(57)【要約】【課題】燃料噴射時期をより適切に制御し、圧縮自己着火内燃機関の着火をより確実にすることができる制御装置を提供する。【解決手段】排気弁６の閉弁時期ＣＡＥＣは、排気行程の途中に設定され、吸気弁５の開弁時期ＣＡＩＯは、吸気行程の途中に設定される。第１燃料噴射弁１による燃料噴射は、排気弁６の開弁期間中であって、クランク角度範囲ＲＣＡＩＪＣ内で実行される。ピストン７の位置が比較的低く、燃焼室内の圧力が大気圧どほぼ同等の状態で燃料が噴射されるので、ピストン位置が高く燃焼室内の圧力が高い状態で噴射する場合に比べて、噴射された燃料が均質化し易い。さらに、負のオーバラップ期間ＲＣＡＮＯＬ中の圧力上昇過程の初期の段階から燃料の活性化が進行していくので、噴射された燃料が確実に着火する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、排気弁の閉弁時期を排気行程中に設定するとともに、吸気弁の開弁時期を吸気行程中に設定することが可能な圧縮自己着火内燃機関の制御装置において、
前記排気弁の開弁期間中に燃料噴射を実行するように前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射時期制御手段を備えることを特徴とする圧縮自己着火内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮自己着火内燃機関の燃料噴射時期を制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃費を向上させるために内燃機関に供給する混合気の空燃比をリーン化すると、触媒のＮＯｘの還元性能が低下する。そこで、リーン燃焼とＮＯｘ排出量の低減を両立させるために、通常の火花点火内燃機関よりも圧縮比を高めて、混合気を圧縮によって自己着火させるようにした圧縮自己着火内燃機関が従来より知られている。この圧縮自己着火内燃機関の圧縮比は、火花点火内燃機関の圧縮比よりは高く、ディーゼル機関の圧縮比より低く設定される。圧縮自己着火内燃機関は、混合気の燃焼形態がディーゼル機関とは異なるため、燃焼温度が比較的低く、ＮＯｘの排出量が少ないという利点を有する。
【０００３】
圧縮自己着火内燃機関では、混合気の着火を確実にするために排気の熱を利用しており、その一手法である内部ＥＧＲ（排気還流）導入手法として、排気弁の閉弁時期を排気行程中に設定するとともに、吸気弁の開弁時期を吸気行程中に設定することにより、吸排気弁のバルブタイミングに負のオーバラップ期間を設けることが行われる。特許文献１には、さらに着火を確実にするために、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を設け、前記負のオーバラップ期間において燃料を噴射する手法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３７７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の燃料噴射時期の設定では、排気弁を閉弁した後の燃焼室内の圧力が上昇しているときに燃料が噴射されるため、噴射された燃料の分布に偏りが生じ、均質な燃料の活性化効果が得られない。また、負のオーバラップ期間中に燃料を噴射させるため、燃料を活性化させるための時間が少ない。そのため、自己着火の促進効果が小さいという課題があった。
【０００６】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、燃料噴射時期をより適切に制御し、圧縮自己着火内燃機関における着火をより確実にすることができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、排気弁の閉弁時期を排気行程中に設定するとともに、吸気弁の開弁時期を吸気行程中に設定することが可能な圧縮自己着火内燃機関の制御装置において、前記排気弁の開弁期間中に燃料噴射を実行するように前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射時期制御手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、排気弁の開弁期間中に燃焼室内に直接燃料が噴射されるので、ピストン位置が比較的低く、かつ燃焼室内の圧力が大気圧どほぼ同等の状態で燃料が噴射される。したがって、ピストン位置が高く燃焼室内の圧力が高い状態で噴射する場合に比べて、噴射された燃料が均質化し易く、また負のオーバラップ期間中の圧力上昇過程の初期の段階から燃料の活性化が進行していく。その結果、噴射された燃料をより確実に着火させることが可能となる。
【０００９】
また、前記燃料噴射時期制御手段は、前記燃料噴射の実行時期を、前記排気弁のリフト量が最大となる時期より後に設定することが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）の構成を示す図である。エンジン１０は、シリンダブロック８及びシリンダヘッド４を結合して構成され、シリンダブロック８には、ピストン７が摺動可能に設けられている。シリンダブロック８、ピストン７及びシリンダヘッド４に囲まれて、燃焼室９が構成されている。シリンダヘッド４には、吸気ポート２及び排気ポート１１が設けられている。吸気ポート２が燃焼室９に開口する部分には、吸気弁５が設けられ、排気ポート１１が燃焼室９に開口する部分には、排気弁６が設けられている。吸気弁５及び排気弁６は、電磁駆動機構１２により駆動される電磁駆動弁であり、開弁時期及び閉弁時期を任意に設定することができる。電磁駆動型の吸排気弁は、例えば特開２０００−２８３３１６号公報などに示されている。
【００１１】
シリンダヘッド４には、燃焼室９内に直接燃料を噴射する第１燃料噴射弁１と、吸気ポート２内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁３とが設けられている。第１燃料噴射弁１及び第２燃料噴射弁３には、加圧された燃料が図示しない燃料通路を介して供給される。
【００１２】
第１燃料噴射弁１及び第２燃料噴射弁３は、図２に示すように電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２１に電気的に接続されており、燃料噴射時期及び燃料噴射時間がＥＣＵ２１により制御される。ＥＣＵ２１は、電磁駆動機構１２に接続されており、吸気弁５及び排気弁６の開閉弁制御を行う。
【００１３】
ＥＣＵ２１には、エンジン１０のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２２が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ２１に供給される。クランク角度位置センサ２２は、エンジン１０の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ２１に供給される。これらのパルスは、吸排気弁の開弁期間、燃料噴射時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００１４】
またＥＣＵ２１には、エンジン１０により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２３が接続されており、その検出信号はＥＣＵ２１に供給される。
【００１５】
ＥＣＵ２１は、アクセルペダル操作量ＡＰに応じてエンジンの要求出力トルクＴＲＱを算出し、該要求出力トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第１燃料噴射弁１及び第２燃料噴射弁３の燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ１，ＣＡＩＮＪ２、及び燃料噴射時間ＴＯＵＴ１，ＴＯＵＴ２を算出する。そして、算出された燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ１，ＣＡＩＮＪ２、及び燃料噴射時間ＴＯＵＴ１，ＴＯＵＴ２に応じて、第１燃料噴射弁１及び第２燃料噴射弁３の作動制御が行われる。本実施形態では、第１燃料噴射弁１により補助噴射が実行され、第２燃料噴射弁３により主噴射が実行される。
【００１６】
さらにＥＣＵ２１は、要求出力トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて吸気弁５及び排気弁６の開弁時期及び閉弁時期を決定し、吸気弁５及び排気弁６の駆動制御を行う。
【００１７】
図３（ａ）は、吸排気弁のリフト特性を示す図であり、同図（ｂ）は、燃焼室内の圧力ＰＣＹＬの推移を示す図である。これらの図において、「ＢＤＣ」はピストン７が下死点（Ｂｏｔｔｏｍ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）にあるクランク角度位置に対応し、「ＴＤＣ」は、ピストン７が上死点（Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）にあるクランク角度位置に対応する。また図３（ａ）において、曲線Ｌ１が排気弁６のリフト特性を示し、曲線Ｌ２が吸気弁５のリフト特性を示す。この図に示すように、本実施形態では、排気の一部を燃焼室９内に残すために、排気弁６の閉弁時期ＣＡＥＣが、排気行程の途中に設定され、吸気弁３の開弁時期ＣＡＩＯが吸気行程の途中に設定されている。すなわち、吸排気弁の開弁期間に負のオーバラップ期間ＴＮＯＬが設けられている。そして、第１燃料噴射弁１による第１燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ１は、排気弁６の開弁期間中であって、同図（ａ）のクランク角度範囲ＲＣＡＩＪＣに設定されている。また、第２燃料噴射弁３による第２燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ２は、負のオーバラップ期間ＴＮＯＬ中に設定されている。
【００１８】
なお第１燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ１は、排気弁６のリフト量が最大となる角度位置ＣＡＬＭＡＸより後（遅角側）であって、排気弁６の閉弁時期ＣＡＥＣより前（進角側）に設定されることが望ましい。排気弁６の開弁期間中に燃料噴射を行うため、噴射した燃料のうち一部がそのまま排出される。排気弁６のリフト量が最大となる角度位置ＣＡＬＭＡＸより後に燃料噴射時期を設定することにより、噴射された燃料がそのまま排出される量を抑制することができる。
【００１９】
第１燃料噴射弁１による第１燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ１を、排気弁６の開弁期間中に設定することにより、以下のような効果を奏する。すなわち、ピストン７の位置が比較的低く（下死点に近く）、燃焼室内の圧力が大気圧どほぼ同等の状態（図３（ｂ）参照）で燃料が噴射されるので、ピストン位置が高く（上死点に近く）燃焼室内の圧力が高い状態で噴射する場合に比べて、噴射された燃料が均質化し易い。さらに、負のオーバラップ期間ＴＮＯＬ中の圧力上昇過程（排気弁６の閉弁時期ＣＡＥＣ〜排気ＴＤＣ）の初期の段階から燃料の活性化が進行していくので、噴射された燃料をより確実に着火させることが可能となる。
【００２０】
本実施形態では、ＥＣＵ２１が燃料噴射時期制御手段を構成する。
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、第１燃料噴射弁１及び第２燃料噴射弁３を設け、第１燃料噴射弁１により補助噴射を行い、第２燃料噴射弁３により主噴射を行うようにしたが、第２燃料噴射弁３を設けずに、第１燃料噴射弁１のみを設けて、上述したような燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ１において燃料噴射を実行し、必要な燃料量を全部噴射するようにしてもよい。
【００２１】
また吸気弁５及び排気弁６の駆動機構は、電磁駆動式のものに限るものではなく、カム駆動式のものであってもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、排気弁の開弁期間中に燃焼室内に直接燃料が噴射されるので、ピストン位置が比較的低く、かつ燃焼室内の圧力が大気圧どほぼ同等の状態で燃料が噴射される。したがって、ピストン位置が高く燃焼室内の圧力が高い状態で噴射する場合に比べて、噴射された燃料が均質化し易く、また負のオーバラップ期間中の圧力上昇過程の初期の段階から燃料の活性化が進行していく。その結果、噴射された燃料をより確実に着火させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構成を示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関を制御する制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】燃料噴射の実行時期を説明するための図である。
【符号の説明】
１  第１燃料噴射弁
２  吸気ポート
５  吸気弁
６  排気弁
７  ピストン
９  燃焼室
１０  内燃機関
１２  電磁駆動機構
２１  電子制御ユニット（燃料噴射時期制御手段）
２２  クランク角度位置センサ
【図１】
2004308558.tif 000003
【図２】
2004308558.tif 000004
【図３】
2004308558.tif 000005