(57)【要約】【課題】スプレーガイド方式の筒内噴射式エンジンにおいて、吸入空気流による噴射燃料の乱れを防止して、ピストン上面やシリンダ内壁面に付着する付着燃料を低減する。【解決手段】可変バルブタイミング装置３６の作動によって変化する吸気バルブタイミング（吸気バルブ３５のバルブタイミング）に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射時期を噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難くなる時期に変化させる。これにより、吸気バルブタイミングの変化によって筒内の吸入空気流の発生状況（発生時期や強度等）が変化しても、吸気バルブタイミングに応じて燃料噴射時期を変化させて、噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難い時期（例えば吸気バルブ３５の閉弁タイミング以降）に燃料噴射時期を設定する。これにより、吸入空気流による噴射燃料の噴霧形状の乱れを防止して、ピストン上面３３やシリンダ内壁面３４に付着する付着燃料を効果的に低減する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブ開閉特性を変化させる可変バルブ装置と、燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁とを備えたスプレーガイド方式の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記可変バルブ装置の作動状態に応じて前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難くなる時期に変化させる燃料噴射時期制御手段を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記可変バルブ装置は、前記バルブ開閉特性としてバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置及び／又は前記バルブ開閉特性としてバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト装置であることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射時期制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記吸気バルブの閉弁タイミング以降になるように前記燃料噴射時期を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記可変バルブ装置の作動によって変化する将来のバルブ開閉特性を予測するバルブ開閉特性予測手段を備え、
前記燃料噴射時期制御手段は、前記バルブ開閉特性予測手段で予測した将来のバルブ開閉特性に基づいて前記燃料噴射時期を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射するスプレーガイド方式の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な筒内噴射式内燃機関は、例えば、特許文献１（特開平９−２８００９２号公報）に記載されているように、燃焼室の側方（吸気ポート近傍）から燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を配置し、この燃料噴射弁の噴射燃料をピストン頂面の凹部に衝突させて該凹部の内周壁によって噴射燃料をピストン上方へ案内するようにしている。このような噴射方式は、ウォールガイド方式と呼ばれている。
【０００３】
この特許文献１では、可変バルブタイミング装置の作動によって変化する吸気バルブのバルブタイミング（開閉タイミング）に応じて燃料噴射時期を変化させて、吸気バルブの閉弁タイミング付近よりも早く燃料噴射を終了させることで、吸気バルブの開弁期間中に吸気ポートから筒内に空気が吸入される際に発生する筒内の吸入空気流を利用して噴射燃料と吸入空気との混合を促進するようにしている。
【０００４】
ところで、燃料噴射弁の噴射燃料がピストン上面やシリンダ内壁面に付着すると、その付着燃料が未燃ＨＣとして残留しやすくなるため、ピストン上面やシリンダ内壁面に付着する燃料（ウェット）が多いと、ＨＣ排出量が増加して排気エミッションが悪化する傾向がある。
【０００５】
この対策として、スプレーガイド方式の筒内噴射式内燃機関が開発されている。このスプレーガイド方式の筒内噴射式内燃機関は、特許文献２（特開２００５−１０５８７７号公報）に記載されているように、燃焼室の略中心上方（点火プラグ近傍）から燃料室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を配置し、この燃料噴射弁の噴射燃料をピストン上面やシリンダ内壁面に衝突させないように燃料を緩やかに噴射することで、ピストン上面やシリンダ内壁面に付着する燃料を低減するようにしている。
【特許文献１】特開平９−２８００９２号公報
【特許文献２】特開２００５−１０５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、スプレーガイド方式の筒内噴射式内燃機関は、燃料噴射弁の噴射燃料がピストン上面やシリンダ内壁面に衝突しないように燃料の噴射力（貫徹力）が比較的弱く設定されているため、噴射燃料がピストン上面やシリンダ内壁面に衝突しないように燃料の噴霧角等が設定されていても、可変バルブタイミング装置の作動によって吸気バルブのバルブタイミング等が変化して燃料噴射期間中における筒内の吸入空気流が強くなると、その吸入空気流によって噴射燃料の噴霧形状が乱れてピストン上面やシリンダ内壁面に付着する燃料が増加して、排気エミッションが悪化してしまう可能性がある。
【０００７】
尚、上記特許文献１の技術は、ウォールガイド方式の筒内噴射式内燃機関において、吸気バルブの閉弁タイミング付近よりも早く燃料噴射を終了させることで、吸気バルブの開弁期間中に発生する筒内の吸入空気流を利用して噴射燃料と吸入空気との混合を促進する技術であり、このウォールガイド方式の技術では、上述したスプレーガイド方式の筒内噴射式内燃機関における問題を解決することはできない。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、スプレーガイド方式の筒内噴射式内燃機関において、吸入空気流による噴射燃料の噴霧形状の乱れを防止することができて、付着燃料を効果的に低減することができる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブ開閉特性を変化させる可変バルブ装置と、燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁とを備えたスプレーガイド方式の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射時期制御手段によって可変バルブ装置の作動状態に応じて燃料噴射弁の燃料噴射時期を噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難くなる時期に変化させるようにしたものである。
【００１０】
このようにすれば、可変バルブ装置の作動によるバルブ開閉特性の変化によって筒内の吸入空気流の発生状況（発生時期や強度等）が変化しても、バルブ開閉特性に応じて燃料噴射時期を変化させて、噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難い時期に燃料噴射時期を設定することができる。これにより、吸入空気流による噴射燃料の噴霧形状の乱れを防止することができて、ピストン上面やシリンダ内壁面に付着する付着燃料を効果的に低減することができ、排気エミッションを向上させることができる。
【００１１】
本発明は、請求項２のように、バルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置及び／又はバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト装置を備えたシステムに適用すると良い。このようにすれば、可変バルブタイミング装置の作動によるバルブタイミングの変化や可変バルブリフト装置の作動によるバルブリフト量の変化によって吸入空気流の発生状況が変化しても、バルブタイミングやバルブリフト量に応じて燃料噴射時期を変化させて、噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難い時期に燃料噴射時期を設定することができる。
【００１２】
また、可変バルブ装置の作動状態に応じて燃料噴射時期を変化させる際には、請求項３のように、燃料噴射開始時期が吸気バルブの閉弁タイミング以降になるように燃料噴射時期を設定するようにしても良い。このようにすれば、吸気バルブの閉弁後で筒内への空気の吸入が終了した後に燃料噴射を開始することができるため、噴射燃料が吸入空気流の影響をほとんど受けないようにすることができる。
【００１３】
尚、本発明は、燃料噴射開始時期が吸気バルブの閉弁タイミング以降になるように燃料噴射時期を設定するものに限定されず、噴射燃料が受ける吸入空気流の影響を無視できる程度に小さくできるのであれば、燃料噴射開始時期が吸気バルブの閉弁タイミングよりも少し早い時期になっても良い。
【００１４】
また、本発明は、現在のバルブ開閉特性（バルブタイミングやバルブリフト量）をセンサ等で検出し、現在のバルブ開閉特性に応じて燃料噴射時期を算出するようにしても良いが、この場合、バルブ開閉特性が急速に変化する過渡時には、燃料噴射時期の演算タイミングから燃料噴射実行タイミングまでの間にバルブ開閉特性が変化するため、バルブ開閉特性の変化に応じた燃料噴射時期の制御に応答遅れが生じてしまう。
【００１５】
そこで、請求項４のように、可変バルブ装置の作動によって変化する将来のバルブ開閉特性をバルブ開閉特性予測手段により予測し、予測した将来のバルブ開閉特性に基づいて燃料噴射時期を算出するようにしても良い。このようにすれば、燃料噴射時期を演算する段階で、将来の燃料噴射実行時のバルブ開閉特性を予測して、その予測した燃料噴射実行時のバルブ開閉特性に応じた燃料噴射時期を算出することができるため、バルブ開閉特性が急速に変化する過渡時でも、バルブ開閉時期の変化に対して燃料噴射時期を応答良く変化させることができ、燃料噴射時期の制御精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
【００１７】
筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、モータ１４によって開度調節されるスロットルバルブ１５が設けられている。更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が設けられている。
【００１８】
エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎にそれぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁１９が取り付けられている。高圧燃料ポンプ２１から吐出された燃料は、高圧燃料配管２２を通してデリバリパイプ２３に送られ、このデリバリパイプ２３から各気筒の燃料噴射弁１９に高圧の燃料が分配される。デリバリパイプ２３には、燃料噴射弁１９に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ２４が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎にそれぞれ点火プラグ２０（図２参照）が取り付けられ、各点火プラグ２０の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１９】
図２に示すように、本実施例の筒内噴射式エンジン１１は、スプレーガイド方式の筒内噴射式エンジンであり、燃焼室３２の略中心上方（点火プラグ２０の近傍）に配置れた燃料噴射弁１９から燃料室３２内に燃料を直接噴射し、この燃料噴射弁１９の噴射燃料をピストン上面３３やシリンダ内壁面３４に衝突させないように燃料を緩やかに噴射することで、ピストン上面３３やシリンダ内壁面３４に付着する燃料を低減するようにしている。更に、筒内噴射式エンジン１１には、吸気バルブ３５のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる可変バルブタイミング装置３６が設けられている。
【００２０】
一方、図１に示すように、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２６（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。排気管２５のうちの排出ガスセンサ２６の上流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１５の下流側のサージタンク１６との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管２７が接続され、このＥＧＲ配管２７の途中に排出ガス還流量（ＥＧＲ量）を調整するＥＧＲ弁２８が設けられている。
【００２１】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２９や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３０が取り付けられている。このクランク角センサ３０の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。また、アクセルセンサ３１によってアクセル操作量（アクセルペダルの踏込量）が検出される。
【００２２】
これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３７に入力される。このＥＣＵ３７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２０の点火時期を制御する。
【００２３】
その際、ＥＣＵ３７は、エンジン運転状態（エンジン回転速度や要求トルク等）に応じて燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードとの間で切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ２０の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼（リーン燃焼）させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼（ストイキ又はリッチ燃焼）させることで、エンジン出力を高める。
【００２４】
また、ＥＣＵ３７は、図示しないバルブタイミング制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態（エンジン回転速度や要求トルク等）に基づいて吸気バルブ３５の目標バルブタイミング（基準位置からの目標進角量）を算出し、吸気バルブ３５の実バルブタイミング（基準位置からの実進角量）を目標バルブタイミングに一致させるように可変バルブタイミング装置３６を制御する。
【００２５】
ところで、スプレーガイド方式の筒内噴射式エンジン１１は、燃料噴射弁１９の噴射燃料がピストン上面３３やシリンダ内壁面３４に衝突しないように燃料の噴射力（貫徹力）が比較的弱く設定されているため、噴射燃料がピストン上面３３やシリンダ内壁面３４に衝突しないように燃料の噴霧角等が設定されていても、可変バルブタイミング装置３６の作動によって吸気バルブタイミング（吸気バルブ３５のバルブタイミング）が変化して燃料噴射期間中における筒内の吸入空気流が強くなると、その吸入空気流によって燃料の噴霧形状が乱れてピストン上面３３やシリンダ内壁面３４に付着する付着燃料が増加する可能性がある。特に、圧縮行程で燃料を噴射する成層燃焼モードでは、燃料噴射から点火までの期間が均質燃焼モードよりも短いため、付着燃料が気化できずに未燃ＨＣとして残留しやすく、付着燃料が増加すると、ＨＣ排出量が増加して排気エミッションが悪化する可能性がある。
【００２６】
この対策として、本実施例では、後述する図３の燃料噴射時期制御ルーチンを実行することで、可変バルブタイミング装置３６の作動によって変化する吸気バルブタイミングに応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射時期を噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難くなる時期に変化させるようにしている。これにより、吸気バルブタイミングの変化によって筒内の吸入空気流の発生状況（発生時期や強度等）が変化しても、吸気バルブタイミングに応じて燃料噴射時期を変化させて、噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難い時期に燃料噴射時期を設定する。
【００２７】
この吸気バルブタイミングに応じた燃料噴射時期の制御は、成層燃焼モードのみで実行するようにしても良いが、成層燃焼モードと均質燃焼モードの両方で実行するようにしても良い。
【００２８】
以下、ＥＣＵ３７が実行する図３の燃料噴射時期制御ルーチンの処理内容を説明する。  図３に示す燃料噴射時期制御ルーチンは、ＥＣＵ３７の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう燃料噴射時期制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、クランク角センサ３０で検出したエンジン回転速度Ｎe を読み込んだ後、ステップ１０２に進み、アクセル操作量等に基づいて設定した要求トルクを読み込む。
【００２９】
この後、ステップ１０３に進み、目標吸気バルブタイミングＴＶＶＴ（吸気バルブ３５の目標バルブタイミング）のマップを参照して、現在のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎe と要求トルク）に応じた吸気バルブ３５の目標バルブタイミングＴＶＶＴを算出する。これにより、実吸気バルブタイミング（吸気バルブ３５の実バルブタイミング）を目標吸気バルブタイミングＴＶＶＴに一致させるように可変バルブタイミング装置３６が制御される。
【００３０】
この後、ステップ１０４に進み、目標燃料噴射時期ＴＳＯＩのマップをを参照して、現在のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎe と要求トルク）に応じた目標燃料噴射時期ＴＳＯＩを算出する。
【００３１】
この後、ステップ１０５に進み、現在のエンジン回転速度Ｎe と燃料噴射時期ＳＯＩとに基づいて燃料噴射実行時の吸気バルブタイミングＰＶＶＴをマップ又は数式等により予測する。このステップ１０５の処理が特許請求の範囲でいうバルブ開閉特性予測手段としての役割を果たす。
【００３２】
この後、ステップ１０６に進み、予測した燃料噴射実行時の吸気バルブタイミングＰＶＶＴと目標燃料噴射時期ＴＳＯＩとに基づいて最終的な燃料噴射時期ＳＯＩをマップ又は数式等により算出することで、予測した燃料噴射実行時の吸気バルブタイミングＰＶＶＴに応じて燃料噴射時期ＳＯＩを噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難くなる時期に変化させる。
【００３３】
例えば、成層燃焼モードの場合には、燃料噴射開始時期が吸気バルブ３５の閉弁タイミング以降になるように燃料噴射時期ＳＯＩを設定する。これにより、吸気バルブ３５の閉弁後で筒内への空気の吸入が終了した後に燃料噴射を開始することができるため、噴射燃料が吸入空気流の影響をほとんど受けないようにすることができる。
【００３４】
しかしながら、噴射燃料が受ける吸入空気流の影響を無視できる程度に小さくできるのであれば、燃料噴射開始時期が吸気バルブ３５の閉弁タイミングよりも少し早い時期になっても良い。
【００３５】
以上説明した本実施例では、可変バルブタイミング装置３６の作動によって変化する吸気バルブタイミングに応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射時期を噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難くなる時期に変化させるようにしたので、吸気バルブタイミングの変化によって筒内の吸入空気流の発生状況（発生時期や強度等）が変化しても、吸気バルブタイミングに応じて燃料噴射時期を変化させて、噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難い時期に燃料噴射時期を設定することができる。これにより、吸入空気流による噴射燃料の噴霧形状の乱れを防止することができて、ピストン上面３３やシリンダ内壁面３４に付着する付着燃料を効果的に低減することができ、排気エミッションを向上させることができる。
【００３６】
しかも、本実施例では、燃料噴射時期を演算する段階で、将来の燃料噴射実行時の吸気バルブタイミングを予測して、その予測した燃料噴射実行時の吸気バルブタイミングに応じた燃料噴射時期を算出するようにしたので、吸気バルブタイミングが急速に変化する過渡時でも、吸気バルブタイミングの変化に対して燃料噴射時期を応答良く変化させることができ、燃料噴射時期の制御精度を向上させることができる。
【００３７】
しかしながら、現在の吸気バルブタイミングをセンサ等で検出し、現在の吸気バルブタイミングに応じて燃料噴射時期を算出するようにしても良く、この場合でも、吸気バルブタイミングの変化が比較的緩やかであれば、吸気バルブタイミングに応じて燃料噴射時期を噴射燃料が吸入空気流の影響を受け難くなる時期に変化させることができる。
【００３８】
また、上記実施例では、可変バルブタイミング装置３６の作動によって変化する吸気バルブタイミングに応じて燃料噴射時期を変化させるようにしたが、可変バルブタイミング装置３６の作動状態の情報（例えば、油圧式の場合には油圧指令値、電動式の場合には電流指令値）に応じて燃料噴射時期を変化させるようにしても良い。
【００３９】
また、上記実施例では、吸気バルブ３５のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置３６を備えたシステムに本発明を適用したが、排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置を備えたシステムに本発明を適用しても良い。更に、吸気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト装置や排気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト装置を備えたシステムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】燃料噴射弁及びその周辺部の縦断面図である。
【図３】燃料噴射時期制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１１…筒内噴射式エンジン（筒内噴射式内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、１９…燃料噴射弁、２０…点火プラグ、２５…排気管、３２…燃焼室、３５…吸気バルブ、３６…可変バルブタイミング装置、３７…ＥＣＵ（燃料噴射時期制御手段，バルブ開閉特性予測手段）
【図１】
2008298028.tif 000003
【図２】
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【図３】
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