(57)【要約】【課題】ノッキングの起こりやすい領域で、ノッキングの発生を抑制しつつトルクを向上すること。【解決手段】内燃機関の吸気通路内へ燃料を噴射するポート噴射弁と、前記内燃機関の燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関を制御するにあたり、まず、内燃機関の負荷率が所定の値以上、かつ、内燃機関の機関回転数が所定回転数以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。前記条件を満たす場合には、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁との両方で燃料を噴射するように両噴射弁の噴射割合を決定するとともに、内燃機関の圧縮行程で筒内噴射弁から燃料を噴射するように、筒内噴射弁の燃料噴射時期を決定する（ステップＳ１０２）。そして、決定した燃料噴射時期及び燃料噴射割合で、ポート噴射弁及び筒内噴射弁から燃料を噴射する（ステップＳ１０３）。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路内へ燃料を噴射するポート噴射弁と、前記内燃機関の燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関を制御するものであり、
前記内燃機関の運転条件が、均質燃焼運転時であって、前記内燃機関の負荷が所定の値以上、かつ、前記内燃機関の機関回転数が所定回転数以下であるか否かを判定する手順と、
前記の運転条件を満たす場合には、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁との両方で燃料を噴射するとともに、前記内燃機関の圧縮行程で前記筒内噴射弁から燃料を噴射する手順と、
を含むことを特徴とする内燃機関の運転制御方法。
【請求項２】
前記筒内噴射弁の噴射割合が小さくなるにしたがって、前記筒内噴射弁による燃料噴射時期を、点火上死点を基準として遅角側に移行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の運転制御方法。
【請求項３】
内燃機関の吸気通路内へ燃料を噴射するポート噴射弁と、前記内燃機関の燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関を制御するものであり、
前記内燃機関の運転条件が、均質燃焼運転時であって、前記内燃機関の負荷が所定の値以上、かつ、前記内燃機関の機関回転数が所定回転数以下であるか否かを判定する運転条件判定部と、
前記の運転条件を満たす場合には、前記内燃機関の圧縮行程で前記筒内噴射弁から燃料を噴射するように前記筒内噴射弁の燃料噴射時期を決定する燃料噴射時期決定部と、
前記筒内噴射弁と、前記ポート噴射弁との燃料噴射割合を決定する燃料噴射割合決定部と、
前記燃料噴射割合決定部が決定した噴射割合で、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁との両方で燃料を噴射させる燃料噴射制御部と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射時期決定部は、前記筒内噴射弁の噴射割合が小さくなるにしたがって、前記筒内噴射弁による燃料噴射時期を、点火上死点を基準として遅角側に移行させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項５】
気筒内を往復運動するピストンと、
前記気筒の燃焼室内へ空気を供給する吸気通路へ燃料を噴射するポート噴射弁と、
均質燃焼運転時であって、負荷が所定の値以上、かつ、機関回転数が所定回転数以下である場合には、全燃料噴射量のうち所定の割合の燃料を、圧縮行程で前記燃焼室へ直接噴射する筒内噴射弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
前記筒内噴射弁は、その噴射割合が小さくなるにしたがって、燃料噴射時期が、点火上死点を基準として遅角側に移行することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記ピストンの頂部には、前記筒内噴射弁から燃料が噴射されるキャビティが形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記ピストンの頂部には、複数のキャビティが形成されるとともに、複数の前記キャビティの境界には突起部が設けられることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記ピストンの頂部には、前記筒内噴射弁から燃料が噴射されるキャビティが形成されるとともに、
前記筒内噴射弁は、その噴射軸が、前記ピストンの中心軸を通る中心線に対して傾いて設けられることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記ピストンの頂部には、前記筒内噴射弁から燃料が噴射されるとともに、前記ピストンの径方向であって前記筒内噴射弁側に向かって突き出す突起を備えるキャビティが形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の運転制御に関し、さらに詳しくは、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを備える内燃機関に対する燃料噴射制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内に直接燃料を噴射して点火する、いわゆる直噴の内燃機関は、圧縮行程中に直接燃料を噴射して、点火プラグ付近に燃料噴霧をとどめて着火しやすい混合気を形成し、その周りの空気層と分離、すなわち成層化する。この状態で点火プラグ付近の混合気に点火して燃焼させ、いわゆる成層燃焼の下で運転することで、超希薄燃焼運転を実現できる。これにより、内燃機関の燃費を向上させるとともに、ＣＯ2の排出量を低減させることができる。
【０００３】
また、直噴の内燃機関は、吸気行程中に気筒内へ直接燃料を噴射して気筒内へ燃料を拡散させ、均質の混合気を形成して燃焼させる、いわゆる均質燃焼の下で運転することができる。均質燃焼領域では、吸気行程中に気筒内へ直接噴射した燃料の気化熱によって吸入空気をより冷却できるので、充填効率を高めることができる。これにより、直噴の内燃機関の均質燃焼領域における運転では高出力を得ることもできる。このような利点から、近年、直噴の火花点火式内燃機関が注目されており、実用化されている。
【０００４】
直噴の内燃機関が均質燃焼で運転される場合には、特に高出力、あるいは高負荷時において供給される燃料の量が多くなるので、燃料の気化が間に合わず、均質燃焼の不良を招き、トルクを低下させる場合がある。かかる問題点を解決するため、特許文献１には、気筒内へ直接燃料を噴射する主燃料噴射弁と、吸気ポートへ燃料を噴射する副燃料噴射弁とを備え、それぞれの燃料噴射量の分担率を、エンジンの運転状態に基づいて可変に設定するエンジンの燃料噴射制御技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、均質燃焼運転時においては、吸気行程で筒内噴射弁から燃料が噴射される。上記特許文献１に開示されているエンジンの燃料噴射制御技術でもこの点は同様であり、均質燃焼運転時においては、吸気行程で筒内噴射弁から燃料が噴射される。しかし、内燃機関が高負荷かつ低中速回転で運転されている場合には、内燃機関にノッキングが発生しやすい。従来技術や特許文献１に開示されている技術では、ノッキングを抑制しようとすると内燃機関のトルクを犠牲にしてしまう。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備える内燃機関において、ノッキングの発生しやすい運転領域において、ノッキングの発生を抑制しつつトルクを向上できる内燃機関の運転制御方法及び内燃機関運転制御装置、並びに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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御方法は、内燃機関の吸気通路内へ燃料を噴射するポート噴射弁と、前記内燃機関の燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関を制御するものであり、前記内燃機関の運転条件が、均質燃焼運転時であって、前記内燃機関の負荷が所定の値以上、かつ、前記内燃機関の機関回転数が所定回転数以下であるか否かを判定する手順と、前記の運転条件を満たす場合には、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁との両方で燃料を噴射するとともに、前記内燃機関の圧縮行程で前記筒内噴射弁から燃料を噴射する手順と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の運転制御方法は、ノッキングの発生しやすい高負荷かつ低中速回転の領域においては、筒内噴射弁とポート噴射弁とから燃料を噴射するとともに、筒内噴射弁からは圧縮行程で燃料を噴射する。これにより、燃焼室内の混合気の燃焼速度を向上させることができるので、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつトルクを向上できる。
【０００９】
次の本発明に係る内燃機関の制御方法は、前記内燃機関の制御方法において、前記筒内噴射弁の噴射割合が小さくなるにしたがって、前記筒内噴射弁による燃料噴射時期を、点火上死点を基準として遅角側に移行することを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関の運転制御方法は、前記内燃機関の運転制御方法と同様の構成を備えるので、前記内燃機関の運転制御方法と同様の作用・効果を奏する。さらに、この内燃機関の運転制御方法は、筒内噴射弁の噴射割合が小さくなるにしたがって、前記筒内噴射弁による燃料噴射時期を、点火上死点を基準として遅角側に移行させる。これによって、筒内噴射弁の燃料噴射割合が相対的に小さくなっても、燃焼室内の混合気の燃焼速度を向上させることができるので、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつトルクを向上できる。
【００１１】
次の本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気通路内へ燃料を噴射するポート噴射弁と、前記内燃機関の燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関を制御するものであり、前記内燃機関の運転条件が、均質燃焼運転時であって、前記内燃機関の負荷が所定の値以上、かつ、前記内燃機関の機関回転数が所定回転数以下であるか否かを判定する運転条件判定部と、前記の運転条件を満たす場合には、前記内燃機関の圧縮行程で前記筒内噴射弁から燃料を噴射するように前記筒内噴射弁の燃料噴射時期を決定する燃料噴射時期決定部と、前記筒内噴射弁と、前記ポート噴射弁との燃料噴射割合を決定する燃料噴射割合決定部と、前記燃料噴射割合決定部が決定した噴射割合で、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁との両方で燃料を噴射させる燃料噴射制御部と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１２】
この内燃機関の運転制御装置は、ノッキングの発生しやすい高負荷かつ低中速回転の領域においては、筒内噴射弁とポート噴射弁とから燃料を噴射するとともに、筒内噴射弁からは圧縮行程で燃料を噴射させる。これにより、燃焼室内の混合気の燃焼速度を向上させることができるので、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつトルクを向上できる。
【００１３】
次の本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射時期決定部は、前記筒内噴射弁の噴射割合が小さくなるにしたがって、前記筒内噴射弁による燃料噴射時期を、点火上死点を基準として遅角側に移行させることを特徴とする。
【００１４】
この内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置と同様の構成を備えるので、前記内燃機関の運転制御装置と同様の作用・効果を奏する。さらに、この内燃機関の運転制御装置は、筒内噴射弁の噴射割合が小さくなるにしたがって、前記筒内噴射弁による燃料噴射時期を、点火上死点を基準として遅角側に移行させる。これによって、筒内噴射弁の燃料噴射割合が相対的に小さくなっても、燃焼室内の混合気の燃焼速度を向上させることができるので、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつトルクを向上できる。
【００１５】
次の本発明に係る内燃機関は、気筒内を往復運動するピストンと、前記気筒の燃焼室内へ空気を供給する吸気通路へ燃料を噴射するポート噴射弁と、均質燃焼運転時であって、負荷が所定の値以上、かつ、機関回転数が所定回転数以下である場合には、全燃料噴射量のうち所定の割合の燃料を、圧縮行程で前記燃焼室へ直接噴射する筒内噴射弁と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
この内燃機関は、ノッキングの発生しやすい高負荷かつ低中速回転の領域においては、筒内噴射弁とポート噴射弁とから燃料を噴射するとともに、筒内噴射弁からは圧縮行程で燃料を噴射する。これにより、燃焼室内の混合気の燃焼速度を向上させることができるので、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつトルクを向上できる。
【００１７】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記筒内噴射弁は、その噴射割合が小さくなるにしたがって、燃料噴射時期が、点火上死点を基準として遅角側に移行することを特徴とする。
【００１８】
この内燃機関は、前記内燃機関と同様の構成を備えるので、前記内燃機関と同様の作用・効果を奏する。さらに、この内燃機関は、筒内噴射弁の噴射割合が小さくなるにしたがって、前記筒内噴射弁による燃料噴射時期が、点火上死点を基準として遅角側に移行する。これによって、筒内噴射弁の燃料噴射割合が相対的に小さくなっても、燃焼室内の混合気の燃焼速度を向上させることができるので、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつトルクを向上できる。
【００１９】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記ピストンの頂部には、前記筒内噴射弁から燃料が噴射されるキャビティが形成されていることを特徴とする。
【００２０】
この内燃機関は、前記内燃機関と同様の構成を備えるので、前記内燃機関と同様の作用・効果を奏する。さらに、この内燃機関は、ピストンの頂部に形成されたキャビティに筒内噴射弁から噴射された燃料噴霧が噴射され巻き上げられて燃焼室内の混合気を攪拌するので、燃焼速度をより向上させることができる。これにより、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつ、よりトルクを向上できる。
【００２１】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記ピストンの頂部には、複数のキャビティが形成されるとともに、複数の前記キャビティの境界には突起部が設けられることを特徴とする。
【００２２】
この内燃機関は、前記内燃機関と同様の構成を備えるので、前記内燃機関と同様の作用・効果を奏する。さらに、この内燃機関は、ピストンの頂部に形成されたキャビティに突起部が設けられている。筒内噴射弁から噴射された燃料噴霧は、このキャビティに吹き込まれ巻き上げられて燃焼室内の混合気を攪拌するとともに、突起部により燃料の微硫化が促進されるので、燃焼速度をさらに向上させることができる。これにより、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつ、よりトルクを向上できる。
【００２３】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記ピストンの頂部には、前記筒内噴射弁から燃料が噴射されるキャビティが形成されるとともに、前記筒内噴射弁は、その噴射軸が、前記ピストンの中心軸を通る中心線に対して傾いて設けられることを特徴とする。
【００２４】
この内燃機関は、前記内燃機関と同様の構成を備えるので、前記内燃機関と同様の作用・効果を奏する。さらに、この内燃機関は、ピストンの頂部に形成されたキャビティに、噴射軸が傾斜した筒内噴射弁から燃料が噴射される。これにより燃料噴霧のスワール流を形成して燃焼室内の混合気を攪拌するので、燃焼速度をより向上させることができる。これにより、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつ、よりトルクを向上できる。
【００２５】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記ピストンの頂部には、前記筒内噴射弁から噴射される燃料が噴射されるとともに、前記ピストンの径方向であって前記筒内噴射弁側に向かって突き出す突起を備えるキャビティが形成されていることを特徴とする。
【００２６】
この内燃機関は、前記内燃機関と同様の構成を備えるので、前記内燃機関と同様の作用・効果を奏する。さらに、この内燃機関は、ピストンの頂部に形成されたキャビティに、筒内噴射弁側に向かって突き出す突起が設けられている。筒内噴射弁からの燃料噴霧はこのキャビティに向かって噴射され、スワール流を形成して燃焼室内の混合気を攪拌する。また、燃料噴霧が突起部に衝突することにより燃料の微硫化が促進されるので、燃焼速度をさらに向上させることができる。これにより、ノッキングの発生しやすい領域においても、ノッキングの発生を抑制しつつ、よりトルクを向上できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る内燃機関の運転制御方法及び内燃機関運転制御装置、並びに内燃機関は、ノッキングの発生しやすい運転領域で、ノッキングの発生を抑制しつつトルクを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、発明を実施するための最良の形態に記載した内容によって、本発明が限定されるものではない。また、下記実施例の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明は特にレシプロ式の内燃機関に対して好適に適用でき、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましい。
【実施例１】
【００２９】
図１は、実施例１に係る内燃機関の制御方法を適用した内燃機関の一例を示す説明図である。実施例１に係る内燃機関の制御方法の制御対象である内燃機関１は、ガソリンを燃料としたレシプロ式の内燃機関である。内燃機関１を駆動するための燃料Ｆは、吸気通路の一部である吸気ポート４内に燃料Ｆを噴射するポート噴射弁２と、気筒１ｓ内の燃焼室１ｂ内へ燃料Ｆを直接噴射する筒内噴射弁３とを備える。このように、内燃機関１は、ポート噴射弁２と筒内噴射弁３とから燃料が供給される、いわゆるデュアル噴射弁を備えるものであり、成層燃焼領域及び均質燃焼領域の両方で運転することができる。そして、内燃機関１は、その機関回転数ＮＥや負荷ＫＬに応じて、ポート噴射弁２及び筒内噴射弁３から噴射する燃料の噴射割合を変更することもできる。
【００３０】
エアクリーナ５０で塵やごみが除去された空気Ａは、エアフローセンサ４２で流量が測定される。そして、内燃機関１へ供給される空気は、吸気通路８の途中に設けられる電気スロットル弁５２のバタフライ弁５２ｂの開度によって、流量が制御される。電気スロットル弁５２は、エンジンＥＣＵ（Electronics Control Unit）２０によってバタフライ弁５２ｂの開度が制御される。エンジンＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ４３から取得したアクセル開度情報に基づき、内燃機関１へ供給する燃料の量と空気の量とを決定する。そして、決定した空気の量が内燃機関１に供給されるように、電気スロットル弁５２のバタフライ弁５２ｂの開度を制御する。なお、バタフライ弁５２ｂの開度情報をエンジンＥＣＵ２０が取得することにより、バタフライ弁５２ｂはフィードバック制御される。
【００３１】
電気スロットル弁５２を通過した空気Ａは、吸気ポート４へ導かれる。吸気ポート４から吸気弁５８を通って燃焼室１ｂ内に導入される空気Ａは、ポート噴射弁２又は筒内噴射弁３から噴射される燃料Ｆと混合気を形成し、この混合気が点火プラグ７からの火花により着火されて燃焼する。燃焼後の混合気は、排ガスＥＸとなって排気弁５９を通って排気通路９へ排出される。この排ガスＥＸは、排気通路９に設けられる触媒５１へ導かれ、ここで浄化されて空気中へ排出される。
【００３２】
混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動は、コネクティングロッドＣＲを介してクランク軸６に伝えられる。そして、ピストン５の往復運動はクランク軸６で回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。内燃機関１には、クランク軸６の回転角度を検出するクランク角センサ４１が取り付けられている。クランク角センサ４１の出力はエンジンＥＣＵ２０により取得され、この信号に基づいてポート噴射弁２や筒内噴射弁３が燃料Ｆを噴射する時期が制御される。内燃機関１のクランク軸６の回転数は、機関回転数ＮＥとして表される。内燃機関１の機関回転数ＮＥは、回転数センサ４４により検出され、エンジンＥＣＵ２０に取り込まれる。また、内燃機関１の気筒１ｓにはノックセンサ４５が取り付けられており、内燃機関１のノッキングを検出する。内燃機関１にノッキングが発生した場合、エンジンＥＣＵ２０がノックセンサ４５からノック検出信号を取得し、この信号に基づいて点火時期を遅角させて、ノッキングの発生を抑制する。すなわち、点火時期を、点火上死点側へ移行させる。
【００３３】
エンジンＥＣＵ２０は、クランク角センサ４１、アクセル開度センサ４３、エアフローセンサ４２、回転数センサ４４、ノックセンサ４５その他の各種センサ類が検出する出力信号を取得して、内燃機関１の運転を制御する。エンジンＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ４３の情報を基に内燃機関１の運転を制御する。内燃機関１の機関回転数ＮＥが低回転で、かつ負荷ＫＬが小さいときには、筒内噴射弁３により燃焼室１ｂ内へ直接燃料を噴射して成層燃焼させることにより、燃料消費を抑制する。それ以外の運転条件では、ポート噴射弁２により吸気ポート４内へ燃料を噴射して、いわゆる均質燃焼領域で運転する。ここで、ポート噴射弁２からは、吸気弁５８が閉じているときに吸気ポート４内へ燃料を噴射する。すなわち、いわゆる吸気非同期で、ポート噴射弁２からは燃料を噴射することになる。なお、均質燃焼領域においても、筒内噴射弁３から燃料を噴射することもある。この場合、原則として吸気行程で筒内噴射弁３から燃料を噴射する。
【００３４】
図２は、内燃機関の圧縮行程において、筒内噴射弁から燃料を噴射した状態を示す説明図である。図３は、内燃機関の熱発生率とクランク角との関係を示す説明図である。ここで、図３中の実線は、ポート噴射弁２と筒内噴射弁３とを用いるとともに、筒内噴射弁３からは圧縮行程で燃料を噴射した場合の発生熱量を示したものである。また、図３中の破線は、筒内噴射弁３のみを用いた場合の発生熱量であり、一点鎖線は、ポート噴射弁２のみを用いた場合の発生熱量である。
【００３５】
均質燃焼運転時であって、内燃機関１の負荷率（負荷）が高く、かつ低中回転領域においては、ノッキングが発生しやすい。このような領域では、ノッキングの発生を抑えるために、点火プラグ７による点火時期を遅角（点火上死点よりも早くなる方向）させる必要があり、その結果、内燃機関１のトルクが小さくなってしまう。このようなノッキングの発生しやすい運転領域では、図２に示すように、ポート噴射弁２と筒内噴射弁３とを備える内燃機関１の筒内噴射弁３から、全燃料噴射量のうち所定割合の燃料を圧縮行程で噴射する。すると、図３に示すように、ポート噴射弁２のみを用いた場合、あるいは筒内噴射弁３のみを用いた場合と比較して、発生熱量の立ち上がり及び立下りが鋭くなることがわかる。すなわち、圧縮行程で全燃料噴射量のうち所定割合の燃料を筒内噴射弁３から噴射すると、筒内噴射弁３又はポート噴射弁２のみで燃料を噴射した場合と比較して、燃焼室１ｂ内における混合気の燃焼速度が向上する。その結果、内燃機関１のトルクも向上する。
【００３６】
本発明者らは、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを備える内燃機関１について、筒内弁の燃料噴射時期及び燃料噴射割合に関して鋭意研究を続けた。その結果、本発明者らは、上記のように、均質燃焼運転時であって、内燃機関１の負荷率が高く、かつ低中回転領域において、圧縮行程で全燃料噴射量のうち所定割合の燃料を筒内噴射弁から噴射することで、燃焼室内の混合気の燃焼速度を向上させてトルクを向上させることができることを見出した。
【００３７】
図４は、筒内噴射弁の燃料噴射時期に対する燃焼室内における混合気の乱れを示す説明図である。燃料噴射時期は、点火上死点前（ＢＴＤＣ：Before Top Death Center）のクランク角で表している。図４中の実線及び破線は、ポート噴射弁２と筒内噴射弁３とで全燃料噴射量を分割して噴射するとともに、筒内噴射弁３からは圧縮行程で燃料を噴射した場合を示す。より具体的には、図４中の実線は、筒内噴射割合が８０％、かつＢＴＤＣ１３０度付近で燃料を噴射した場合における燃焼室１ｂ内の乱れの経過を示す。図４中の破線は、筒内噴射割合が２０％、かつＢＴＤＣ６０度付近度で燃料を噴射した場合における燃焼室１ｂ内の乱れの経過を示す。また、図４中の一点鎖線は、筒内噴射割合が１００％、すなわち筒内噴射弁３のみで全燃料を噴射し、かつＢＴＤＣ２００度付近で燃料を噴射した場合における燃焼室１ｂ内の乱れの経過を示す。乱れは相対値で表してあり、数値が大きいほど燃焼室１ｂ内の混合気が乱れていると判断する。なお、図４の結果は、数値シミュレーションによって得られたものである。また、点火時期ＳＰは、ＢＴＤＣ１０度前後である。
【００３８】
いずれの燃料噴射条件においても、燃料を燃焼室１ｂ内へ噴射してからクランク角で３０度程度経過したときに、噴射後燃焼室１ｂ内における混合気の乱れは頂点に達する。その後、燃焼室１ｂ内における混合気の乱れは点火時期ＳＰまで漸減する。ここで、点火時期ＳＰにおける混合気の乱れ（図４中Ｄで示す部分）に注目する。ポート噴射弁２と筒内噴射弁３とで全燃料噴射量を分割して噴射するとともに、筒内噴射弁３からは圧縮行程で燃料を噴射した場合、筒内噴射弁３のみで全燃料量を燃料した場合と比較して、点火時期ＳＰ近傍における燃焼室１ｂ内における混合気の乱れが大きくなることがわかる。これは、次の理由によるものと推定される。すなわち、燃焼室１ｂ内に導入されているポート噴射による均質混合気Ｇｍ（図２参照）に対して筒内噴射することにより、筒内噴射した燃料噴霧Ｆｍｓ（図２参照）が燃焼室１ｂ内の均質混合気Ｇｍを貫徹し、攪拌する。同時に、筒内噴射による燃料噴霧が周囲の均質混合気を巻き込むため、均質混合気及び筒内噴射による混合気の偏在が低減されることによる。これにより、均質混合気が十分に撹乱されて混合されるので、上述したように、燃焼速度が向上すると考えられる。本発明は、この燃焼室内における混合気の乱れを積極的に活用し、内燃機関１のトルクを向上させるものである。なお、筒内噴射した燃料噴霧Ｆｍｓが燃焼室１ｂ内の均質混合気Ｇｍを貫徹するためには、高貫徹力タイプの噴霧が形成できる筒内噴射弁３を用いる。例えば、ファンスプレーやスリットノズル等を用いることが好ましい。
【００３９】
筒内噴射弁３からの燃料噴射割合が大きい方（図４の例では８０％）が、燃焼室１ｂ内における均質混合気の乱れ度合いは大きくなる。しかし、燃料噴射割合が小さい場合（図４の例では２０％）であっても、より点火時期ＳＰに近い時期に筒内噴射弁３から燃料を噴射するようにすれば、筒内噴射弁３のみを用いた場合よりも燃焼室１ｂ内における混合気の乱れ度合いを大きくすることができる。
【００４０】
図５は、実施例１において、圧縮行程で筒内噴射弁から燃料を噴射する領域を示す説明図である。図５は、内燃機関のトルクと機関回転数との関係において、全燃料量の所定割合を筒内噴射弁３から圧縮行程で噴射する領域を示している。実施例１に係る内燃機関の運転制御は、均質燃焼運転時であって、機関回転数ＮＥが中回転以下、特に低回転の領域で、かつ内燃機関１の負荷率ＫＬｒが７５％以上の領域で適用することが好ましい。負荷率ＫＬｒが７５％以上の領域は、いわゆるＷＯＴ（Wide Open Throttle）の領域であり、内燃機関１は高負荷で運転されている。また、発生するトルクの大きさという観点から、実施例１に係る内燃機関の運転制御を適用するときの空燃比は１１〜１３が好ましく、さらには１２．５程度が好ましい。
【００４１】
このように、内燃機関１が高負荷かつ低中回転で運転されている場合には、内燃機関１にノッキングが発生しやすい。ノッキングが発生すると、内燃機関１を保護するため点火時期を遅角させるが、これにより内燃機関１のトルクは低下してしまう。実施例１に係る内燃機関の運転制御方法は、このようなノッキングの発生しやすい運転条件で特に有効であり、ノッキングの発生を抑制しつつ、内燃機関１のトルクを向上させることができる。また、過給をする場合にはノッキングが発生しやすくなるので、実施例１に係る内燃機関の運転制御は、ターボチャージャーやスーパーチャージャーを備える内燃機関の運転制御に好ましく適用できる。
【００４２】
図５に示す例において、機関回転数ＮＥは、内燃機関１の最高機関回転数をＮＥ4としたとき、最高機関回転数ＮＥ4の２／３程度の機関回転数ＮＥ3までの範囲が中回転に相当する。そして、最高機関回転数ＮＥ4の１／３程度の機関回転数ＮＥ2までの範囲が低回転に相当する。また、負荷率ＫＬｒは、ある機関回転数ＮＥT1の場合において内燃機関１が発生するトルクＴ１と、同じ機関回転数ＮＥT1においてアクセル開度が全開であるときに内燃機関１が発生する最大トルクＴｍａｘとの比Ｔ１／Ｔｍａｘをいう。なお実施例１においては、内燃機関１の負荷判定に負荷率ＫＬｒを用いるが、この他にも、内燃機関１の充填率（３５℃、１気圧において、ピストン下死点の空気質量に対し、どれだけの割合の空気が充填されているか）、Ｑ／Ｎ（１回転あたりの空気質量）、あるいはアクセル開度等により、内燃機関１の負荷を判定してもよい。
【００４３】
次に、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置について説明する。図６は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。実施例１に係る内燃機関の運転制御方法は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置１０によって実現できる。内燃機関の運転制御装置１０は、エンジンＥＣＵ２０に組み込まれて構成されている。なお、エンジンＥＣＵ２０とは別個に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置１０を用意し、これをエンジンＥＣＵ２０に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実現するにあたっては、エンジンＥＣＵ２０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の運転制御装置１０が利用できるように構成してもよい。
【００４４】
内燃機関の運転制御装置１０は、運転条件判定部１１と、燃料噴射時期決定部１２と、燃料噴射割合決定部１３と、燃料噴射制御部１４とを含んで構成される。これらが、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。運転条件判定部１１と、燃料噴射時期決定部１２と、燃料噴射割合決定部１３と、燃料噴射制御部１４とは、エンジンＥＣＵ２０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２９を介して接続される。これにより、運転条件判定部１１と、燃料噴射時期決定部１２と、燃料噴射割合決定部１３と、燃料噴射制御部１４とは、それぞれ双方向でデータをやり取りできるように構成される。なお、装置構成上の必要に応じて片方向でデータを送受信するようにしてもよい（以下同様）。
【００４５】
内燃機関の運転制御装置１０とエンジンＥＣＵ２０の処理部２０ｐと記憶部２０ｍとは、エンジンＥＣＵ２０に備えられる入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２９を介して接続されており、これらの間で相互にデータをやり取りすることができる。これにより、内燃機関の運転制御装置１０はエンジンＥＣＵ２０が有する内燃機関１の負荷や機関回転数その他の内燃機関の運転制御データを取得したり、内燃機関の運転制御装置１０の制御をエンジンＥＣＵ２０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
【００４６】
また、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２９には、クランク角センサ４１、エアフローセンサ４２、アクセル開度センサ４３その他の、内燃機関１の運転に関する情報を取得するセンサ類が接続されている。これにより、エンジンＥＣＵ２０や内燃機関の運転制御装置１０は、内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。また、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２９には、電気スロットル弁５２やポート噴射弁２や筒内噴射弁３の燃料噴射レート及び燃料噴射時期を制御する噴射弁制御装置その他の、内燃機関１の制御対象が接続されている。そして、内燃機関１の運転に関する情報を取得するセンサ類からの信号に基づき、エンジンＥＣＵ２０の処理部２０ｐがこれらの動作が制御される。
【００４７】
記憶部２０ｍには、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法の処理手順を含むコンピュータプログラムや、内燃機関１の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部２０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、内燃機関の運転制御装置１０やエンジンＥＣＵ２０の処理部２０ｐは、メモリ及びＣＰＵにより構成することができる。
【００４８】
上記コンピュータプログラムは、運転条件判定部１１や燃料噴射時期決定部１２等へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法の処理手順を実現できるものであってもよい。この内燃機関の運転制御装置１０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、運転条件判定部１１、燃料噴射時期決定部１２、燃料噴射割合決定部１３及び燃料噴射制御部１４の機能を実現するものであってもよい。次に、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法について説明する。この説明においては、適宜図１〜図６を参照されたい。
【００４９】
図７は、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の手順を示すフローチャートである。実施例１に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、内燃機関の運転制御装置１０が備える運転条件判定部１１は、内燃機関１の負荷率ＫＬｒが所定値以上であるか否か、そして、機関回転数ＮＥが低中回転数であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。負荷率ＫＬｒを判定する所定値は、負荷率ＫＬｒ＝７５％以上とする。このような条件においてはノックが発生しやすく、ノックの発生を抑えようとすると点火時期ＳＰを遅角しなければならず、トルクを低下させることになる。このような運転条件において、実施例１に係る内燃機関の運転制御を実行すると、燃焼速度を向上させてノックを抑制できるので、点火時期ＳＰを進角させることができる。これにより、ノックを抑制しつつ、トルクを向上させることができる。
【００５０】
内燃機関１の負荷率ＫＬｒが所定値未満、又は機関回転数ＮＥが高回転数の少なくとも一方が成立する場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、内燃機関の運転制御装置１０は引き続き内燃機関１の運転状態を監視する。このときは、成層燃焼領域あるいは均質燃焼領域における運転となる。成層燃焼領域では、圧縮行程において、筒内噴射弁３により全燃料を内燃機関１に噴射する。燃料噴射時期決定部１２は筒内噴射弁３の燃料噴射時期を決定し、燃料噴射割合決定部１３は筒内噴射弁３の燃料噴射割合（この場合は１００％）を決定する。そして、燃料噴射制御部１４は、この燃料噴射時期及び燃料噴射割合で筒内噴射弁３から燃料を噴射させる。
【００５１】
均質燃焼領域では、ポート噴射弁２単独で、あるいはポート噴射弁２と筒内噴射弁３とを併用して内燃機関１に燃料を噴射する。ポート噴射弁２と筒内噴射弁３とを併用する場合、筒内噴射弁３からは吸気行程で内燃機関１に燃料を噴射する。そして、ポート噴射弁２と筒内噴射弁３との噴射割合は、内燃機関１の負荷率ＫＬｒや機関回転数ＮＥ等に応じて決定する。燃料噴射時期決定部１２は筒内噴射弁３の燃料噴射時期を決定し、燃料噴射割合決定部１３は筒内噴射弁３の燃料噴射割合を決定する。そして、燃料噴射制御部１４は、この燃料噴射時期及び燃料噴射割合でポート噴射弁２から、あるいはポート噴射弁２と筒内噴射弁３とから燃料を噴射させる。
【００５２】
内燃機関１の負荷率ＫＬｒが所定値以上であり、かつ機関回転数ＮＥが低中回転数である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、燃料噴射時期決定部１２は、筒内噴射弁３の燃料噴射時期を決定するとともに、燃料噴射割合決定部１３は、筒内噴射弁３の燃料噴射割合を決定する（ステップＳ１０２）。この方法について説明する。図８−１は、筒内噴射弁の燃料噴射時期と機関回転数とのマップを示す説明図である。図８−２は、筒内噴射弁の燃料噴射割合と燃料噴射時期とのマップを示す説明図である。
【００５３】
実施例１においては、圧縮行程で筒内噴射弁３から燃焼室１ｂ内へ燃料を噴射する。機関回転数ＮＥが低いとき、筒内噴射弁３から噴射された燃料が、燃焼室１ｂ内で混合気を形成するための時間がある程度確保できる。このため、機関回転数ＮＥが低いときには、圧縮行程のより遅い時期、すなわち点火上死点に近い時期に燃料を噴射することができる。一方、機関回転数ＮＥが高くなると、筒内噴射弁３から噴射された燃料が、燃焼室１ｂ内で混合気を形成するための時間が短くなる。このため、機関回転数が高いときには、圧縮行程のより早い時期、すなわち点火上死点よりも離れた時期に燃料を噴射する。図８−２は、この関係を示した筒内噴射時期決定マップ６０である。この筒内噴射時期決定マップ６０では、機関回転数ＮＥが高くなるにしたがって、筒内噴射弁３の燃料噴射時期（筒内噴射時期）は、進角側へ移行するようになっている。筒内噴射弁３による燃料噴射時期を決定するにあたり、燃料噴射時期決定部１２は、取得した機関回転数ＮＥを、この筒内噴射時期決定マップ６０へ与え、その機関回転数ＮＥに対応した筒内噴射時期を決定する。
【００５４】
上述したように、筒内噴射弁３の噴射割合が低い場合でも、筒内噴射弁３による燃料噴射時期を点火時期ＳＰに近づければ、燃焼室１ｂ内における混合気の乱れを大きくすることができる。一方、筒内噴射弁３による燃料噴射時期が圧縮行程の初期に近くなった場合には、筒内噴射弁３の噴射割合を大きくしないと、点火時期ＳＰにおける燃焼室１ｂ内の混合気の乱れを大きくすることはできない。したがって、筒内噴射弁３の燃料噴射時期が圧縮行程の初期（ＢＴＤＣ１８０度近傍）へ移行するにしたがって、筒内噴射弁３の噴射割合を大きくする。図８−２に示す、噴射割合決定マップ６１は、このように構成されている。筒内噴射弁３の燃料噴射割合を決定するにあたっては、燃料噴射割合決定部１３が、燃料噴射時期決定部１２が決定した筒内噴射時期を取得し、この筒内噴射時期を噴射割合決定マップ６１へ与えて、筒内噴射弁３の燃料噴射割合を決定する。なお、筒内噴射時期決定マップ６０及び噴射割合決定マップ６１は、エンジンＥＣＵ２０の記憶部２０ｍへ格納されている。
【００５５】
ここでは、機関回転数ＮＥに応じて筒内噴射弁３の燃料噴射時期を決定して、この燃料噴射時期に応じた筒内噴射弁３の燃料噴射割合を決定したが、筒内噴射弁３の燃料噴射割合及び燃料噴射時期を予め一定値に定めておいてもよい。また、筒内噴射弁３の燃料噴射割合を予め決定しておいて、機関回転数ＮＥに応じて燃料噴射時期を変更してもよい。あるいは、筒内噴射弁３の燃料噴射時期を予め決定しておいて、機関回転数ＮＥに応じて燃料噴射割合を変更してもよい。さらには、機関回転数ＮＥに応じて筒内噴射弁３の噴射割合を決定し、この燃料噴射割合に応じて筒内噴射弁３の燃料噴射時期を決定してもよい。なお、筒内噴射弁３の燃料噴射時期や燃料噴射割合の決定には、機関回転数ＮＥを決定パラメータとする他、内燃機関１の負荷率ＫＬｒやノックセンサ４５の信号、その他の情報を決定パラメータとしてもよい。
【００５６】
上記いずれの方法による場合でも、運転条件判定部１１が内燃機関１の負荷率ＫＬｒが所定値以上であるか否か、そして、機関回転数ＮＥが低中回転数であるか否かを判定した結果に基づき、燃料噴射時期決定部１２が筒内噴射弁３の燃料噴射時期を決定し、燃料噴射割合決定部１３が筒内噴射弁３の燃料噴射割合を決定する。筒内噴射弁３の燃料噴射時期及び燃料噴射割合を決定したら（ステップＳ１０２）、燃料噴射制御部１４は、その燃料噴射時期及び燃料噴射割合で筒内噴射弁３から燃料を噴射させる（ステップＳ１０３）。
【００５７】
図９−１は、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を適用した場合におけるトルクと点火時期との関係を示す説明図である。図９−２は、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を適用した場合における燃料消費率と点火時期との関係を示す説明図である。両図中の実線が、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を適用した場合であり、点線が筒内噴射弁３の燃料噴射割合が１００％の場合である。実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の条件は、筒内噴射弁３の燃料噴射割合が４０％で、燃料噴射時期がＢＴＤＣ１４０度である。
【００５８】
図９−１に示すように、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法では、筒内噴射割合１００％の場合よりもノッキング発生点（以下ノック点）が進角側に移行している。そして、ノック点同士で比較すると、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を適用した方が、ＳＴだけ大きいトルクを発生する。筒内噴射割合１００％の場合は、点火時期ＳＰをＢＴＤＣ１０度よりも遅角側にしないと内燃機関１を運転できないが、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法では、点火時期ＳＰをＢＴＤＣ１２度まで進角して運転できる。これにより、ノッキングの発生を避けて内燃機関１を運転する場合、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の方が、筒内噴射割合１００％の場合よりも大きいトルクを内燃機関１から発生させることができる。これにより、ノッキングの発生しやすい運転領域においては、ノッキングの発生を抑制しつつ、トルクを向上させることができる。また、図９−２からわかるように、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の方が、筒内噴射割合１００％の場合よりも燃料消費率を低く抑えることができる。
【００５９】
以上、実施例１によれば、ノッキングの発生しやすい低中速回転かつ高負荷の運転領域においては、ポート噴射弁と筒内噴射弁との両方から燃料を噴射するとともに、筒内噴射弁からは圧縮行程で燃料を噴射する。これにより、燃焼室内の混合気を攪拌し、乱すことができるので、燃焼室内における混合気の燃焼速度を向上させることができる。その結果、ノッキングの発生しやすい運転領域においても、ノッキングを抑制しつつ、トルクを向上させることができる。さらに、燃料消費率も低く抑えることができる。なお、実施例１の構成は、以下の実施例において適宜適用できる。また、実施例１と同様の構成を備える以上、実施例１と同様の作用、効果を奏する。
【実施例２】
【００６０】
実施例２に係る内燃機関は、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法あるいは運転制御装置により燃料噴射時期が制御されるとともに、ピストン頂部にキャビティを設け、このキャビティ内に向けて燃料を噴射することによって燃焼室内の均質混合気Ｇｍの乱れを促進し、混合気の燃焼速度をさらに向上させる点に特徴がある。
【００６１】
図１０−１、図１０−２は、実施例２に係る内燃機関のピストンを示す断面図である。この内燃機関１Ａは、筒内噴射弁３からの燃料噴霧Ｆｍｓが噴射されるキャビティ５ｃを、ピストン５ａの頂部５ａｔに備える。図１０−１に示すように、圧縮行程において、筒内噴射弁３からキャビティ５ｃに向かって噴射された燃料噴霧Ｆｍｓは、矢印７０の方向に巻き上げられる。そして、図１０−２に示すように、ピストン５ａが点火上死点へ移動する過程で、燃料噴霧はキャビティ５ｃ内で矢印７０の方向に旋回流を形成する。
【００６２】
これにより、ポート噴射弁２から噴射された燃料により形成されて、燃焼室１ｂ内に取り込まれている均質混合気Ｇｍの乱れを促進するとともに、筒内噴射弁３の燃料噴霧Ｆｍｓの混合を促進する。また、筒内噴射弁３から噴射された燃料は、キャビティ５ｃの底部に衝突して微粒化されるので、空気と筒内噴射弁３から噴射された燃料との混合も促進される。その結果、燃焼室１ｂ内における混合気の燃焼速度をより向上させて、ノックの発生を抑制しつつトルクを向上させることができる。
【００６３】
（変形例１）
実施例２の第１変形例に係る内燃機関は、実施例２に係る内燃機関１Ａと略同様の構成であるが、ピストン５ｂの頂部５ｂｔに形成されるキャビティの個数が複数個であり、キャビティ同士の境界に突起部が形成される点が異なる。他の構成は実施例２と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。
【００６４】
図１１−１、図１１−２は、実施例２の第１変形例に係る内燃機関のピストンを示す断面図である。図１１−１、図１１−２に示すように、この内燃機関１Ｂが備えるピストン５ｂの頂部５ｂｔには、第１キャビティ５ｃ1と第２キャビティ５ｃ2とが設けられている。そして、第１キャビティ５ｃ1と第２キャビティ５ｃ2との境界は、両キャビティの最大深さ部よりも盛り上がって突起部５ｔを形成する。
【００６５】
図１１−１に示すように、圧縮行程において、筒内噴射弁３からは、第１キャビティ５ｃ1及び第２キャビティ５ｃ2に向かって燃料が噴射される。このとき、突起部５ｔに燃料が衝突するように噴射することが好ましい。第１キャビティ５ｃ1及び第２キャビティ５ｃ2に噴射された燃料噴霧Ｆｍｓは、矢印７１、７２の方向に巻き上げられる。そして、図１１−２に示すように、ピストン５ｂが点火上死点へ移動する過程で、燃料噴霧は第１キャビティ５ｃ1及び第２キャビティ５ｃ2内で矢印７１、７２の方向に旋回流を形成する。
【００６６】
この二つの旋回流により、ポート噴射弁２から噴射された燃料により形成されて、燃焼室１ｂ内に取り込まれている均質混合気Ｇｍの乱れを促進するとともに、筒内噴射弁３の燃料噴霧Ｆｍｓの混合をさらに促進できる。また、筒内噴射弁３から噴射された燃料は、突起部５ｔに衝突することで微粒化されるので、空気と筒内噴射弁３から噴射された燃料との混合が促進される。その結果、燃焼室１ｂ内における混合気の燃焼速度をさらに向上させて、ノックの発生を抑制しつつトルクを向上させることができる。
【００６７】
（変形例２）
実施例２の第２変形例は、実施例２及びその第１変形例に係る内燃機関１Ａ、１Ｂと略同様の構成であるが、ピストン５ｄの頂部５ｄｔにキャビティ５ｃ3を形成するとともに、このキャビティ５ｃ3内で燃料噴霧Ｆｍｓがスワール流を形成するように、筒内噴射弁３から燃料を噴射する点が異なる。他の構成は実施例２と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。
【００６８】
図１２−１は、実施例２の第２変形例に係る内燃機関のピストンを示す平面図である。図１２−２は、図１２−１のＸ−Ｘ断面図である。図１２−１、図１２−２に示すように、この内燃機関１Ｄが備えるピストン５ｄの頂部５ｄｔには、キャビティ５ｃ3が設けられている。図１２−１に示すように、筒内噴射弁３の噴射軸ＺDIは、ピストン５ｄの中心軸Ｚｐを通る中心線Ｒに対して傾斜角θだけ傾いている。これにより、筒内噴射弁３から噴射された燃料噴霧Ｆｍｓは、ピストン５ｄの中心軸Ｚｐに対して傾斜角θだけ傾いて、キャビティ５ｃ3内へ入る。なお、筒内噴射弁３を傾斜させる代わりに、燃料噴射口を傾けることにより同様の傾斜角θを形成し、燃料噴霧Ｆｍｓを、ピストン５ｄの中心軸Ｚｐに対して傾斜角θだけ傾斜させることもできる。
【００６９】
これにより、図１２−１に示すように、キャビティ５ｃ3内では燃料噴霧Ｆｍｓが矢印７３の方向へ旋回して、内燃機関１Ｄの燃焼室内へスワール流を形成する。このスワール流により、ポート噴射弁２から噴射された燃料により形成されて、燃焼室内に取り込まれている均質混合気の乱れを促進するとともに、筒内噴射弁３の燃料噴霧Ｆｍｓの混合をさらに促進できる。また、筒内噴射弁３から噴射された燃料は、キャビティ５ｃ3内でスワール流を形成する過程で微粒化され、十分に空気と混合する。その結果、内燃機関１Ｅの燃焼室内における混合気の燃焼速度をより向上させて、ノックの発生を抑制しつつトルクを向上させることができる。
【００７０】
（変形例３）
実施例２の第３変形例は、実施例２の第２変形例に係る内燃機関１Ｄと略同様の構成であるが、ピストン５ｅの頂部５ｅｔにキャビティ５ｃ4を形成するとともに、ピストン５ｅの径方向であって筒内噴射弁３側に向かって突き出す突起部５ｔｒを備える点が異なる。他の構成は実施例２の第２変形例と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。
【００７１】
図１３−１は、実施例２の第３変形例に係る内燃機関のピストンを示す平面図である。図１３−２は、図１３−１のＹ−Ｙ断面図である。図１３−１、図１３−２に示すように、この内燃機関１Ｅが備えるピストン５ｅの頂部５ｅｔには、キャビティ５ｃ4が設けられている。図１４−１、図１４−２に示すように、キャビティ５ｃ4には、ピストン５ｅの径方向（ピストン５ｅの中心軸Ｚｐを通る中心線Ｒ方向）であって、筒内噴射弁３側に向かって突き出す突起部５ｔｒが形成されている。そして、圧縮行程において筒内噴射弁３からキャビティ５ｃ4に向かって噴射された燃料噴霧Ｆｍｓは、この突起部５ｔｒに衝突する。
【００７２】
これにより、図１３−１に示すように、キャビティ５ｃ4内では燃料噴霧Ｆｍｓが矢印７４、７５の方向へ旋回して、内燃機関１Ｅの燃焼室内へ２個のスワール流を形成する。このスワール流により、ポート噴射弁２から噴射された燃料により形成されて、燃焼室内に取り込まれている均質混合気の乱れを促進するとともに、筒内噴射弁３の燃料噴霧Ｆｍｓの混合をさらに促進できる。また、筒内噴射弁３から噴射された燃料は、キャビティ５ｃ4内に設けられた突起部５ｔｒに衝突して微粒化され、十分に空気と混合する。その結果、内燃機関１Ｅの燃焼室内における混合気の燃焼速度をより向上させて、ノックの発生を抑制しつつトルクを向上させることができる。
【００７３】
以上、実施例２及びその変形例では、ノッキングの発生しやすい低中速回転かつ高負荷の運転領域においては、ポート噴射弁と筒内噴射弁との両方から燃料を噴射するとともに、筒内噴射弁からは圧縮行程で燃料を噴射する。そして、ピストンの頂部に形成されたキャビティに向かって筒内噴射弁から燃料を噴射する。これにより、燃焼室内の混合気をさらに攪拌し、乱すことができるので、燃焼室内における混合気の燃焼速度をより向上させることができる。その結果、ノッキングの発生しやすい運転領域においても、ノッキングを抑制しつつ、よりトルクを向上させることができる。また、燃料消費率も低下させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明に係る内燃機関の運転制御方法及び内燃機関運転制御装置、並びに内燃機関は、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを備える内燃機関の運転に有用であり、特に、ノッキングの起こりやすい領域における運転に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】実施例１に係る内燃機関の制御方法及び制御装置を適用した内燃機関の一例を示す説明図である。
【図２】内燃機関の圧縮行程において、筒内噴射弁から燃料を噴射した状態を示す説明図である。
【図３】機関の熱発生率とクランク角との関係を示す説明図である。
【図４】筒内噴射弁の燃料噴射時期に対する燃焼室内における混合気の乱れを示す説明図である。
【図５】実施例１において、圧縮行程で筒内噴射弁から燃料を噴射する領域を示す説明図である。
【図６】実施例１に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。
【図７】実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の手順を示すフローチャートである。
【図８−１】筒内噴射弁の燃料噴射時期と機関回転数とのマップを示す説明図である。
【図８−２】筒内噴射弁の燃料噴射割合と燃料噴射時期とのマップを示す説明図である。
【図９−１】実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を適用した場合におけるトルクと点火時期との関係を示す説明図である。
【図９−２】実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を適用した場合における燃料消費率と点火時期との関係を示す説明図である。
【図１０−１】実施例２に係る内燃機関のピストンを示す断面図である。
【図１０−２】実施例２に係る内燃機関のピストンを示す断面図である。
【図１１−１】実施例２の第１変形例に係る内燃機関のピストンを示す断面図である。
【図１１−２】実施例２の第１変形例に係る内燃機関のピストンを示す断面図である。
【図１２−１】実施例２の第２変形例に係る内燃機関のピストンを示す平面図である。
【図１２−２】図１２−１のＸ−Ｘ断面図である。
【図１３−１】実施例２の第３変形例に係る内燃機関のピストンを示す平面図である。
【図１３−２】図１３−１のＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｄ、１Ｅ  内燃機関
１ｂ  燃焼室
１ｓ  気筒
２  ポート噴射弁
３  筒内噴射弁
４  吸気ポート
５ｃ、５ｃ1、５ｃ2、５ｃ3、５ｃ4  キャビティ
５、５ａ、５ｂ、５ｄ、５ｅ  ピストン
５ｔ  突起部
５ｔｒ  突起
５ａｔ、５ｂｔ、５ｄｔ、５ｅｔ  頂部
６  クランク軸
７  点火プラグ
８  吸気通路
９  排気通路
１０  運転制御装置
１１  運転条件判定部
１２  燃料噴射時期決定部
１３  燃料噴射割合決定部
１４  燃料噴射制御部
２０  エンジンＥＣＵ
【図１】
2005256675.tif 000003
【図２】
2005256675.tif 000004
【図３】
2005256675.tif 000005
【図４】
2005256675.tif 000006
【図５】
2005256675.tif 000007
【図６】
2005256675.tif 000008
【図７】
2005256675.tif 000009
【図８−１】
2005256675.tif 000010
【図８−２】
2005256675.tif 000011
【図９−１】
2005256675.tif 000012
【図９−２】
2005256675.tif 000013
【図１０−１】
2005256675.tif 000014
【図１０−２】
2005256675.tif 000015
【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１２−１】
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【図１２−２】
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【図１３−１】
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【図１３−２】
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