(57)【要約】【課題】均質燃焼時にシリンダボア壁への燃料衝突によるオイル希釈を抑制するとともに、燃料の気化潜熱効果と燃料噴流による乱れの効果を有効に利用して均質性を向上する。【解決手段】燃焼室に臨んで設けられた燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼室に生成される吸気流動に乗るように構成され、均質燃焼すべき時には、吸気行程中または吸気行程から圧縮行程前半にかけて必要な噴射量を複数回に分割して噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関において、吸気行程の中間時に燃料の噴射を禁止する噴射禁止期間θｐを設定した。この噴射禁止期間θｐは、機関回転数が高いほど狭く設定し、また吸気圧力が高いほど狭く設定する。更に、機関回転数が低いほど、噴射禁止期間θｐの前に噴射される噴射量を少なく設定する一方、噴射禁止期間θｐの後に噴射される噴射量を多く設定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に臨んで設けられた燃料噴射弁から噴射された燃料が前記燃焼室に生成される吸気流動に乗るように構成され、均質燃焼すべき時には、吸気行程中または吸気行程から圧縮行程前半にかけて必要な噴射量を複数回に分割して噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関において、
前記吸気行程の中間時に前記燃料の噴射を禁止する噴射禁止期間が設定されることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項２】
前記噴射禁止期間は、前記内燃機関の回転数が高いほど狭く設定されることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項３】
前記噴射禁止期間は、吸気圧力が高いほど狭く設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項４】
前記内燃機関の回転数が低いほど、前記噴射禁止期間の前に噴射される噴射量を少なく設定する一方、前記噴射禁止期間の後に噴射される噴射量を多く設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、吸気行程中の吸気流に乗るようにシリンダボアサイドから対向シリンダボア壁に向けて燃料噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関に関し、更に詳しくは、均質燃焼時にシリンダボア壁への燃料衝突によるオイル希釈を抑制するとともに、燃料の気化潜熱効果と燃料噴流による乱れの効果を有効に利用して均質性を向上することができる筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、吸気行程中の吸気流に乗るように、シリンダボアサイド（たとえば、２つの吸気弁の間）から対向シリンダボア壁に向けて燃料噴射するガソリン直噴エンジンが知られている。
【０００３】
このようなエンジンでは、均質燃焼時に均質性を向上させ、また低温のスモーク発生や炭化水素（ＨＣ）発生を抑制するため、ある程度燃料噴霧の貫徹力を下げるとともに、噴射角度（立ち角度）を上げてピストンへの燃料付着を低減することが望ましい。
【０００４】
そこで、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と点火プラグとを備え、かつ、機関運転条件に応じて、点火プラグ近傍に噴霧を集中させる成層運転と、燃焼室全体に噴霧を均質に分散させる均質運転と、が行われる直噴火花点火式内燃機関の燃焼制御装置において、均質運転時に１サイクル中複数回の燃料噴射を実行する分割噴射制御手段を備え、この分割噴射制御手段は、機関回転速度および負荷に応じて各噴射の時間間隔および噴射量割合を可変とする技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、シリンダ軸線方向から見て点火プラグが燃焼室中央部に配置され、かつ燃料を噴射する燃料噴射弁が燃焼室に臨設されたエンジンの燃料噴射装置において、上記燃料噴射弁の燃料噴射口の位置をシリンダ軸線方向から見て吸気ポート側の燃焼室周縁部に配置し、シリンダの吸気行程前半において燃料噴射が開始され、かつ吸気行程において燃料が複数回分割噴射されるように上記燃料噴射弁を制御する噴射制御手段を設けた技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１６１７９０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】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術にあっては、燃料噴霧の貫徹力には限界があり、また過大な吸気流速に乗ってシリンダボア壁への燃料衝突が増加し、シリンダボア壁に付着した燃料がピストンリングを介してオイルパンに流れ込み、オイルを希釈してエンジン品質を低下させる虞があった。
【０００８】
特に、混合気の均質性と燃料の気化潜熱効果、噴流による乱れの効果の利用を両立しようとする全負荷領域では、ピストン速度が最大となる領域での噴射タイミングは避けられないという課題があった。
【０００９】
上記特許文献２に係る従来技術では、吸気行程の中間時期において燃料噴射がされていないが、これは噴射禁止期間が積極的に設定されているものではないため、要求噴射量が多くなれば、当該吸気行程の中間時期においても噴射する可能性が高く、上記オイル希釈の問題が顕在化する虞がある。
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、均質燃焼時に吸気行程等で燃料を分割噴射する際にピストン速度が最も高くなるタイミングを避けて噴射することにより、シリンダボア壁への燃料衝突によるオイル希釈を抑制するとともに、燃料の気化潜熱効果と燃料噴流による乱れの効果を有効に利用して均質性を向上することができる筒内噴射式火花点火内燃機関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】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る筒内噴射式火花点火内燃機関は、燃焼室に臨んで設けられた燃料噴射弁から噴射された燃料が前記燃焼室に生成される吸気流動に乗るように構成され、均質燃焼すべき時には、吸気行程中または吸気行程から圧縮行程前半にかけて必要な噴射量を複数回に分割して噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記吸気行程の中間時に前記燃料の噴射を禁止する噴射禁止期間が設定されることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明の請求項２に係る筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の発明において、前記噴射禁止期間は、前記内燃機関の回転数が高いほど狭く設定されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、この発明の請求項３に係る筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１または２に記載の発明において、前記噴射禁止期間は、吸気圧力が高いほど狭く設定されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明の請求項４に係る筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記内燃機関の回転数が低いほど、前記噴射禁止期間の前に噴射される噴射量を少なく設定する一方、前記噴射禁止期間の後に噴射される噴射量を多く設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係る筒内噴射式火花点火内燃機関（請求項１）によれば、均質燃焼時に吸気行程で分割噴射する際、ピストンの速度が最も高くなるタイミングを避けるように噴射禁止期間を設定したので、噴射燃料が過大な吸気流速に乗ってシリンダボア壁へ衝突するのを抑制し、オイル希釈を抑制することができる。また、噴射禁止期間の前後にわたり分割噴射する際の、分割数、噴射量、各噴射開始時期、各噴射量割合を最適に設定することにより、燃料の気化潜熱の効果と燃料噴流による乱れの効果とを有効に利用でき、均質性を向上することができる。
【００１６】
また、この発明に係る筒内噴射式火花点火内燃機関（請求項２）によれば、内燃機関の回転数が高いほど、シリンダボア壁への燃料衝突によるオイル希釈が緩和されるため、燃料の蒸発時間も考慮して噴射時期の進角を許可することで、噴射時期の設定の自由度を拡大することができる。
【００１７】
また、この発明に係る筒内噴射式火花点火内燃機関（請求項３）によれば、吸気圧力が高いほど燃料噴霧の飛行距離が短くなり、シリンダボア壁への燃料衝突によるオイル希釈が緩和されるため、燃料の蒸発時間も考慮して噴射時期の進角を許可することで、噴射時期の設定の自由度を拡大することができる。
【００１８】
また、この発明に係る筒内噴射式火花点火内燃機関（請求項４）によれば、内燃機関の回転数が低いほど、燃料が蒸発し、空気と混合する時間が十分に確保されるので、気化潜熱の効果と燃料噴流による乱れの効果とを利用でき、内燃機関の回転数が高いほど、燃料の蒸発時間や空気との混合時間が十分に確保されないため、均質性を優先することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、この発明に係る筒内噴射式火花点火内燃機関（以下、適宜、エンジンと記す。）の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
先ず、本発明を適用するエンジンについて、図２に基づいて説明する。ここで、図２は、エンジンの概略構成を示す断面図である。図２に示すように、エンジン（筒内噴射式火花点火内燃機関）１０は、燃料噴射弁２３によって燃料噴霧２３ａを燃焼室１０ａに直接噴射する直噴式の４サイクルガソリンエンジンであり、公知技術によって成層燃焼と均質燃焼とを切り替え可能に構成されている。
【００２１】
すなわち、エンジン１０の燃焼室１０ａは、シリンダボア壁１１と、シリンダヘッド１３と、シリンダボア壁１１内に往復動自在に配設されたピストン１２とによって構成されている。また、ピストン１２の頂面の吸気側部分には、成層燃焼を成立させるために凹状のキャビティ１２ａが形成されている。
【００２２】
また、燃焼室１０ａのほぼ中央には、混合気に点火するための点火プラグ１４が配設されている。また、燃焼室１０ａを臨む吸気ポート１５には吸気バルブ１６が配設され、燃焼室１０ａを臨む排気ポート１８には排気バルブ２０が配設されている。これらのバルブ１６，２０は、開閉動作タイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構（図示せず）によって開閉制御されるようになっている。
【００２３】
なお、図示を省略するが、エンジン１０の排気通路には、排気ガス中のスモークおよびＮＯｘ、ＨＣ等を浄化するための触媒装置を備えている。また、エンジン１０は、その回転数や吸気圧力等、運転に必要な各種データを検出するための各種センサを備えている。
【００２４】
上記バルブ１６，２０、点火プラグ１４、燃料噴射弁２３、可変バルブタイミング機構等の各構成要素は、上記各種センサの出力値等に基づいて図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）によって制御される。
【００２５】
つぎに、本実施例に係る制御方法について図３に基づいて説明する。ここで、図３は、制御方法を示すフローチャートである。なお、以下の制御は、上述したＥＣＵが所定タイミングで実行する。
【００２６】
先ず、本制御の対象である均質燃焼時であるか否か、すなわち、吸気行程での噴射時期であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。エンジン１０は、成層燃焼と均質燃焼とを切り替え可能に構成されており、現時点の燃焼モードは既知であるので、容易に判断できる。なお、均質燃焼時でないと判断された場合（ステップＳ１０否定）は、本制御の対象外であるので、制御を終了する。
【００２７】
均質燃焼時であると判断された場合（ステップＳ１０肯定）は、予め読み込まれ、あるいは算出された現時点のエンジン１０の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとから、必要な噴射量Ｑを算出し設定するとともに、たとえば図４に示すマップを用いて、噴射の分割数Ｓを設定する（ステップＳ１１）。ここで、図４は、エンジン１０の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいて噴射の分割回数（たとえばｎ１、ｎ２、・・・、ｎ５）を求めるためのマップであり、予め実験等により作成されたものである。
【００２８】
つぎに、噴射禁止期間θｐを設定する（ステップＳ１２）。この噴射禁止期間θｐは、図１に示すように、吸気行程で分割噴射（図示例では、３分割噴射）する際、ピストン１２の速度が最も高くなるタイミングを避けるために設定するものである。ここで、図１は、この発明の実施例に係る筒内噴射式火花点火内燃機関の噴射禁止期間θｐを示す説明図である。具体的には、つぎのように設定する。
【００２９】
すなわち、図５に示すように、エンジン１０の回転数Ｎｅが高いほど噴射禁止期間θｐを狭く設定し、その設定値を噴射禁止期間θｐｎ１とする。ここで、図５は、エンジン１０の回転数Ｎｅに基づいて噴射禁止期間θｐｎ１を求めるためのマップであり、予め実験等により作成されたものである。
【００３０】
これは、エンジン１０の回転数Ｎｅが高いほど、シリンダボア壁１１への燃料衝突によるオイル希釈が緩和されるため、燃料の蒸発時間も考慮して噴射時期の進角を許可するようにしたものである。
【００３１】
また、図６に示すように、吸気圧力が高いほど噴射禁止期間θｐを狭く設定し、その設定値を噴射禁止期間θｐｎ２とする。ここで、図６は、吸気圧力に基づいて噴射禁止期間θｐｎ２を求めるためのマップであり、予め実験等により作成されたものである。
【００３２】
これは、吸気圧力が高いほど燃料噴霧２３ａの飛行距離が短くなり、シリンダボア壁１１への燃料衝突によるオイル希釈が緩和されるため、燃料の蒸発時間も考慮して噴射時期の進角を許可するようにしたものである。
【００３３】
そして、このようにして求めた噴射禁止期間θｐｎ１，θｐｎ２のうち、期間の長い方を噴射禁止期間θｐとして設定する（ステップＳ１２）。
【００３４】
つぎに、この噴射禁止期間θｐを考慮して、分割噴射における各噴射開始時期を設定する（ステップＳ１３）。たとえば、図７〜図９に示すマップにより、エンジン１０の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいて１回目の噴射開始時期（図７の噴射開始時期ainj1＿1〜ainj1＿5を参照）と、２回目の噴射開始時期（図８の噴射開始時期ainj2＿1〜ainj2＿5を参照）と、ｎ回目の噴射開始時期（図９の噴射開始時期ainjn＿1〜ainjn＿5を参照）とを順次求める。
【００３５】
ここで、図７は、エンジン１０の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいて１回目の噴射開始時期を求めるためのマップ、図８は、エンジン１０の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいて２回目の噴射開始時期を求めるためのマップ、図９は、エンジン１０の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいてｎ回目の噴射開始時期を求めるためのマップであり、予め実験等により作成されたものである。
【００３６】
つぎに、上記噴射禁止期間θｐを考慮して、分割噴射における各噴射量割合を設定する（ステップＳ１４）。すなわち、図１０に示すように、エンジン１０の回転数Ｎｅが低いほど、噴射禁止期間θｐの前に噴射される噴射量の割合（進角側噴射割合）を少なく設定する一方、噴射禁止期間θｐの後に噴射される噴射量の割合を多く設定する。
【００３７】
これは、エンジン１０の回転数Ｎｅが低いほど、燃料が蒸発し、空気と混合する時間が十分に確保されるので、気化潜熱の効果と燃料噴流による乱れの効果とを利用できるようにしたものである。一方、エンジン１０の回転数Ｎｅが高いほど、燃料の蒸発時間や空気との混合時間が十分に確保されないため、均質性を優先するようにしたものである。
【００３８】
ここで、図１０は、エンジン１０の回転数Ｎｅに基づいて噴射禁止期間θｐの前に噴射される噴射量の割合（進角側噴射割合）を求めるためのマップであり、予め実験等により作成されたものである。
【００３９】
以上のように設定された噴射量Ｑ、噴射の分割数Ｓ、各噴射開始時期、各噴射量割合に基づいて、噴射禁止期間θｐを避けながら、各分割噴射を実行する（ステップＳ１５）。
【００４０】
これにより、均質燃焼時の特に全負荷領域において、噴射燃料が過大な吸気流速に乗ってシリンダボア壁１１へ衝突するのを抑制し、オイル希釈を抑制することができる。また、燃料の気化潜熱の効果と燃料噴流による乱れの効果とを有効に利用することができるので、均質性を向上することができる。
【００４１】
なお、上記実施例においては、図１に示したように、吸気行程中に３回分割噴射する例について本発明を適用したが、これに限定されず、吸気行程中または吸気行程から圧縮行程前半にかけて更に多数回の分割噴射を実行する場合にも本発明を適用することができる。
【００４２】
また、上記実施例においては、本発明を適用する対象として、燃焼室１０ａのほぼ中央に点火プラグ１４を有し、吸気ポート１５側から燃料を噴射する構成のエンジン１０を図２に示したが、これに限定されない。
【００４３】
すなわち、燃焼室に臨んで設けられた燃料噴射弁から噴射された燃料が、燃焼室に生成される吸気流動に乗るように構成されていれば、燃料噴射弁や点火プラグ等の配設位置は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、この発明に係る筒内噴射式火花点火内燃機関は、吸気行程中の吸気流に乗るようにシリンダボアサイドから対向シリンダボア壁に向けて燃料噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関に有用であり、特に、均質燃焼時にシリンダボア壁への燃料衝突によるオイル希釈を抑制するとともに、燃料の気化潜熱効果と燃料噴流による乱れの効果を有効に利用して均質性を向上することを目指す筒内噴射式火花点火内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の実施例に係る筒内噴射式火花点火内燃機関の噴射禁止期間θｐを示す説明図である。
【図２】エンジンの概略構成を示す断面図である。
【図３】制御方法を示すフローチャートである。
【図４】エンジン回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいて噴射の分割回数を求めるためのマップである。
【図５】エンジン回転数Ｎｅに基づいて噴射禁止期間θｐｎ１を求めるためのマップである。
【図６】吸気圧力に基づいて噴射禁止期間θｐｎ２を求めるためのマップである。
【図７】エンジン回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいて１回目の噴射開始時期を求めるためのマップである。
【図８】エンジン回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいて２回目の噴射開始時期を求めるためのマップである。
【図９】エンジン回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいてｎ回目の噴射開始時期を求めるためのマップである。
【図１０】エンジン回転数Ｎｅに基づいて噴射禁止期間θｐの前に噴射される噴射量の割合（進角側噴射割合）を求めるためのマップである。
【符号の説明】
【００４６】
１０  エンジン（筒内噴射式火花点火内燃機関）
１０ａ  燃焼室
１１  シリンダボア壁
１２  ピストン
１４  点火プラグ
１６  吸気バルブ
２３  燃料噴射弁
２３ａ  燃料噴霧
θｐ  噴射禁止期間
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008031932.tif 000010
【図９】
2008031932.tif 000011
【図１０】
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