【手続補正書】
【提出日】平成28年9月26日(2016.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に燃料たるガソリンを噴射可能な燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された噴霧が点火可能領域を通過し該噴霧に火花点火によって直接に点火可能となるように、該燃料噴射弁に対する相対位置が決定された点火プラグと、
圧縮行程中の第１噴射時期に前記燃料噴射弁による第１噴射を実行するとともに該第１噴射によって形成されるプレ噴霧に対し前記点火プラグによって火花点火を行い、さらに、前記点火プラグによる前記プレ噴霧への点火後であり且つ圧縮行程上死点前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として噴射燃料の燃焼が開始されるように設定された所定の第１噴射インターバルとなる第２噴射時期に前記燃料噴射弁による第２噴射の実行を開始することで、燃料の自着火を発生させるとともに少なくとも該第２噴射によって噴射された燃料の一部を拡散燃焼させる燃焼制御手段であって、前記第１噴射燃料を増量する場合に、該増量に従い前記第１噴射の時期を進角することで、前記第１噴射時期と前記第２噴射の前記所定噴射開始時期との間のインターバルを長くする燃焼制御手段と、を備え
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、前記第１噴射および第２噴射に加えて、圧縮行程における前記第１噴射時期よりも前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼により噴射燃料が燃焼するように設定された所定の第２噴射インターバルとなる第３噴射時期に前記燃料噴射弁による第３噴射を実行する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷より高い運転領域では、機関負荷の上昇に従って、前記第３噴射の燃料噴射量を増量するとともに前記第３噴射時期を進角する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼制御手段が、機関負荷の上昇に従って前記第３噴射の燃料噴射量を増量する際に、機関負荷の上昇分に対応する総燃料噴射量の増量分のうちの５割以上を前記第３噴射の燃料噴射量の増量分とし、該総燃料噴射量の増量分のうちの残りを前記第１噴射または第２噴射の少なくともいずれかの燃料噴射量の増量分とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷より高い運転領域では、該機
関負荷に関わらず前記第２噴射の燃料噴射量を一定量に制御する請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷より高い運転領域では、該機関負荷に関わらず前記第１噴射の燃料噴射量を一定量に制御する請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷以下の運転領域では、該機関負荷の上昇に従って、前記第１噴射の燃料噴射量を増量するとともに前記第１噴射時期を進角し、且つ、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷より高い運転領域では、前記第１噴射の燃料噴射量を、該機関負荷が前記所定負荷以下の運転領域における前記第１噴射の最大燃料噴射量よりも少ない量で一定量に制御するとともに、前記第１噴射時期を、該機関負荷が前記所定負荷以下の運転領域における前記第１噴射時期の最大進角時期よりも遅い時期で一定の時期に制御する請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
ガソリンのように自着火温度が比較的高い燃料を用いてディーゼル燃料を行う場合、機関負荷の上昇に従って燃焼室内への燃料噴射量が増加すると、局所的に燃料に対する酸素の量が不足した状態が生じ、その結果、スモークの発生量が増加する虞がある。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、自着火温度が比較的高いガソリンを燃料として使用する内燃機関において、スモークの発生量を抑制しつつディーゼル燃焼を実現することを目的とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明では、圧縮工程中に、内燃機関の燃焼室内に燃料たるガソリンを噴射可能な燃料噴射弁によって第１噴射が行われるとともに、該第１噴射によって噴射された燃料（以下、「第１噴射燃料」と称する場合もある）に対して火花点火が行われる。その後、圧縮行程上死点前に、主に内燃機関の出力を決定する第２噴射が開始される。これにより、第１噴射燃料に対して火花点火を行うことで生じた火炎を起点として、第２噴射によって噴射された燃料（以下、「第２噴射燃料」と称する場合もある）の燃焼が開始され、さらに燃料の自着火および拡散燃焼が生じる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の制御装置は、
内燃機関の燃焼室内に燃料たるガソリン噴射可能な燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された噴霧が点火可能領域を通過し該噴霧に火花点火によって直接に点火可能となるように、該燃料噴射弁に対する相対位置が決定された点火プラグと、
圧縮行程中の第１噴射時期に前記燃料噴射弁による第１噴射を実行するとともに該第１噴射によって形成されるプレ噴霧に対し前記点火プラグによって火花点火を行い、さらに、前記点火プラグによる前記プレ噴霧への点火後であり且つ圧縮行程上死点前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として噴射燃料の燃焼が開始されるように設定された所定の第１噴射インターバルとなる第２噴射時期に前記燃料噴射弁による第２噴射の実行を開始することで、燃料の自着火を発生させるとともに少なくとも該第２噴射によって噴射された燃料の一部を拡散燃焼させる燃焼制御手段であって、前記第１噴射燃料を増量する場合に、該増量に従い前記第１噴射の時期を進角することで、前記第１噴射時期と前記第２噴射の前記所定噴射開始時期との間のインターバルを長くする燃焼制御手段と、を備え
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、前記第１噴射および第２噴射に加えて、圧縮行程における前記第１噴射時期よりも前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼により噴射燃料が燃焼するように設定された所定の第２噴射インターバルとなる第３噴射時期に前記燃料噴射弁による第３噴射を実行する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明に係る点火プラグは、燃料噴射弁から噴射され点火可能領域を通過する燃料噴霧である通過噴霧に対して火花点火によって直接点火が可能となるように、燃料噴射弁との相対的な位置関係が決定されている。一般的な燃料噴霧への点火形態として、吸気弁の開弁に伴い燃焼室内に形成される気流や、ピストンの頂部に位置するキャビティ等の形状を利用して、点火プラグの点火可能領域に燃料噴霧を運び、該燃料噴霧に対して点火プラグよる点火を行う形態が知られている。ただし、このような一般的な点火形態では、燃料噴霧への点火を良好に行うために、燃料噴射弁からの噴射時期が、吸気弁の開弁時期や気筒内でのピストン位置等によって制限されることになる。これに対し、本発明に係る内燃機関の制御装置では、上記の通り燃料噴射弁と点火プラグの相対位置が関係付けられているため、燃料噴射時期及び点火時期の制御の自由度が極めて高くなる。そのため、後述する燃焼制御手段による燃料噴射の制御が実現可能となる。なお、好ましくは、本発明に係る点火プラグは、内燃機関の吸気弁の開弁時期やピストン位置に関係なく任意の時期に、燃料噴射弁からの通過噴霧に対して直接点火が可能に構成される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明に係る燃焼制御では、先ず、圧縮行程中の第１噴射時期に第１噴射が行われるとともに、点火プラグによる第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧への火花点火が行われる。その後、圧縮行程上死点前の第２噴射時期に第２噴射の実行が開始されると、燃料の自着火および拡散燃焼が生じる。なお、第２噴射は、圧縮行程上死点前に実行が開始される噴射であるが、圧縮行程上死点以降までその実行が継続されてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
ここで、第１噴射時期と第２噴射時期とのインターバルは所定の第１噴射インターバルとなっている。この第１噴射インターバルは、プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として第２噴射燃料の燃焼が開始されるように設定されている。つまり、第１噴射時期は、単に圧縮行程中であればよいというものではなく、第１噴射燃料への点火により第２噴射燃料の燃焼の火種となる火炎の形成が可能となるように、第２噴射時期との相関を踏まえて決定される。そして、第２噴射燃料の燃焼が開始されると、燃焼室内の温度および圧力が上昇することで、燃料の自着火が発生し、さらには少なくとも第２噴射燃料の一部が拡散燃焼することとなる。また、第１噴射燃料のうち、点火プラグによる点火によって燃焼する燃料は一部であって、その多くは、第２噴射の実行開始後に自着火または拡散燃焼によって燃焼する。したがって、上記のような燃焼制御では、第１噴射燃料および第２噴射燃料のいずれも内燃機関の出力に寄与することとなる。そのため、熱効率の高いディーゼル燃焼を実現することが可能となる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、上記のように、第１噴射燃料の多くは点火プラグによる点火では燃焼されず燃え残り、第２噴射が実行される時にも燃焼室内に存在している。そのため、第２噴射燃料に代えて又は第２噴射燃料とともに第１噴射燃料量が増量されると、第２噴射が実行される時に燃焼室内に存在している第１噴射燃料の燃え残り量も増加することになる。しかしながら、第１噴射燃料があまりに増量されると、第２噴射が実行された時に、燃焼室内において第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なり合った部分では、当該部分の周囲に存在する酸素、即ち、当該部分に存在する燃料の燃焼に供される酸素の量が燃料に対して不足した状態となり、その結果、スモークの発生量が増加する虞がある。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【図１】本発明の実施例が適用される内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関に搭載される点火プラグによる点火形態を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例において実行される基本燃焼制御を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例に係る基本燃焼制御が行われたときの燃焼室での熱発生率の推移を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る基本燃焼制御での第１噴射における、第１噴射燃料量と、第１噴射燃料の燃焼効率との相関を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係る基本燃焼制御において第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との比率を変更した場合における燃焼室内での熱発生比率の推移の変化を示す図である。
【図７】本発明の実施例に係る基本燃焼制御における、第１噴射インターバルＤｉ１と内燃機関の熱効率との相関を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係る基本燃焼制御において、第２噴射時期Ｔｍを圧縮上死点前の所定時期に固定し、第１噴射時期Ｔｐを変動させた場合の、スモークの発生量と熱効率との変化を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る、基本燃焼制御を行った場合と高負荷燃焼制御を行った場合とでの燃焼室内での熱発生率の推移の変化を示す図である。
【図１０】本発明の実施例に係る高負荷燃焼制御において、第３噴射燃料量Ｓｐｐを変化させた場合の、内燃機関１の熱効率とスモークの発生量との変化を示す図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る燃焼制御の制御フローの一部を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例１に係る燃焼制御の制御フローの他の一部を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例１に係る燃焼制御に用いられる制御マップを示す図である。
【図１４】本発明の実施例１に係る燃焼制御に用いられる制御マップの変形例を示す図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る燃焼制御の制御フローの一部を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施例２に係る燃焼制御の制御フローの他の一部を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施例２に係る燃焼制御に用いられる制御マップを示す図である。
【図１８】本発明の実施例２に係る燃焼制御に用いられる制御マップの変形例を示す図である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
更に、各気筒２には、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁６が、気筒２内に形成される燃焼室の中央頂部に配置されるとともに、燃料噴射弁６から噴射された燃料に対して点火可能な点火プラグ５が内燃機関１のシリンダヘッド側に配置されている。具体的には、燃料噴射弁６は、図２に示すように概ね放射状に１６方向に燃料を噴射可能となるように噴孔６ａを有している。そして、点火プラグ５の点火可能領域である電極間の領域５ａに対して、噴孔６ａから噴射された燃料噴霧の少なくとも一つが通過するように、且つ、その通過した噴霧に対して領域５ａにおける電極間で生じた火花によって直接点火できるように、燃料噴射弁６に対する点火プラグ５の相対位置、特に燃料噴射弁６に対する領域５ａの相対位置が決定されている。なお、点火プラグ５は、更に吸気弁９および排気弁１０の動作に干渉しないように、２つの吸気弁９の間に位置している。ただし、本発明に係る点火プラグの位置は、２つの吸気弁の間に限られるものではない。