(57)【要約】【課題】  くすぶりの問題を解消し、エミッションの悪化を抑制し、十分な出力を得ることのできる筒内直噴連続燃焼エンジンを提供する。【解決手段】  圧縮行程で燃焼室内の点火プラグ３０に向けて燃料噴射弁２２から連続的に燃料を噴射し、噴霧を連続的に着火燃焼させるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンにおいて、エンジンの温度を検出する水温センサ３４設け、エンジン温度が所定値以下のとき、燃料噴射弁２２からの燃料の噴射を、多重燃料噴射またはパイロット噴射と主噴射との形態にする噴射形態制御手段を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程で燃焼室内の着火源に向けて燃料噴射弁から連続的に燃料を噴射し、噴霧を連続的に着火燃焼させるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンにおいて、
エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段を設け、
該エンジン温度検出手段による検出結果に基づき、エンジン温度が所定値以下のとき、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を、多重燃料噴射またはパイロット噴射と主噴射との形態にする噴射形態制御手段を設けたことを特徴とする筒内直噴連続燃焼エンジン。
【請求項２】
圧縮行程で燃焼室内の着火源に向けて燃料噴射弁から連続的に燃料を噴射し、噴霧を連続的に着火燃焼させるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンにおいて、
エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段とエンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段とを設け、
該エンジン温度検出手段およびエンジン負荷検出手段による検出結果に基づき、エンジン温度が所定値以下でエンジン負荷が所定値より大きいとき、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を、多重燃料噴射またはパイロット噴射と主噴射との形態にする噴射形態制御手段を設けたことを特徴とする筒内直噴連続燃焼エンジン。
【請求項３】
前記主噴射が、多重燃料噴射であることを特徴とする請求項２に記載の筒内直噴連続燃焼エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に燃料を噴射供給する筒内燃料噴射式内燃機関、より詳しくは、着火源を有する燃焼室内に燃料噴射弁から燃料を噴射供給して連続火炎燃焼を行わせるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、かかる筒内直噴連続燃焼エンジンとしては、例えば、非特許文献１に記載のものが知られている。この非特許文献１に記載のものは、２弁エンジンの燃焼室内で一定の円周方向に空気スワールを生じさせておき、点火直前にヘッド側面に取付けた燃料噴射弁から噴射した燃料をスワールに乗せて気化及び混合させ、噴射弁の近傍に偏倚して配置された点火プラグにより連続的に点火することにより連続火炎燃焼を行わせ、ノックフリー燃焼を実現させている。
【０００３】
【非特許文献１】論文「ELIMINATION OF COMBUSTION KNOCK −TEXACO COMBUSTION PROCESS」SAE Quarterly Transaction （１９５０年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記非特許文献１に記載のエンジンにおいては、ヘッド側面に取付けた燃料噴射弁から点火プラグに向けて連続的に燃料を噴射し、その噴霧に対し連続的に点火することにより、連続的に燃焼を行わせるようにしている。従って、点火プラグに燃料噴霧が連続的に当たるので、エンジンの低温時などの点火プラグが十分に昇温されていないときや、燃料噴射量が多く点火プラグが冷却されるような場合には、点火プラグに燃料がかぶり、その蒸発が完全には行われないことから、結果として、くすぶり等が生ずる恐れがある。その結果、エンジンのエミッションの悪化や、十分な出力が得られないという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、かかる従来のくすぶりの問題を解消し、エミッションの悪化を抑制し、十分な出力を得ることのできる筒内直噴連続燃焼エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の一形態に係る筒内直噴連続燃焼エンジンは、圧縮行程で燃焼室内の着火源に向けて燃料噴射弁から連続的に燃料を噴射し、噴霧を連続的に着火燃焼させるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンにおいて、エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段を設け、該エンジン温度検出手段による検出結果に基づき、エンジン温度が所定値以下のとき、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を、多重燃料噴射またはパイロット噴射と主噴射との形態にする噴射形態制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成する本発明の他の形態に係る筒内直噴連続燃焼エンジンは、圧縮行程で燃焼室内の着火源に向けて燃料噴射弁から連続的に燃料を噴射し、噴霧を連続的に着火燃焼させるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンにおいて、エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段とエンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段とを設け、該エンジン温度検出手段およびエンジン負荷検出手段による検出結果に基づき、エンジン温度が所定値以下でエンジン負荷が所定値より大きいとき、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を、多重燃料噴射またはパイロット噴射と主噴射との形態にする噴射形態制御手段を設けたことを特徴とする。
なお、前記主噴射は、多重燃料噴射であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一形態に係る筒内直噴連続燃焼エンジンによれば、通常は、圧縮行程において、燃料噴射弁から着火源に向けて燃料が噴射され、空気と混合された噴霧が連続的に着火燃焼される。そこで、エンジン温度検出手段による検出の結果、エンジン温度が所定値以下のときは、噴射形態制御手段により、燃料噴射弁からの燃料の噴射が、多重燃料噴射またはパイロット噴射と主噴射との形態に変更される。従って、着火源の温度が適切に保持され、良好な点火ないしは着火および連続燃焼が実現される。
【０００９】
また、本発明の他の形態に係る筒内直噴連続燃焼エンジンによれば、エンジン温度が所定値以下でエンジン負荷が所定値より大きいとき、噴射形態制御手段により、燃料噴射弁からの燃料の噴射が、多重燃料噴射またはパイロット噴射と主噴射との形態に変更される。従って、着火源が過剰に冷却されることなく温度が適切に保持され、良好な点火ないしは着火および連続燃焼が実現される。
その結果、本発明のいずれの形態においてもエミッションの悪化が抑制され、十分な出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る筒内直噴連続燃焼エンジンの実施形態について添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明を適用する筒内直噴連続燃焼エンジン（以下、エンジンと称す）１０の概略構成を示す要部断面図である。図１に示すエンジン１０は、４サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。エンジン１０は、複数の気筒および冷却水路が形成されたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２の上部に固定されたシリンダヘッド１４とを備えている。シリンダブロック１２には、エンジン出力軸たるクランクシャフト１６が回転自在に支持され、このクランクシャフトは、各気筒内に摺動自在に装填されたピストン１８とコネクティングロッドを介して連結されている。
【００１２】
クランクシャフト１６の端部には、その周縁に複数の歯が形成されたタイミングロータが取付けられ、タイミングロータ近傍のシリンダブロック１２には、電磁ピックアップが取付けられている。これらタイミングロータと電磁ピックアップは、機関回転数センサ２０を構成する。
【００１３】
また、各気筒のピストン１８上方には、ピストン１８の頂面とシリンダヘッド１４の内壁面とに囲まれた燃焼室が形成されている。シリンダヘッド１４には、各気筒の燃焼室の中央に向けて噴射するように燃料噴射弁２２が取付けられ、この燃料噴射弁２２は、不図示のデリバリパイプに連通して接続されており、不図示の燃料タンクから供給される燃料が燃料ポンプにより加圧されて供給される。
【００１４】
さらに、シリンダヘッド１４において各気筒の燃焼室に臨む部位には、吸気ポート２４の開口端が２個並列して形成されると共に、排気ポート２６の開口端も同じく２個並列して形成されている。そして、シリンダヘッド１４には、吸気ポート２４の各開口端を開閉する吸気弁２５と、排気ポート２６の各開口端を開閉する排気弁２７とが進退自在に設けられている。さらに、シリンダヘッド１４において各気筒の燃焼室の上部に臨む部位に点火ギャップが位置された着火源としての点火プラグ３０がほぼシリンダ軸線上に配置されている。
【００１５】
上述の燃料噴射弁２２は、図２に示すように、シリンダ軸線方向から視てその噴霧が並列する吸気弁２５の間方向に噴射されるように配置され、高圧の燃料の噴霧がほぼシリンダ軸線上に配置された点火プラグ３０に到達するようにされている。一方、点火プラグ３０に関して、燃料噴射弁２２と逆側の燃焼室を形成するシリンダヘッド燃焼室面には、シリンダ軸線方向から視て並列する排気弁２７の間に要４０Ｔを有するほぼ扇形状の分流土手４０が設けられている。
【００１６】
この分流土手４０は、上記要４０Ｔからシリンダ側壁に向かうにつれ、断面が三角形から細目の台形、および太目の台形に徐々に変化し、排気弁２７を一部取囲むように形成されている。この結果、排気弁２７がリフトされたときには、排気ポート２６の各開口端がこの分流土手４０によって一部が若干マスクされる形態となる。そして、分流土手４０の高さは、シリンダヘッド１４の下面とほぼ等しい。
また、前記燃焼室を形成するピストン１８の頂面には、ほぼ円錐または部分球形状のキャビティ４５が設けられている。
【００１７】
なお、吸気ポート２４の上流の吸気通路には不図示の吸気絞り弁が設けられており、エンジン１０の出力を制御する。吸気絞り弁の下流の吸気通路には、エンジン負荷を検出するための吸気負圧センサ３２、シリンダブロック１２にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ３４が設けられている。
【００１８】
上述のように構成されたエンジン１０には、該エンジン１０の運転を制御するための電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）１００が併設されている。ＥＣＵ１００には、周知の如く運転状態の把握に必要なパラメータ用の各種センサと共に、機関回転数センサ２０、吸気負圧センサ３２、水温センサ３４が電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ１００に入力されるようになっている。
【００１９】
ここで、ＥＣＵ１００は、双方向性バスによって相互に接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えると共に、入力ポートに接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）を備えたマイクロコンピュータで構成されている。Ａ／Ｄコンバータは、吸気負圧センサ３２、水温センサ３４等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されており、上記各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に入力ポートへ送信する。また、出力ポートは、燃料噴射弁２２、点火プラグ３０等と電気配線を介して接続され、その制御信号をそれぞれへ送信する。
【００２０】
なお、ＲＯＭには、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、点火プラグ３０への通電を制御するための通電制御ルーチン等、エンジン１０を制御するに必要な制御ルーチンが記憶されている。ＲＡＭには、各センサの出力信号やＣＰＵの演算結果等が記憶される。該演算結果は、例えば、機関回転数センサ２０の出力信号に基づいて算出されるエンジン回転数等である。ＲＡＭに記憶される各種のデータは、機関回転数センサ２０が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。なお、バックアップＲＡＭは、エンジン１０の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を特定する情報等を記憶する。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射量等の周知の制御に加え、本発明の要旨となる燃料噴射形態の制御を実行する。
【００２１】
そこで、本実施の形態のエンジン１０における制御の一形態を、図３を参照して説明する。図３に示す制御形態では、制御がスタートするとステップＳ３１において、水温センサ３４により検出されたエンジン冷却水温、延いては、エンジン温度が所定値Ｔ１以下か否かが判断される。その判断の結果、ＮＯ、すなわち所定値Ｔ１より高いときにはステップＳ３２に進み、通常の連続燃料噴射が行なわれる。この連続燃料噴射では、燃料噴射弁２２から点火プラグ３０に向けてエンジンの運転状態に応じた量の燃料が連続して噴射され、空気と混合された噴霧が、図４に示すように噴射開始とほぼ同時期に点火開始された点火プラグ３０によって連続的に着火燃焼される。
【００２２】
一方、ステップＳ３１における判断の結果、ＹＥＳ，すなわちエンジン温度が所定値Ｔ１以下のときは、ステップＳ３３に進み、噴射形態制御手段により、多重燃料噴射が行われる。この多重燃料噴射では、燃料噴射弁２２からの燃料の噴射が、図５に示すように、一定の間隔を置いて間歇的に行われる。この多重燃料噴射の場合も、最初の噴射開始とほぼ同時期に点火プラグ３０も点火開始され、連続的に点火される。従って、点火プラグ３０の温度が適切に保持され、良好な点火ないしは着火および連続燃焼が実現する。
【００２３】
また、本実施の形態のエンジン１０における制御の他の形態を、図６を参照して説明する。図６に示す制御形態では、上述の形態と同様に、制御がスタートするとステップＳ６１において、水温センサ３４により検出されたエンジン冷却水温、延いては、エンジン温度が所定値Ｔ１以下か否かが判断される。その判断の結果、ＮＯ、すなわち所定値Ｔ１より高いときにはステップＳ６２に進み、通常の連続燃料噴射が行なわれる。この連続燃料噴射では、燃料噴射弁２２から点火プラグ３０に向けてエンジンの運転状態に応じた量の燃料が連続して噴射され、空気と混合された噴霧が、図４に示したように噴射開始とほぼ同時期に点火開始された点火プラグ３０によって連続的に着火燃焼される。
【００２４】
一方、ステップＳ６１における判断の結果、ＹＥＳ，すなわちエンジン温度が所定値Ｔ１以下のときは、ステップＳ６３に進み、噴射形態制御手段により、パイロット噴射と主噴射とが行われる。このパイロット噴射と主噴射とは、図７に示すように、最初、少量のパイロット噴射開始とほぼ同時期に点火プラグ３０も点火開始され、連続的に点火される。その後、この連続的に点火されている点火プラグ３０に向かって、パイロット噴射から所定期間置いて主燃料噴射が行われる。従って、点火プラグ３０の温度が適切に保持され、良好な点火ないしは着火および連続燃焼が実現する。なお、ここに説明した主燃料噴射は連続的な噴射であるが、所要の燃料量が確保される限り、上述のような多重燃料噴射であってもよい。
【００２５】
さらに、本実施の形態のエンジン１０における制御のさらに他の形態を、図８を参照して説明する。図８に示す制御形態では、上述の形態に対し、エンジン負荷の高低に応じても燃料の噴射形態を変更するようにした例である。そこで、制御がスタートするとステップＳ８１において、水温センサ３４により検出されたエンジン冷却水温、延いては、エンジン温度が所定値Ｔ１以下か否かが判断される。その判断の結果、ＮＯ、すなわち所定値Ｔ１より高いときにはステップＳ８２に進み、通常の連続燃料噴射が行なわれる。この連続燃料噴射では、燃料噴射弁２２から点火プラグ３０に向けてエンジンの運転状態に応じた量の燃料が連続して噴射され、空気と混合された噴霧が、図４に示したように噴射開始とほぼ同時期に点火開始された点火プラグ３０によって連続的に着火燃焼される。
【００２６】
一方、ステップＳ８１における判断の結果、ＹＥＳ，すなわちエンジン温度が所定値Ｔ１以下のときは、ステップＳ８３に進み、吸気負圧センサ３２により検出された吸気管内圧が所定値Ｐ１以上か否か、すなわち、エンジン負荷が所定値以上か否かが判断される。その判断の結果、ＮＯ、すなわち所定値Ｐ１より小さい、すなわち、低負荷のときにはステップＳ８２に進み、既に説明した通常の連続燃料噴射が行なわれる。ところで、ステップＳ８３における判断の結果、ＹＥＳ，すなわち、吸気管内圧が所定値Ｐ１以上の高負荷のときには、ステップＳ８４に進み、噴射形態制御手段により、多重燃料噴射またはパイロット噴射と主噴射とが行われる。このように、エンジンが高負荷のときに、連続噴射から多重燃料噴射またはパイロット噴射と主噴射とに変更すれば、負荷に対応して燃料量は増大されるが、この増大された燃料により点火プラグ３０が過剰に冷却されることなく温度が適切に保持され、良好な点火ないしは着火および連続燃焼が実現される。
【００２７】
なお、上述の実施の形態においては、着火源として連続的に点火される点火プラグを用いる例を説明したが、この点火プラグの代わりにグロープラグを用いることも可能である。さらに、上述の実施形態においては、ガソリンを燃料とするエンジンにつき説明したが、燃料の形態はこれに限定されず、軽油、メタノール等の他の燃料を用いることができ、それらのオクタン価やセタン価にかかわらず、ノックフリーの燃焼が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用する筒内直噴連続燃焼エンジンの一実施の形態を示す要部断面図である。
【図２】図1のエンジンのシリンダヘッド燃焼室面側から視た底面図である。
【図３】本発明の実施形態の制御の一形態を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態における連続燃料噴射と連続点火との関係を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施形態における多重燃料噴射と連続点火との関係を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施形態の制御の他の形態を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態におけるパイロットと主燃料噴射と連続点火との関係を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の実施形態の制御のさらに他の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１０    エンジン
２２    燃料噴射弁
３０    点火プラグ
３２    吸気負圧センサ
３４    水温センサ
【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】
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