(57)【要約】【課題】  火花点火内燃機関の成層燃焼時に燃焼室内に噴射された燃料の気化が不十分となり、未燃ガスや微小粒子が排出される。【解決手段】  燃焼室１４の中央部に点火ギャップ２０が配された第１点火プラグ２１と、排気ポート１７側に偏って点火ギャップ２２が配された第２点火プラグ２３と、第１点火プラグ２１を挟んで第２点火プラグ２３の反対側から燃焼室１４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２４と、この燃料噴射弁２４から第２点火プラグ２３の点火ギャップ２２側へと至る燃料の噴射経路を増大するための窪み２７が形成されたピストン１１と、第１点火プラグ２１のみを点火させる第１の運転モード，第１および第２点火プラグ２１，２３を点火させる第２の運転モード，第２点火プラグ２３のみを点火させる第３の運転モードに応じて第１，第２点火プラグ２１，２３の点火および燃料噴射弁２４からの燃料の噴射時期を制御する制御装置とを具える。【選択図】  図１
2005171866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配される第１点火プラグと、
この第１点火プラグの点火ギャップに対し前記燃焼室に開口する排気ポート側に偏って点火ギャップが配される第２点火プラグと、
前記第１点火プラグを挟んで前記第２点火プラグの反対側から前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁と、
この筒内燃料噴射弁から噴射された燃料を前記第２点火プラグの点火ギャップ側へと導く窪みが前記燃焼室に臨む頂面に形成されたピストンと、
車両の運転モードに応じて前記第１，第２点火プラグの点火および前記筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期を制御する制御装置と
を具えた燃料噴射制御装置であって、前記運転モードは、前記第１点火プラグのみを点火させる第１の運転モードと、前記第１および第２点火プラグを点火させる第２の運転モードと、前記第２点火プラグのみを点火させる第３の運転モードとを有することを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記第２の運転モードにおける前記筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が吸気行程および圧縮行程に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室に連通する吸気通路内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁をさらに具え、
前記筒内およびポート燃料噴射弁の少なくとも一方が前記第１の運転モードにて用いられ、
少なくとも前記筒内燃料噴射弁が前記第２の運転モードにて用いられることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記第２の運転モードにて前記筒内燃料噴射弁と共にポート燃料噴射弁が用いられる場合、前記筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が圧縮行程に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記第１の運転モードにおける前記筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が吸気行程に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記第３の運転モードにおける前記筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が圧縮行程に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
内燃機関の燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配される第１点火プラグと、
この第１点火プラグに対し前記燃焼室に開口する吸気ポート側に偏って点火ギャップが配される第２点火プラグと、
この第２点火プラグを挟んで前記第１点火プラグの反対側から当該第２点火プラグの点火ギャップに向けて前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁と、
前記燃焼室に連通する吸気通路内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、
車両の運転モードに応じて前記第１，第２点火プラグの点火および前記筒内，ポート燃料噴射弁からの燃料の噴射時期を制御する制御装置と
を具えた燃料噴射制御装置であって、前記運転モードは、前記第１点火プラグおよび前記ポート燃料噴射弁を使用する第１の運転モードと、前記第１，第２点火プラグおよび前記筒内，ポート燃料噴射弁を使用する第２の運転モードと、前記第２点火プラグおよび前記筒内燃料噴射弁を使用する第３の運転モードとを有することを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記第２および第３の運転モードにおける前記筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が圧縮行程に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記筒内燃料噴射弁は、燃料を噴射してから所定時間経過後の燃料の噴射到達距離が短い低貫徹力タイプの燃料噴射弁であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
前記第１および第２点火プラグは、これらの本体を一体化したものであることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載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、車両の運転モードに応じた最適な燃焼を実現し得る火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃費を改善する手法の一つとして、空燃比をストイキオメトリから外れたリーン傾向に設定して希薄混合気を燃焼させる技術が知られている。この希薄燃焼技術において、点火プラグの点火ギャップの周囲に介在する混合気の燃料密度を他の部分よりも高めた状態で点火プラグを点火させ、混合気を燃焼させるようにした成層燃焼方式は、希薄混合気を燃焼させる場合の失火の危険性を回避することが可能であり、エンジン負荷が比較的小さな運転領域のみならず、エンジン負荷がより大きな運転領域においても採用することが可能である。この成層燃焼技術で重要となるのは、周囲よりも高濃度の燃料を含む混合気を点火プラグの点火ギャップの周囲に形成することと、全体として見た場合にリーン状態となる混合気を途中で失火させることなく、確実に燃焼を継続させることである。
【０００３】
特許文献１に記載された技術は、吸気行程時に吸気ポート内に燃料を噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成するために用いられるポート燃料噴射弁と、点火プラグの点火ギャップの周囲に相対的に高密度な燃料を含む混合気を形成するように、圧縮行程終了間際に燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁とを具え、この筒内燃料噴射弁から噴射された燃料を点火プラグの点火ギャップに導くための窪みをピストンの頂面に形成したものである。
【０００４】
特許文献２に記載された技術は、吸気行程時に燃焼室内に燃料を直接噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成するための筒内燃料噴射弁と、点火プラグの点火ギャップ周囲に相対的に高密度な燃料を含む混合気を形成するように、圧縮行程終了間際に燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁とを具え、この筒内燃料噴射弁から噴射された燃料を点火プラグの点火ギャップに導くための窪みをピストンの頂面に形成したものである。
【０００５】
アウディ社のＡ３(モデルＦＳＩ２.０)には、点火プラグの点火ギャップの周囲に相対的に高密度な燃料を含む混合気が形成されるように、圧縮行程終了間際に点火プラグの点火ギャップに向けて燃料を直接噴射する低貫徹力タイプの筒内燃料噴射弁が組み込まれている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６４４０９号公報
【特許文献２】特開２００１−２１４７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された技術において、吸気行程にてポート燃料噴射弁から吸気ポート内に燃料を噴射したり、特許文献２に開示された技術において、吸気行程にて筒内燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射して均質な混合気を燃焼室内に形成する場合、火炎伝播の対称性から燃焼室の径方向中央部から混合気を点火させれば良い。
【０００８】
これに対し、圧縮行程中に筒内燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を直接噴射して混合気の成層燃焼を行う場合、筒内燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室内の空気と共に点火プラグの点火ギャップへと巻き上げるための窪みをピストンの頂面に形成する必要がある。しかも、このような窪みを形成したとしても、筒内燃料噴射弁からピストンの窪みを介して点火プラグの点火ギャップへと至る燃料の噴射経路長が充分ではなく、特にエンジン回転速度が比較的大きな領域では燃料を完全に気化させることが困難である。この結果、成層燃焼時に燃焼室内に噴射された燃料の気化が不十分となり、未燃ガスや微小粒子（ＰＭ）が排出されてしまう可能性があった。
【０００９】
アウディ社のＡ３においては、筒内燃料噴射弁から点火プラグの点火ギャップに向けて燃料が直接噴射されるため、気化の不十分な燃料がピストンの頂面に付着しにくく、未燃ガスやＰＭの排出を抑制することができ、しかも燃焼のサイクル間変動も小さいという利点を有する。しかしながら、このＡ３に組み込まれた低貫徹力タイプの筒内燃料噴射弁は、燃焼室全体に均一な混合気を形成させるような機能を持っていないため、燃焼室全体に均一な混合気を形成させることができず、特にエンジン負荷の高い運転領域で問題となる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の形態は、内燃機関の燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配される第１点火プラグと、この第１点火プラグの点火ギャップに対し前記燃焼室に開口する排気ポート側に偏って点火ギャップが配される第２点火プラグと、前記第１点火プラグを挟んで前記第２点火プラグの反対側から前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁と、この筒内燃料噴射弁から噴射された燃料を前記第２点火プラグの点火ギャップ側へと導く窪みが前記燃焼室に臨む頂面に形成されたピストンと、車両の運転モードに応じて前記第１，第２点火プラグの点火および前記筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期を制御する制御装置とを具えた燃料噴射制御装置であって、前記運転モードは、前記第１点火プラグのみを点火させる第１の運転モードと、前記第１および第２点火プラグを点火させる第２の運転モードと、前記第２点火プラグのみを点火させる第３の運転モードとを有することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明において、第１の運転モードでは燃焼室内に均一な混合気が形成されるように筒内燃料噴射弁から燃料を噴射し、これを第１点火プラグにより燃焼させる。従って、エンジン負荷の比較的高い領域およびエンジン回転速度の比較的大きな領域で有効である。一方、第３運転モードでは第２点火プラグの点火ギャップ近傍に周囲よりも燃料濃度の高い混合気が形成されるように筒内燃料噴射弁から燃料を噴射し、これを第２点火プラグにより成層燃焼させる。従って、エンジン負荷の比較的小さな領域およびエンジン回転速度の比較的遅い領域で有効である。この場合、筒内燃料噴射弁から窪みを通って第２点火プラグの点火ギャップに至る燃料の噴射経路は、第２点火プラグの点火ギャップが燃焼室に開口する排気ポート側に偏って配されているため、従来のものよりも噴射経路が長くなり、燃料の気化がより促進されることとなる。また、第２の運転モードでは第１および第２点火プラグが用いられ、エンジン負荷やエンジン回転速度が第１運転モードおよび第３運転モードの中間となるような領域で有効である。
【００１２】
本発明の第１の形態による燃料噴射制御装置において、第２の運転モードにおける筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が吸気行程および圧縮行程に設定されていることが好ましい。
【００１３】
燃焼室に連通する吸気通路内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁をさらに具え、筒内およびポート燃料噴射弁の少なくとも一方を第１の運転モードにて用い、少なくとも筒内燃料噴射弁を第２の運転モードにて用いることができる。この場合、第２の運転モードにて筒内燃料噴射弁と共にポート燃料噴射弁を用いるならば、筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期を圧縮行程に設定することが好ましい。
【００１４】
第１の運転モードにおける筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が吸気行程に設定されていることが好ましい。
【００１５】
第３の運転モードにおける筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が圧縮行程に設定されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の形態は、内燃機関の燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配される第１点火プラグと、この第１点火プラグの点火ギャップに対し前記燃焼室に開口する吸気ポート側に偏って点火ギャップが配される第２点火プラグと、この第２点火プラグを挟んで前記第１点火プラグの反対側から当該第２点火プラグの点火ギャップに向けて前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁と、前記燃焼室に連通する吸気通路内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、車両の運転モードに応じて前記第１，第２点火プラグの点火および前記筒内，ポート燃料噴射弁からの燃料の噴射時期を制御する制御装置とを具えた燃料噴射制御装置であって、前記運転モードは、前記第１点火プラグおよび前記ポート燃料噴射弁を使用する第１の運転モードと、前記第１，第２点火プラグおよび前記筒内，ポート燃料噴射弁を使用する第２の運転モードと、前記第２点火プラグおよび前記筒内燃料噴射弁を使用する第３の運転モードとを有することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明において、第１の運転モードでは第１点火プラグとポート燃料噴射弁とが用いられ、燃焼室内に均一な混合気を形成してこれを第１点火プラグにより燃焼させるので、エンジン負荷の高い領域およびエンジン回転速度の大きな領域で有効である。一方、第３運転モードでは、第２点火プラグと筒内燃料噴射弁とが用いられ、第２点火プラグの点火ギャップ周辺に筒内燃料噴射弁から噴射された燃料を空気と共に供給して成層燃焼させるので、エンジン負荷の小さな領域およびエンジン回転速度の遅い領域で有効である。また、第２の運転モードでは、第１および第２点火プラグと筒内およびポート燃料噴射弁とが用いられ、第１運転モードおよび第３運転モードの中間の運転状態で有効である。
【００１８】
本発明の第２の形態による燃料噴射制御装置において、第２および第３の運転モードにおける筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が圧縮行程に設定されていることが好ましい。
【００１９】
筒内燃料噴射弁は、燃料を噴射してから所定時間経過後の燃料の噴射到達距離が短い低貫徹力タイプの燃料噴射弁であることが好ましい。
【００２０】
本発明の第１および第２の形態による燃料噴射制御装置において、第１および第２点火プラグは、これらの本体を一体化したものであってよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の形態の燃料噴射制御装置によると、内燃機関の燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配された第１点火プラグと、この第１点火プラグの点火ギャップに対し燃焼室に開口する排気ポート側に偏って点火ギャップが配された第２点火プラグと、第１点火プラグを挟んで第２点火プラグの反対側から燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁と、この筒内燃料噴射弁から噴射された燃料を第２点火プラグの点火ギャップ側へと導く窪みが燃焼室に臨む頂面に形成されたピストンとを具え、第３の運転モードにて第２点火プラグと筒内燃料噴射弁とを使用するようにしたので、成層燃焼を行う際に筒内燃料噴射弁からピストンの窪みを介して第２点火プラグに至る噴射経路が従来のものよりも長くなり、筒内燃料噴射弁から噴射する燃料の気化を促進させることができる。この結果、未燃ガスやＰＭの発生を抑えて排気ガスをより清浄化させることが可能である。
【００２２】
第２の運転モードにおける筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期を吸気行程および圧縮行程に設定した場合、第１の運転モードと第３の運転モードとの中間の特性を持った燃焼を実現することができ、第１の運転モードと第３の運転モードとの間で運転モードを切り換える際に第２の運転モードを介在させることにより、急激なトルク変動を抑えることができる。
【００２３】
第２の運転モードにて筒内燃料噴射弁と共にポート燃料噴射弁を用い、筒内燃料噴射弁からの燃料の噴射時期を圧縮行程に設定した場合には、第１の運転モードと第３の運転モードとの中間の特性を持った燃焼を実現することができ、第１の運転モードと第３の運転モードとの間で運転モードを切り換える際に第２の運転モードを介在させることにより、急激なトルク変動を抑えることが可能である。
【００２４】
第１の運転モードにおいて、吸気行程にて筒内燃料噴射弁から燃料を噴射した場合、筒内燃料噴射弁から噴射された燃料を吸気ポートから燃焼室内に流入する吸気によって燃焼室内でより均一に混合させることができる。
【００２５】
第２の運転モードにて筒内燃料噴射弁のみを用いた場合、吸気行程および圧縮行程にて筒内燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、第１の運転モードと第３の運転モードとの中間の特性を持った燃焼を実現することができ、第１の運転モードと第３の運転モードとの間で運転モードを切り換える際に第２の運転モードを介在させることにより、急激なトルク変動を抑えることが可能である。
【００２６】
第３の運転モードにおいて、圧縮行程にて筒内燃料噴射弁から燃料を噴射した場合、成層燃焼を行う際に筒内燃料噴射弁からピストンの窪みを介して第２点火プラグに至る長い噴射経路が画成され、筒内燃料噴射弁から噴射する燃料の気化を促進させることができる。この結果、未燃ガスやＰＭの発生を抑えて排気ガスをより清浄化させることが可能である。
【００２７】
本発明の第２の形態の燃料噴射制御装置によると、内燃機関の燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配された第１点火プラグと、この第１点火プラグの点火ギャップに対し燃焼室に開口する吸気ポート側に偏って点火ギャップが配された第２点火プラグと、この第２点火プラグを挟んで第１点火プラグの反対側から第２点火プラグの点火ギャップに向けて燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁と、燃焼室に連通する吸気通路内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁を具え、第１の運転モードにて第１点火プラグおよびポート燃料噴射弁を使用するようにしたので、燃焼室内に均一な混合気を形成することができ、これを第１点火プラグによって確実に燃焼させることができる。また、第３の運転モードにて第２点火プラグと筒内燃料噴射弁とを使用するようにしたので、筒内燃料噴射弁から噴射された燃料が第２点火プラグの点火ギャップの近傍にその周囲よりも比較的燃料の密度の高い混合気を形成し、第２点火プラグの点火によって成層燃焼を実現することができる。しかも、筒内燃料噴射弁から噴射された燃料がピストンの頂面などに付着しにくくなり、未燃ガスやＰＭの発生を抑えて排気ガスをより清浄化させることができる。
【００２８】
第２および第３の運転モードにおいて、圧縮行程にて筒内燃料噴射弁から燃料を噴射した場合、第２点火プラグの点火ギャップの近傍にその周囲よりも比較的燃料の密度の高い混合気が形成され、これを第２点火プラグによって成層燃焼させることができる。しかも、筒内燃料噴射弁から噴射された燃料がピストンの頂面などに付着しにくくなり、未燃ガスやＰＭの発生を抑えて排気ガスをより清浄化させることができる。
【００２９】
筒内燃料噴射弁が燃料を噴射してから所定時間経過後の燃料の噴射到達距離が短い低貫徹力の噴射弁の場合、ピストンの頂面に窪みなどを形成することなく、筒内燃料噴射弁から噴射された燃料を確実に第２点火プラグの点火ギャップ周辺に介在させて成層燃焼を実現することができる。
【００３０】
第１および第２点火プラグの本体を一体化した場合、点火プラグを設置するための占有空間をより狭くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明による燃料噴射制御装置を火花点火内燃機関に応用した実施形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００３２】
本発明の第１の形態に対応した燃料噴射制御装置の一実施形態に係る概略構成を図１に示し、そのII−II矢視断面構造を図２に示し、その制御ブロックを図３に示す。すなわち、ピストン１１が摺動自在に嵌め込まれるシリンダ１２を形成したシリンダブロック１３には、ピストン１１との間に燃焼室１４を画成するシリンダヘッド１５が取り付けられている。
【００３３】
このシリンダヘッド１５には、一対の吸気ポート１６と一対の排気ポート１７とが燃焼室１４に臨むように形成され、これら吸気ポート１６の開口端および排気ポート１７の開口端を開閉する吸気弁１８および排気弁１９がピストン１１の往復運動、つまり図示しないクランク軸の回転運動に連動して所定のタイミングにて往復動することにより、燃焼室１４に対する吸気ポート１６および排気ポート１７の連通状態が切り換えられるようになっている。
【００３４】
また、このシリンダヘッド１５には、点火ギャップ２０が燃焼室１４の径方向中央部に臨むように配された第１点火プラグ２１と、この第１点火プラグ（以下、中央側プラグと呼称する）２１の点火ギャップ２０よりも排気ポート１７側に点火ギャップ２２が位置するように配された第２点火プラグ（以下、排気側プラグと呼称する）２３とが取り付けられている。これら２つの点火プラグ２１，２３の点火ギャップ２０，２２には、ピストン１１の往復運動、つまり図示しないクランク軸の回転運動に連動して所定のタイミングにて高電圧が印加され、燃料の点火動作をそれぞれ独立に行うようになっている。
【００３５】
さらにこのシリンダヘッド１５には、中央側および排気側プラグ２１，２３の点火ギャップ２０，２２と一直線状をなすように、中央側プラグ２１を挟んで排気側プラグ２３の反対側の燃焼室１４の外周縁部から燃焼室１４内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁２４が設けられている。この筒内燃料噴射弁（以下、筒内噴射弁と略称する）２４は、ピストン１１の往復運動に連動して所定のタイミングにて燃料を燃焼室１４内に直接噴射することができる。また、吸気ポート１６内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁２５もシリンダヘッド１５に取り付けられているが、このポート燃料噴射弁（以下、ポート噴射弁と略称する）２５は吸気行程にて燃料を吸気ポート１６内に噴射するように設定されているため、このポート噴射弁２５から噴射された燃料は、吸気ポート１６を介して吸気と共に燃焼室１４に吸い込まれるようになっている。
【００３６】
シリンダ１２内を往復動するピストン１１の頂面２６には、筒内噴射弁２４と排気側プラグ２３の点火ギャップ２２とを結ぶ方向に沿って延在する窪み２７が形成されている。この窪み２７は、ピストン１１の圧縮行程終了間際に筒内噴射弁２４からピストン１１の頂面２６に向けて燃料が噴射された場合、燃焼室１４にシリンダ１２の軸線を含む平面に沿った燃料の旋回流、つまり図１中、上下方向の燃料の旋回流を形成し、排気側プラグ２３の点火ギャップ２２近傍に燃料の比較的高密度な領域を形成するための燃料の噴射流路となる。つまり、ピストン１１の圧縮行程終了間際に筒内噴射弁２４から窪み２７に向けて燃料が噴射されると、筒内噴射弁２４と対向する窪み２７の縦壁２８によって燃料が排気側プラグ２３の点火ギャップ２２近傍に導かれ、周囲に対して燃料密度が比較的高い領域が形成され、筒内噴射弁２４から点火ギャップ２２に至る燃料経路の長大化による気化の促進と相俟って、成層燃焼時における燃料の着火性を高めることができる。
【００３７】
本実施形態における筒内噴射弁２４およびポート噴射弁２５からの燃料の噴射タイミングは、２種類設定されている。すなわち、その一方は運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量が比較的少ない低負荷運転時に対応するものであり、ピストン１１の圧縮行程終了間際に燃料がリーン傾向となるように噴射して排気側プラグ２３の点火ギャップ２２の周囲に比較的燃料密度の高い領域を形成し、成層燃焼を実現する。また、他方はアクセルペダルの踏み込み量が比較的大きな高負荷運転時に対応するものであり、ピストン１１の吸気行程時に燃焼室１４内に燃料がストイキオメトリとなるように噴射して燃焼室１４全域に燃料を均一に分散させ、いわゆる均質燃焼を実現する。
【００３８】
本実施形態にて筒内噴射弁２４を使用する場合、圧縮行程の終了間際にて筒内噴射弁２４から燃料が噴射され、ポート噴射弁２５は、吸入行程時に吸気ポート１６内に燃料を噴射するが、これら筒内，ポート噴射弁２４，２５からの燃料の噴射量やその噴射タイミングおよび中央側，排気側プラグ２１，２３の点火時期などは、運転者によって踏み込まれる図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ２９からの検出信号と、車両の走行速度を検出する車速センサ３０からの検出信号と、クランク軸の回転位相を検出するクランク角センサ３１からの検出信号とに基づき、制御装置３２によってあらかじめ設定された条件にて制御されるようになっている。
【００３９】
具体的には、エンジン負荷が低い領域と、エンジン負荷が高い領域と、エンジン負荷がこれらの中間の領域とに対応した３つの運転モードを具えている。第１運転モードはエンジンの高負荷領域に対応し、ピストン１１の吸気行程にてポート噴射弁２５から燃料を噴射し、吸気ポート１６内を流れる吸気と共に燃焼室１４内にて均一な混合気を形成し、上述した均質燃焼を実現する。また、第３運転モードはエンジンの低負荷領域に対応するものであり、ピストン１１の圧縮行程終了間際に筒内噴射弁２４から燃料を噴射して中央側プラグ２１の点火ギャップ２０の周囲に比較的燃料密度の高い領域を形成し、全体として燃料がリーン傾向となるような成層燃焼を実現する。第２運転モードは、第１運転モードと第３運転モードとの中間領域に対応している。これら３つの運転モードと使用燃料噴射弁と使用点火プラグとその燃焼特性との関係を以下の表１に示す。
【００４０】
【表１】
2005171866.tif 000003
【００４１】
ここで、半成層燃焼とは均質燃焼と成層燃焼との中間の状態を言い、第１運転モードと第３運転モードとの間での運転モードの切り換えの際のエンジンの出力変化を滑らかにするための過渡的運転モードと言うことができる。このため、エンジンの出力特性や車両の特性によっては第２運転モードを省略して第１運転モードと第３運転モードとの２つの運転モードだけに設定することも可能である。
【００４２】
上述した第１運転モードにてポート噴射弁２５と共に筒内噴射弁２４を併用し、吸気行程時に筒内噴射弁２４を作動させて燃焼室１４内に燃料を噴射するようにしてもよい。あるいは、ポート噴射弁２５を省略して筒内噴射弁２４のみを用いることも可能である。この場合、第１運転モードでは吸気行程にて筒内噴射弁２４から燃料を噴射し、第２運転モードでは吸気行程と圧縮行程の両方にて筒内噴射弁２４から燃料を噴射し、第３運転モードでは圧縮行程にて筒内噴射弁２４から燃料を噴射させればよい。このように筒内噴射弁２４のみを用いて燃焼室１４内に燃料を供給した場合には、ポート噴射弁２５を省略することができるので、コストの削減などが可能となる。何れの場合においても、圧縮行程にて筒内噴射弁２４から燃料を噴射する場合、圧縮行程終了間際に燃料の噴射が行われることが成層燃焼を実現する上で有効である。
【００４３】
上述した中央側プラグ２１と排気側プラグ２３とを一体化させた多電極タイプの点火プラグを採用することも可能であり、先の実施形態における図１と同様な概略構成を図４に示すが、同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、２つの点火ギャップ２０，２２を有する多電極タイプの点火プラグ３３がシリンダヘッド１５に取り付けられており、この場合、一方の点火ギャップ２０が燃焼室１４の径方向中央部に位置し、他方の点火ギャップ２２が排気ポート１７側に位置するように、シリンダヘッド１５に対する点火プラグ３３の固定状態が設定されている。これら２つの点火ギャップ２０，２２に対する点火時期は上述した実施形態と同じで良いが、両方共同時に点火することも可能である。
【００４４】
上述した２つの実施形態では、ピストン１１の頂面２６に窪み２７を形成し、筒内噴射弁２４から噴射された燃料をこの窪み２７に沿って流動させ、排気側プラグ２３の点火ギャップ２２に導いて燃料の噴射経路を長くすることにより、その気化を促進させようにしたが、ピストン１１に窪み２７を形成することによって、この窪み２７内に燃料の一部が気化せずに付着し、排気ガス中の未燃ガスやＰＭの含有割合を少なくするため、筒内噴射弁２４から点火プラグの点火ギャップに向けて直接燃料を噴射させるようにしてもよい。
【００４５】
このような本発明の第２の形態による燃料噴射制御装置の一実施形態の概略構成を図５に示し、そのVI−VI矢視断面形状を図６に示すが、先の実施形態と同一機能の要素には、これと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、シリンダヘッド１５には、点火ギャップ２０が燃焼室１４の径方向中央部に臨むように配された中央側プラグ２１と、この中央側プラグ２１の点火ギャップ２０よりも吸気ポート１６側に点火ギャップ３４が位置するように配された吸気側プラグ３５とが取り付けられている。これら２つの点火プラグ２１，３４の点火ギャップ２０，３３には、ピストン１１の往復運動、つまり図示しないクランク軸の回転運動に連動して所定のタイミングにて高電圧が印加され、燃料の点火動作をそれぞれ独立に行うようになっている。
【００４６】
また、このシリンダヘッド１５には、中央側および吸気側プラグ２１，３４の点火ギャップ２０，３３と一直線状をなすように、吸気側プラグ３５を挟んで中央側プラグ２１の反対側の燃焼室１４の外周縁部から燃焼室１４内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁２４が設けられている。この筒内噴射弁２４は、燃料を噴射してから所定時間経過後の燃料の噴射到達距離が短い、いわゆる低貫徹力タイプのものであり、噴射初期における飛翔エネルギーが所定時間後に急激に減少する傾向を有し、その噴射特性の一例を図７の対数グラフに示す。この図７は、燃料噴射時点からの経過時間と燃料の飛翔距離との関係を表しており、噴射直後の等速直線運動する燃料がエネルギーを失って燃焼室１４内の吸気と共に流体的速度で運動することを示している。本実施形態においては、グラフの変曲点Ｐに対応した燃料飛翔距離がボア径の４０％程度、またはそれ以下となるように、筒内噴射弁２４の噴射特性を調整している。このような筒内噴射弁２４を使用し、第２および第３運転モードの際に圧縮行程終了直前で燃料を吸気側プラグ３５の点火ギャップ３４に向けて直接噴射することにより、筒内噴射弁２４から噴射された燃料を吸気側プラグ３５の点火ギャップ３４近傍に直接介在させることが可能となり、成層燃焼を実現することができる。
【００４７】
このように、低貫徹力タイプの筒内噴射弁２４を使用することにより、ピストン１１の頂面２６に先の２つの実施形態のような窪み２７を形成する必要がなくなり、頂面２６を平滑化させることができ、筒内噴射弁２４から噴射された燃料がピストン１１の頂面２６に付着しにくくなり、未燃ガスやＰＭの発生を抑えて排気ガスをより清浄化させることが可能である。
【００４８】
本実施形態における３つの運転モードと使用燃料噴射弁と使用点火プラグとその燃焼特性との関係を以下の表２に示す。
【００４９】
【表２】
2005171866.tif 000004
【００５０】
本実施形態における第１運転モードは、先の実施形態と同じようにエンジンの高負荷領域に対応し、ピストン１１の吸気行程にてポート噴射弁２５から燃料を噴射し、吸気ポート１６内を流れる吸気と共に燃焼室１４内にて均一な混合気を形成し、上述した均質燃焼を実現する。一方、第３運転モードはエンジンの低負荷領域に対応するものであり、ピストン１１の圧縮行程終了間際に筒内噴射弁２４から燃料を噴射して吸気側プラグ３５の点火ギャップ３４の周囲に比較的燃料密度の高い領域を形成し、全体として燃料がリーン傾向となるような成層燃焼を実現する。第２運転モードは、第１運転モードと第３運転モードとの中間領域に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による燃料噴射制御装置を火花点火内燃機関に応用した一実施形態の概略構造を表す断面図である。
【図２】図１中のII−II矢視断面図である。
【図３】図１に示した実施形態における制御ブロック図である。
【図４】本発明による燃料噴射制御装置に一体型の点火プラグを組み込んだ他の実施形態の概略構造を表す断面図である。
【図５】本発明による燃料噴射制御装置を火花点火内燃機関に応用した別な実施形態の概略構造を表す断面図である。
【図６】図５中のVI−VI矢視断面図である。
【図７】図５に示した筒内噴射弁の燃料噴射特性を表すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１１  ピストン
１２  シリンダ
１３  シリンダブロック
１４  燃焼室
１５  シリンダヘッド
１６  吸気ポート
１７  排気ポート
１８  吸気弁
１９  排気弁
２０  点火ギャップ
２１  第１点火プラグ（中央側プラグ）
２２  点火ギャップ
２３  第２点火プラグ（排気側プラグ）
２４  筒内燃料噴射弁（筒内噴射弁）
２５  ポート燃料噴射弁（ポート噴射弁）
２６  頂面
２７  窪み
２８  縦壁
２９  アクセル開度センサ
３０  車速センサ
３１  クランク角センサ
３２  制御装置
３３  点火プラグ
３４  点火ギャップ
３５  吸気側プラグ
【図１】
2005171866.tif 000005
【図２】
2005171866.tif 000006
【図３】
2005171866.tif 000007
【図４】
2005171866.tif 000008
【図５】
2005171866.tif 000009
【図６】
2005171866.tif 000010
【図７】
2005171866.tif 000011