(57)【要約】【課題】燃焼室の上壁面の略中央部に設けられた点火プラグを備え、該燃焼室内にタンブル流が生成される火花点火式の内燃機関において、点火プラグの電極間に生じさせた放電火花の吹き消えを抑制する。【解決手段】内燃機関１０の運転状態が所定の吹き消え領域内にある場合、ニードル３０のリフト量をフルリフト時よりも小さくするパーシャルリフトを行う（図３(ii)左側）。パーシャルリフトを行うことで吸気流の中央部が強化されるため（図３(iii)左側）、通常のタンブル流とは異なる形状のタンブル流（ωタンブル流）を生成できる（図３(iv)左側）。よって、点火プラグ１８による点火時期において、点火プラグ１８近傍のガス流速を点火可能な流速範囲内に収めることができる（図３(v)左側）。【選択図】図３
2015218701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の上壁面の略中央部に設けられた点火プラグを備え、該燃焼室内にタンブル流が生成される内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室の吸気側の側壁部に設けられた燃料噴射弁であって、先端側にシート面を有するニードルと、該シート面が当接するシート当接部、該シート当接部よりも先端側に設けられたサック部および該サック部に形成された噴孔を有するノズルボディと、を備えると共に、該ニードルの移動によって該シート面が該シート当接部から離れたときに前記サック部に流入する燃料が前記噴孔から噴射される燃料噴射弁と、
機関運転状態が所定の高回転かつ低負荷領域にある場合は前記シート面と前記シート当接部との距離を最長とし、該機関運転状態が所定の低回転かつ低負荷領域にある場合は前記距離を最長時よりも短くするように前記ニードルの移動量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関の負荷状態に応じて、燃料噴射弁のニードルのリフト量を制御する内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置では、具体的に、機関負荷が低負荷領域にある場合は高負荷領域にある場合に比べてリフト量を小さく制御し、これにより燃料の微細化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０１９３５１号公報
【特許文献２】特開２００９−１６２１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃焼室の上壁面の略中央部に設けられた点火プラグを備え、該燃焼室内にタンブル流が生成される火花点火式の内燃機関においては、機関運転状態が高回転かつ低負荷領域にあると、点火プラグの電極間に生じさせた放電火花が吹き消されるという問題がある。この問題は、機関回転数が高くなるほど点火プラグの周囲のガス流速が高速化することに起因するものである。この点、特許文献１の技術は機関負荷にのみ着目したリフト量制御であり、上述の問題を解決することができない。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、燃焼室の上壁面の略中央部に設けられた点火プラグを備え、該燃焼室内にタンブル流が生成される火花点火式の内燃機関において、点火プラグの電極間に生じさせた放電火花の吹き消えを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃焼室の上壁面の略中央部に設けられた点火プラグを備え、該燃焼室内にタンブル流が生成される内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室の吸気側の側壁部に設けられた燃料噴射弁であって、先端側にシート面を有するニードルと、該シート面が当接するシート当接部、該シート当接部よりも先端側に設けられたサック部および該サック部に形成された噴孔を有するノズルボディと、を備えると共に、該ニードルの移動によって該シート面が該シート当接部から離れたときに前記サック部に流入する燃料が前記噴孔から噴射される燃料噴射弁と、
機関運転状態が所定の高回転かつ低負荷領域にある場合は前記シート面と前記シート当接部との距離を最長とし、該機関運転状態が所定の低回転かつ低負荷領域にある場合は前記距離を最長時よりも短くするように前記ニードルの移動量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃焼室の吸気側の側壁部に設けた燃料噴射弁のニードルの移動量の制御により、点火プラグの電極間に生じさせた放電火花の吹き消えを良好に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る燃料噴射制御装置の構成を説明するための図である。
【図２】燃料噴射弁２６の要部拡大断面図である。
【図３】噴射弁リフト制御の詳細を説明するための図である。
【図４】図２の噴孔３８の周辺拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。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。
【００１０】
［システム構成の説明］
図１は、本実施の形態に係る燃料噴射制御装置の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態に係る燃料噴射制御装置は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は例えば車載用の直列４気筒エンジンであり、シリンダヘッド１２の底面とピストン１４の頂面とで区画された燃焼室１６を備えている。燃焼室１６の上壁面の中央部には、点火プラグ１８が配置されている。点火プラグ１８は、その中心電極と接地電極（何れも不図示）との間に電圧を印加することにより、これらの電極間に火花放電を生じさせて燃焼室１６内の混合気に点火するように構成されている。
【００１１】
燃焼室１６は、吸気ポート２０および排気ポート２２と連通している。吸気ポート２０および排気ポート２２は、シリンダヘッド１２に２つずつ形成されている。吸気ポート２０の上流には、電子制御式のタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）２４が設けられている。ＴＣＶ２４は、吸気ポート２０内の吸気の流れに偏りを生じさせることにより、燃焼室１６にタンブル流（縦渦流）を生成させるように構成されている。燃焼室１６の吸気ポート２０側の側壁部には、燃焼室１６内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２６が設けられている。燃料噴射弁２６は燃焼室１６の夫々に共通する燃料リザーバ、いわゆるコモンレール（不図示）に連結されている。このコモンレールを介して燃料タンク（不図示）内の燃料が燃料噴射弁２６に供給される。
【００１２】
図２は、燃料噴射弁２６の要部拡大断面図である。燃料噴射弁２６は、ノズルボディ２８と、ノズルボディ２８の軸線方向に沿って摺動自在に収容されたニードル３０とを備えている。ノズルボディ２８の内部には、ニードル３０のシート面３２が当接するシート当接部３４が形成されている。シート当接部３４よりも先端側にはサック部３６が形成されている。サック部３６の中央にはスリット状の噴孔３８が形成されている。シート面３２がシート当接部３４に当接している場合、燃料供給通路４０とサック部３６との連通が遮断されて閉弁状態となる。他方、ニードル３０がノズルボディ２８の軸線方向に沿ってリフトし、シート面３２がシート当接部３４から離間した場合、開弁状態となる。図２は、この開弁状態を示したものである。矢印で示すように、燃料供給通路４０内の燃料は、サック部３６を流れて噴孔３８に供給される。
【００１３】
また、図１に示すように、本実施の形態に係る燃料噴射制御装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、吸入空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ５２、スロットルバルブ（不図示）の開度を検出するスロットルポジションセンサ５４、エンジンの回転数を検出するクランク角センサ５６といった各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、上述した点火プラグ１８、ＴＣＶ２４、燃料噴射弁２６といった各種アクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサと所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、点火制御、タンブル流制御などの所定のエンジン制御を行うと共に、後述する噴射弁リフト制御を行う。
【００１４】
［実施の形態の特徴］
本実施の形態の内燃機関１０は、空燃比１４．８近傍のストイキ空燃比（一時的な１２〜１３前後のリッチ空燃比を含む）を目標空燃比とするストイキ運転と、空燃比２０以上のリーン空燃比を目標空燃比とするリーンバーン運転とを切り替え可能なリーンバーンエンジンとして構成されている。ストイキ運転とリーンバーン運転との切り替えは、エンジンの回転数と負荷によって特定される内燃機関１０の運転状態に基づいて行われる。基本的には、低負荷領域においてリーンバーン運転が行われ、高負荷領域においてストイキ運転が行われる。なお、これらの運転領域については予め設定された上でＥＣＵ５０内に記憶されているものとする。
【００１５】
ところで、点火プラグ１８近傍のガス流速（以下、「プラグ部流速」と称する）は、エンジンの回転数が高くなるほど高速化する。そのため、高回転かつ低負荷領域においては点火プラグ１８の放電期間中に放電火花が吹き消されてしまい、燃焼性が悪化するという問題がある。点火プラグ１８の放電期間中のプラグ部流速を低下させるためには、タンブル比（タンブル流の流速／エンジンの回転速度）を低下させることが効果的である。しかし、タンブル比を低下させた場合には低回転運転時に燃焼速度が低下し、或いは、ノッキングが発生するという問題がある。
【００１６】
そこで、本実施の形態においては、以下に説明する噴射弁リフト制御を行う。図３は、ＥＣＵ５０において実行される噴射弁リフト制御の詳細を説明するための図である。図３(i)に示すように、噴射弁リフト制御は、内燃機関１０の運転状態が所定の吹き消え領域（即ち、上述の高回転かつ低負荷領域）内にある場合と、該吹き消え領域外にある場合とでニードル３０のリフト量（移動量）を変更するものである。具体的に、所定の吹き消え領域外の場合はニードル３０のリフト量を最大にし（フルリフト）、該吹き消え領域内の場合はニードル３０のリフト量をフルリフト時よりも小さくする（パーシャルリフト）。パーシャルリフト時のニードル３０のリフト量は、例えば、フルリフト時の半分（ハーフリフト）とされる。なお、所定の吹き消え領域については予め設定された上でＥＣＵ５０内に記憶されているものとする。
【００１７】
図３(ii)の右側に示すフルリフト時においては、端部が中央部に比べて突出した様な噴霧形状となる。一方、同図(ii)の左側に示すパーシャルリフト時においては、中央部が端部に比べて突出した様な噴霧形状となる。この理由は、燃料供給通路４０からサック部３６へと流れ込む燃料の流れ込みとサック部３６内の圧力とのバランスによって噴霧特性が変化するためである。この噴霧特性の変化について、図４を参照しながら説明する。図４は、図２の噴孔３８の周辺拡大図である。図４の右側に示すフルリフト時においては、サック部３６内の圧力を高くして噴孔３８の端部に燃料を集中させることができる。一方、同図の左側に示すパーシャルリフト時においては、サック部３６への燃料の流れこみがフルリフト時に比べて強くなるため、サック部３６内の圧力が高まる前に噴孔３８から燃料が噴射される。従って、孔３８の端部から噴射される燃料量がフルリフト時に比べて少なくなり、図３(ii)の左側に示したような噴霧形状となる。
【００１８】
再び図３に戻り、噴射弁リフト制御の詳細を説明する。フルリフト時においては、図４で説明した噴流効果により吸気流の端部が強化される(図３(iii)右側)。そのため、図３(iv)の右側に示すように、燃焼室１６で生成する通常のタンブル流が点火プラグ１８による点火時期まで維持される。従って、図３(v)の右側に示すように、点火可能な流速範囲内にプラグ部流速を収めて点火プラグ１８近傍の噴霧に確実に点火できる。
【００１９】
また、パーシャルリフト時においては、図４で説明した噴流効果により吸気流の中央部が強化される(図３(iii)左側)。そのため、図３(iv)の左側に示すように、点火プラグ１８による点火時期の近傍において通常のタンブル流とは異なる形状のタンブル流が生成する。このタンブル流は、燃焼室１６内で生成する通常のタンブル流が圧縮行程において崩壊することで生成する２つの旋回中心を有する旋回流である。点火プラグ１８の中心を通りピストン１４の頂面に平行な燃焼室１６の断面（プラグ中心断面）におけるこの旋回流の軌跡がω形状であることから、本明細書においてはこの旋回流をωタンブル流と称している。ωタンブル流が生成すれば、プラグ部流速を低下させることができる。よって、図３(v)の左側に示すように、点火プラグ１８による点火時期において、プラグ部流速を点火可能な流速範囲内に収めることができ、放電火花の吹き消えを良好に抑制できる。
【００２０】
以上、本実施の形態によれば、内燃機関１０の運転状態が所定の吹き消え領域内にあるか否かによって、ニードル３０のリフト量を変更する噴射弁リフト制御が実行される。従って、所定の吹き消え領域（即ち、上述の高回転かつ低負荷領域）においては点火プラグ１８の放電期間中に放電火花が吹き消されるのを良好に抑制できる。また、その他の運転領域、例えば、低回転かつ低負荷領域や高回転かつ高負荷領域においては、点火可能な流速範囲内にプラグ部流速を収め、点火時期において点火プラグ１８近傍の噴霧に確実に点火できる。
【００２１】
ところで、上記実施の形態においてはスリットノズル型の燃料噴射弁２６を例に説明したが、燃料噴射弁２６の代わりに多孔ノズル型の燃料噴射弁を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  内燃機関
１６  燃焼室
１８  点火プラグ
２６  燃料噴射弁
２８  ノズルボディ
３０  ニードル
３２  シート面
３４  シート当接部
３６  サック部
３８  噴孔
４０  燃料供給通路
５０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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