(57)【要約】【課題】成層燃焼時における燃焼の悪化を抑制することができる筒内直噴内燃機関を提供すること。【解決手段】スプレーガイド式の筒内直噴内燃機関１−１において、吸気経路５と燃焼室Ａとの連通を行う吸気弁をその開閉時期を可変可能な可変吸気弁４１とし、可変吸気弁４１の開閉時期を制御する可変吸気弁制御部７５（実圧縮比を制御する実圧縮比制御手段）、燃料室Ａ内に吸気される吸入空気の吸気温度を取得する吸気温度度取得歩７４とを備え、可変吸気弁制御手段７５は、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁２１により燃焼室Ａ内に燃料を噴射する際に、取得された吸気温度が低いときには、可変吸気弁４１の閉時期を進角側に制御し、実圧縮比を増加する。【選択図】        図１
2007085232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により燃焼室内に噴射された燃料が当該燃焼室内に吸気された吸入空気と混合し、点火プラグ近傍において混合気となる筒内直噴内燃機関において、
実圧縮比を制御する実圧縮比制御手段と、
筒内温度を代表する値を取得する代表値取得手段と、
を備え、前記実圧縮比制御手段は、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により前記燃焼室内に燃料を噴射する際に、前記取得された代表値が低いときには、前記実圧縮比を増加することを特徴とする筒内直噴内燃機関。
【請求項２】
前記吸気経路と前記燃焼室との連通を行う吸気弁は、開閉時期を可変可能な可変吸気弁であり、
前記実圧縮比制御手段は、前記可変吸気弁の開閉時期を制御する可変吸気弁制御手段であり、
前記可変吸気弁制御手段は、前記圧縮行程または膨張行程において前記燃料噴射弁により前記燃焼室内に燃料を噴射する際に、前記可変排気弁の閉時期を進角側に制御することを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴内燃機関。
【請求項３】
前記可変吸気弁制御手段は、前記取得された代表値が低いほど、前記可変吸気弁の閉時期の進角量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の筒内直噴内燃機関。
【請求項４】
圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により燃焼室内に噴射された燃料が当該燃焼室内に吸気された吸入空気と混合し、点火プラグ近傍において混合気となる筒内直噴内燃機関において、
燃料噴射弁により燃焼室に噴射される燃料の燃圧を制御する燃圧制御手段と、
筒内温度を代表する値を取得する代表値取得手段と、
を備え、前記燃圧制御手段は、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により前記燃焼室内に燃料を噴射する際に、前記取得された代表値が低いときには、前記燃圧を増加することを特徴とする筒内直噴内燃機関。
【請求項５】
前記燃圧制御手段は、前記取得された代表値が低いほど、前記燃圧の増加量を増大させることを特徴とする請求項４に記載の筒内直噴内燃機関。
【請求項６】
前記吸気経路から前記燃焼室内に吸気される吸入空気の吸気温度を検出する吸気温度検出手段、あるいは前記筒内直噴内燃機関を循環する冷却水の水温を検出する水温検出手段の少なくともいずれか一方を備え、
前記代表値取得手段が取得する代表値は、前記検出された吸気温度、あるいは前記検出された冷却水の水温の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の筒内直噴内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スプレーガイド式の筒内直噴内燃機関に関し、更に詳しくは、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により燃料を噴射する筒内直噴内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃焼室内に燃料噴射弁により燃料を直接噴射する筒内直噴内燃機関が提案されている。この筒内直噴内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて、成層燃焼から均質燃焼へと移行する。成層燃焼は、主に始動時などの低負荷時、低回転時において行われる。この成層燃焼を行う場合、燃料は、燃料噴射弁により少なくとも圧縮行程または膨張行程において燃焼室内に噴射される。
【０００３】
この筒内直噴内燃機関には、ウォールガイド式の筒内直噴内燃機関が提案されている。このウォールガイド式の筒内直噴内燃機関では、成層燃焼時において噴射された燃料は、シリンダの壁面あるいはピストンの頂部などに沿って、点火プラグに向かう。そして、この点火プラグに向かう際に、すでに吸気経路から燃焼室内に吸気された吸入空気と混合し、混合気となり、点火プラグが点火することでこの混合気が着火し、混合気内の燃料が燃焼することとなる。
【０００４】
また、特許文献１に示すように、スプレーガイド式の筒内直噴内燃機関が提案されている。このスプレーガイド式の筒内直噴内燃機関では、成層燃焼時において噴射された燃料は、すでに吸気経路から燃焼室に吸気された吸入空気と混合し、点火プラグ近傍において混合気となり、点火プラグが点火することでこの混合気が着火し、混合気内の燃料が燃焼することとなる。つまり、スプレーガイド式の筒内直噴内燃機関は、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料がシリンダの壁面やピストンの頂部に沿って点火プラグに向かうものではない。また、燃焼室内の吸入空気の気流によって、点火プラグに向かうものでもない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３８９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、筒内直噴内燃機関では、成層燃焼時、吸気行程において燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射する均質燃焼時と比較して、この燃料噴射弁から噴射された燃料の気化時間が短い。これは、成層燃焼を行う場合、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射するため、点火プラグが点火することで混合気が着火するまでの期間が短いためである。従って、筒内直噴内燃機関では、成層燃焼時、吸気経路から前記燃焼室内に吸気される吸入空気の吸気温度などが低く、燃焼室内の温度、すなわち筒内温度が低いときに、燃焼が悪化するという問題があった。
【０００７】
特に、スプレーガイド式の筒内直噴内燃機関は、ウォールガイド式の筒内直噴内燃機関のように、上記噴射された燃料がシリンダの壁面あるいはピストンの頂部などに沿って点火プラグに向かわないため、このシリンダあるいはピストンなどの熱源による燃料の気化が困難である。従って、スプレーガイド式の筒内直噴内燃機関は、上記吸気温度などが低く、筒内温度が低い場合に、さらに燃焼が悪化するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、成層燃焼時における燃焼の悪化を抑制することができる筒内直噴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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により燃焼室内に噴射された燃料が当該燃焼室内に吸気された吸入空気と混合し、点火プラグ近傍において混合気となる筒内直噴内燃機関において、実圧縮比を制御する実圧縮比制御手段と、筒内温度を代表する値を取得する代表値取得手段と、を備え、前記実圧縮比制御手段は、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により前記燃焼室内に燃料を噴射する際に、前記取得された代表値が低いときには、前記実圧縮比を増加することを特徴とする。
【００１０】
また、この発明では、上記筒内直噴内燃機関において、前記吸気経路と前記燃焼室との連通を行う吸気弁は、開閉時期を可変可能な可変吸気弁であり、前記実圧縮比制御手段は、前記可変吸気弁の開閉時期を制御する可変吸気弁制御手段であり、前記可変吸気弁制御手段は、前記圧縮行程または膨張行程において前記燃料噴射弁により前記燃焼室内に燃料を噴射する際に、前記可変排気弁の閉時期を進角側に制御することを特徴とする。
【００１１】
また、この発明では、上記筒内直噴内燃機関において、前記可変吸気弁制御手段は、前記取得された代表値が低いほど、前記可変吸気弁の閉時期の進角量を増加させることを特徴とする。
【００１２】
これらの発明によれば、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により燃料を噴射する際に、取得された筒内温度を代表する代表値、例えば吸気温度あるいは冷却水の水温が低いときには、実圧縮比制御手段、例えば可変吸気弁制御手段が可変吸気弁の閉時期を進角側に制御することで、可変吸気弁の閉時期をピストンが下死点に位置する時期に近づけ、燃焼室内に吸気される吸入空気量を増加し、実圧縮比を増加する。例えば、取得された代表値が低いほど、すなわち筒内温度が低いほど、例えば可変吸気弁の閉時期の進角量を増加させ、実圧縮比を増加させる。従って、成層燃焼時において、燃焼室内の燃料が気化し難くても、実圧縮比を増加し、筒内温度を上昇させることで、燃料の気化を促進することができる。
【００１３】
また、この発明では、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により燃焼室内に噴射された燃料が当該燃焼室内に吸気された吸入空気と混合し、点火プラグ近傍において混合気となる筒内直噴内燃機関において、燃料噴射弁により燃焼室に噴射される燃料の燃圧を制御する燃圧制御手段と、筒内温度を代表する値を取得する代表値取得手段と、を備え、前記燃圧制御手段は、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により前記燃焼室内に燃料を噴射する際に、前記取得された代表値が低いときには、前記燃圧を増加することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明では、上記筒内直噴内燃機関において、前記燃圧制御手段は、前記取得された代表値が低いほど、前記燃圧の増加量を増大させることを特徴とする。
【００１５】
これらの発明によれば、圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁により燃料を噴射する際に、取得された筒内温度を代表する代表値、例えば吸気温度あるいは冷却水の水温が低いときには、燃圧制御手段が燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の燃圧を増加することで、燃焼室に噴射された際の燃料の微粒化が促進される。例えば、取得された代表値、すなわち筒内温度が低いほど、燃料の燃圧燃圧の増加量を増大させ、噴射された燃料の微粒化を促進する。従って、成層燃焼時において、燃焼室内の燃料が気化し難くても、燃料の微粒化が促進し、噴射された燃料が気化し易くなるので、燃料の気化を促進することができる。
【００１６】
また、この発明では、上記筒内直噴内燃機関において、前記吸気経路から前記燃焼室内に吸気される吸入空気の吸気温度を検出する吸気温度検出手段、あるいは前記筒内直噴内燃機関を循環する冷却水の水温を検出する水温検出手段の少なくともいずれか一方を備え、前記代表値取得手段が取得する代表値は、前記検出された吸気温度、あるいは前記検出された冷却水の水温の少なくともいずれか一方であることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、代表値取得手段は、筒内温度を代表するとともに直接的に影響を与える吸気温度あるいは筒内温度を代表するとともに間接的に影響を与える冷却水の水温の少なくともいずれか一方を代表値として取得する。従って、燃焼室内に温度センサを備えずに、筒内温度の変化を精度良く取得することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明にかかる筒内直噴内燃機関は、成層燃焼時における燃焼室内の燃料の気化を促進することで、燃焼の悪化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、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２０】
図１は、実施例１にかかるスプレーガイド式の筒内直噴内燃機関の構成例を示す図である。また、図２−１は、燃焼室に対する燃料噴射弁および点火プラグの配置を示す図である。また、図２−２は、図２―１のＡ−Ａ断面図を示す図である。図１に示すように、この実施例１にかかる筒内直噴内燃機関１−１は、燃料供給装置２と、複数の気筒（この実施例１では、直列４気筒）により構成される内燃機関本体３と、内燃機関本体３に接続される吸気経路５と、この内燃機関本体３に接続される排気経路６と、筒内直噴内燃機関１−１の運転を制御する運転制御装置であるＥＣＵ（Engine Control Unit）７とにより構成されている。
【００２１】
燃料供給装置２は、燃料タンク２２内に貯留されている燃料、例えばガソリンを筒内直噴内燃機関１−１に供給するものである。この燃料供給装置２は、燃料噴射弁２１と、燃料タンク２２と、低圧燃料ポンプ２３と、高圧燃料ポンプ２４と、図示しない燃料供給配管とにより構成されている。
【００２２】
燃料噴射弁２１は、内燃機関本体３の気筒３０ａ〜ｄごとに設けられており、この各気筒３０ａ〜ｄの燃焼室Ａ内に低圧燃料ポンプ２３および高圧燃料ポンプ２４により昇圧された燃料をそれぞれ噴射するものである。この燃料噴射弁２１は、図２−１および図２−２に示すように、スプレーガイドを可能とするために、後述する点火プラグ３６の近傍に配置されている。そして、燃料噴射弁２１は、成層燃焼時に、すなわち少なくとも圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁２１から燃焼室Ａ内に燃料を噴射する時、この燃焼室Ａ内に噴射された燃料Ｂがすでに吸気経路５から後述する可変吸気弁４１を介して燃焼室Ａ内に吸気された吸入空気と混合し、点火プラグ３６近傍において混合気となるように、燃料の噴射方向が設定さている。この燃料噴射弁２１の燃料噴射量や噴射タイミングなどの制御、すなわち燃料噴射制御は、ＥＣＵ７により行われる。
【００２３】
高圧燃料ポンプ２４は、低圧燃料ポンプ２３により昇圧された燃料タンク２２内に貯留されている燃料をさらに昇圧するものである。この高圧燃料ポンプ２４は、例えば可変バルブ装置４のインテークカムシャフト４３に取り付けられた図示しないポンプ用駆動カムが回転することによって駆動するものである。このインテークカムシャフト４３は、クランクシャフト３５の回転に連動して回転するものである。つまり、この高圧燃料ポンプ２４は、内燃機関１−１の出力によって駆動するものである。
【００２４】
この高圧燃料ポンプ２４には、図示しない電磁スピル弁が備えられており、この電磁スピル弁により、高圧燃料ポンプ２４に流入する低圧燃料ポンプ２３により昇圧された燃料の流入量を調整するものである。この高圧燃料ポンプ２４は、図示しない電磁スピル弁により燃料の流入量が調整されることで、高圧燃料ポンプ２４から吐出される燃料、すなわち燃料噴射弁２１から燃焼室Ａ内に噴射される燃料の圧力、すなわち燃圧Ｐを調整するものである。ここで、高圧燃料ポンプ２４への燃料の流入量などの制御、すなわち流入量制御は、この図示しない電磁スピル弁を用いてＥＣＵ７により行われる。
【００２５】
内燃機関本体３は、シリンダブロック３１と、このシリンダブロック３１に固定されたシリンダヘッド３２と、気筒３０ａ〜ｄごとに設けられるピストン３３およびコンロッド３４と、クランクシャフト３５と、気筒３０ａ〜ｄごとに設けられる点火プラグ３６と、可変バルブ装置４とにより構成されている。ここで、内燃機関本体３の各気筒３０ａ〜ｄには、各気筒３０ａ〜ｄのピストン３３と、シリンダブロック３１と、シリンダヘッド３２とによりそれぞれ燃焼室Ａが形成されている。シリンダヘッド３２には、吸気ポート３７および排気ポート３８が気筒３０ａ〜ｄごとに形成されており、それぞれ吸気経路５および排気経路６に接続されている。ピストン３３は、コンロッド３４に回転自在に支持されており、このコンロッド３４は、クランクシャフト３５に回転自在に支持されている。つまり、クランクシャフト３５は、ピストン３３が燃焼室Ａ内の吸入空気と燃料の混合ガスが燃焼することによりシリンダブロック３１内を往復運動することで、回転するものである。
【００２６】
点火プラグ３６は、気筒３０ａ〜ｄごとに設けられており、ＥＣＵ７からの点火信号により、点火し、各気筒３０ａ〜ｄの燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させるものである。点火プラグ３６は、図２−１および図２−２に示すように、スプレーガイドを可能とするために、上述のように、燃料噴射弁２１の近傍に配置されている。点火プラグ３６の点火時期などの制御、すなわち点火制御は、ＥＣＵ７により行われる。
【００２７】
なお、３９は、クランクシャフト３５の角度であるクランク角度（ＣＡ）を検出し、ＥＣＵ７に出力するクランク角度センサである。なお、ＥＣＵ７は、このクランク角度センサ３９により検出されたクランク角度から、内燃機関１−１の機関回転数や各気筒３０ａ〜ｄの気筒判別を行う。
【００２８】
可変バルブ装置４は、可変吸気弁４１および可変排気弁４２の開閉弁を行うものである。この可変バルブ装置４は、気筒３０ａ〜ｄごとに設けられる可変吸気弁４１および可変排気弁４２と、インテークカムシャフト４３と、エキゾーストカムシャフト４４と、可変吸気弁タイミング機構４５と、可変排気弁タイミング機構４６とにより構成されている。可変吸気弁４１は、吸気ポート３７と燃焼室Ａとの間に配置され、インテークカムシャフト４３が回転することにより開閉が行われる。また、可変排気弁４２は、排気ポート３８と燃焼室Ａとの間に配置され、エキゾーストカムシャフト４４が回転することにより開閉が行われる。インテークカムシャフト４３およびエキゾーストカムシャフト４４は、タイミングチェーンを介してクランクシャフト３５に連結されており、このクランクシャフト３５の回転に連動して回転するものである。
【００２９】
可変吸気弁タイミング機構４５は、インテークカムシャフト４３とクランクシャフト３５との間に配置されている。また、可変排気弁タイミング機構４６は、エキゾーストカムシャフト４４とクランクシャフト３５との間に配置されている。可変吸気弁タイミング機構４５および可変排気弁タイミング機構４６は、連続可変バルブタイミング機構であり、それぞれインテークカムシャフト４３およびエキゾーストカムシャフト４４の位相を連続的に変化させるものである。
【００３０】
可変吸気弁タイミング機構４５および可変排気弁タイミング機構４６には、その内部に図示しない進角室および遅角室がそれぞれ形成されている。この進角室あるいは遅角室のいずれか一方には、この可変バルブ装置４の図示しないオイルコントロールバルブからオイルが供給される。インテークカムシャフト４３およびエキゾーストカムシャフト４４は、進角室にオイルが供給されると進角方向に、遅角室にオイルが供給されると遅角方向にそれぞれの位相が変化する。可変バルブ装置４は、インテークカムシャフト４３およびエキゾーストカムシャフト４４の位相が変化することで、可変吸気弁４１および可変排気弁４２の開閉時期を調整、すなわち可変吸気弁４１および可変排気弁４２を進角側あるいは遅角側に調整、すなわち可変吸気弁４１および可変排気弁４２の進角量あるいは遅角量を調整する。
【００３１】
なお、図示しない可変吸気弁タイミング機構４５および可変排気弁タイミング機構４６に対応する２つのオイルコントロールバルブは、その内部に設けられたスプール弁の位置が移動することで、可変吸気弁タイミング機構４５および可変排気弁タイミング機構４６のそれぞれの進角室あるいは遅角室のいずれか一方にオイルを供給する。この２つのスプール弁の位置の制御、すなわち可変吸気弁４１の開閉時期の可変吸気弁制御および、可変排気弁４２の開閉時期の可変排気弁制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。また、可変バルブ装置４には、インテークカムポジションセンサ４７およびエキゾーストカムポジションセンサ４８が備えられており、それぞれインテークカムシャフト４３およびエキゾーストカムシャフト４４の回転位置を検出し、ＥＣＵ７に出力する。また、この可変バルブ装置４は、この実施例１では、可変吸気弁タイミング機構４５および可変排気弁タイミング機構４６により、可変吸気弁４１および可変排気弁４２の両方の開閉時期を調整するが、これに限定されるものではなく、例えば可変吸気弁タイミング機構４５のみを備え、可変吸気弁４１のみの開閉時期を調整するものであっても良い。
【００３２】
吸気経路５は、外部から空気を吸気し、この導入された空気を内燃機関本体３の各気筒３０ａ〜ｄの燃焼室Ａに導入するものである。この吸気経路５は、エアクリーナ５１と、エアフロメータ５２と、スロットルバルブ５３と、エアクリーナ５１から各気筒３０ａ〜ｄの吸気ポート３７までを連通する吸気通路５４と、吸気温度センサ５５とにより構成されている。エアクリーナ５１により粉塵が除去された空気は、吸気通路５４および吸気ポート３７を介して、各気筒３０ａ〜ｄの燃焼室Ａに導入される。エアフロメータ５２は、各気筒３０ａ〜ｄに導入、すなわち吸入される空気の吸入空気量を検出し、ＥＣＵ７に出力するものである。スロットルバルブ５３は、ステッピングモータなどのアクチュエータ５３ａにより駆動され、各気筒３０ａ〜ｄの燃焼室Ａに吸気される吸入空気量を調整するものである。このスロットルバルブ５３の開度の制御、すなわちスロットルバルブ開度制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。また、吸気温度センサ５５は、エアクリーナ５１よりも下流側の吸気通路５４に取り付けられており、吸気経路５から吸気ポート３７を介して燃焼室Ａ内に吸気される吸入空気の吸気温度Ｔを検出し、ＥＣＵ７に出力するものである。
【００３３】
また、排気経路６は、排気浄化装置６１と、図示しない消音装置と、各気筒３０ａ〜ｄの排気ポート３８から排気浄化装置６１を介して消音装置までを連通する排気通路６２とにより構成されている。排気浄化装置６１は、排気通路６２を介して導入された排気ガスに含まれる有害物質を浄化するものであり、有害物質が浄化された排気ガスは、図示しない消音装置を介して外部に排気される。また、排気浄化装置６１の上流側に位置する排気通路６２には、この排気通路６２に排気される排気ガスの空燃比を検出し、ＥＣＵ７に出力するＡ／Ｆセンサ６３が設けられている。なお、排気ガスの空燃比の検出は、このＡ／Ｆセンサ６３に限られず、例えばこの排気通路６２に排気される排気ガスの酸素濃度を検出するＯ2センサであっても良い。
【００３４】
ＥＣＵ７は、筒内直噴内燃機関１−１を運転制御することで、この筒内直噴内燃機関１−１を運転するものである。このＥＣＵ７には、筒内直噴内燃機関１−１が搭載された車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。具体的には、クランクシャフト３５に取り付けられたクランク角度センサ３９により検出されたクランク角度、インテークカムポジションセンサ４７およびエキゾーストカムポジションセンサ４８により検出されたインテークカムシャフト回転位置およびエキゾーストカムシャフト回転位置、エアフロメータ５２により検出された吸入空気量、吸気温度センサ５５により検出された吸気温度Ｔ、アクセルペダルセンサ８により検出されたアクセル開度、Ａ／Ｆセンサ６３により検出された空燃比などがある。
【００３５】
このＥＣＵ７は、これら入力信号および記憶部７３に格納されている各種マップに基づいて各種出力信号を出力する。具体的には、燃料噴射弁２１の燃料噴射制御を行う噴射信号、高圧燃料ポンプ２４の流入量制御を行う高圧燃料ポンプ制御信号、点火プラグ３６の点火制御を行う点火信号、可変吸気弁４１の可変吸気弁制御を行う可変吸気弁進角・遅角信号、可変排気弁４２の可変排気弁制御を行う可変排気弁進角・遅角信号、スロットルバルブ５３のスロットルバルブ開度制御を行うスロットルバルブ開度信号、などの出力信号などがある。
【００３６】
また、ＥＣＵ７は、上記入力信号や出力信号の入出力を行う入出力部（Ｉ／Ｏ）７１と、処理部７２と、上記燃料噴射量マップ、可変吸気弁４１の閉時期と吸気温度Ｔとに基づいた可変吸気弁閉時期マップなどの各種マップなどを格納する記憶部７３とにより構成されている。処理部７２は、少なくとも代表値取得手段である吸気温度取得部７４および実圧縮比制御手段、この実施例１では可変吸気弁制御手段である可変吸気弁制御部７５を有し、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されている。この処理部７２は、筒内直噴内燃機関１−１の運転制御などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、この筒内直噴内燃機関１−１の運転制御などを実現させるものであっても良い。また、記憶部７３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な不揮発性のメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、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。
【００３７】
次に、実施例１にかかる筒内直噴内燃機関１−１の動作、特に成層燃焼時における実圧縮比の制御、この実施例１においては可変吸気弁制御について説明する。図３は、実施例１にかかる筒内直噴内燃機関の動作フローを示す図である。また、図４は、可変吸気弁閉時期のマップを示す図である。まず、同図に示すように、ＥＣＵ７の処理部７２は、筒内直噴内燃機関１−１の運転状態が成層燃焼時であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０１）。つまり、処理部７２は、燃料噴射弁２１による各気筒３０ａ〜３０ｄの燃焼室Ａへの燃料の噴射がこの各気筒３０ａ〜３０ｄの少なくとも圧縮行程または膨張行程において行われているか否かを判断する。
【００３８】
次に、処理部７２の吸気温度取得部７４は、筒内直噴内燃機関１−１の運転状態が成層燃焼時であるか否かを判断すると、吸気温度センサ５５により検出された吸気温度Ｔを取得する（ステップＳＴ１０２）。ここで、検出された吸気温度Ｔは、吸気経路５から燃焼室Ａ内に吸気される吸入空気の温度である。従って、吸気温度Ｔは、筒内温度に直接影響を与える。つまり、筒内温度は、吸気温度の変化にほぼ比例して変化する。これにより、燃焼室Ａ内に温度センサを備えずに、筒内温度の変化を精度良く取得することができる。
【００３９】
次に、処理部７の可変吸気弁制御部７５は、上記取得された吸気温度Ｔと、図４に示す記憶部７３に格納されている可変吸気弁閉時期と吸気温度Ｔとに基づいた可変排気弁閉時期マップとから可変吸気弁閉時期を算出する（ステップＳＴ１０３）。ここで、図４に示すように、可変吸気弁閉時期のマップは、吸気温度Ｔが所定吸気温度Ｔ１よりも低いと、可変吸気弁４１の閉時期が筒内直噴内燃機関１−１の運転状態に応じた可変吸気弁４１の閉時期、すなわち目標閉時期Ｓ１よりも進角側となるように設定されている。特に、吸気温度Ｔが所定吸気温度Ｔ１よりも低ければ低いほど、可変吸気弁４１の閉時期の進角量が増加するように設定されている。従って、取得された吸気温度Ｔが所定吸気温度Ｔ１よりも低いときには、算出される可変吸気弁閉時期Ｓは、目標閉時期Ｓ１よりも進角側となる。ここで、所定吸気温度Ｔ１とは、吸気温度Ｔがその温度未満であると、筒内温度が燃焼が悪化する虞がある温度となる温度をいう。例えば、筒内直噴内燃機関１−１の停止後に時間が十分に経過しており、排気浄化装置の浄化触媒の温度や、筒内温度が筒内直噴内燃機関１−１の運転時と比較して十分に低下した際、すなわち冷間始動時における吸気温度などをいう。
【００４０】
次に、処理部７２の可変吸気弁制御部７５は、上記算出された可変吸気弁閉時期Ｓに基づいて、可変吸気弁４１の開閉時期の制御である可変吸気弁制御を実行する（ステップＳＴ１０４）。例えば、可変吸気弁制御部７５は、上記算出された可変吸気弁閉時期Ｓと目標閉時期Ｓ１との差である遅角量に基づいて、上述した可変吸気弁タイミング機構４５の進角室にオイルを供給することで、可変吸気弁４１の閉時期を進角側に制御する。つまり、可変吸気弁制御部７５は、筒内直噴内燃機関１−１の運転状態が成層燃焼時、すなわち少なくとも圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁２１により燃料を噴射する際には、可変吸気弁４１の閉時期を進角側に制御し、可変吸気弁４１の閉時期をピストン３３が下死点に位置する時期に近づける。なお、可変吸気弁制御部７５は、実際の可変吸気弁４１の閉時期が上記算出された可変吸気弁閉時期Ｓとなっているか否かをインテークカムポジションセンサ４７により検出されたインテークカムシャフト４３の回転位置に基づいて判断し、実際の可変吸気弁４１の閉時期が上記算出された可変吸気弁閉時期Ｓとなるように、フィードバック制御を行っても良い。また、可変吸気弁制御部７５は、取得された筒内温度Ｔが所定筒内温度Ｔ１以上となったと判断すると可変吸気弁開時期Ｓが目標開時期Ｓ１となるように、可変吸気弁制御を実行する。
【００４１】
可変吸気弁４１の閉時期を進角側に制御することで、可変吸気弁４１の閉時期をピストン３３が下死点に位置する時期に近づけ、燃焼室Ａ内に吸気される吸入空気量を増加し、実圧縮比を増加する。特に、この実施例１では、例えば取得された筒内温度を代表する代表値、ここでは吸気温度Ｔが低ければ低いほど、可変吸気弁４１の閉時期の進角量を増加させ、実圧縮比を増加させる。従って、成層燃焼時において、燃焼室Ａ内の燃料が気化し難くても、実圧縮比を増加し、筒内温度を上昇させることで、燃料の気化を促進することができる。これにより、燃焼の悪化を抑制することができる。
【実施例２】
【００４２】
実施例２にかかる筒内直噴内燃機関１−２は、実施例１にかかる筒内直噴内燃機関１−１と同様にスプレーガイド式である。図５は、実施例２にかかるスプレーガイド式の筒内直噴内燃機関の構成例を示す図である。この図５に示す筒内直噴内燃機関１−２が図１に示す筒内直噴内燃機関１−１と異なる点は、取得された吸気温度Ｔが低いときには、燃料噴射弁２１から燃焼室Ａ内に噴射される燃料の燃圧Ｐを増加する点である。なお、この実施例２にかかる筒内直噴内燃機関１−２の基本的構成のうち、実施例１にかかる筒内直噴内燃機関１−１の基本的構成と同一部分（図１および図５において同一符号部分）は、簡略化あるいは省略して説明する。
【００４３】
燃料の気化を促進する方法としては、上記筒内温度を上昇させる方法以外に、燃料噴射弁２１から噴射された燃料の微粒化を促進する方法がある。従って、この実施例２では、燃料の微粒化を促進する方法として、燃料噴射弁２１から噴射される燃料の燃圧Ｐを増加する。この燃料の燃圧Ｐの増加は、高圧燃料ポンプ２４により行われる。上述のように、この高圧燃料ポンプ２４は、図示しない電磁スピル弁により燃料の流入量が調整されるためである。
【００４４】
燃料供給装置２は、燃圧センサ２５が設けられている。この燃圧センサ２５は、この実施例２では高圧燃料ポンプ２４と燃料噴射弁２１との間に取り付けられており、燃料噴射弁２１から噴射される燃料の燃圧を検出し、ＥＣＵ７に出力するものである。
【００４５】
また、ＥＣＵ７の処理部７２は、図１に示す可変吸気弁制御部７５の代わりに、この高圧燃料ポンプ２４の図示しない電磁スピル弁により燃料の流入量を制御、すなわち燃圧Ｐを制御する燃圧制御部Ｐを有する。さらに、ＥＣＵ７の記憶部７３には、可変吸気弁閉時期マップの代わりに、燃料噴射弁２１から噴射される燃料の燃圧Ｐと吸気温度Ｔとに基づいた燃圧マップが格納されている。
【００４６】
次に、実施例２にかかる筒内直噴内燃機関１−２の動作、特に成層燃焼時における燃料噴射弁２１から噴射される燃料の燃圧Ｐの制御について説明する。図６は、実施例２にかかる筒内直噴内燃機関の動作フローを示す図である。また、図７は、燃圧マップを示す図である。なお、図６に示す筒内直噴内燃機関１−２の成層燃焼時における燃圧制御のうち、図３に示す筒内直噴内燃機関１−１の成層燃焼時における可変吸気弁制御と同一部分については、簡略化して説明する。
【００４７】
まず、同図に示すように、ＥＣＵ７の処理部７２は、筒内直噴内燃機関１−２の運転状態が成層燃焼時であるか否かを判断する（ステップＳＴ２０１）。次に、吸気温度取得部７４は、筒内直噴内燃機関１−１の運転状態が成層燃焼時であるか否かを判断すると、吸気温度センサ５５により検出された吸気温度Ｔを取得する（ステップＳＴ２０２）。
【００４８】
次に、処理部７の燃圧制御部７６は、上記取得された吸気温度Ｔと、図７に示す記憶部７３に格納されている燃料噴射弁２１から噴射される燃料の燃圧Ｐと吸気温度Ｔとに基づいた燃圧マップとから燃圧Ｐを算出する（ステップＳＴ２０３）。ここで、図７に示すように、燃圧マップは、吸気温度Ｔが所定吸気温度Ｔ１よりも低いと、燃圧Ｐが筒内直噴内燃機関１−１の運転状態に応じた燃圧、すなわち目標燃圧Ｐ１よりも増加するに設定されている。特に、筒内温度Ｔが所定筒内温度Ｔ１よりも低ければ低いほど、燃圧Ｐの増加量を増大するように設定されている。従って、取得された吸気温度Ｔが所定吸気温度Ｔ１であると、算出される燃圧Ｐは、目標燃圧Ｐ１よりも増加することとなる。ここで、所定吸気温度Ｔ１とは、実施例１と同様に、吸気温度Ｔがその温度未満であると、燃焼が悪化する虞がある温度をいう。
【００４９】
次に、処理部７２の燃圧制御部７６は、上記算出された燃圧Ｐに基づいて、高圧燃料ポンプ２４の図示しない電磁スピル弁により燃料の流入量の制御、すなわち燃圧Ｐの制御である燃圧制御を実行する（ステップＳＴ２０４）。例えば、燃圧制御部７６は、上記算出された燃圧Ｐと目標燃圧Ｐとの差である増加量に基づいて、上述した図示しない電磁スピル弁による高圧燃料ポンプ２４への燃料の流入量を増加する。つまり、燃圧制御部７６は、筒内直噴内燃機関１−２の運転状態が成層燃焼時、すなわち少なくとも圧縮行程または膨張行程において燃料噴射弁２１により燃料を噴射する際には、燃料噴射弁２１から燃焼室Ａ内に噴射される燃料の燃圧Ｐを増加する。なお、燃圧制御部７６は、実際の燃圧が上記算出された燃圧Ｐとなっているか否かを燃圧センサ２５により検出された燃圧に基づいて判断し、実際の燃圧が上記算出された燃圧Ｐとなるように、フィードバック制御を行っても良い。また、燃圧制御部７５は、取得された筒内温度Ｔが所定筒内温度Ｔ１以上となったと判断すると燃圧Ｐが目標燃圧Ｐ１となるように、燃圧制御を実行する。
【００５０】
燃料噴射弁２１から噴射される燃料の燃圧Ｐを増加することで、燃焼室Ａ内に噴射された際の燃料の微粒化が促進される。特に、この実施例２では、例えば取得された筒内温度を代表する代表値、ここでは吸気温度Ｔが低ければ低いほど、燃圧Ｐの増加量を増大させ、燃料の微粒化をさらに促進させる。従って、成層燃焼時において、燃焼室Ａ内の燃料が気化し難くても、燃料の微粒化を促進することで、燃料の気化を促進することができる。これにより、燃焼の悪化を抑制することができる。
【００５１】
なお、上記実施例１，２において、可変吸気弁４１の閉時期の進角量あるいは燃料の燃圧Ｐの増加は、吸気温度Ｔの低さに応じて制御されているが、例えば上記所定吸気温度Ｔ１よりも低いと判断された際に、一定量、可変吸気弁４１の閉時期を進角側あるいは燃料の燃圧Ｐを増加するように、可変吸気弁制御あるいは燃圧制御を実行しても良い。
【００５２】
また、上記実施例１，２において、上記可変吸気弁閉時期マップや燃圧マップを吸気温度Ｔではなく筒内温度に基づいたマップとしても良い。この場合、可変吸気弁制御部７５あるいは燃圧制御部７６は、検出された吸気温度に基づいて算出された筒内温度と、可変吸気弁の閉時期あるいは燃料の燃圧と筒内温度とのマップとから可変吸気弁４１の閉時期の進角量や、燃圧の増加量を算出しても良い。
【００５３】
また、上記実施例１，２において、検出された吸気温度Ｔを取得するが、例えば吸気温度ではなく、筒内直噴内燃機関１−１，１−２を循環する冷却水の水温を取得しても良い。この冷却水の水温の変化は、シリンダブロック３１やピストン３３などの熱源の熱量の変化となるため、燃焼室Ａ内に吸気された吸入空気がこれらの熱源により加熱され、筒内温度が上昇することとなる。従って、冷却水の水温は、筒内温度に間接的影響を与える。つまり、筒内温度は、冷却水の水温の変化に応じて変化するので、燃焼室Ａ内に温度センサを備えずに、筒内温度の変化を精度良く取得することができる。なお、吸気温度取得手段７４は、吸気温度および冷却水の水温を取得して、これらに基づいて可変吸気弁制御あるいは燃圧制御を実行しても良い。
【００５４】
また、上記実施例１，２において、可変吸気弁４１の閉時期の進角量あるいは燃料の燃圧Ｐの増加は、吸気温度Ｔの低さに応じて制御されているが、例えばこの吸気温度Ｔおよび燃料の温度の低さに応じて制御しても良い。燃料の温度の変化は、燃料噴射弁２１から噴射された燃料の気化に影響を与える。ここでは、燃料の温度が低いほど、燃料が気化し難くなる。従って、燃料の温度を検出し、可変吸気弁制御部７５あるいは燃圧制御部７６は、この検出された燃料の温度が低いほど、可変吸気弁４１の閉時期の進角量を増加、あるいは燃料の燃圧Ｐの増加量を増大させても良い。
【００５５】
また、上記実施例１，２において、それぞれ吸気温度Ｔが低いときに可変吸気弁４１の閉時期を進角側にあるいは燃料の燃圧Ｐの増加を制御するが、例えば筒内温度Ｔに応じて可変吸気弁４１の閉時期を進角側に制御するとともに、燃料の燃圧Ｐを増加させても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、この発明にかかる筒内直噴内燃機関は、スプレーガイド式の筒内直噴内燃機関に有用であり、特に、燃焼の悪化を抑制するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１にかかるスプレーガイド式の筒内直噴内燃機関の構成例を示す図である。
【図２−１】燃焼室に対する燃料噴射弁および点火プラグの配置を示す図である。
【図２−２】図２―１のＡ−Ａ断面図を示す図である。
【図３】実施例１にかかる筒内直噴内燃機関の動作フローを示す図である。
【図４】可変排気弁閉時期マップを示す図である。
【図５】実施例２にかかるスプレーガイド式の筒内直噴内燃機関の構成例を示す図である。
【図６】実施例２にかかる筒内直噴内燃機関の動作フローを示す図である。
【図７】燃圧Ｐマップを示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１−１，１−２  筒内直噴内燃機関
２  燃料供給装置
２１  燃料噴射弁
２２  燃料タンク
２３  低圧燃料ポンプ
２４  高圧燃料ポンプ
２５  燃圧センサ
３  内燃機関本体
３０ａ〜ｄ  気筒
３１  シリンダブロック
３２  シリンダヘッド
３３  ピストン
３４  コンロッド
３５  クランクシャフト
３６  点火プラグ
３７  吸気ポート
３８  排気ポート
３９  クランク角度センサ
４  バルブ装置
４１  可変吸気弁
４２  可変排気弁
４３  インテークカムシャフト
４４  エキゾーストカムシャフト
４５  可変吸気弁タイミング機構
４６  可変排気弁タイミング機構
４７，４８  カムポジションセンサ
５  吸気経路
５１  エアクリーナ
５２  エアフロメータ
５３  スロットルバルブ
５５  吸気温度センサ（吸気温度検出手段）
６  排気経路
６１  排気浄化装置
６２  排気通路
６３  Ａ／Ｆセンサ
７  ＥＣＵ
７１  入出力部
７２  処理部
７３  記憶部
７４  吸気温度取得部（代表値取得手段）
７５  可変吸気弁制御部（可変吸気弁制御手段（実圧縮比制御手段））
７６  燃圧制御部（燃圧制御手段）
８  アクセルペダルセンサ
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007085232.tif 000009
【図７】
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