいは噴霧角度の少なくともいずれか一方が異なる複数の燃料噴射弁を選択し、当該燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行う燃料噴射制御方法であって、
前記内燃機関の圧縮行程の際に、前記水平方向領域への燃焼の噴射を行うことを特徴とする燃料噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法に関し、更に詳しくは、燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行う燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に燃料を供給する方法として、この内燃機関の燃焼室に燃料噴射弁により直接燃料を噴射する方法（筒内噴射式）がある。従来、この筒内噴射式の内燃機関においては、燃焼の促進、安定化を図るため種々の技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示す内燃機関のように、燃焼室へ吸入される空気の流速を上昇させるものがある。具体的には、内燃機関の吸気ポートを上側ポート部と下側ポート部とに仕切る隔壁と、この上側ポート部と下側ポート部とを選択的に絞るタンブル制御弁とを備える。そして、タンブル制御弁を絞ることにより、燃焼室へ吸入される空気の流速を上昇させ、燃焼室内の燃料と空気との混合気に流動を発生させ、燃焼時の火炎伝搬を促進するものである。
【０００４】
また、例えば、特許文献２に示す内燃機関のように、１つの燃料噴射弁により燃料の噴射を分割することにより、燃焼室内に噴射された燃料の霧化を促進させるものがある。具体的には、低回転時には、必要燃料噴射量を１つの燃料噴射弁により複数回に分割して噴射するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０５５９２５号公報
【特許文献２】特許第３１８６３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に示すような従来の内燃機関では、吸気ポートから燃焼室へ吸入される空気の流速を速くすることができる運転状態、すなわち高回転時では、混合気に流動を発生させることができる。しかしながら、吸気ポートから燃焼室へ吸入される空気の流速を速くすることができない運転状態、すなわち低回転時では、混合気に流動を発生させることが困難である。
【０００７】
また、上記特許文献２に示すような従来の内燃機関では、必要燃料噴射量を複数回に分割して噴射することは、燃料噴射弁の応答性能に依存するものである。従って、燃料噴射弁の応答性能が低いと、内燃機関の運転状態のうち高回転時において、気筒ごと、１サイクルごとの実際の燃料噴射量にばらつきが発生し、内燃機関の空燃比のばらつきが発生する虞があった。つまり、必要燃料噴射量を複数回に分割して噴射することができる内燃機関の運転状態は、低回転時に限られるという問題があった。
【０００８】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の運転状態に拘わらず、燃焼の促進、安定化を図ることができる燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法を提供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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射し、かつニードルのリフト量に応じて噴射方向あるいは噴霧角度の少なくともいずれか一方が変更可能な燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料噴射弁のニードルのリフト量を変更し、前記燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行うことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明では、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射し、かつ噴射方向あるいは噴霧角度の少なくともいずれか一方が異なる２つの燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記２つの燃料噴射弁のうちいずれか一方を選択し、前記燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行うことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明では、上記燃料噴射制御装置において、前記内燃機関が圧縮行程の際に、前記水平方向領域への燃料の噴射を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、この発明では、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射し、かつニードルのリフト量に応じて噴射方向あるいは噴霧角度の少なくともいずれか一方が変更可能な燃料噴射弁の当該ニードルのリフト量を変更し、当該燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行う燃料噴射制御方法であって、前記内燃機関の圧縮行程の際に、前記水平方向領域への燃焼の噴射を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、この発明では、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射し、かつ噴射方向あるいは噴霧角度の少なくともいずれか一方が異なる複数の燃料噴射弁を選択し、当該燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行う燃料噴射制御方法であって、前記内燃機関の圧縮行程の際に、前記水平方向領域への燃焼の噴射を行うことを特徴とする。
【００１４】
これらの発明によれば、内燃機関の運転状態、すなわち高回転時および低回転時に拘わらず圧縮行程において燃焼室の水平方向領域に燃料を噴射する。従って、この燃焼室の水平方向領域に噴射された燃料は、燃焼室内を流れ、燃料と空気との混合ガスに流動を発生することができる。つまり、吸気行程および圧縮行程において混合ガスの流動が低下しても、点火時における混合ガスの流動の低下を抑制することができる。これにより、燃焼期間の短縮および熱発生量最大値の増加を図ることができるので、内燃機関の運転状態に拘わらず燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【００１５】
また、この発明では、上記燃料噴射制御装置において、前記内燃機関の点火時期を取得する点火時期取得手段をさらに備え、前記燃料噴射制御装置は、前記取得された点火時期の直前に前記水平方向領域への燃料の噴射を行うことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、圧縮行程のうち点火時期直前に水平方向領域噴射を行うことにより、吸気行程および圧縮行程において混合ガスの流動が低下しても、点火時における混合ガスの流動の低下を十分に抑制することができる。従って、点火時の混合ガスの流速が速くなり、燃焼速度が速くなるので、内燃機関の運転状態に拘わらず燃焼の促進、安定化をさらに図ることができる。
【００１７】
また、この発明では、上記燃料噴射制御装置において、前記内燃機関の機関回転数を取得する機関回転数取得手段をさらに備え、前記燃料噴射制御装置は、前記取得された機関回転数の低下に応じて前記水平方向領域への燃料の噴射圧を高くすることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、機関回転数が低いほど、高圧の燃料により水平方向噴射を行うこととなる。従って、機関回転数が低下し、燃焼室に吸気される空気の流速が低下し、混合ガスの流動が低下しても、高圧の燃料により水平方向噴射を行うので、点火時における混合ガスの流動の低下を抑制することができる。これにより、燃焼期間の短縮および熱発生量最大値の増加を図ることができるので、混合ガスの流動が低下する内燃機関の低回転時における燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【００１９】
また、この発明では、上記燃料噴射制御装置において、前記内燃機関の点火時期を取得する点火時期取得手段および当該内燃機関の機関回転数を取得する機関回転数取得手段をさらに備え、前記燃料噴射制御装置は、前記取得された機関回転数の低下に応じて前記水平方向領域への燃料の噴射時期と前記取得された点火時期との間隔を短くすることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、機関回転数が低いほど、点火時期の直前に水平方向噴射を行うこととなる。従って、機関回転数が低下し、燃焼室に吸気される空気の流速が低下し、混合ガスの流動が低下しても、点火直前に水平方向噴射を行うので、点火時における混合ガスの流動の低下を抑制することができる。これにより、燃焼期間の短縮および熱発生量最大値の増加を図ることができるので、混合ガスの流動が低下する内燃機関の低回転時における燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【００２１】
また、この発明では、上記燃料噴射制御装置において、前記内燃機関の空燃比を取得する空燃比取得手段をさらに備え、前記燃料噴射制御装置は、前記取得された空燃比の希薄化に応じて前記水平方向領域への燃料の噴射圧を高くすることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、空燃比が希薄なほど、高圧の燃料により水平方向噴射を行うこととなる。従って、空燃比が希薄化し、燃焼が安定化し難くても、高圧の燃料により水平方向噴射を行うので、点火時における混合ガスの流動の低下を抑制することができる。これにより、燃焼時の火炎伝搬を促進することができるので、燃焼の安定化を確保し難い内燃機関の均質希薄燃焼時における燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【００２３】
また、この発明では、上記燃料噴射制御装置において、前記内燃機関の点火時期を取得する点火時期取得手段および当該内燃機関の空燃比を取得する空燃比取得手段をさらに備え、前記燃料噴射制御装置は、前記取得された空燃比の希薄化に応じて前記水平方向領域への燃料の噴射時期と前記取得された点火時期との間隔を短くすることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、空燃比が希薄なほど、点火時期の直前に水平方向噴射を行うこととなる。従って、空燃比が希薄化し、燃焼室の燃焼が安定化し難くても、点火直前に水平方向噴射を行うので、点火時における混合ガスの流動の低下を抑制することができる。これにより、燃焼時の火炎伝搬を促進することができるので、燃焼の安定化を確保し難い内燃機関の均質希薄燃焼時における燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【００２５】
また、この発明では、上記燃料噴射制御装置において、前記内燃機関のクランク角度を取得するクランク角度取得手段をさらに備え、前記燃料噴射制御装置は、前記燃焼室の全領域への燃料の噴射を行う際に、前記取得されたクランク角度がピストン上死点近傍領域であると、前記水平方向領域への燃料の噴射を行うことを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、ピストン上死点近傍領域において全領域噴射を行う際には、全領域噴射のかわりに水平方向領域噴射を行う。この水平方向領域噴射は、燃焼室の水平方向に燃料を噴射するものであるため、ピストンに向かって燃料が噴射されない。従って、ピストンに燃料が付着することを抑制することができる。これにより、このピストンに付着した燃料のスモーク化を抑制することができ、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００２７】
また、この発明では、上記燃料噴射制御装置において、前記内燃機関の異常燃焼の発生を取得する異常燃焼取得手段をさらに備え、前記燃料噴射制御装置は、前記異常燃焼の発生が取得された際に、前記水平方向領域への燃料の噴射を行うことを特徴とする。
【００２８】
内燃機関においては、ノッキングやプレイグニションの１回として、燃焼室における混合ガスに局所的な高温化が生じ、異常燃焼となる。しかしながら、この発明によれば、異常燃焼検出時に水平方向領域噴射を行う。従って、この燃焼室の水平方向領域に噴射された燃料は、燃焼室内を流れ、燃料と空気との混合ガスに流動を発生することができる。これにより、燃焼室の局所的な高温化、すなわち局所的な温度の上昇を抑制することができ、異常燃焼の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２９】
この発明にかかる燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法は、内燃機関の運転状態に拘わらず圧縮行程において水平方向領域噴射を行うことで、燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００３１】
図１は、この発明にかかる燃料噴射制御装置を備える内燃機関の構成例を示す図である。図２−１〜図２−３は、燃焼噴射弁の構成例を示す図である。図１に示すように、実施例１にかかる内燃機関１−１は、内燃機関１−１に燃料を供給する燃料供給手段である燃料供給装置２と、複数の気筒（例えば、４気筒）により構成される内燃機関本体３と、内燃機関本体３に接続される吸気経路４と、この内燃機関本体３に接続される排気経路５と、内燃機関１−１の運転を制御する運転制御装置であり、かつ燃料噴射制御装置でもあるＥＣＵ（Engine Control Unit）６とにより構成されている。なお、７は、図示しないアクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセルペダルセンサである。
【００３２】
燃料供給装置２は、燃料タンク２２内に貯留されている、例えばガソリンなどの燃料を内燃機関１−１に供給するものである。この燃料供給装置２は、図１に示すように、燃料噴射弁２１と、燃料タンク２２と、燃料ポンプ２３と、高圧ポンプ２４と、図示しない燃料配管とにより構成されている。燃料タンク２２内に貯留されているガソリンは、燃料ポンプ２３により加圧され、図示しない燃料配管を介して高圧ポンプ２４に圧送される。高圧ポンプ２４は、例えば同図に示すように、バルブ装置３６のインテークカムシャフト３６ｃの回転力により駆動するものである。従って、高圧ポンプ２４に圧送された燃料は、ＥＣＵ６からの高圧ポンプ制御信号によりこの高圧ポンプ２４内に流入し、高圧ポンプ２４によりさらに加圧され、燃料噴射弁２１に圧送される。
【００３３】
燃料噴射弁２１は、内燃機関本体３の図示しない各気筒の燃焼室Ａにそれぞれ配置されている。この各燃料噴射弁２１は、例えば各燃焼室Ａの頂点に、燃料噴射弁２１の軸方向がピストンの摺動方向と平行となるように配置されており、燃料ポンプ２３から圧送された燃料を燃焼室Ａ内に噴射するものである。つまり、内燃機関１−１の燃焼室Ａ内に燃料を直接噴射するものである。この燃料噴射弁２１は、図２−１〜図２−３に示すように、バルブボディ２１ａとこのバルブボディ２１ａを保持するホルダ２１ｂとにより構成されている。この燃料噴射弁２１は、ホルダ２１ｂが図示しないガスシール部材を介してシリンダヘッド３２に固定されることで、このシリンダヘッド３２に固定されている。
【００３４】
バルブボディ２１ａは、その先端部に複数の第１噴孔２１ｃと、複数の第２噴孔２１ｄとが形成されている。第１噴孔２１ｃは、燃焼室Ａの水平方向に対して傾斜して形成されている。この第１噴孔２１ｃを通過した燃料は、この燃焼室Ａの水平方向領域を除く領域に噴射される。一方、第２噴孔２１ｄは、燃焼室Ａの水平方向に形成されている。この第２噴孔２１ｄを通過した燃料は、この燃焼室Ａの水平方向領域に噴射される。
【００３５】
このバルブボディ２１ａは、中空構造であり、その中空部２１ｇに燃料ポンプ２３から圧送された燃料が流入するものである。この中空部２１ｇには、円筒形状のニードル２１ｅが軸方向に摺動自在に支持されている。このニードル２１ｅの燃焼室側の先端部は、ニードル２１ｅが軸方向のうち燃焼室側に移動することで、第１噴孔２１ｃと連通する第１空間部２１ｈおよび第２噴孔２１ｄと連通する第２空間部２１ｆを閉塞することができる形状に形成されている。つまり、ニードル２１ｅは、このニードル２１ｅのリフト量に応じて、中空部２１ｇとこれら第１空間部２１ｈおよび第２空間部２１ｆとの連通を遮断することができるものである。具体的には、このニードル２１ｅは、その図示しない先端部が第１空間部２１ｈを形成するバルブボディ２１ａの内周面と接触することで、第１噴孔２１ｃからの燃料の噴射を停止し、第２空間部２１ｆを形成するバルブボディ２１ａの内周面と接触することで第１噴孔２１ｃおよび第２噴孔２１ｄからの燃料の噴射を停止するものである。
【００３６】
ここで、ニードル２１ｅは、図示しない磁気回路とスプリングとにより、軸方向に摺動することができる。具体的には、磁気回路が作動していない場合、ニードル２１ｅには、スプリングの付勢力が作用し、軸方向のうち燃焼室側に移動する。そして、ニードル２１ｅが軸方向のうち最も燃焼室側に移動する（リフト量０）と、図２−１に示すように、第１噴孔２１ｃおよび第２噴孔２１ｄからの燃料の噴射が停止された状態となる。
【００３７】
一方、磁気回路が作動している場合、ニードル２１ｅには、スプリングに対抗する力が作用し、軸方向のうち燃焼室側と反対側に移動する。ニードル２１ｅが軸方向のうち最も燃焼室側に移動した状態からこの軸方向のうち燃焼室側と反対側に移動する量、すなわちリフト量がＬ１まで変化すると、ニードル２１ｅの先端部と第２空間部２１ｆを形成するバルブボディ２１ａの内周面とが接触しなくなり、第２空間部２１ｆに中空部２１ｇの燃料を流入する。従って、中空部２１ｇと第２空間部２１ｆとが連通し、第２噴孔２１ｄから燃焼室Ａの水平方向領域に燃料が噴射される。さらに、ニードル２１ｅのリフト量がＬ１からＬ２までさらに変化すると、ニードル２１ｅの先端部と第１空間部２１ｈを形成するバルブボディ２１ａの内周面とが接触しなくなり、第１空間部２１ｈにも中空部２１ｇの燃料が流入する。従って、中空部２１ｇと第１空間部２１ｈおよび第２空間部２１ｆとが連通し、第２噴孔２１ｄから燃焼室Ａの水平方向領域のみならず、第１噴孔２１ｃから燃焼室Ａの水平方向領域を除く領域に燃料が噴射される。つまり、ニードル２１ｅのリフト量がＬ２となれば、燃焼室Ａの全領域に燃料が噴射される。
【００３８】
以上のように、燃料噴射弁２１は、ニードル２１ｅのリフト量に応じて、噴射方向を変更可能であり、このニードル２１ｅのリフト量を変更することで、全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行うことができる。なお、この燃料噴射弁２１の燃料の吹き分け、燃料噴射量および噴射時期などの制御、すなわち燃料噴射制御は、燃料噴射制御装置であるＥＣＵ６により行われる。なお、上記燃料噴射弁２１は、ニードル２１ｅのリフト量に応じて噴射方向が変更可能なものであるが、これに限定されるものではなく、噴霧角度、すなわち燃焼室Ａに噴射する燃料の範囲を変更可能なものであっても良い。
【００３９】
内燃機関本体３は、シリンダブロック３１と、このシリンダブロック３１に固定されたシリンダヘッド３２と、気筒ごとに設けられるピストン３３およびコンロッド３４と、クランクシャフト３５と、バルブ装置３６と、気筒ごとに設けられる点火プラグ３７とにより構成されている。ここで、内燃機関本体３の図示しない各気筒には、少なくともピストン３３と、シリンダヘッド３２とにより燃焼室Ａがそれぞれ形成されている。シリンダヘッド３２には、吸気ポート３２ａおよび排気ポート３２ｂが気筒ごとに形成されており、それぞれ吸気経路４および排気経路５に接続されている。ピストン３３は、コンロッド３４に回転自在に支持されており、このコンロッド３４は、クランクシャフト３５に回転自在に支持されている。つまり、クランクシャフト３５は、各燃焼室Ａ内の空気と燃料の混合ガスの燃焼によりピストン３３がシリンダブロック３１内を往復運動することで回転するものである。
【００４０】
バルブ装置３６は、後述する吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂの開閉を行うものである。このバルブ装置３６は、少なくとも気筒ごとに設けられる吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂと、インテークカムシャフト３６ｃと、エキゾーストカムシャフト３６ｄとにより構成されている。吸気弁３６ａは、吸気ポート３２ａと燃焼室Ａとの間に配置され、インテークカムシャフト３６ｃが回転することにより開閉が行われる。また、排気ポート３２ｂは、排気ポート３２ｂと燃焼室Ａとの間に配置され、エキゾーストカムシャフト３６ｄが回転することにより開閉が行われる。インテークカムシャフト３６ｃおよびエキゾーストカムシャフト３６ｄは、タイミングチェーンを介してクランクシャフト３５に連結されており、このクランクシャフト３５の回転力が伝達され回転するものである。
【００４１】
点火プラグ３７は、気筒ごとに設けられており、ＥＣＵ６からの点火信号により、点火し、各気筒の燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させるものである。点火プラグ３７の点火時期などの制御、すなわち点火制御は、後述するＥＣＵ６により行われる。なお、３８は、ノック発生検出手段であるノックセンサである。このノックセンサ３８は、内燃機関１−１のノックの発生を例えばシリンダブロック３１の振動により電圧が変化する圧電素子に基づいて検出し、ＥＣＵ６に出力するものである。また、３９は、クランクシャフト３５の角度であるクランク角度を検出し、ＥＣＵ６に出力するクランク角度センサである。
【００４２】
吸気経路４は、外部から空気を吸気し、この導入された空気を内燃機関本体３の各気筒の燃焼室Ａに導入するものである。この吸気経路４は、エアクリーナ４１と、エアフロメータ４２と、スロットルバルブ４３と、エアクリーナ４１から内燃機関本体３の吸気ポート３２ａまでを連通する吸気通路４４とにより構成されている。エアクリーナ４１により粉塵が除去された空気は、吸気通路４４および吸気ポート３２ａを介して、内燃機関本体３の各燃焼室Ａに導入される。エアフロメータ４２は、この内燃機関本体３に導入、すなわち吸入される空気の吸入空気量を検出し、ＥＣＵ６に出力するものである。スロットルバルブ４３は、ステッピングモータなどのアクチュエータ４３ａにより駆動され、内燃機関本体３の各気筒の燃焼室Ａに吸気される吸入空気量を調整するものである。このスロットルバルブ４３の開度の制御、すなわちスロットルバルブ開度制御は、後述するＥＣＵ６により行われる。
【００４３】
また、排気経路５は、浄化触媒５１と、図示しない消音装置と、内燃機関本体３の排気ポート３２ｂから浄化触媒５１を介して消音装置までを連通する排気通路５２とにより構成されている。浄化触媒５１は、排気通路５２を介して導入された排気ガスに含まれる有害物質を浄化するものであり、有害物質が浄化された排気ガスは、消音装置を介して外部に排気される。また、浄化触媒５１の上流側に位置する排気通路５２には、この排気通路５２に排気される排気ガスの空燃比を検出し、ＥＣＵ６に出力するＡ／Ｆセンサ５３が設けられている。なお、排気ガスの空燃比の検出は、このＡ／Ｆセンサ５３に限られず、例えばこの排気通路５２に排気される排気ガスの酸素濃度を検出するＯ2センサであっても良い。
【００４４】
ＥＣＵ６は、内燃機関１−１を運転制御することで、この内燃機関１−１を運転するものである。このＥＣＵ６は、燃料噴射制御装置であり、さらに、クランク角度取得手段、エンジン回転数取得手段、点火時期取得手段、燃料噴射制御手段としての機能を備えるものである。このＥＣＵ６には、内燃機関１−１が搭載された車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。具体的には、クランクシャフト３５に取り付けられたクランク角度センサ３９により検出されたクランク角度、エアフロメータ４２により検出された吸入空気量、アクセルペダルセンサ７により検出されたアクセル開度、Ａ／Ｆセンサ５３により検出された空燃比、ノックセンサ３８により検出された内燃機関１−１のノックの発生状態などがある。
【００４５】
このＥＣＵ６は、これら入力信号および記憶部６３に格納されている各種マップに基づいて各種出力信号を出力する。具体的には、燃料噴射弁２１の燃料噴射制御を行う噴射信号、点火プラグ３７の点火制御を行う点火信号、スロットルバルブ４３のスロットルバルブ開度制御を行うスロットルバルブ開度信号、高圧ポンプ２４の制御を行う高圧ポンプ制御信号などの出力信号などがある。
【００４６】
また、ＥＣＵ６は、上記入力信号や出力信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）６１と、処理部６２と、上記燃料噴射量マップなどの各種マップなどを格納する記憶部６３とにより構成されている。処理部６２は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、少なくともクランク角度取得手段であるクランク角度取得部６４（機関回転数取得手段である機関回転数取得部）と、点火時期取得手段である点火時期取得部６５と、燃料噴射制御手段である燃料噴射制御部６６とにより構成されている。なお、クランク角度取得部６４により取得されたクランク角度に基づいて、内燃機関１−１の機関回転数ＮＥが取得されるため、このクランク角度取得部６４は、機関回転数取得手段である機関回転数取得部としての機能をも有する。
【００４７】
この処理部６２は、燃料噴射制御方法などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、この燃料噴射制御方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部６３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な不揮発性のメモリあるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、この実施例１では、燃料噴射制御方法をＥＣＵ６により実現させるが、これに限定されるものではなく、このＥＣＵ６とは個別に形成された燃料噴射制御装置により実現しても良い。
【００４８】
次に、実施例１にかかる内燃機関１−１の燃料噴射制御方法について説明する。図３は、実施例１にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。図４は、クランク角度と燃料噴射時期との関係を示す図である。図５−１は、全領域噴射状態を示す図である。図５−２は、水平方向領域噴射状態を示す図である。まず、ＥＣＵ６の処理部６２の燃料噴射制御部６６は、燃料噴射量Ｑを算出する（ステップＳＴ１０１）。具体的には、燃料噴射制御部６６は、例えばクランク角度から取得される機関回転数ＮＥ、吸入空気量、アクセル開度などのＥＣＵ６に入力される入力信号と、記憶部６３に格納されている図示しない燃料噴射量マップとに基づいて燃焼室Ａに噴射する燃料噴射量Ｑを算出する。つまり、内燃機関１−１の運転状態に応じて燃料噴射量Ｑを算出する。
【００４９】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記算出された燃料噴射量Ｑから燃焼室Ａの全領域に噴射する全領域噴射量Ｑ１と、燃焼室Ａの水平方向領域に噴射する水平方向領域噴射量Ｑ２とを決定する（ステップＳＴ１０２）。燃料噴射制御部６６は、全領域噴射量Ｑ１と水平方向領域噴射量Ｑ２との和が、燃料噴射量Ｑを超えないように、これらを決定する。具体的には、例えば水平方向領域噴射量Ｑ２を燃料噴射量Ｑに拘わらず一定とし、燃料噴射量Ｑから水平方向領域噴射量Ｑ２を引いた値を全領域噴射量Ｑ１としても良い。また、例えば全領域噴射量Ｑ１と水平方向領域噴射量Ｑ２との比を一定とし、この比に基づき燃料噴射量Ｑから全領域噴射量Ｑ１と水平方向領域噴射量Ｑ２とを決定しても良い。
【００５０】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記決定された全領域噴射量Ｑ１の燃料を燃焼室Ａに噴射する全領域噴射時期Ｃ１を決定する（ステップＳＴ１０３）。具体的には、燃料噴射制御部６６は、クランク角度に対する全領域噴射時期Ｃ１を内燃機関の運転状態に応じて決定するが、通常、図４に示すように、内燃機関１−１の吸気行程の範囲内となるように決定する。
【００５１】
次に、処理部６２の点火時期取得部６５は、点火時期Ｃ３を取得する（ステップＳＴ１０４）。具体的には、点火時期取得部６５は、例えばクランク角度から取得される機関回転数ＮＥ、吸入空気量、アクセル開度などのＥＣＵ６に入力される入力信号と、記憶部６３に格納されている図示しない点火時期マップとに基づいて、処理部６２により算出された点火プラグ３７を点火する時期であるクランク角度に対する点火時期Ｃ３を取得する。なお、点火時期取得部６５は、この点火時期取得部６５が点火時期Ｃ３を算出することで、この点火時期Ｃ３を取得しても良い。
【００５２】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記決定された水平方向領域噴射量Ｑ２の燃料を燃焼室Ａに噴射する水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定する（ステップＳＴ１０５）。具体的には、燃料噴射制御部６６は、同図に示すように、クランク角度に対する水平方向領域噴射時期Ｃ２を少なくとも内燃機関１−１の圧縮行程の範囲内となるように決定する。特に、この実施例では、燃料噴射制御部６６は、水平方向領域噴射時期Ｃ２をこの圧縮行程のうち、上記点火時期取得部６５が取得した点火時期Ｃ３の直前となるように決定する。
【００５３】
次に、処理部６２のクランク角度取得部６４は、クランクシャフト３５のクランク角度ＣＡを取得する（ステップＳＴ１０６）。具体的には、クランク角度取得部６４は、クランク角度センサ３９により検出され、ＥＣＵ６に出力されたクランク角度ＣＡを取得する。
【００５４】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０７）。つまり、クランク角度ＣＡが全領域噴射を行うクランク角度であるか否かを判断する。
【００５５】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であると判断すると、全領域噴射を行う（ステップＳＴ１０８）。具体的には、燃料噴射弁２１のニードル２１ｅのリフト量がＬ２となるように噴射信号を出力する。従って、ニードル２１ｅは、リフト量が０からＬ２となるまで軸方向のうち燃焼室側と反対側に移動し、中空部２１ｇと第１空間部２１ｈおよび第２空間部２１ｆとが連通し、図５−１に示すように、第１噴孔２１ｃおよび第２噴孔２１ｄから燃焼室Ａの全領域に燃料を噴射、すなわち全領域噴射を行う。
【００５６】
ここで、燃焼噴射制御部６６は、取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲外であると判断されるまで、全領域噴射を行う。従って、図４に示すように、全領域噴射時期Ｃ１の間、燃料噴射弁２１により全領域噴射を行い、全領域噴射量Ｑ１の燃料を燃焼室Ａに噴射する。全領域噴射により燃焼室Ａに噴射された燃料は、図５−１に示すように、燃焼室Ａの全領域に拡散し、吸気行程において吸気バルブ３６ａが開弁することで吸気経路４から燃焼室Ａに吸気された空気と混合し、混合ガスとなる。
【００５７】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲外であると判断すると、この取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０９）。つまり、クランク角度ＣＡが水平方向領域噴射を行うクランク角度であるか否かを判断する。
【００５８】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であると判断すると、水平方向領域噴射を行う（ステップＳＴ１１０）。具体的には、燃料噴射弁２１のニードル２１ｅのリフト量がＬ１となるように噴射信号を出力する。従って、ニードル２１ｅは、リフト量が０からＬ１となるように軸方向のうち燃焼室側と反対側に移動し、中空部２１ｇと第２空間部２１ｆとが連通し、図５−２に示すように、第２噴孔２１ｄから燃焼室Ａの水平方向領域のみに燃料を噴射、すなわち水平方向領域噴射を行う。
【００５９】
ここで、燃焼噴射制御部６６は、取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲外であると判断されるまで、水平方向領域噴射を行う。従って、図４に示すように、水平方向領域噴射時期Ｃ２の間、燃料噴射弁２１により水平方向領域噴射を行い、水平方向領域噴射量Ｑ２の燃料を燃焼室Ａに噴射する。水平方向領域噴射により燃焼室Ａに噴射された燃料は、図５−２に示すように、燃料噴射弁２１が配置されている燃焼室Ａの中央部から端部に向かって水平方向に流れ、同図矢印Ｂに示すように、燃焼室Ａの端部から再び中央部に向かって流れる。これにより、圧縮行程において水平方向領域噴射を行うことにより、上記全領域噴射により燃焼室Ａに噴射された燃料と空気との混合ガスの流動が発生する。従って、吸気行程および圧縮行程において混合ガスの流動が低下しても、点火時における混合ガスの流動の低下が抑制される。
【００６０】
そして、図示を省略するが、処理部６２は、クランク角度ＣＡが点火時期Ｃ３となると、点火プラグ３７に点火信号を出力し、点火プラグ３７は、ＥＣＵ６からの点火信号により、点火し、各気筒の燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させる。
【００６１】
以上のように、実施例１にかかる内燃機関１−１では、本発明にかかる燃料噴射制御装置であるＥＣＵ６が少なくとも圧縮行程において燃料噴射弁２１により水平方向領域噴射を行う。図６は、燃焼期間を示す図である。図７は、熱発生量と燃焼期間との関係を示す図である。
【００６２】
図６に示すように、圧縮行程において水平方向領域噴射を行う「本発明」は、圧縮行程において水平方向領域噴射を行わない「従来例」と比較して、同図矢印Ｃに示すように、燃焼期間を短縮することができる。これは、上述のように、水平方向領域噴射を行うことにより、吸気行程および圧縮行程において混合ガスの流動が低下しても、点火時における混合ガスの流動の低下が抑制されるためである。
【００６３】
また、図７に示すように、燃焼期間を短縮できることで、圧縮行程において水平方向領域噴射を行う「本発明」は、圧縮行程において水平方向領域噴射を行わない「従来例」と比較して、同図矢印Ｄに示すように、熱発生量最大値を増加することができる。
【００６４】
このように、内燃機関の運転状態、すなわち高回転時および低回転時に拘わらず圧縮行程において水平方向領域噴射を行うことで、燃焼期間の短縮および熱発生量最大値の増加を図ることができ、内燃機関の運転状態に拘わらず燃焼の促進、安定化を図ることができる。また、水平方向領域噴射は、燃焼室Ａの水平方向に燃料を噴射するものであるため、下死点から上死点に向かっているピストンに燃料が付着することを抑制することができる。従って、このピストンに付着した燃料のスモーク化を抑制することができ、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００６５】
また、実施例１にかかる内燃機関１−１では、本発明にかかる燃料噴射制御装置であるＥＣＵ６が圧縮行程の点火時期直前において燃料噴射弁２１により水平方向領域噴射を行う。図８は、点火時の混合ガスの流速を示す図である。図９は、燃焼速度を示す図である。
【００６６】
図８に示すように、点火時期直前において水平方向領域噴射を行う「本発明２」は、点火時期直前ではない圧縮行程において水平方向領域噴射を行う「本発明１」と比較して、同図矢印Ｅに示すように、点火時の混合ガスの流速を速めることができる。これは、点火時期直前に水平方向領域噴射を行うことにより、吸気行程および圧縮行程において混合ガスの流動が低下しても、点火時における混合ガスの流動の低下が十分に抑制されるためである。
【００６７】
また、図９に示すように、点火時の混合ガスの流速を速めることができることで、点火時期直前において水平方向領域噴射を行う「本発明２」は、点火時期直前ではない圧縮行程において水平方向領域噴射を行う「本発明１」と比較して、同図矢印Ｆに示すように、燃焼速度を速めることができる。このように、水平噴射領域噴射を点火時期直前に行うことで、点火時の混合ガスの流速が速くなり、燃焼速度が速くなるので、さらに燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【実施例２】
【００６８】
次に、実施例２にかかる内燃機関１−２について説明する。実施例２にかかる内燃機関１−２が、図１に示す実施例１にかかる内燃機関１−１と異なる点は、機関回転数ＮＥの低下に応じて、燃焼室Ａの水平方向領域への燃料の噴射時期、すなわち水平方向領域噴射時期Ｃ２と点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１を短くする点である。なお、実施例２にかかる内燃機関１−２の基本的構成は、図１に示す実施例１にかかる内燃機関１−１の基本的構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００６９】
図１０は、実施例２にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。図１１は、間隔および機関回転数に基づくマップを示す図である。なお、図１０に示す実施例２にかかる内燃機関１−２の燃料噴射制御方法では、図３に示す内燃機関１−１の燃料噴射制御方法と同一部分を簡略化して説明する。
【００７０】
まず、ＥＣＵ６の処理部６２の燃料噴射制御部６６は、燃料噴射量Ｑを算出する（ステップＳＴ２０１）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記算出された燃料噴射量Ｑから全領域噴射量Ｑ１と、水平方向領域噴射量Ｑ２とを決定する（ステップＳＴ２０２）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、全領域噴射時期Ｃ１を決定する（ステップＳＴ２０３）。次に、処理部６２の点火時期取得部６５は、点火時期Ｃ３を取得する（ステップＳＴ２０４）。
【００７１】
次に、処理部６２の機関回転数取得部でもあるクランク角度取得部６４は、機関回転数ＮＥを取得する（ステップＳＴ２０５）。具体的には、クランク角度取得部６４は、クランク角度センサ３９により検出され、ＥＣＵ６に出力されたクランク角度ＣＡを取得し、このクランク角度ＣＡに基づいて機関回転数ＮＥを取得する。
【００７２】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得された機関回転数ＮＥに応じた点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１となるように水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定する（ステップＳＴ２０６）。具体的には、燃料噴射制御部６６は、上記取得された機関回転数ＮＥと、記憶部６３に格納されている間隔Ｔ１および機関回転数ＮＥに基づくマップとに基づいて、水平方向領域噴射時期Ｃ２（例えば、水平方向領域噴射時期Ｃ２の開始時あるいは終了時）と点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１となるように水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定する。ここで、この間隔Ｔ１および機関回転数ＮＥに基づくマップは、図１１に示すように、機関回転数ＮＥの低下に応じて、水平方向領域噴射時期Ｃ２と点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１が短くなるように設定されている。つまり、燃料噴射制御部６６は、内燃機関１−２が低回転領域の場合に、点火時期Ｃ３の直前に水平方向領域噴射を行う。
【００７３】
次に、処理部６２のクランク角度取得部６４は、クランクシャフト３５のクランク角度ＣＡを取得する（ステップＳＴ２０７）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ２０８）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であると判断すると、全領域噴射を行う（ステップＳＴ２０９）。
【００７４】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲外であると判断すると、この取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ２１０）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であると判断すると、水平方向領域噴射を行う（ステップＳＴ２１１）。
【００７５】
そして、図示を省略するが、処理部６２は、クランク角度ＣＡが点火時期Ｃ３となると、点火プラグ３７に点火信号を出力し、点火プラグ３７は、ＥＣＵ６からの点火信号により、点火し、各気筒の燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させる。以上のように、水平方向噴射時期Ｃ２と点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１は、取得された機関回転数ＮＥの低下に応じて短くなる。つまり、機関回転数ＮＥが低いほど、点火時期Ｃ３の直前に水平方向噴射を行うこととなる。従って、機関回転数ＮＥが低下し、燃焼室Ａに吸気される空気の流速が低下し、混合ガスの流動が低下しても、点火直前に水平方向噴射を行うので、点火時における混合ガスの流動の低下を抑制することができる。これにより、混合ガスの流動が低下する内燃機関１−２の低回転時において、燃焼期間の短縮および熱発生量最大値の増加を図ることができるので、特に内燃機関１−２の低回転時における燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【００７６】
なお、上記実施例２においては、燃料噴射制御部６６は、機関回転数ＮＥの低下に応じて、水平方向領域噴射時期Ｃ２と点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１を短くするが、これに限定されるものではない。図１２は、実施例２にかかる燃料噴射制御装置の他の動作フローを示す図である。図１３は、水平方向領域噴射圧と機関回転数とのマップを示す図である。
【００７７】
図１２に示すように、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、クランク角度取得部６４が取得した機関回転数ＮＥに応じた燃焼室Ａの水平方向領域への燃料の噴射圧、すなわち水平方向領域噴射圧Ｐ１を決定しても良い（ステップＳＴ２１２）。具体的には、燃料噴射制御部６６は、上記取得された機関回転数ＮＥと、記憶部６３に格納されている水平方向領域噴射圧Ｐ１および機関回転数ＮＥに基づくマップとに基づいて、水平方向領域噴射圧Ｐ１を決定する。ここで、この水平方向領域噴射圧Ｐ１および機関回転数ＮＥに基づくマップは、図１３に示すように、機関回転数ＮＥの低下に応じて、水平方向領域噴射圧Ｐ１が高くなるように設定されている。つまり、燃料噴射制御部６６は、内燃機関１−２の低回転時に、高圧の燃料により水平方向領域噴射を行う。
【００７８】
なお、この場合は、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記実施例１に示すように、内燃機関１−２の圧縮行程のうち、点火時期取得部６５が取得した点火時期Ｃ３の直前となるように水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定することが好ましい（ステップＳＴ２１３）。
【００７９】
以上のように、水平方向領域噴射圧Ｐ１は、取得された機関回転数ＮＥの低下に応じて高くなる。つまり、機関回転数ＮＥが低いほど、高圧の燃料により水平方向噴射を行うこととなる。従って、機関回転数ＮＥが低下し、燃焼室Ａに吸気される空気の流速が低下し、混合ガスの流動が低下しても、高圧の燃料により点火直前に水平方向噴射を行うので、点火時における混合ガスの流動の低下を抑制することができる。これにより、混合ガスの流動が低下する内燃機関１−２の低回転時において、燃焼期間の短縮および熱発生量最大値の増加を図ることができるので、特に内燃機関１−２の低回転時における燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【実施例３】
【００８０】
次に、実施例３にかかる内燃機関１−３について説明する。図１４は、実施例３にかかる燃料噴射制御装置を備える内燃機関の構成例を示す図である。図１４に示す実施例３にかかる内燃機関１−３が、図１に示す実施例１にかかる内燃機関１−１と異なる点は、燃料噴射制御装置であるＥＣＵ６が空燃比取得手段である空燃比取得部６７を備える点である。また、空燃比Ａ／Ｆの希薄化に応じて、燃焼室Ａの水平方向領域への燃料の噴射時期、すなわち水平方向領域噴射時期Ｃ２と点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１を短くする点である。なお、実施例３にかかる内燃機関１−３の基本的構成は、図１に示す実施例１にかかる内燃機関１−１の基本的構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００８１】
図１５は、実施例３にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。図１６は、間隔および空燃比に基づくマップを示す図である。なお、図１６に示す実施例３にかかる内燃機関１−３の燃料噴射制御方法では、図３に示す内燃機関１−１の燃料噴射制御方法と同一部分を簡略化して説明する。
【００８２】
まず、ＥＣＵ６の処理部６２の燃料噴射制御部６６は、燃料噴射量Ｑを算出する（ステップＳＴ３０１）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記算出された燃料噴射量Ｑから全領域噴射量Ｑ１と、水平方向領域噴射量Ｑ２とを決定する（ステップＳＴ３０２）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、全領域噴射時期Ｃ１を決定する（ステップＳＴ３０３）。次に、処理部６２の点火時期取得部６５は、点火時期Ｃ３を取得する（ステップＳＴ３０４）。
【００８３】
次に、処理部６２の空燃比取得部６７は、内燃機関１−３の空燃比Ａ／Ｆを取得する（ステップＳＴ３０５）。具体的には、空燃比取得部６７は、Ａ／Ｆセンサ５３により検出され、ＥＣＵ６に出力された排気通路５２に排気される排気ガスの空燃比を取得する。そして、この排気ガスの空燃比に基づいて内燃機関１−３の空燃比Ａ／Ｆ（燃焼空燃比）を取得する。
【００８４】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得された空燃比Ａ／Ｆに応じた点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１となるように水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定する（ステップＳＴ３０６）。具体的には、燃料噴射制御部６６は、上記取得された空燃比Ａ／Ｆと記憶部６３に格納されている間隔Ｔ１および空燃比Ａ／Ｆに基づくマップとに基づいて、水平方向領域噴射時期Ｃ２（例えば、水平方向領域噴射時期Ｃ２の開始時あるいは終了時）と点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１となるように水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定する。ここで、この間隔Ｔ１および空燃比Ａ／Ｆに基づくマップは、図１６に示すように、空燃比Ａ／Ｆの希薄化に応じて、すなわち空燃比Ａ／Ｆがリーン側となるほど、水平方向領域噴射時期Ｃ２と点火時期Ｃ３とが間隔Ｔ１が短くなるように設定されている。つまり、燃料噴射制御部６６は、内燃機関１−３の空燃比Ａ／Ｆがリーンの場合、すなわち燃焼が安定し難い内燃機関１−３の均質希薄燃焼時に、点火時期Ｃ３の直前に水平方向領域噴射を行う。
【００８５】
次に、処理部６２のクランク角度取得部６４は、クランクシャフト３５のクランク角度ＣＡを取得する（ステップＳＴ３０７）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ３０８）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であると判断すると、全領域噴射を行う（ステップＳＴ３０９）。
【００８６】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲外であると判断すると、この取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ３１０）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であると判断すると、水平方向領域噴射を行う（ステップＳＴ３１１）。
【００８７】
そして、図示を省略するが、処理部６２は、クランク角度ＣＡが点火時期Ｃ３となると、点火プラグ３７に点火信号を出力し、点火プラグ３７は、ＥＣＵ６からの点火信号により、点火し、各気筒の燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させる。以上のように、水平方向噴射時期Ｃ２と点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１は、取得された空燃比Ａ／Ｆの低下に応じて短くなる。つまり、空燃比Ａ／Ｆが希薄なほど、点火時期Ｃ３の直前に水平方向噴射を行うこととなる。従って、空燃比Ａ／Ｆが希薄化し、燃焼室Ａの燃焼が安定化し難くても、点火直前に水平方向噴射を行うので、点火時における混合ガスの流動の低下を抑制することができる。これにより、燃焼の安定化を確保し難い内燃機関１−３の均質希薄燃焼時において、燃焼時の火炎伝搬を促進することができるので、特に内燃機関１−３の均質希薄燃焼時における燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【００８８】
なお、上記実施例３においては、燃料噴射制御部６６は、空燃比Ａ／Ｆの低下に応じて、水平方向領域噴射時期Ｃ２と点火時期Ｃ３との間隔Ｔ１を短くするが、これに限定されるものではない。図１７は、実施例３にかかる燃料噴射制御装置の他の動作フローを示す図である。図１８は、水平方向領域噴射圧と空燃比とのマップを示す図である。
【００８９】
図１７に示すように、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、空燃比取得部６７が取得した空燃比Ａ／Ｆに応じた燃焼室Ａの水平方向領域への燃料の噴射圧、すなわち水平方向領域噴射圧Ｐ１を決定しても良い（ステップＳＴ３１２）。具体的には、燃料噴射制御部６６は、上記取得された空燃比Ａ／Ｆと記憶部６３に格納されている水平方向領域噴射圧Ｐ１および空燃比Ａ／Ｆに基づくマップとに基づいて、水平方向領域噴射圧Ｐ１を決定する。ここで、この水平方向領域噴射圧Ｐ１および空燃比Ａ／Ｆに基づくマップは、図１８に示すように、空燃比Ａ／Ｆの希薄化に応じて、水平方向領域噴射圧Ｐ１が高くなるように設定されている。つまり、燃料噴射制御部６６は、内燃機関１−３の均質希薄燃焼時に、高圧の燃料により水平方向領域噴射を行う。
【００９０】
なお、この場合は、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記実施例１に示すように、内燃機関１−３の圧縮行程のうち、点火時期取得部６５が取得した点火時期Ｃ３の直前となるように水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定することが好ましい（ステップＳＴ３１３）。
【００９１】
以上のように、水平方向領域噴射圧Ｐ１は、取得された空燃比Ａ／Ｆの希薄化に応じて高くなる。つまり、空燃比Ａ／Ｆが希薄なほど、高圧の燃料により水平方向噴射を行うこととなる。従って、空燃比Ａ／Ｆが希薄化し、燃焼室Ａの燃焼が安定化し難くても、高圧の燃料により水平方向噴射を行うので、点火時における混合ガスの流動の低下を抑制することができる。これにより、燃焼の安定化を確保し難い内燃機関１−３の均質希薄燃焼時において、燃焼時の火炎伝搬を促進することができるので、特に内燃機関１−３の均質希薄燃焼時における燃焼の促進、安定化を図ることができる。
【実施例４】
【００９２】
次に、実施例４にかかる内燃機関１−４について説明する。実施例４にかかる内燃機関１−４が、図１に示す実施例１にかかる内燃機関１−１と異なる点は、全領域噴射を行う際に、クランク角度ＣＡがピストン上死点近傍領域Ｃ４であると、水平方向領域噴射を行う点である。なお、実施例４にかかる内燃機関１−４の基本的構成は、図１に示す実施例１にかかる内燃機関１−１の基本的構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００９３】
図１９は、実施例４にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。図２０は、クランク角度と、全領域噴射および水平方向領域噴射との関係を示す図である。なお、図１９に示す実施例４にかかる内燃機関１−４の燃料噴射制御方法では、図３に示す内燃機関１−１の燃料噴射制御方法と同一部分を簡略化して説明する。
【００９４】
まず、ＥＣＵ６の処理部６２の燃料噴射制御部６６は、燃料噴射量Ｑを算出する（ステップＳＴ４０１）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記算出された燃料噴射量Ｑから全領域噴射量Ｑ１と、水平方向領域噴射量Ｑ２とを決定する（ステップＳＴ４０２）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、全領域噴射時期Ｃ１を決定する（ステップＳＴ４０３）。次に、処理部６２の点火時期取得部６５は、点火時期Ｃ３を取得する（ステップＳＴ４０４）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定する（ステップＳＴ４０５）。
【００９５】
次に、処理部６２のクランク角度取得部６４は、クランクシャフト３５のクランク角度ＣＡを取得する（ステップＳＴ４０６）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ４０７）。つまり、クランク角度ＣＡが全領域噴射を行うクランク角度であるか否かを判断する。
【００９６】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であると判断すると、この取得されたクランク角度ＣＡがピストン上死点近傍領域Ｃ４の範囲内であるかを判断する（ステップＳＴ４０８）。全領域噴射においてピストン３３に向かって噴射された燃料は、燃料噴射弁２１とこのピストン３３との距離が近すぎると、燃焼室Ａで気化せず、そのままピストン３３に付着する虞がある。従って、燃料噴射制御部６６は、全領域噴射を行う際に、噴射された燃料がピストンに付着する虞があるか否かを判断する。なお、ピストン上死点近傍領域とは、燃料噴射弁２１により燃焼室Ａの全領域に燃料が噴射された際に、下死点から上死点に向かっている、あるいは上死点から下死点に向かっているピストン３３に燃料が付着する虞がある範囲をいう。
【００９７】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡがピストン上死点近傍領域Ｃ４の範囲内であると判断すると、水平方向領域噴射を行う（ステップＳＴ４０９）。つまり、全領域噴射量Ｑ１の一部の燃料を水平方向領域噴射により、燃焼室Ａに噴射する。ここで、燃焼噴射制御部６６は、図２０に示すように、取得されたクランク角度ＣＡがピストン上死点近傍領域Ｃ４の範囲外であると判断されるまで、水平方向領域噴射を行う。
【００９８】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡがピストン上死点近傍領域Ｃ４の範囲外であると判断すると、全領域噴射を行う（ステップＳＴ４１０）。つまり、全領域噴射量Ｑ１から上記水平方向領域噴射により燃焼室Ａに噴射された燃料の噴射量を除いた量の燃料を燃焼室Ａに噴射する。ここで、この実施例４では、燃料噴射弁２１の構造により、同一時間で燃焼室Ａに噴射できる燃料の噴射量は、全領域噴射に対して水平方向領域噴射が少ない。従って、上記決定された全領域噴射時期Ｃ１では、全領域噴射量Ｑ１の燃料を燃焼室Ａに噴射することができない虞がある。この場合、同図に示すように、燃料噴射制御部６６は、全領域噴射を全領域噴射量Ｑ１の燃料を燃焼室Ａに噴射するまで行う。
【００９９】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲外であると判断すると、この取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ４１１）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であると判断すると、水平方向領域噴射を行う（ステップＳＴ４１２）。
【０１００】
そして、図示を省略するが、処理部６２は、クランク角度ＣＡが点火時期Ｃ３となると、点火プラグ３７に点火信号を出力し、点火プラグ３７は、ＥＣＵ６からの点火信号により、点火し、各気筒の燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させる。以上のように、ピストン上死点近傍領域において全領域噴射を行う際には、全領域噴射のかわりに水平方向領域噴射を行う。この水平方向領域噴射は、燃焼室Ａの水平方向に燃料を噴射するものであるため、ピストン３３に向かって燃料が噴射されない。従って、ピストン３３に燃料が付着することを抑制することができる。これにより、このピストン３３に付着した燃料のスモーク化を抑制することができ、エミッションの悪化を抑制することができる。
【０１０１】
なお、上記実施例４においては、上記実施例１に基づくものであるが、これに限定されるものではなく、上記実施例２あるいは実施例３に基づいたものであっても良い。
【実施例５】
【０１０２】
次に、実施例５にかかる内燃機関１−５について説明する。図２１は、実施例５にかかる燃料噴射制御装置を備える内燃機関の構成例を示す図である。図２１に示す実施例５にかかる内燃機関１−５が、図１に示す実施例１にかかる内燃機関１−１と異なる点は、燃料噴射制御装置であるＥＣＵ６が異常燃焼取得手段である異常燃焼取得部６８を備える点である。また、異常燃焼が発生した際に、水平方向領域噴射を行う点である。なお、実施例５にかかる内燃機関１−５の基本的構成は、図１に示す実施例１にかかる内燃機関１−１の基本的構成と同様であるため、その説明は省略する。
【０１０３】
図２２は、実施例５にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。なお、図２２に示す実施例５にかかる内燃機関１−５の燃料噴射制御方法では、図３に示す内燃機関１−１の燃料噴射制御方法と同一部分を簡略化して説明する。
【０１０４】
まず、ＥＣＵ６の処理部６２の異常燃焼取得部６８は、この実施例５にかかる内燃機関１−５の異常燃焼の発生を取得したか否かを判断する（ステップＳＴ５０１）。例えば、ノックセンサ３８が、内燃機関１−５のシリンダブロック３１の振動を検出し、ＥＣＵ６に出力する。そして、異常燃焼取得部６８は、このノックセンサ３８から出力されるノック発生信号の特定周波数の強度に基づいて、内燃機関１−５に異常燃焼、例えばノックやプレイグが発生したか否かを判断する。なお、異常燃焼取得部６８は、内燃機関１−５の異常燃焼の発生を検出するまで、このステップＳＴ５０１を繰り返す。
【０１０５】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、異常燃焼取得部６８が異常燃焼の発生を取得したと判断すると、燃料噴射量Ｑを算出する（ステップＳＴ５０２）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記算出された燃料噴射量Ｑから全領域噴射量Ｑ１と、水平方向領域噴射量Ｑ２とを決定する（ステップＳＴ５０３）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、全領域噴射時期Ｃ１を決定する（ステップＳＴ５０４）。
【０１０６】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記決定された水平方向領域噴射量Ｑ２の燃料を燃焼室Ａに噴射する水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定する（ステップＳＴ５０５）。具体的には、燃料噴射制御部６６は、クランク角度に対する水平方向領域噴射時期Ｃ２を少なくとも内燃機関１−５の圧縮行程の範囲内となるように決定する（図４参照）。特に、この実施例では、燃料噴射制御部６６は、水平方向領域噴射時期Ｃ２をこの圧縮行程のうち、上記異常燃焼発生直前となるように決定する。異常燃焼の発生は、上記異常燃焼取得部６８により取得されるため、この異常燃焼取得部６８が異常燃焼の発生を取得したと判断した際に、処理部６２のクランク角度取得部６４がクランクシャフト３５のクランク角度ＣＡを取得すれば、異常燃焼の発生時のクランク角度を取得することができる。従って、燃焼噴射制御部６６は、水平方向領域噴射時期Ｃ２が上記取得された異常燃焼の発生時のクランク角度よりも前となるように、水平方向領域噴射時期Ｃ２を決定する。
【０１０７】
次に、処理部６２のクランク角度取得部６４は、クランクシャフト３５のクランク角度ＣＡを取得する（ステップＳＴ５０６）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ５０７）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲内であると判断すると、全領域噴射を行う（ステップＳＴ５０８）。
【０１０８】
次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが全領域噴射時期Ｃ１の範囲外であると判断すると、この取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳＴ５０９）。次に、処理部６２の燃料噴射制御部６６は、上記取得されたクランク角度ＣＡが水平方向領域噴射時期Ｃ２の範囲内であると判断すると、水平方向領域噴射を行う（ステップＳＴ５１０）。
【０１０９】
そして、図示を省略するが、処理部６２は、クランク角度ＣＡが点火時期Ｃ３となると、点火プラグ３７に点火信号を出力し、点火プラグ３７は、ＥＣＵ６からの点火信号により、点火し、各気筒の燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させる。以上のように、内燃機関に異常燃焼が発生した場合に、圧縮行程において水平方向領域噴射を行う。従って、この燃焼室の水平方向領域に噴射された燃料は、燃焼室内を流れ、燃料と空気との混合ガスに流動を発生することができる。これにより、圧縮行程における燃焼室温度の局所的な上昇を抑制することができ、異常燃焼の発生を抑制することができる。
【０１１０】
なお、上記実施例１〜５においては、リフト量に応じて噴射方向が変更可能な１つの燃料噴射弁２１を各燃焼室Ａに配置したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、各燃焼室Ａの頂点に噴射方向が燃焼室Ａの全領域となる第１燃料噴射弁を配置し、各燃焼室Ａの水平方向に噴射方向が燃焼室Ａの水平方向領域となる第２燃料噴射弁を配置しても良い。つまり、噴射方向が異なる２つの燃料噴射弁を各燃焼室Ａに配置しても良い。この場合、燃焼噴射制御部６６は、全領域噴射を行う際には、第１燃料噴射弁のみ、あるいは第１燃料噴射弁および第２燃料噴射弁から燃焼室Ａに燃料を噴射させる。また、燃焼噴射制御部６６は、水平方向領域噴射を行う際には、第２燃料噴射弁のみから燃焼室Ａに燃料を噴射させる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
以上のように、この発明にかかる燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法は、燃焼室の全領域と水平方向領域とに燃料の吹き分けを行う内燃機関に有用であり、特に、燃焼の促進、安定化を図るのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】この発明にかかる燃料噴射制御装置を備える内燃機関の構成例を示す図である。
【図２−１】燃焼噴射弁の構成例（リフト量０）を示す図である。
【図２−２】燃焼噴射弁の構成例（リフト量Ｌ１）を示す図である。
【図２−３】燃焼噴射弁の構成例（リフト量Ｌ２）を示す図である。
【図３】実施例１にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。
【図４】クランク角度と燃料噴射時期との関係を示す図である。
【図５−１】全領域噴射状態を示す図である。
【図５−２】水平方向領域噴射状態を示す図である。
【図６】燃焼期間を示す図である。
【図７】熱発生量と燃焼期間との関係を示す図である。
【図８】点火時の混合ガスの流速を示す図である。
【図９】燃焼速度を示す図である。
【図１０】実施例２にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。
【図１１】間隔と機関回転数とのマップを示す図である。
【図１２】実施例２にかかる燃料噴射制御装置の他の動作フローを示す図である。
【図１３】水平方向領域噴射圧と機関回転数とのマップを示す図である。
【図１４】実施例３にかかる燃料噴射制御装置を備える内燃機関の構成例を示す図である。
【図１５】実施例３にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。
【図１６】間隔と空燃比とのマップを示す図である。
【図１７】実施例３にかかる燃料噴射制御装置の他の動作フローを示す図である。
【図１８】水平方向領域噴射圧と空燃比とのマップを示す図である。
【図１９】実施例４にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。
【図２０】クランク角度と、全領域噴射および水平方向領域噴射との関係を示す図である。
【図２１】実施例５にかかる燃料噴射制御装置を備える内燃機関の構成例を示す図である。
【図２２】実施例５にかかる燃料噴射制御装置の動作フローを示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１−１〜１−５  内燃機関
２  燃料供給装置
２１  燃料噴射弁
２１ａ  バルブボディ
２１ｂ  ホルダ
２１ｃ  第１噴孔
２１ｄ  第２噴孔
２１ｅ  ニードル
３  内燃機関本体
３２ａ  吸気ポート
３２ｂ  排気ポート
３５  クランクシャフト
３６  バルブ装置
３６ａ  吸気弁
３６ｂ  排気弁
３６ｃ  インテークカムシャフト
３６ｄ  エキゾーストカムシャフト
３７  点火プラグ
３８  ノックセンサ
３９  クランク角度センサ
４  吸気経路
５  排気経路
６  ＥＣＵ（燃料噴射制御装置）
６１  入出力ポート
６２  処理部
６３  記憶部
６４  クランク角度取得部（クランク角度取得手段）
６５  点火時期取得部（点火時期取得手段）
６６  燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）
６７  空燃比取得部（空燃比取得手段）
６８  異常燃焼取得部（異常燃焼取得手段）
７  アクセルペダルセンサ
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
2006329173.tif 000009
【図５−２】
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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】
2006329173.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006329173.tif 000020
【図１６】
2006329173.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
2006329173.tif 000023
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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