(57)【要約】【課題】噴射した燃料でタンブル流を強化するにあたって逆タンブル流の発生を防止することで噴流効果を好適に得ることが可能な筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】筒内にタンブル流Ｔを生成するとともに、タンブル流Ｔを吸気行程下死点近傍で燃焼室５７上方略中央に配設された燃料噴射弁２１から排気側に向けて噴射した燃料で強化する内燃機関５０を制御するＥＣＵ１であって、吸気行程下死点近傍で燃料噴射を終了させる噴射終了制御手段と、燃料噴射の噴射期間に対応するクランク角度の範囲が吸気行程下死点近傍から吸気行程半ばにまで及ぶときに、吸気行程半ばに対応する所定範囲のクランク角度での燃料噴射を禁止する噴射禁止手段とを備える。さらに、噴射禁止手段が燃料噴射を禁止したときに所定範囲よりも前に燃料の一部を噴射させる燃料噴射手段を備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内にタンブル流を生成するとともに、該タンブル流を吸気行程下死点近傍で燃焼室上方略中央に配設された燃料噴射弁から排気側に向けて噴射した燃料で強化する筒内噴射式火花点火内燃機関を制御する筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置であって、
吸気行程下死点近傍で燃料噴射を終了させる噴射終了制御手段と、前記燃料噴射の噴射期間が吸気行程下死点近傍から吸気行程半ばにまで及ぶときに、吸気行程半ばでの燃料噴射を禁止する噴射禁止手段とを備えることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項２】
さらに、前記噴射禁止手段が燃料噴射を禁止したときに吸気行程半ばよりも前に燃料の一部を噴射させる燃料噴射手段を備えることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式火花点火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、筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射式火花点火内燃機関の筒内にタンブル流を生成するとともに、さらにこのタンブル流を均質燃焼時に吸気行程下死点近傍で噴射した燃料で適度に強化することで、点火時期までタンブル流を維持することができる。これにより点火時期において混合気の乱れを増大させることができることから、混合気の燃焼速度が適度に向上し、良好な均質燃焼を得ることができる。均質燃焼時に筒内の吸気流動を強化する技術として、例えば特許文献１では吸気通路に設けられた吸気流制御弁を制御して吸気流動を強くする筒内直接噴射式内燃機関の吸気制御装置が提案されている。また、特許文献２では燃料を吸気行程前半と後半とに分けて分割噴射することで混合気の均質度を向上させる技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８０２４７号公報
【特許文献２】特開平１０−１５９６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記の筒内噴射式火花点火内燃機関で例えば噴射量が一定の状態で回転数が高くなったときには、噴射期間に対応するクランク角度の範囲は吸気行程下死点近傍から吸気行程上死点に向かって広がることになる。また例えば回転数が一定の状態で噴射量が多くなったときにも、同様に噴射期間に対応するクランク角度の範囲は吸気行程下死点近傍から吸気行程上死点に向かって広がることになる。これにより噴射期間が吸気行程半ばにまで及ぶようになると燃料の噴射方法によっては以下に示す問題が発生する。図５は吸気行程半ばで燃料を噴射したときの様子を模式的に示す図である。この筒内噴射式火花点火内燃機関は燃料噴射弁を燃焼室上方略中央に備えており、燃料噴射弁から下死点に位置しているピストンの排気側の外周部近傍に向かう方向に向けて噴射した燃料でタンブル流を強化しようとするものである。係る筒内噴射式火花点火内燃機関において、噴射期間が吸気行程半ばにまで及ぶと、噴射した燃料は図５に示すようにピストンに衝突する。ピストンに衝突した燃料は衝突後、巻き上がるようにして旋回するため、噴射した燃料で強化しようとするタンブル流とは逆方向に旋回する逆タンブル流も形成される。そしてこの逆タンブル流はその後形成されるとともに燃料噴射で強化されるタンブル流を弱めるように作用することから、係る逆タンブル流が形成されると、燃料噴射による噴流効果が十分に得られなくなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、噴射した燃料でタンブル流を強化するにあたって逆タンブル流の発生を防止することで噴流効果を好適に得ることが可能な筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、筒内にタンブル流を生成するとともに、該タンブル流を吸気行程下死点近傍で燃焼室上方略中央に配設された燃料噴射弁から排気側に向けて噴射した燃料で強化する筒内噴射式火花点火内燃機関を制御する筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置であって、吸気行程下死点近傍で燃料噴射を終了させる噴射終了制御手段と、前記燃料噴射の噴射期間が吸気行程下死点近傍から吸気行程半ばにまで及ぶときに、吸気行程半ばでの燃料噴射を禁止する噴射禁止手段とを備えることを特徴とする。本発明によれば、逆タンブル流が形成される吸気行程半ばでの燃料噴射を禁止することで、噴流効果を好適に得ることができる。
【０００７】
また本発明は、さらに、前記噴射禁止手段が燃料噴射を禁止したときに吸気行程半ばよりも前に燃料の一部を噴射させる燃料噴射手段を備えてもよい。ここで、吸気行程半ばで燃料噴射を禁止する代わりに吸気行程半ばよりも前に必要な量の燃料を噴射すれば、筒内空間が相当狭くなっているため、噴射した燃料がピストンに衝突しても逆タンブル流が形成される虞がない。このことから本発明によれば、噴射量を確保しつつ噴流効果を好適に得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、噴射した燃料でタンブル流を強化するにあたって逆タンブル流の発生を防止することで噴流効果を好適に得ることが可能な筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１０】
図１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現されている本実施例に係る筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置を、内燃機関システム１００とともに模式的に示す図である。内燃機関システム１００は、吸気系１０と、燃料噴射系２０と、内燃機関５０とを有して構成されている。吸気系１０は内燃機関５０に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１や、空気量を計測するエアフロメータ１２や、吸気の流量を調節するスロットル弁１３や、吸気を一時的に貯蔵するためサージタンク１４や、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。
【００１１】
燃料噴射系２０は燃料を供給及び噴射するための構成であり、燃料噴射弁２１や燃料噴射ポンプ２２や燃料タンク２３などを有して構成されている。燃料噴射弁２１は燃料を噴射するための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと、適宜の噴射時期に開弁されて燃料を噴射する。また燃料噴射量は、ＥＣＵ１の制御のもと燃料噴射弁２１が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ２２は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと噴射圧を適宜の噴射圧に調節する。
【００１２】
図２は内燃機関５０の要部を模式的に示す図である。内燃機関５０は、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、点火プラグ５４と、吸気弁５５と、排気弁５６とを有して構成されている。本実施例に示す内燃機関５０は直列４気筒の筒内噴射式火花点火内燃機関である。但し内燃機関５０は他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図２では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内には、ピストン５３が収容されている。ピストン５３の頂面にはタンブル流Ｔを案内するためのキャビティ５３ａが形成されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。
【００１３】
燃焼室５７は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５７から排気するための排気ポート５２ｂが形成され、さらにこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５及び５６が配設されている。なお、内燃機関５０は１気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁５５及び５６を備えた吸排気弁構造であってよい。点火プラグ５４は、燃焼室５７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁２１も燃焼室５７の上方略中央で点火プラグ５４と隣り合う位置から燃焼室５７内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁２１の噴射方向は下死点に位置しているピストン５１の排気側の外周部近傍に向かう方向となっている。
【００１４】
吸気ポート５２ａには、燃焼室５７内にタンブル流Ｔを生成するための気流制御弁５８が配設されている。気流制御弁５８は、ＥＣＵ１の制御のもと吸気ポート５２ａ内で吸気を偏流させて燃焼室５７内にタンブル流Ｔを生成するための構成である。但し燃焼室５７内にタンブル流Ｔを生成するためのタンブル流生成手段は気流制御弁５８に限られず、例えばタンブル流Ｔを筒内に生成できるように形成された吸気ポート５２ａの形状そのものなどであってもよく、その他タンブル流Ｔを筒内に生成可能な適宜の手段であってよい。なお、タンブル流Ｔは燃焼室５７内の吸気弁５５側を上昇するように気筒内を旋回する順タンブル流となっている。本実施例ではＥＣＵ１の制御のもと、燃料噴射弁２１が均質燃焼時に吸気行程下死点で燃料の噴射が終了するように燃料を噴射することで、吸気行程下死点近傍で燃料が噴射される。吸気行程下死点近傍で噴射された燃料はタンブル流Ｔを適度に強化し、強化されたタンブル流Ｔは点火時期まで維持される。その結果、点火時期に混合気の乱れが増大し、燃焼速度が適度に向上するため、良好な均質燃焼が得られるようになっている。
【００１５】
なお、気流制御弁５８は均質燃焼時には吸気を増量すべく半開や全開といった開度に開かれることや、吸気ポート５２ａの形状のみでは十分な強度のタンブル流Ｔを得難いことなどから、これらの手段のみでは一般に均質燃焼時の混合気のミキシング性や火炎の伝播性に改善の余地が残されるものとなっている。そのほか内燃機関５０には、回転数Ｎｅに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７１や、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７２などの各種のセンサが配設されている。
【００１６】
ＥＣＵ１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁２１や燃料噴射ポンプ２２のほか、点火プラグ５４（より具体的には図示しないイグナイタ）や、気流制御弁５８（より具体的には図示しない気流制御弁５８用のアクチュエータ）なども制御している。ＥＣＵ１にはこれら燃料噴射弁２１などのほか、各種の制御対象が駆動回路（図示省略）を介して接続されている。また、ＥＣＵ１にはエアフロメータ１２や、クランク角センサ７１や、水温センサ７２や、アクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を検知するためのアクセルセンサ７３などの各種のセンサが接続されている。
【００１７】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用プログラムのほか、燃料噴射弁２１を制御するための燃料噴射弁制御用プログラムなども格納している。なお、燃料噴射弁制御用プログラムは内燃機関５０制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。燃料噴射弁制御用プログラムは、燃料の噴射量を制御するための噴射量制御用プログラムと、燃料の噴射圧を制御するための噴射圧制御用プログラムと、燃料の噴射時期を制御するための噴射時期制御用プログラムとを有して構成されている。本実施例ではさらに燃料噴射弁制御用プログラムが、吸気行程下死点近傍で燃料噴射を終了させるための噴射終了制御用プログラムと、燃料噴射の噴射期間が吸気行程下死点近傍から吸気行程半ばにまで及ぶときに、吸気行程半ばでの燃料噴射を禁止するための噴射禁止用プログラムと、燃料噴射を禁止したときに、吸気行程半ばよりも前に燃料の一部を噴射するための噴射時期特定制御用プログラムとを有して構成されている点に特徴を有している。なお、これら噴射終了制御用プログラム、噴射禁止用プログラム及び噴射時期特定制御用プログラムは、他のプログラムの一部として構成されていてもよい。
【００１８】
本実施例では噴射終了制御用プログラムは、具体的には吸気行程下死点で燃料噴射を終了させるように作成されている。また噴射禁止用プログラムでは、圧縮工程上死点を０度として吸気行程上死点を３６０度とした場合に、吸気行程半ばに対応するクランク角度の範囲が具体的には３００度から２６０度までの所定範囲に設定されている。また噴射時期特定制御用プログラムは、具体的には吸気行程半ば終期に対応するクランク角度（本実施例では２６０度）よりも大きなクランク角度で噴射しようとした分の燃料を分割するとともに、分割した燃料の噴射時期を吸気行程半ばよりも前に変更して、分割した燃料の噴射が吸気行程半ば始期（本実施例では対応するクランク角度が３００度）で終了するように作成されている。同時に噴射時期特定制御用プログラムは、分割して残った分の燃料の噴射時期が吸気行程半ば終期になるように作成されている。本実施例では、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭ（以下、単にＣＰＵ等と称す）と内燃機関５０制御用のプログラムとで、各種の検出手段や判定手段や制御手段などが実現されており、特にＣＰＵ等と噴射終了制御用プログラムとで噴射終了制御手段が、ＣＰＵ等と噴射禁止用プログラムとで噴射禁止手段が、ＣＰＵ等と噴射時期特定制御用プログラムとで燃料噴射手段が夫々実現されている。
【００１９】
次に、逆タンブル流の形成を防止し噴流効果を好適に得るべく燃料の噴射を制御するにあたって、ＥＣＵ１で行われる処理を図３に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１は、ＣＰＵがＲＯＭに格納された上述の内燃機関５０制御用プログラムや、燃料噴射弁制御用プログラムなどの各種のプログラムに基づき、フローチャートに示す処理を繰り返し実行することで、内燃機関５０を制御する。ＣＰＵは要求空燃比に見合った噴射量を算出するとともに、この噴射量に応じた噴射時期を算出する処理を実行する（ステップ１１）。本実施例では吸気行程下死点で燃料の噴射が終了するため、要求空燃比に見合った噴射量に応じて噴射時期が算出される。続いてＣＰＵは噴射時期に対応するクランク角度が２６０度よりも大きくなるか否かを判定する処理を実行する（ステップ１２）。否定判定であれば、本フローチャートにおいて特段の処理を要しないためステップ１１に戻る。
【００２０】
一方、ステップ１２で肯定判定であれば、ＣＰＵは吸気行程半ばでの燃料の噴射を禁止する処理を実行する（ステップ１３）。燃料の噴射を禁止するにあたって、具体的には本ステップで同時に吸気行程半ば終期に対応するクランク角度（ここでは２６０度）よりも大きなクランク角度で噴射しようとした分の燃料を分割するとともに、分割した燃料の噴射時期を吸気行程半ば始期（ここでは対応するクランク角度が３００度）で燃料噴射が終了するように算出する処理を実行する。なお、分割して残った分の燃料の噴射時期に対応するクランク角度は２６０度となる。
【００２１】
図４は本ステップで噴射禁止処理が行われた場合の燃料噴射の様子を、噴射禁止処理が行われない場合の燃料噴射の様子とともに模式的に示す図である。ここで噴射量が一定の場合には、回転数Ｎｅが高くなるにつれて噴射期間が吸気行程下死点から吸気行程上死点に向かって広がる。その結果、噴射期間に対応するクランク角度の範囲が２６０度にまで及んだときにはステップ１３で噴射禁止処理が行われることにより、２６０度から３００度までの所定範囲での燃料の噴射が禁止される。同時に２６０度よりも大きなクランク角度で噴射しようとした分の燃料は、３００度で燃料噴射が終了するように噴射時期が分割変更される。また回転数Ｎｅが一定の場合には、回転数Ｎｅの代わりに噴射量が大きくなるにつれて噴射期間に対応するクランク角度の範囲が吸気行程下死点から吸気行程上死点に向かって広がる点が異なるが、この場合も噴射量が一定の場合と同様に噴射禁止処理が行われることになる。なお回転数Ｎｅと噴射量は同時に変化してもよい。
【００２２】
続いてＣＰＵはステップ１３で分割変更した噴射時期夫々に応じた燃料噴射を行うべく、燃料噴射弁２１を制御するための処理を実行する（ステップ１４）。これにより、逆タンブル流が形成されることが防止され、噴流効果を好適に得ることができる。また噴射禁止処理を行う際に同時に２６０度よりも大きなクランク角度で噴射しようとした分の燃料の噴射時期を３００度で噴射が終了するように分割変更するので、吸気行程半ばで燃料噴射を禁止しても噴射量を確保できる。以上により、噴射した燃料でタンブル流Ｔを強化するにあたって逆タンブル流の発生を防止することで噴流効果を好適に得ることが可能なＥＣＵ１を実現可能である。
【００２３】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＥＣＵ１を内燃機関システム１００とともに模式的に示す図である。
【図２】内燃機関５０の要部を模式的に示す図である。
【図３】ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図４】噴射禁止処理が行われた場合の燃料噴射の様子を、噴射禁止処理が行われない場合の燃料噴射の様子とともに模式的に示す図である。
【図５】吸気行程半ばで燃料を噴射したときの様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ＥＣＵ
１０  吸気系
２０  燃料噴射系
２１  燃料噴射弁
５０  内燃機関
１００  内燃機関システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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