(57)【要約】【課題】  成層燃焼を行う内燃機関において、燃料噴射量を増減した場合であっても、点火プラグの近傍の空燃比を最適に制御し、失火の発生を抑止する。【解決手段】  所定のタイミングで開くことで内燃機関１０の筒内にガスを送る吸気バルブ３６と、圧縮行程で内燃機関１０の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁３０と、筒内に噴射された燃料を点火する点火プラグ４２と、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量に応じて、燃料噴射弁３０からの燃料の噴射方向を可変する可変機構（ピニオンギヤ３０ａ、ラック３２）と、を備える。燃料噴射量に応じて燃料の噴射方向を可変するようにしたため、点火プラグ４２と噴霧燃料との距離を調整することができ、点火プラグ４２の周りの空燃比を最適に制御することが可能となるため、失火の発生を確実に抑止することが可能となる。【選択図】        図３
2006170170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のタイミングで開くことで内燃機関の筒内にガスを送る吸気バルブと、
圧縮行程で内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
筒内に噴射された燃料を点火する点火プラグと、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射量に応じて、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射方向を可変する可変機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記可変機構は、燃料噴射量が少なくなるほど前記点火プラグの近傍に燃料を噴射し、燃料噴射量が多くなるほど前記点火プラグから離れた位置に燃料を噴射することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、機関の筒内に直接燃料を噴射する内燃機関に適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
機関筒内に直接的に燃料を噴射することにより、点火時点において点火プラグ近傍だけに着火性の良好な混合気を形成し、気筒内全体としては希薄な混合気の燃焼を可能にする成層燃焼が公知である。
【０００３】
例えば特開２００１−２７１７０号公報には、成層燃焼を行う内燃機関において、扇状噴霧を行う噴射弁を運転条件に応じて回動させ、噴霧の向きを可変する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７１７０号公報
【特許文献２】特許第３５３２０９８号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５０８８号公報
【特許文献４】特開平１０−３３９２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、成層燃焼を行う内燃機関において、内燃機関に対して要求される負荷の変動に応じて燃料噴射量を増減すると、点火プラグの周りの空燃比が変動してしまう。このため、燃料噴射量が多い高負荷域の運転では、点火プラグの周りの空燃比がオーバーリッチとなる場合がある。また、燃料噴射量が少ない低負荷域の運転では、点火プラグの周りの空燃比がオーバーリーンとなる場合がある。そして、点火プラグの周りの空燃比がオーバーリーン又はオーバーリッチとなると、混合気への着火性が低下し、失火が発生するという問題が生じる。
【０００６】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、成層燃焼を行う内燃機関において、燃料噴射量を増減した場合であっても、点火プラグの近傍の空燃比を最適に制御し、失火の発生を抑止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、所定のタイミングで開くことで内燃機関の筒内にガスを送る吸気バルブと、圧縮行程で内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、筒内に噴射された燃料を点火する点火プラグと、前記燃料噴射弁からの燃料噴射量に応じて、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射方向を可変する可変機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記可変機構は、燃料噴射量が少なくなるほど前記点火プラグの近傍に燃料を噴射し、燃料噴射量が多くなるほど前記点火プラグから離れた位置に燃料を噴射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、燃料噴射量に応じて燃料の噴射方向を可変するようにしたため、点火プラグと噴霧燃料との距離を調整することができる。従って、点火プラグの周りの空燃比を最適に制御することが可能となり、噴霧燃料への点火を確実に行うことができる。これにより、失火の発生を確実に抑止することが可能となる。
【００１０】
第２の発明によれば、燃料噴射量が少なくなるほど点火プラグの近傍に燃料を噴射するため、点火プラグの周りの空燃比がオーバーリーンとなることを抑止できる。また、燃料噴射量が多くなるほど、点火プラグから離れた位置に向けて燃料を噴射するため、点火プラグの周りの空燃比がオーバーリッチになることを抑止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づいてこの発明の一実施形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置及びその周辺の構造を説明するための図である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。また、排気通路１４には排気浄化触媒３１が配置されている。
【００１３】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。
【００１４】
内燃機関１０には、燃焼室内（筒内）に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３０が設けられている。また、内燃機関１０は、吸気バルブ３６および排気バルブ３８を備えている。また、燃焼室内に噴霧された燃料に点火するため、内燃機関１０の筒内には点火プラグ４２（図１において不図示）が設けられている。更に、筒内には、その内部を往復運動するピストン４４が設けられている。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の制御装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサに加え、内燃機関１０の運転状態を把握すべく、ノッキングの発生を検知するKCSセンサや、スロットル開度、機関回転数、排気温度、冷却水温度、潤滑油温度、触媒床温度などを検出するための各種センサ（不図示）が接続されている。また、ＥＣＵ４０には、上述した燃料噴射弁３０などの各アクチュエータが接続されている。
【００１６】
本実施形態の内燃機関１０では、運転状態に応じて燃料噴射弁３０からの燃料の噴射タイミングを可変するようにしている。内燃機関１０がアイドリング〜常用回転域（低負荷域）で運転される場合は、圧縮行程で燃料を噴射して、希薄な混合気の燃焼を行う（成層燃焼）。また、内燃機関１０が高回転域（高負荷域）で運転される場合は、吸気行程で燃料を噴射して燃焼を行う（均質燃焼）。
【００１７】
成層燃焼の運転では、機関回転数、負荷の変動に関わらずスロットルバルブ２２が全開とされる。従って、負荷変動があっても筒内への吸入空気量は一定であり、燃料噴射量を制御することのみで内燃機関１０の出力が制御される。一方、均質燃焼の場合は、スロットルバルブ２２の開度を可変するとともに、燃料噴射量を制御することで内燃機関１０の出力が制御される。
【００１８】
本実施形態の内燃機関１０において、燃料噴射弁３０はその中心軸を回転中心として回動可能とされている。図２は、燃料噴射弁３０の近傍を詳細に示す模式図である。ここで図２（Ａ）は燃料噴射弁３０の近傍を上側から見た状態を示している。また、図２（Ｂ）は、燃料噴射弁３０の近傍を側方から見た状態を示している。
【００１９】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、燃料噴射弁３０の外周にはピニオンギヤ３０ａが設けられている。ピニオンギヤ３０ａはラック３２と係合しており、ラック３２はその長手方向への移動が可能とされた状態でシリンダヘッドなどの部材に支持されている。そして、ラック３２が不図示のアクチュエータの動力によりその長手方向に駆動されると、ピニオンギヤ３０ａが回動し、その結果、燃料噴射弁３０が回動するように構成されている。
【００２０】
図３は、内燃機関１０の筒内の燃焼室をピストン４４側から見た状態を示す模式図であって、成層燃焼時に燃料噴射弁３０から燃料を噴射した直後の状態を示している。図３に示すように、燃焼室には２つの吸気バルブ３６と２つの排気バルブ３８が配置されている。そして、燃料噴射弁３０は燃焼室の略中央に配置されている。また、燃料噴射弁３０から所定の距離だけ離間した位置に点火プラグ４２が配置されている。
【００２１】
図３（Ａ）は、内燃機関１０が比較的低負荷域で運転されている場合を示している。また、図３（Ｂ）は、内燃機関１０が図３（Ａ）の場合よりも高負荷域で運転されている場合を示している。上述したように、成層燃焼の運転では、負荷変動に関わらず吸入空気量は略一定であり、燃料噴射量の増減で出力を制御するため、図３（Ａ）に比べて、図３（Ｂ）の方が燃料噴射弁３０からより多くの燃料が噴射されている。従って、筒内の空燃比は負荷が上がるほどリッチとなり、図３（Ａ）に比べて図３（Ｂ）の方が筒内の空燃比がリッチとされている。
【００２２】
燃料噴射弁３０は６個の噴射口を備えたマルチホール式インジェクタであり、図３に示すように、燃料噴射弁３０から６方向に向けて燃料が噴射される。そして、本実施形態では、燃料噴射量に応じてラック３２の位置を可変することで、燃料噴射弁３０の回転位置を可変するようにしている。これにより、燃料噴射弁３０の噴射口の角度位置が変わり、燃料の噴射方向が可変される。
【００２３】
図３（Ａ）に示すように、燃料噴射量が比較的少なく、筒内の空燃比が相対的にリーンとなる場合は、６方向のうちの１方向に向けて噴射された燃料が点火プラグ４２に向かうように燃料噴射弁３０の角度位置が設定される。
【００２４】
これにより、燃料噴射量が少ない場合であっても、多くの燃料を点火プラグ４２側に送ることが可能となり、点火プラグ４２の近傍の空燃比がオーバーリーンになることを抑止できる。従って、燃料噴射量が少ない場合に失火が発生してしまうことを抑止できる。
【００２５】
一方、図３（Ｂ）のように燃料噴射弁３０からの燃料噴射量が多く、筒内の空燃比が相対的にリッチとなる場合は、図３（Ａ）の場合からラック３２が駆動され、燃料噴射弁３０の角度位置が変更される。そして、図３（Ｂ）に示すように、燃料噴射弁３０の噴射口から噴射された燃料が、直接的に点火プラグ４２に向かわないように燃料噴射弁３０の角度位置が設定される。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、点火プラグ４２の位置が隣り合う２つの燃料噴射方向の中間にとなるように燃料噴射弁３０の角度位置が設定される。
【００２６】
これにより、燃料を点火プラグ４２に向けて直接噴射した場合と比べると、点火プラグ４２の近傍に送られる燃料量を少なくすることができ、点火プラグ４２の周りの空燃比を適切な値にすることができる。従って、燃料噴射量が多い場合であっても、点火プラグ４２の近傍の空燃比がオーバーリッチになることを抑止でき、失火が発生してしまうことを抑止できる。
【００２７】
このように本実施形態では、成層燃焼時において、負荷の変動に応じて燃料噴射弁３０を回転させ、点火プラグ４２の周りの空燃比が適切となるように制御するため、負荷の変動が生じた場合であっても点火プラグ４２の周りを適切な空燃比にすることができる。従って、負荷変動に対して成層燃焼が成立する範囲を広くすることができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、燃料噴射弁３０の全体を回動させることで燃料の噴射方向を可変しているが、燃料噴射弁３０の噴射口のみを回転させる構造としても良い。また、燃料の噴射方向は６方向以外であっても良い。
【００２９】
以上説明したように本実施形態によれば、燃料噴射量に応じて燃料噴射弁３０からの燃料の噴射方向を可変するようにしたため、点火プラグ４２の周辺の空燃比を常に最適にすることが可能となる。従って、点火プラグ４２の周辺の空燃比がオーバーリッチ、またはオーバーリーンになることがなく、噴射された燃料に確実に点火することが可能となる。これにより、失火が生じることを確実に抑止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置及びその周辺の構造を説明するための図である。
【図２】燃料噴射弁の近傍を詳細に示す模式図である。
【図３】内燃機関の燃焼室をピストン側から見た状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  内燃機関
３０  燃料噴射弁
３０ａ  ピニオンギヤ
３２  ラック
３６  吸気バルブ
４２  点火プラグ
【図１】
2006170170.tif 000003
【図２】
2006170170.tif 000004
【図３】
2006170170.tif 000005