(57)【要約】【課題】本発明は、気筒内噴射弁とポート内噴射弁を備える内燃機関において予混合燃焼を行う予混合圧縮着火内燃機関において、ポート内噴射弁から噴射された燃料が気筒内壁面に付着するのをより確実に抑制する。【解決手段】上記予混合圧縮着火内燃機関において、気筒内噴射弁とポート内噴射弁との相対的な配置は、ポート内噴射弁から噴射された燃料によって形成される噴霧が、気筒内噴射弁から噴射された燃料によって形成される噴霧と衝突する配置であって、吸気行程中にポート内噴射弁から吸気ポート内へ予混合燃焼用噴射（ＩＮＪ１）を行うとともに、該予混合燃焼用噴射に対して所定遅れ時間（τｄ）をもって気筒内噴射弁から気筒内へ気筒内予備噴射（ＩＮＪ２）を行う。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を噴射する気筒内噴射弁と、
前記気筒につながる吸気ポート内に燃料を噴射するポート内噴射弁と、を備え、
少なくとも前記ポート内噴射弁によって圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に燃料噴射を行うことで、前記気筒内に予混合気を形成し予混合燃焼を行う予混合圧縮着火内燃機関において、
前記気筒内噴射弁と前記ポート内噴射弁との相対的な配置は、前記ポート内噴射弁から噴射された燃料によって形成される噴霧が、前記気筒内噴射弁から噴射された燃料によって形成される噴霧と衝突する配置であって、
吸気行程中に前記ポート内噴射弁から前記吸気ポート内へ予混合燃焼用噴射を行うとともに、該予混合燃焼用噴射に対して所定遅れ時間をもって前記気筒内噴射弁から前記気筒内へ気筒内予備噴射を行うことを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
【請求項２】
前記ポート内噴射弁は、燃料噴孔の口径が異なる二種類の噴孔を有し、且つ前記吸気ポートに備えられる吸気弁のリフト量が所定リフト量より低いときは燃料噴孔の口径が小さい小噴孔から燃料を噴射し、該吸気弁のリフト量が所定リフト量以上のときは少なくとも燃料噴孔の口径が大きい大噴孔から燃料を噴射することで予混合燃焼用噴射を行い、
前記気筒内予備噴射は、前記予混合燃料噴射における前記大噴孔からの燃料噴射に対して前記所定遅れ時間をもって行われることを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
【請求項３】
前記気筒内噴射弁からの燃料噴射においては、前記気筒内予備噴射に加えて、圧縮行程上死点近傍の時期における前記気筒内への気筒内主噴射が行われ、
前記予混合燃焼用噴射における燃料噴射量が多くなるに従い、前記気筒内主噴射における燃料噴射量に対する前記気筒内予備噴射における燃料噴射量の割合を増量補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
【請求項４】
前記気筒内噴射弁からの燃料噴射においては、前記気筒内予備噴射に加えて、圧縮行程上死点近傍の時期における前記気筒内への気筒内主噴射が行われ、
前記吸気ポートにおける吸気流量が多くなるに従い、前記気筒内主噴射における燃料噴射量に対する前記気筒内予備噴射における燃料噴射量の割合を増量補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
【請求項５】
前記気筒内予備噴射における燃料噴射量は、該気筒内予備噴射において噴射された燃料が前記気筒内壁面に付着しない範囲で増量補正されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
【請求項６】
前記気筒内噴射弁からの燃料噴射においては、前記気筒内予備噴射に加えて、圧縮行程上死点近傍の時期における前記気筒内への気筒内主噴射が行われ、
前記吸気ポートにおける吸気温度が高くなるに従い、前記気筒内主噴射における燃料噴射量に対する前記気筒内予備噴射における燃料噴射量の割合を減量補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
【請求項７】
前記所定遅れ時間は、前記吸気ポートを流れる吸気流量が多くなるに従い短く設定されることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の予混合圧縮着火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁によって、気筒内に予混合気を形成することで予混合燃焼を行う予混合圧縮着火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）において、排出されるＮＯｘの抑制と白煙の発生の抑制を目的として、予混合燃焼が行われる。この予混合燃焼では、一般に燃料を気筒内に圧縮行程上死点より早い時期に噴射することで、燃焼室内により均一な予混合気を形成させる。この均一な予混合気が燃焼すると、火炎温度が低く抑えられるためＮＯｘの生成が抑制される。さらに、この予混合気は燃料と空気が均一に混合しているため、十分な量の酸素の存在下で燃料が燃焼することになり、従って、酸素不足下での燃焼に起因するスモークの発生も抑制される。
【０００３】
ここで、予混合燃焼の実現のために、気筒内に直接燃料を噴射する気筒内噴射弁からの燃料噴射時期を、内燃機関の機関負荷に応じて制御する技術が公開されている。例えば、低負荷時には、圧縮行程上死点前５０度の時期で気筒内噴射弁からの燃料噴射を行い、高負荷時には、圧縮行程上死点前５０度の時期に加えて圧縮行程上死点近傍の時期において燃料噴射を行うことで、予混合燃焼を可能とする（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
また、気筒内に直接燃料を噴射する気筒内噴射弁に加えて、吸気ポート内に燃料噴射が可能なポート内噴射弁を備える内燃機関においては、低負荷時には、ポート内噴射弁から燃料噴射を行い、高負荷時には気筒内噴射弁とポート内噴射弁とから燃料噴射を行うことで、予混合燃焼を可能とする（例えば、特許文献２を参照。）。即ち、気筒内噴射弁からの燃料噴射によって予混合気を形成する場合と比べて、ポート内噴射弁によって吸気ポートに燃料噴射を行うことで、予混合気形成のための時間を確保して、ＮＯｘ発生等を可及的に抑制することが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−１７９３７８号公報
【特許文献２】特開平１０−２５２５１２号公報
【特許文献３】特開昭６３−４１６６１号公報
【特許文献４】特開平５−１２６０１２号公報
【特許文献５】特開２０００−３３７２２６号公報
【特許文献６】特開２００２−３２２９６９号公報
【特許文献７】特開２００３−２６２１７５号公報
【特許文献８】特開２０００−２７７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、気筒内に直接燃料を噴射する気筒内噴射弁に加えて、吸気ポート内に燃料噴射が可能なポート内噴射弁を備える内燃機関において、該ポート内噴射弁から吸気
行程に燃料噴射を行うことで、気筒内に予混合気を形成し予混合燃焼を行うことが可能である。
【０００６】
しかし、内燃機関の機関燃料として使用される軽油は、ガソリン等に比べて蒸発性が低いため、ポート内噴射弁から噴射された後に気筒内に導入された燃料が、予混合気を形成せずに、気筒内壁面に付着し、潤滑オイルの希釈が生ずる虞がある。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、気筒内に直接燃料を噴射する気筒内噴射弁に加えて、吸気ポート内に燃料噴射が可能なポート内噴射弁を備える内燃機関において予混合燃焼を行う場合、ポート内噴射弁から噴射された燃料が気筒内壁面に付着するのをより確実に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、ポート内噴射弁と気筒内噴射弁とを有し、該ポート内噴射弁からの燃料噴射によって予混合燃焼を行う場合、ポート内噴射弁から噴射された燃料によって形成された噴霧と気筒内噴射弁から噴射された燃料によって形成された噴霧とを衝突させることに着目した。前者の噴霧が後者の噴霧と衝突すると、主に予混合気となる前者の噴霧が気筒内壁面へ向かう動作が妨げられ、以て前者の噴霧を構成する燃料が気筒内壁面に付着するのを抑制することが可能となるからである。
【０００９】
そこで、本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する気筒内噴射弁と、前記気筒につながる吸気ポート内に燃料を噴射するポート内噴射弁と、を備え、少なくとも前記ポート内噴射弁によって圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に燃料噴射を行うことで、前記気筒内に予混合気を形成し予混合燃焼を行う予混合圧縮着火内燃機関において、前記気筒内噴射弁と前記ポート内噴射弁との相対的な配置は、前記ポート内噴射弁から噴射された燃料によって形成される噴霧が、前記気筒内噴射弁から噴射された燃料によって形成される噴霧と衝突する配置であって、吸気行程中に前記ポート内噴射弁から前記吸気ポート内へ予混合燃焼用噴射を行うとともに、該予混合燃焼用噴射に対して所定遅れ時間をもって前記気筒内噴射弁から前記気筒内へ気筒内予備噴射を行う。
【００１０】
上記予混合圧縮着火内燃機関では、上述したようにポート内噴射弁からの燃料噴射が吸気行程中に行われることで、該噴射燃料が予混合気を形成し、以て予混合燃焼が実現される。そして、気筒内噴射弁からの燃料噴射は、ポート内噴射弁からの燃料噴射によって機関負荷に応じた燃料を十分に噴射できない場合等に行われる。特に、予混合燃焼を行う場合、予混合気が目的とする着火時期、一般には圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に着火する、いわゆる過早着火を回避するためにポート内噴射弁からの燃料噴射量が制限される場合には、残りの燃料を気筒内噴射弁から噴射する。
【００１１】
ここで、上記の気筒内噴射弁とポート内噴射弁とは、互いの噴射弁によって形成される噴霧同士が衝突し得る相対位置に配置されている。即ち、ポート内噴射弁からの噴射燃料によって形成された噴霧が気筒内に導入されると、該噴霧が、気筒内噴射弁によって気筒内に噴射された燃料によって形成された噴霧と空間的に重複すべく、気筒内噴射弁とポート内噴射弁とが設けられている。特に、各噴射弁における燃料噴孔の向きを考慮した上で、気筒内噴射弁とポート内噴射弁とが設けられる。
【００１２】
このように構成された予混合圧縮着火内燃機関において、吸気内噴射弁から予混合燃焼用噴射を行うことで予混合気が形成されて、以て予混合燃焼が実現される。ここで、予混合燃焼用噴射が行われたとき、該噴射から所定遅れ時間経過した後に気筒内予備噴射を気筒内噴射弁から行うことで、予混合燃焼用噴射による噴霧と気筒内予備噴射による噴霧とが気筒内において衝突する。これによって、予混合燃焼用噴射による噴霧が、吸気ポート
から気筒内へ向かう動作、更には気筒内壁面へと向かう動作が、気筒内予備噴射による噴霧によって妨げられることになる。その結果、予混合燃焼用噴射による噴霧を構成する燃料が気筒内壁面に付着するのを抑制し得る。
【００１３】
従って、所定遅れ時間とは、予混合燃焼用噴射による噴霧が気筒内に導入されたとき、該噴霧が気筒内予備噴射による噴霧と衝突すべく、気筒内予備噴射の時期を調整するための時間である。そこで、燃料が吸気ポートを流れて気筒に至るまでの時間等を考慮して、この所定遅れ時間を決定するようにしてもよい。
【００１４】
尚、気筒内予備噴射によって噴射される燃料量は、予混合燃焼用噴射による噴霧の燃料の気筒内壁面への付着を抑制し得ることを条件に、可及的に少量であることが好ましい。気筒内予備噴射によって噴射される燃料量が増加すると、予混合燃焼用噴射による噴霧の燃料の気筒内壁面への付着は抑制されるものの、逆に気筒内予備噴射による噴霧の燃料が気筒内壁面に付着する虞があるからである。
【００１５】
ここで、前記予混合圧縮着火内燃機関において、前記ポート内噴射弁は、燃料噴孔の口径が異なる二種類の噴孔を有し、且つ前記吸気ポートに備えられる吸気弁のリフト量が所定リフト量より低いときは燃料噴孔の口径が小さい小噴孔から燃料を噴射し、該吸気弁のリフト量が所定リフト量以上のときは少なくとも燃料噴孔の口径が大きい大噴孔から燃料を噴射することで予混合燃焼用噴射を行い、前記気筒内予備噴射は、前記予混合燃料噴射における前記大噴孔からの燃料噴射に対して前記所定遅れ時間をもって行われるようにしてもよい。
【００１６】
このように構成されるポート内噴射弁では、先ず吸気弁のリフト量が所定リフト量より小さい低リフト時は、吸気ポートにおける実質的な流路面積は比較的小さい。そこで、この場合、小噴孔から燃料を噴射する。この噴射燃料は大噴孔から噴射される燃料より微粒化されているため、燃料の蒸発性が向上されており、その結果、噴射燃料が吸気ポートに付着するのを抑制し得る。しかし、燃料噴孔の口径が小さいため燃料の噴射率が小さい。そこで、吸気弁のリフト量が所定リフト量以上である高リフト時には、吸気ポートにおける実質的な流路面積が比較的大きくなるため、大噴孔から燃料を噴射することで、燃料の蒸発性は低下するものの燃料の噴射率を向上させて、必要とされる燃料量を必要とされる時間内に噴射する。
【００１７】
ここで、このポート内噴射弁を有する予混合圧縮着火内燃機関においては、予混合燃焼のために小噴孔から燃料噴射が行われているときは、噴射燃料は微粒化され比較的蒸発性のよい燃料であり、更に燃料噴射率が比較的低いため、該燃料が気筒内に導入されたとき、気筒内壁面に該噴射燃料が付着する虞は少ない。一方で、大噴孔から燃料噴射が行われているときは、燃料粒径が大きいため噴射燃料の蒸発性は低下し、更に燃料噴射率が比較的高いため、気筒内壁面に該噴射燃料が付着する虞がある。そこで、予混合燃焼用噴射においてその大噴孔からの燃料噴射を基準として、上記の所定遅れ時間をもって気筒内予備噴射を行う。これにより、予混合燃焼用噴射において大噴孔から噴射された蒸発性の比較的低い燃料による噴霧が、気筒内予備噴射による噴霧と衝突することで、燃料の気筒内壁面への付着を抑制し得る。
【００１８】
ここで、上述した予混合圧縮着火内燃機関においては、機関負荷が増加するに従い、過早着火が発生しない範囲において予混合燃焼用噴射による燃料噴射量は増量される。それとともに該噴射燃料が気筒内壁面に付着する虞が高くなる。そこで、予混合燃焼用噴射による燃料噴射量が多くなるに従って、気筒内予備噴射による燃料噴射量を増量するようにしてもよい。このようにすることで、噴霧を互いにより確実に衝突させて、燃料の気筒内壁面への付着を抑制し得る。
【００１９】
また、気筒内噴射弁において、上述の気筒内予備噴射に加えて、圧縮行程上死点近傍の時期において気筒内へ気筒内主噴射を行う場合、前記予混合燃焼用噴射における燃料噴射量が多くなるに従い、前記気筒内主噴射における燃料噴射量に対する前記気筒内予備噴射における燃料噴射量の割合を増量補正するようにしてもよい。上述したように、気筒内予備噴射における燃料噴射量を増量することで、予混合燃焼用噴射における燃料噴射量の増加による燃料の気筒内壁面への付着をより確実に抑制し得る。
【００２０】
同様に、気筒内噴射弁において、上述の気筒内予備噴射に加えて、圧縮行程上死点近傍の時期において気筒内へ気筒内主噴射を行う場合、前記吸気ポートにおける吸気流量が多くなるに従い、前記気筒内主噴射における燃料噴射量に対する前記気筒内予備噴射における燃料噴射量の割合を増量補正するようにしてもよい。吸気ポートにおける吸気流量が多くなると、予混合燃焼用噴射によって噴射された燃料の運動量が増加して、該燃料が気筒内壁面に付着する虞が高くなる。そこで、このような場合、気筒内予備噴射における燃料噴射量を増量することで、予混合燃焼用噴射における燃料噴射量の増加による燃料の気筒内壁面への付着をより確実抑制し得る。
【００２１】
尚、気筒内噴射弁は気筒内に燃料を噴射し、また気筒内予備噴射は、吸気行程において予混合燃焼用噴射から所定遅れ時間後に行われるため、上述したように気筒内予備噴射における燃料噴射量を増量するとき、その増量された量の燃料が噴射されると、気筒内壁面に燃料が付着する虞がある。そこで、前記気筒内予備噴射における燃料噴射量は、該気筒内予備噴射において噴射された燃料が前記気筒内壁面に付着しない範囲で、上記の増量補正が行われるようにするのが好ましい。
【００２２】
一方で、気筒内噴射弁において、上述の気筒内予備噴射に加えて、圧縮行程上死点近傍の時期において気筒内へ気筒内主噴射を行う場合、前記吸気ポートにおける吸気温度が高くなるに従い、前記気筒内主噴射における燃料噴射量に対する前記気筒内予備噴射における燃料噴射量の割合を減量補正するようにしてもよい。
【００２３】
吸気ポートにおける吸気の温度が高くなると、予混合燃焼用噴射によって噴射された燃料の蒸発性が向上し、該燃料の気筒内壁面へ向かう運動量が低下する。即ち、該燃料が気筒内により広く拡散するようになる。このような場合、予混合燃焼用噴射によって噴射された燃料が気筒内壁面に付着する虞は低くなるため、気筒内予備噴射における燃料噴射量を減量することで、気筒内予備噴射による燃料の気筒内壁面への付着をより確実に抑制し得る。
【００２４】
ここで、上述までの予混合圧縮着火内燃機関においては、気筒内予備噴射の開始時期を決定する所定遅れ時間を、前記吸気ポートを流れる吸気流量が多くなるに従い短く設定するようにしてもよい。即ち、吸気ポートを流れる吸気流量が多くなると、予混合燃焼用噴射によって噴射された燃料が噴射されてから気筒内に到達するまでの時間が短縮される。そこで、その時間の短縮に応じて所定遅れ時間を設定することで、予混合燃焼用噴射による噴霧と気筒内予備噴射による噴霧との衝突をより確実に生じさせて、以て燃料の気筒内壁面への付着を抑制し得る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明においては、気筒内に直接燃料を噴射する気筒内噴射弁に加えて、吸気ポート内に燃料噴射が可能なポート内噴射弁を備える内燃機関において予混合燃焼を行う場合、ポート内噴射弁から噴射された燃料が気筒内壁面に付着するのをより確実に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
ここで、本発明に係る予混合圧縮着火内燃機関の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、気筒２内に直接燃料を噴射することが可能な気筒内噴射弁３を備えている。気筒内噴射弁３からは燃料が気筒内に放射状に噴射される。そして、気筒２内において、ピストン４が往復運動を行う。また、内燃機関１には吸気通路が吸気ポート７を介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気通路が排気ポート８を介して、燃焼室に接続される。ここで、吸気ポート７と燃焼室との境界には吸気弁５が、排気ポート８と燃焼室との境界には排気弁６が設けられている。そして、吸気ポート７の上流側の吸気通路には、吸気通路を流れて吸気ポート７へ流入する吸気の流量を検出するエアフローメータ１３が設けられている。
【００２８】
また、吸気ポート７においては吸気ポート７内に燃料を噴射することが可能なポート内噴射弁９が設けられている。ポート内噴射弁９では、口径が同一の複数の噴孔から燃料が吸気ポート７内に噴射される。尚、気筒内噴射弁３およびポート内噴射弁９に供給される燃料は、図示されない同一の燃料タンクから供給される同一の燃料である。
【００２９】
更に、内燃機関１には、排気ポート８から吸気ポート７につながる排気再循環通路１１が設けられている。排気再循環通路１１を介して、排気ポート８を流れる排気の一部がＥＧＲガスとして、吸気ポート７へと再循環される。また、排気再循環通路１１には、該通路を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー１２が設けられ、その下流側には排気再循環通路１１を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁１０が設けられている。
【００３０】
ここで、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種の制御ルーチン及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ここで、気筒内噴射弁３、ポート内噴射弁９およびＥＧＲ弁１０は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。
【００３１】
更に、クランクポジションセンサ１５とアクセル開度センサ１６がＥＣＵ２０と電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取って内燃機関１の機関回転速度Ｎｅ等を算出し、またはアクセル開度に応じた信号を受け取って内燃機関１に要求される機関負荷Ｔｑ等を算出する。また、吸気ポート７を流れる吸気の温度Ｔｉｎを検出する吸気温度センサ１４、エアフローメータ１３がＥＣＵ２０に電気的に接続されている。
【００３２】
次に、図２に基づいて気筒内噴射弁３とポート内噴射弁９との配置の詳細を説明する。図２は、図１に示す内燃機関１の気筒２近傍の図であって、説明の簡素化のために吸気弁５および排気弁６の記載は省略されている。ポート内噴射弁９から噴射された燃料によって噴霧９ａが形成され、気筒内噴射弁３から噴射された燃料によって噴霧３ａが形成される。
【００３３】
ここで、気筒内噴射弁３とポート内噴射弁９との相対位置関係は、所定の噴射時期において互いの噴射弁から燃料噴射を行ったとき、噴霧３ａと噴霧９ａとが衝突し得る位置関係となっている。即ち、気筒２内に放射状に燃料を噴射する気筒内噴射弁３からの燃料噴射方向が、ポート内噴射弁９からの燃料噴射方向と気筒２内において空間的に重複するこ
とを意味する。
【００３４】
このように構成される内燃機関１においては、内燃機関に要求される機関負荷Ｔｑと機関回転速度Ｎｅから決定される運転状態に応じて、吸気行程においてポート内噴射弁９から燃料を噴射することで、気筒２内に予混合気を形成して予混合燃焼が行われる。吸気行程にポート内噴射弁９から噴射された燃料は吸気ポート７を経由して吸気弁５の開弁に併せて吸気とともに気筒２内に導入される。その後、気筒２内において該燃料が拡散して予混合気となる。
【００３５】
予混合気を形成する燃料をポート内噴射弁９から吸気ポート７に噴射することで、気筒２内に燃料を直接噴射して予混合気を形成する場合と比べて、気筒２の内壁面に燃料が付着して潤滑油を希釈化する虞は低くなる。しかし、圧縮着火内燃機関である内燃機関１の燃料として使用される軽油は、ガソリンと比べて蒸発性が悪い。そのため、ポート内噴射弁９から燃料を噴射して予混合気を形成する場合でも、気筒２内に導入された燃料が蒸発せずに気筒２内の内壁面に付着する虞は残る。
【００３６】
そこで、ポート内噴射弁９から燃料が噴射されたとき、それによる噴霧９ａが気筒２内に導入されたとき、噴霧９ａと気筒内噴射弁３による噴霧３ａとを衝突させることで、噴霧９ａを形成する燃料が気筒２の内壁面に向かおうとする動作を妨げて、燃料が該内壁面に付着するのを抑制することが可能となる。
【００３７】
ここで、図３に基づいて、噴霧９ａが噴霧３ａと衝突するための、気筒内噴射弁３の噴射時期について説明する。図３の横軸は、内燃機関１のクランクアングルを表し、図中ＴＤＣは圧縮行程上死点を意味する。また、−３６０ＣＡ、−１８０ＣＡは、ＴＤＣを基準として、クランクアングルで３６０度前、１８０度前のクランクアングルを意味する。そして、図３の上段は、ポート内噴射弁９による吸気ポート７内への燃料噴射（ＩＮＪ１）の時期を表す図であり、図３の下段は、気筒内噴射弁３による気筒２内への燃料噴射（ＩＮＪ２、ＩＮＪ３）の時期を表す図である。
【００３８】
ポート内噴射弁９における燃料噴射は、噴射ＩＮＪ１（以下、「予混合燃焼用噴射」ともいう。）として行われる。噴射ＩＮＪ１は吸気行程（−３６０ＣＡから−１８０ＣＡの期間）において行われ、その噴射量はＱｐであり、該噴射により主に予混合気が形成される。
【００３９】
また、気筒内噴射弁３における燃料噴射は、噴射ＩＮＪ２（以下、「気筒内予備噴射」ともいう。）およびＩＮＪ３（以下、「気筒内主噴射」ともいう。）として行われる。噴射ＩＮＪ２による噴射量はＱｐｌであり、噴射ＩＮＪ３による噴射量はＱｍである。そして、噴射ＩＮＪ２での噴射燃料によって形成される噴霧が、噴射ＩＮＪ１での噴射燃料によって形成される噴霧と衝突するために、噴射ＩＮＪ２は噴射ＩＮＪ１が開始されてから、所定遅れ時間τｄをもって行われる。この所定遅れ時間τｄは、吸気弁５が開弁しているか否か、またはポート内噴射弁９から噴射された燃料が吸気とともに気筒２内に到達するまでに要する時間等に基づいて決定される。
【００４０】
このように噴射ＩＮＪ１に対して所定遅れ時間τｄをもって噴射ＩＮＪ２を行うことで、主に予混合気を形成するポート内噴射弁９から噴射された燃料に対して、気筒内噴射弁３から噴射された燃料を衝突させることで、前者の燃料が気筒２の内壁面に付着するのを抑制することが可能となる。
【００４１】
ここで、噴射ＩＮＪ２は吸気行程において行われる噴射であり、更に噴射ＩＮＪ１に対して所定遅れ時間τｄをもって行われる噴射であるため、噴射ＩＮＪ２の噴射量Ｑｐｌが
過度に多量となると、噴射ＩＮＪ２による噴射燃料が気筒２の内壁面に付着する虞がある。そこで、噴射ＩＮＪ２の噴射量Ｑｐｌは、噴射ＩＮＪ１による噴射燃料の気筒２の内壁面への付着を抑制し得ることを条件に、可及的に少ない量とする。
【００４２】
そして、内燃機関１の機関負荷に応ずるために必要とされる燃料が噴射ＩＮＪ１および噴射ＩＮＪ２によって賄うことが困難である場合には、残りの燃料を噴射ＩＮＪ３（噴射量Ｑｍ）において噴射する。尚、噴射ＩＮＪ３は、ＴＤＣ近傍の時期において行われるため、噴射ＩＮＪ３による噴射燃料は気筒２の内壁面に付着せずに、予混合気とともに燃焼される。
【００４３】
次に、図４に基づいて、内燃機関１において予混合燃焼が行われる際に繰り返し実行される燃料噴射制御について、詳細に説明する。尚、図４に示す燃料噴射制御が行われる場合の、気筒内噴射弁３とポート内噴射弁９の噴射時期については、概ね図３に示す通りである。
【００４４】
Ｓ１０１では、アクセル開度センサ１６からの信号に基づいて、内燃機関１に要求される機関負荷Ｔｑを算出し、該機関負荷Ｔｑに応じた燃料噴射量の総量Ｑｔｏｔａｌを算出する。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００４５】
Ｓ１０２では、ポート内噴射弁９からの燃料噴射量である予混合燃焼用噴射量（図３に示す噴射ＩＮＪ１における燃料噴射量）Ｑｐを、算出する。予混合燃焼用噴射量Ｑｐの算出に際しては、気筒２内に均一な予混合気を形成することや過早着火の回避を考慮して、内燃機関１の機関速度Ｎｅや機関負荷Ｔｑに基づいて算出される。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００４６】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で算出された予混合燃焼用噴射量Ｑｐの燃料が気筒２の内壁面に付着するのを抑制するために必要十分な、該燃料によって形成される噴霧に衝突させる噴霧を形成するための気筒内噴射弁３からの燃料噴射量、即ち、図３に示す噴射ＩＮＪ２における燃料噴射量である気筒内予備噴射量Ｑｐｌを算出する。具体的には、予混合燃焼用噴射量Ｑｐの燃料による気筒２の内壁面への付着を抑制するために、Ｓ１０２で算出された予混合燃焼用噴射量Ｑｐが多くなるに従い、気筒内予備噴射量Ｑｐｌの量を増量して設定する。
【００４７】
ここで、気筒内予備噴射は、気筒内噴射弁３によって燃料噴射が行われるため、気筒２の内壁面へ燃料が付着しやすい。そして、気筒内予備噴射量Ｑｐｌの量が増量されて基準量Ｑｐｌｍａｘを越えると、予混合燃焼用噴射による燃料と衝突することによって該燃料の気筒２の内壁面への付着を抑制するものの、気筒内予備噴射による燃料自体が気筒２の内壁面に付着する虞がある。そこで、気筒内予備噴射量Ｑｐｌの値は、上限をＱｐｌｍａｘとして設定される。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００４８】
Ｓ１０４では、図３に示す噴射ＩＮＪ３における燃料噴射量である気筒内主噴射量Ｑｍを算出する。即ち、気筒内主噴射Ｑｍは、Ｓ１０１で算出された総噴射量ＱｔｏｔａｌからＳ１０２で算出された予混合燃焼用噴射量ＱｐとＳ１０３で算出された気筒内予備噴射量Ｑｐｌを減じた値である。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００４９】
Ｓ１０５では、Ｓ１０３で算出された気筒内予備噴射量ＱｐｌとＳ１０４で算出された気筒内主噴射量Ｑｍを、吸気ポート７を流れる吸気の状態に基づいて補正する。これは、吸気ポート７を流れる吸気の状態によっては、予混合燃焼用噴射による噴射燃料の気筒２の内壁面への付着の程度が異なるとともに、気筒内予備噴射による噴射燃料が気筒２の内壁面に付着する虞があるためその噴射量を可及的に適量とすることが好ましいからである
。
【００５０】
具体的には、先ず、吸気ポート７を流れる吸気の流量に基づいて、気筒内予備噴射量Ｑｐｌと気筒内主噴射量Ｑｍとを補正する。即ち、該吸気の流量が多くなるに従いポート内噴射弁９から噴射された燃料の運動量は増加するため、該燃料が気筒２の内壁面に付着する虞は高い。そこで、以下に示す式（１）および式（２）に従って、気筒内予備噴射量Ｑｐｌと気筒内主噴射量Ｑｍとを補正する。
【００５１】
気筒内予備噴射量Ｑｐｌ＝（Ｓ１０３での算出値）×（１＋係数Ｂ）・・・（式１）
気筒内主噴射量Ｑｍ＝Ｑｔｏｔａｌ−Ｑｐ−（式１で補正後のＱｐｌ）・・・（式２）
ここで、係数Ｂは、エアフローメータ１３からの信号に基づいて算出される吸気ポート７を流れる吸気の流量の増加に従い、その値が増加する係数である。尚、係数Ｂは、ＥＣＵ２０内に格納されている吸気の流量と係数Ｂとの関係を示すマップに、吸気流量をパラメータとしてアクセスすることによって求められる。
【００５２】
上記の式に基づいて、吸気の流量の増加に従い気筒内予備噴射量Ｑｐｌを増量補正するとともに、気筒内主噴射量Ｑｍを減量補正する。即ち、気筒内主噴射量Ｑｍに対する気筒内予備噴射量Ｑｐｌの割合を増量補正する。これにより、ポート内噴射弁９からの噴霧に衝突させるための気筒内噴射弁３からの燃料噴射量が増量されて、運動量が増加したポート内噴射弁９からの噴射燃料が気筒２の内壁面に付着するのをより確実に抑制することが可能である。
【００５３】
ここで、上述するように気筒内予備噴射Ｑｐｌを増量する場合、その増量後の上限値を上述したＱｐｌｍａｘを超えないようにする。これにより、気筒内予備噴射による気筒２の内壁面への燃料付着を抑制することが可能となる。
【００５４】
次に、吸気ポート７を流れる吸気の温度に基づいて、気筒内予備噴射量Ｑｐｌと気筒内主噴射量Ｑｍとを補正する。即ち、該吸気の温度が高くなるに従いポート内噴射弁９から噴射された燃料の蒸発が促進され、その運動量は低下するため、該燃料が気筒２の内壁面に付着する虞は低くなる。例えば、排気再循環通路１１を介してＥＧＲガスが吸気ポート７に再循環されるとき、吸気温度が比較的高くなる。そこで、以下に示す式（３）および式（４）に従って、気筒内予備噴射量Ｑｐｌと気筒内主噴射量Ｑｍとを補正する。
【００５５】
気筒内予備噴射量Ｑｐｌ＝（Ｓ１０３での算出値）×（１−係数Ｃ）・・・（式３）
気筒内主噴射量Ｑｍ＝Ｑｔｏｔａｌ−Ｑｐ−（式３で補正後のＱｐｌ）・・・（式４）
ここで、係数Ｃは、吸気温度センサ１４からの信号に基づいて算出される吸気ポート７を流れる吸気の温度の上昇に従い、その値が増加する係数である。尚、係数Ｃは、ＥＣＵ２０内に格納されている吸気の温度と係数Ｃとの関係を示すマップに、吸気温度をパラメータとしてアクセスすることによって求められる。
【００５６】
上記の式に基づいて、吸気温度の上昇に従い気筒内予備噴射量Ｑｐｌを減量補正するとともに、気筒内主噴射量Ｑｍを増量補正する。即ち、気筒内主噴射量Ｑｍに対する気筒内予備噴射量Ｑｐｌの割合を減量補正する。これにより、ポート内噴射弁９からの噴霧に衝突させるための気筒内噴射弁３からの燃料噴射量が減量されて、気筒内噴射弁３から気筒内予備噴射により噴射される燃料量を適量とした上で、燃料が気筒２の内壁面に付着するのをより確実に抑制することが可能である。
【００５７】
Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００５８】
Ｓ１０６では、気筒内予備噴射を行う噴射時期を決定する所定遅れ時間τｄを、吸気ポ
ート７を流れる吸気の流量に従って算出する。即ち、吸気流量が増加するほど、ポート内噴射弁９から予混合燃焼用噴射により噴射された燃料が気筒２内に到達する時間が短縮されることを考慮して、所定遅れ時間τｄが決定される。具体的には、所定遅れ時間τｄは、以下に示す式（５）に従って算出される。
【００５９】
所定遅れ時間τｄ＝（ベース値）−係数Ｄ・・・（式５）
ここで、係数Ｄは、エアフローメータ１３からの信号に基づいて算出される吸気ポート７を流れる吸気の流量の増加に従い、その値が増加する係数である。尚、係数Ｄは、ＥＣＵ２０内に格納されている吸気の温度と係数Ｄとの関係を示すマップに、吸気温度をパラメータとしてアクセスすることによって求められる。また、ベース値は、ＥＣＵ２０内に予め格納されている。
【００６０】
上記の式に基づいて、吸気流量の増加に従い所定遅れ時間τｄを短縮する。これにより、ポート内噴射弁９からの噴霧に衝突させるための気筒内噴射弁３からの燃料噴射時期をより適正なものとして、噴霧の衝突をより確実に生じさせることが可能となる。その結果、ポート内噴射弁９から予混合燃焼用噴射により噴射された燃料が気筒２の内壁面に付着するのをより確実に抑制することが可能となる。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０７へ進む。
【００６１】
Ｓ１０７では、上述したように算出、補正された予混合燃焼用噴射量Ｑｐ、気筒内予備噴射量Ｑｐｌ、気筒内主噴射量Ｑｍ、所定遅れ時間τｄに従って、ＥＣＵ２０がポート内噴射弁９および気筒内噴射弁３に噴射指令を出して、燃料噴射が行われる。尚、ポート内噴射弁９における噴射開始時期は、図３に示すように吸気行程中である。Ｓ１０７の処理後、本制御が終了する。
【００６２】
本制御によると、内燃機関１の予混合燃焼に際して、吸気行程中にポート内噴射弁３から予混合燃焼用噴射が行われることで、気筒２内に予混合気が形成される。その際に、予混合燃焼用噴射によって噴射された燃料が、気筒内予備噴射によって噴射された燃料と衝突することで、燃料の気筒２の内壁面への付着を抑制することが可能となる。
【実施例２】
【００６３】
次に、本発明の第二の実施例として、図１に示す内燃機関１の有するポート内噴射弁９が、口径が異なる二種類の噴孔を有する場合の、予混合燃焼時の燃料噴射制御、特に燃料噴射時期の制御について説明する。尚、本実施例に係るポート内噴射弁を、第一の実施例におけるポート内噴射弁９と区別して、ポート内噴射弁９０とする。
【００６４】
図５に、本実施例に係るポート内噴射弁９０の、噴孔周辺の詳細な構造を示す。ポート内噴射弁９０の外殻９５には噴孔の口径が小さい小噴孔９３と噴孔の口径が大きい大噴孔９４が設けられている。ここで、大噴孔９４が外殻９５の先端部に近い部位に設けられ、一方で、小噴孔９３は大噴孔９４と比べて、外殻９５の先端部から遠い部位に設けられている。そして、これらの小噴孔９３および大噴孔９４を通して燃料が、ポート内噴射弁９０から噴射される。
【００６５】
ここで、ポート内噴射弁９０からの燃料噴射は、外殻９５の内部に設けられ、ポート内噴射弁９０の長手方向に移動可能な二つのニードル弁９１、９２（以下、ニードル弁９１を「第一ニードル弁９１」と、ニードル弁９２を「第二ニードル弁９２」という）によって制御される。具体的には、先ず図５（ａ）に示すように、ポート内噴射弁９０が閉弁状態にあるとき、即ち第一ニードル弁９１および第二ニードル弁９２が初期状態であって、両弁が外殻９５の内壁面と接触した状態になっているときは、燃料が小噴孔９３および大噴孔９４まで至らないため、燃料は噴射されない。尚、図５中矢印で表されるのは、燃料
の流れを意味する。
【００６６】
次に、図５（ｂ）に示すように第一ニードル弁９１が移動して外殻９５の内壁面との接触状態が解消されているが、第二ニードル弁９２と該内壁面との接触状態は維持されている場合、燃料は大噴孔９４までは至らず、小噴孔９３のみから噴射される。尚、図５（ｂ）に示すように小噴孔９３のみからの燃料噴射を、小噴孔噴射という。
【００６７】
次に、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）の状態から第一ニードル弁９１と第二ニードル弁９２とが更に移動して第一ニードル弁９１および第二ニードル弁９２の両弁と外殻９５の内壁面との接触状態が解消されている場合、燃料は大噴孔９４まで至り、小噴孔９３および大噴孔９４から燃料が噴射される。尚、図５（ｃ）に示すように小噴孔９３および大噴孔９４からの燃料噴射を、大噴孔噴射という。
【００６８】
このように構成されるポート内噴射弁９０においては、図６に示すように、吸気弁５のリフト量が最大量の５０％を境界として、該リフト量が５０％未満の低リフト時には小噴孔噴射が行われ、該リフト量が５０％以上の高リフト時には大噴孔噴射が行われる。そして、小噴孔噴射においては、燃料は小噴孔９３から噴射されるため、より微粒化された燃料が噴射されることになり、以て燃料の蒸発が促進される。そのため、吸気ポート７への付着は抑制される。一方で、小噴孔９３の口径は小さいため小噴孔噴射の噴射率は低い。そこで、吸気弁５が高リフト状態となって吸気ポート７における実質的な流路面積が大きくなると大噴孔噴射を行うことで、大噴孔９４からの噴射率の高い燃料噴射を行う。
【００６９】
ここで、内燃機関１においてポート内噴射弁９０から吸気行程に噴射を行って予混合燃焼を行う場合、ポート内噴射弁９０から小噴孔噴射によって噴射された燃料は、より微粒化されているため、吸気行程におい気筒２内に導入されても気筒２内に拡散されて、気筒２の内壁面に付着する虞が小さい。一方で、ポート内噴射弁９０から大噴孔噴射によって噴射された燃料は、特に大噴孔９４から噴射された燃料は、小噴孔９３から噴射された燃料より粒径が大きいためその蒸発性は悪く、該燃料が気筒２の内壁面に付着する虞は大きい。そこで、図７に示すように気筒内噴射弁３の噴射時期を制御することで、燃料の内壁面への付着を抑制することが可能となる。
【００７０】
図７は、図３と同様に、ポート内噴射弁９０からの噴霧が気筒内噴射弁３からの噴霧と衝突させるための、気筒内噴射弁３の噴射時期を示す図である。図７の横軸の表現は、図３の場合と同様である。そして、図７の上段は、ポート内噴射弁９０による吸気ポート７内への燃料噴射であって吸気弁５が低リフト時の小噴孔噴射（ＩＮＪ４、ＩＮＪ５）の時期を表す図であり、中段は、ポート内噴射弁９０による吸気ポート７内への燃料噴射であって吸気弁５が高リフト時の大噴孔噴射（ＩＮＪ６）の時期を表す図であり、下段は、図３と同様、気筒内噴射弁３による気筒２内への燃料噴射（ＩＮＪ２、ＩＮＪ３）の時期を表す図である。即ち、図７の上段と中段は、説明のために、同一のポート内噴射弁９０からの燃料噴射を、吸気弁５のリフト量に応じて小噴孔噴射と大噴孔噴射とに区別して表記しているものである。
【００７１】
ここで、吸気行程においてポート内噴射弁９０から燃料噴射が行われることで、内燃機関１において予混合燃焼が実行されることになる。そして、上述したように、吸気弁５が低リフト状態にあるときの小噴孔噴射（噴射ＩＮＪ４またはＩＮＪ５における燃料）は、気筒２内の内壁面に付着する虞は小さく、一方で、吸気弁５が高リフト状態にあるときの大噴孔噴射（噴射ＩＮＪ６における燃料）は気筒２内の内壁面に付着する虞は大きい。
【００７２】
そこで、該燃料の気筒２の内壁面への付着を抑制するための気筒内噴射弁３による気筒内予備噴射（ＩＮＪ２）を決定する先述の所定遅れ時間τｄは、噴射ＩＮＪ６が開始され
た時点、即ち、吸気弁５が高リフト状態にあるときの大噴孔噴射が開始された時点を基準とする。そして、気筒内予備噴射（ＩＮＪ２）における燃料噴射量Ｑｐｌは、大噴孔噴射時のＩＮＪ６における燃料噴射量に応じて決定される。従って、噴射ＩＮＪ６にける燃料噴射量が多くなるに従い、Ｑｐｌが多くなるように設定される。このとき、Ｑｐｌが、先述したＱｐｌｍａｘを超えないようにする。
【００７３】
また、図４に示す燃料噴射制御中の処理Ｓ１０５における、気筒内予備噴射ＩＮＪ２における燃料噴射量Ｑｐｌと気筒内主噴射ＩＮＪ３における燃料噴射量Ｑｍとの補正を行うことも可能である。
【００７４】
このように大噴孔噴射ＩＮＪ６に対して所定遅れ時間τｄをもって気筒内予備噴射ＩＮＪ２を行うことで、主に予混合気を形成するポート内噴射弁９０から噴射された燃料に対して、気筒内噴射弁３から噴射された燃料を衝突させることで、燃料が気筒２の内壁面に付着するのを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。
【図２】図１に示す内燃機関の気筒２近傍の図である。
【図３】本発明の第一の実施例に係る予混合圧縮着火内燃機関において、燃料噴射時期を表す図である。
【図４】本発明の第一の実施例に係る予混合圧縮着火内燃機関において、燃料噴射制御に関するフローチャートである。
【図５】本発明の第二の実施例に係る予混合圧縮着火内燃機関において、ポート内噴射弁の細部構造を示す図である。
【図６】本発明の第二の実施例に係る予混合圧縮着火内燃機関において、吸気弁のリフト量の推移を表す図である。
【図７】本発明の第二の実施例に係る予混合圧縮着火内燃機関において、燃料噴射時期を表す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・気筒内噴射弁
４・・・・ピストン
５・・・・吸気弁
６・・・・排気弁
７・・・・吸気ポート
８・・・・排気ポート
９・・・・ポート内噴射弁
１３・・・・エアフローメータ
１４・・・・吸気温度センサ
１５・・・・クランクポジションセンサ
１６・・・・アクセル開度センサ
２０・・・・ＥＣＵ
９０・・・・ポート内噴射弁
９１・・・・第一ニードル弁
９２・・・・第二ニードル弁
９３・・・・小噴孔
９４・・・・大噴孔
【図１】
2005226486.tif 000003
【図２】
2005226486.tif 000004
【図３】
2005226486.tif 000005
【図４】
2005226486.tif 000006
【図５】
2005226486.tif 000007
【図６】
2005226486.tif 000008
【図７】
2005226486.tif 000009