(57)【要約】【課題】筒内噴射用インジェクタの噴孔近傍温度の上昇を抑制し、当該噴孔近傍へのデポジットの生成を抑制する。【解決手段】ＥＣＵ１５は、吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ１１により燃料を燃焼室１０内に噴射するメイン燃料噴射を実施するとともに、サブ燃料噴射を実施するか否かを判定し、実施可能な場合にはサブ燃料噴射を実施する。また、ＥＣＵ１５は、メイン燃料噴射後の点火、燃焼により生じた火炎面１４がインジェクタ１１の噴孔近傍に到達する時期を、メイン燃料噴射後の点火時期に基づいて推定する。そして、推定された火炎到達時期よりも前にサブ燃料噴射を実施するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタにより燃料を気筒内に噴射するメイン燃料噴射を実施するメイン燃料噴射制御手段と、
前記メイン燃料噴射に続いて前記燃料を前記インジェクタにより前記気筒内に噴射するサブ燃料噴射を実施するか否かを判定するサブ燃料噴射可否判定手段と、
前記サブ燃料噴射可否判定手段により前記サブ燃料噴射を実施すると判定された場合に前記サブ燃料噴射を実施するサブ燃料噴射制御手段と、
を備えた筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置において、
前記メイン燃料噴射後の点火、燃焼により生じた火炎が前記インジェクタの噴孔近傍に到達する時期を、前記メイン燃料噴射後の点火時期または筒内圧の少なくとも一方に基づいて推定または算出する火炎到達時期算出手段を更に備え、
前記サブ燃料噴射制御手段は、前記火炎到達時期算出手段により推定または算出された火炎到達時期よりも前に前記サブ燃料噴射を実施することを特徴とする筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記サブ燃料噴射には、燃焼温度を低下させる燃料を用いることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記インジェクタは、前記燃料と空気とを所定割合で混合して噴射し、理論空燃比の混合気を噴射できるように構成され、当該インジェクタにより前記サブ燃料噴射がなされることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置に関し、更に詳しくは、筒内噴射用インジェクタの噴孔近傍温度の上昇を抑制し、当該噴孔近傍へのデポジットの生成を抑制することができる筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンでは、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタの先端部が燃焼ガスに曝されるため、噴孔近傍の温度が上昇して当該噴孔近傍にデポジットが生成し易くなる。
【０００３】
すなわち、このデポジットは、噴孔近傍温度が所定温度を超えると、燃料が蒸し焼き状態となって生成されると考えられる。生成されたデポジットは、インジェクタの噴孔を狭めて噴射量を低下させたり、燃料の噴霧形状を変化させて燃焼を悪化させるという問題があった。
【０００４】
また、このデポジットは、一定温度以上になると焼失するが、長時間高温に曝されると、熱処理を施した状態となり、インジェクタの強度が低下する虞もある。したがって、インジェクタの噴孔近傍温度を定常的に所定値以下に保つことが必要であった。
【０００５】
そこで、従来より、インジェクタ噴孔近傍へのデポジットの生成を抑制する手段として種々の技術が提案されている。たとえば、主噴射、点火後に副噴射を行ってインジェクタを冷却する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
なお、関連技術として、以下のようなものが公知である。すなわち、気筒内の内周への流れを形成するように第１吸気ポートに設けた大粒径噴射の第１燃料噴射弁と、気筒内外周へ流れを形成するように第２吸気ポートに設けた小粒径噴射の第２燃料噴射弁とを有する内燃機関であって、第２燃料噴射弁からエマルジョン燃料を噴射する技術が開示されている（特許文献２参照）。
【０００７】
また、１段目の燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度等に応じて、第２の燃料噴射の噴射時期を制御するとともに、予め空気と混合した燃料を噴射する高圧エアアシスト噴射弁を用いることにより、噴射直後に火花点火しても所望の１段目の燃焼を得ることができる旨が開示されている（特許文献３参照）。また、燃料を噴射すると、インジェクタ先端温度が低下してデポジットの生成が抑制される旨が開示されている（特許文献４参照）。
【０００８】
更に、つぎのようなインジェクタも開示されている。すなわち、ボディ部材内に収容したニードル弁を、外部の噴射制御手段によって駆動し、ボディシート部内壁のシート面から離座または着座させて、ボディ部材先端に設けた噴孔を開閉するものである。そして、ニードル弁先端の弁部は、ボディ部材、ボディシート部の構成材料より低熱膨張材料で構成してあり、噴孔温度の上昇時に、熱膨張差を利用してニードル弁とシート面の間から噴孔に微量の燃料をリークさせるリーク機構が設けられている（特許文献５参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２１４７８５号公報
【特許文献２】特開２００４−４４４５３号公報
【特許文献３】特開２００２−２７６４４２号公報
【特許文献４】特開２００３−２０１８３６号公報
【特許文献５】特開２００３−２１４２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１〜４に係る従来技術にあっては、筒内噴射用インジェクタの噴孔近傍温度の上昇を抑制し、当該噴孔近傍へのデポジットの生成を抑制する際の、直接的な条件、すなわち、燃焼により生じた火炎がインジェクタの噴孔近傍に到達する時期を考慮した手段ではなかった。このため、エンジンの運転状況によっては、インジェクタの噴孔近傍温度の上昇を抑制できていない虞があった。
【００１１】
また、上記特許文献５に係る従来技術にあっては、リークされた燃料がインジェクタに残り、未燃炭化水素（ＨＣ）となる虞があった。
【００１２】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、筒内噴射用インジェクタの噴孔近傍温度の上昇を抑制し、当該噴孔近傍へのデポジットの生成を抑制することができる筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置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】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置は、吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタにより燃料を気筒内に噴射するメイン燃料噴射を実施するメイン燃料噴射制御手段と、前記メイン燃料噴射に続いて前記燃料を前記インジェクタにより前記気筒内に噴射するサブ燃料噴射を実施するか否かを判定するサブ燃料噴射可否判定手段と、前記サブ燃料噴射可否判定手段により前記サブ燃料噴射を実施すると判定された場合に前記サブ燃料噴射を実施するサブ燃料噴射制御手段と、を備えた筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置において、前記メイン燃料噴射後の点火、燃焼により生じた火炎が前記インジェクタの噴孔近傍に到達する時期を、前記メイン燃料噴射後の点火時期または筒内圧の少なくとも一方に基づいて推定または算出する火炎到達時期算出手段を更に備え、前記サブ燃料噴射制御手段は、前記火炎到達時期算出手段により推定または算出された火炎到達時期よりも前に前記サブ燃料噴射を実施することを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明の請求項２に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記サブ燃料噴射には、燃焼温度を低下させる燃料を用いることを特徴とするものである。
【００１５】
また、この発明の請求項３に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記インジェクタは、前記燃料と空気とを所定割合で混合して噴射し、理論空燃比の混合気を噴射できるように構成され、当該インジェクタにより前記サブ燃料噴射がなされることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置（請求項１）によれば、筒内噴射用インジェクタの噴孔近傍温度の上昇を抑制し、当該噴孔近傍へのデポジットの生成を抑制することができる。
【００１７】
また、この発明に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置（請求項２）によれば、サブ燃料噴射による拡散燃焼時に、燃焼温度が低下するような燃料、たとえば、燃料中に水を分散させた公知の水エマルジョン燃料を用いることにより、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００１８】
また、この発明に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置（請求項３）によれば、火炎暴露抑制のためのサブ燃料噴射時に、局所的なリッチ燃焼の発生を抑制でき、ＮＯｘ生成を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、この発明に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明を筒内直噴ガソリンエンジンに適用する例について説明するが、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２０】
図１は、この発明の実施例１に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置を示すブロック図であり、燃焼室内をピストン頂面側からシリンダヘッド側を見たものである。
【００２１】
図１に示すように、燃焼室（気筒）１０内には、燃料を当該燃焼室１０内に直接噴射するインジェクタ１１が設けられている。なお、符号１０ａは、シリンダ内壁面を示している。
【００２２】
このインジェクタ１１は、吸気行程あるいは圧縮行程で燃料を燃焼室１０内に噴射するメイン燃料噴射と、当該インジェクタ１１の噴孔（図示せず）近傍温度の上昇を抑制したい場合に、このメイン燃料噴射に続いて少量の燃料を噴射するサブ燃料噴射に使用されるものである。なお、サブ燃料噴射時には点火プラグ１２によって点火されない。
【００２３】
図１では、上記メイン燃料噴射後に点火プラグ１２によって点火され、火炎面１４が生成された状態を示している。
【００２４】
また、図１は、上記火炎面１４がインジェクタ１１の噴孔近傍に到達するよりも前にサブ燃料噴射が実施され、燃料噴霧１３が形成されている様子を示している。
【００２５】
電子制御装置であるＥＣＵ１５は、燃料噴射制御装置としてエンジンの基本制御を実行するものであり、インジェクタ１１の噴射制御と点火プラグ１２の点火制御等を実施する。すなわち、ＥＣＵ１５は、メイン燃料噴射制御手段として、吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ１１により燃料を燃焼室１０内に噴射するメイン燃料噴射を実施する。
【００２６】
また、ＥＣＵ１５は、サブ燃料噴射可否判定手段として、サブ燃料噴射を実施するか否かを判定し、実施可能な場合にはサブ燃料噴射を実施するサブ燃料噴射制御手段として機能する。
【００２７】
また、ＥＣＵ１５は、メイン燃料噴射後の点火、燃焼により生じた火炎面１４がインジェクタ１１の噴孔近傍に到達する時期を、メイン燃料噴射後の点火時期に基づいて推定する火炎到達時期算出手段としても機能する。そして、ＥＣＵ１５は、推定された火炎到達時期よりも前にサブ燃料噴射を実施するように構成されている。
【００２８】
つぎに制御方法について図３および図４に基づいて図１および図２を参照しつつ説明する。ここで、図２は、制御タイミングおよび筒内圧を示すタイムチャート、図３は、制御方法を示すフローチャート、図４は、サブ燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【００２９】
図３に示すように、先ず、インジェクタ１１の噴孔近傍にデポジットが生成され易い条件となっているか否かを判断する（ステップＳ１０）。すなわち、インジェクタ１１の噴孔近傍温度が所定値以上となっているか否かを判断する。
【００３０】
なお、この噴孔近傍温度は、温度センサ（図示せず）を設けて直接検出することも可能であるが、エンジンの運転状態（エンジン回転数や負荷等）に基づいて予め定められたマップ等を用いて推定することができる。
【００３１】
デポジット生成条件となっている場合には（ステップＳ１０肯定）、デポジットの生成を抑制するために、サブ燃料噴射制御を実行（ＯＮ）し（ステップＳ２０）、デポジット生成条件となっていない場合には（ステップＳ１０否定）、デポジットの生成を抑制する必要がないので、サブ燃料噴射制御を実行せず（ＯＦＦ）に（ステップＳ３０）、制御を終了するものとする。
【００３２】
サブ燃料噴射制御は、図４に示すように、実行される。すなわち、先ず、サブ燃料噴射量を設定する（ステップＳ２１）。この噴射量は、インジェクタ１１の噴孔近傍が火炎面１４の火炎に曝されない程度の少量であればよく、予め実験等により各種運転状況に基づいて最適値を設定しておく。
【００３３】
一般に、火炎の先端部は高温であり、火炎の根元部は低温である。したがって、インジェクタ１１から上記少量の燃料噴霧１３を噴射し、当該燃料噴霧１３が自然着火して火炎が発生した場合には、当該火炎の根元部にあたるインジェクタ１１の噴孔近傍は低温となり、かつ、この火炎によって先のメイン燃料噴射によって生じた火炎面１４に曝されずに済む。
【００３４】
また、低温で噴射される燃料噴霧１３によっても、インジェクタ１１の噴孔近傍は冷却される。これらによって、インジェクタ１１の噴孔近傍の温度上昇が抑制される。
【００３５】
また、ステップＳ２２では、上記サブ燃料噴射量を考慮したメイン燃料噴射量が設定される。すなわち、その時の運転負荷に必要な基本燃料噴射量は、予め図示しない基本制御ルーチンにて算出されているので、その基本燃料噴射量から上記ステップＳ２１で求めたサブ燃料噴射量を差し引くことによって求めることができ、これをメイン燃料噴射量と設定する。
【００３６】
つぎに、サブ燃料噴射の時期を設定する（ステップＳ２３）。このサブ燃料噴射時期は、図２に示すように、メイン燃料噴射後の点火後であり、かつ、メイン燃料噴射の燃焼により生じた火炎面１４がインジェクタ１１の噴孔近傍に到達する火炎到達時期前である。
【００３７】
この火炎到達時期も、メイン燃料噴射後の点火時期または筒内圧の少なくとも一方に基づいて推定または算出することができ、具体的には予め実験等により各種運転状況に基づいて最適値を設定しておけばよい。
【００３８】
上記サブ燃料噴射量、メイン燃料噴射量およびサブ燃料噴射時期が設定されたら、これらの設定値に基づき、上記ステップＳ２０にてサブ燃料噴射が実施される。なお、メイン燃料噴射制御は、図示しない公知の基本制御ルーチンにて実施されるので、説明を省略する。
【００３９】
以上のように、この実施例１に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置によれば、筒内噴射用インジェクタの噴孔近傍温度の上昇を抑制し、当該噴孔近傍へのデポジットの生成を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施例１では、通常使用されている公知のインジェクタ１１を用いて上記のように制御しているので、従来の特許文献５に係る技術のように燃料をリークすることがない。したがって、燃料がインジェクタ１１に残ることもなく、それによる未燃炭化水素（ＨＣ）の発生の虞もない。
【実施例２】
【００４１】
上記実施例１では、火炎暴露抑制のためにサブ燃料噴射を行ったが、このサブ燃料噴射により局所的にリッチ燃焼することによってＮＯｘが生成される虞がある。
【００４２】
そこで、本実施例２では、このＮＯｘ生成を抑制するために、上記サブ燃料噴射による拡散燃焼時に、燃焼温度が低下するような燃料を使用することとした。この燃料として、たとえば、燃料中に水を分散させた公知の水エマルジョン燃料を用いることができる。
【００４３】
このようなエマルジョン燃料をエンジンに供給するエマルジョン燃料供給装置は、たとえば単一燃料（ガソリン）を貯蔵する燃料タンクと、その燃料に混合するための水を貯蔵するタンクと、燃料と水とを適切な混合比で混合してエマルジョン化させて水エマルジョン燃料を生成する手段と、生成した水エマルジョン燃料を貯蔵する手段とを備えるように構成することができる。
【００４４】
また、エマルジョン燃料供給装置として、インジェクタ１１の直近に燃料混合手段を設け、当該インジェクタ１１から燃料を噴射する直前に当該燃料に水を混合する公知のシステムを用いることもできる。
【００４５】
その他の構成および基本制御は、上記実施例１の場合とほぼ同様であるので、重複説明を省略する。
【００４６】
以上のように、この実施例２に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置によれば、サブ燃料噴射による拡散燃焼時に、燃焼温度が低下する水エマルジョン燃料を用いることにより、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００４７】
なお、上記実施例２においては、燃焼温度が低下するような燃料として水エマルジョン燃料を用いるものとして説明したが、これに限定されず、その他の燃料であってもよい。
【実施例３】
【００４８】
上述したように、上記実施例１では火炎暴露抑制のためにサブ燃料噴射を行ったが、このサブ燃料噴射により局所的にリッチ燃焼することによってＮＯｘが生成される虞がある。
【００４９】
そこで、本実施例３は、このＮＯｘ生成を抑制するために、燃料と空気を混合して噴射し、理論空燃比の混合気を噴射できるように、インジェクタ１１にエアアシスト機能を持たせて構成したものである。
【００５０】
上記燃料と空気の混合量は、ＮＯｘ生成量が最少となるようにエンジン回転数や負荷等に基づいて予め定められたマップ等を用いて設定される。これにより、火炎暴露抑制のためのサブ燃料噴射時に、局所的なリッチ燃焼の発生が抑制され、ＮＯｘ生成が抑制される。
【００５１】
その他の構成および基本制御は、上記実施例１の場合とほぼ同様であるので、重複説明を省略する。
【００５２】
以上のように、この実施例３に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置によれば、火炎暴露抑制のためのサブ燃料噴射時にインジェクタ１１によりエアアシストすることにより、ＮＯｘ生成を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、この発明に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射エンジンに有用であり、特に、筒内噴射用インジェクタの噴孔近傍温度の上昇を抑制し、当該噴孔近傍へのデポジットの生成を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の実施例１に係る筒内噴射エンジンの燃料噴射制御装置を示すブロック図である。
【図２】制御タイミングおよび筒内圧を示すタイムチャートである。
【図３】制御方法を示すフローチャートである。
【図４】サブ燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１０  燃焼室（気筒）
１０ａ  シリンダ内壁面
１１  インジェクタ
１２  点火プラグ
１３  燃料噴霧
１４  火炎面
１５  ＥＣＵ（メイン燃料噴射制御手段、サブ燃料噴射可否判定手段、サブ燃料噴射制御手段、火炎到達時期算出手段、燃料噴射制御装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007321591.tif 000006