(57)【要約】【課題】成層燃焼を実行するエンジンにおいて、点火プラグの破損を防止することを目的とする。【解決手段】エンジン１を備えたハイブリッドシステム２は、断熱性能を高めたシリンダヘッド１３により区画された燃焼室１１内に、燃料を噴射する第１燃料噴射弁１６と、燃焼室１１内の燃料に点火する点火プラグ１７と、ＥＣＵ２５トを備え、ＥＣＵ２５による制御では、エンジン１の始動時に、点火プラグ１７の温度が所定値以上である場合、第１燃料噴射弁１６からの噴射を中止する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
前記燃焼室内の燃料に点火する点火プラグと、
前記エンジンの始動時に、前記点火プラグの温度が所定値以上である場合、前記第１燃料噴射弁からの噴射を中止する制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記点火プラグの温度が所定値以上の場合、前記燃焼室内へ供給される吸気が流通する吸気通路に設けられた第２燃料噴射弁から燃料を噴射させることを特徴とした請求項１記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおける燃料の燃焼形態として、気筒内へ直接、燃料を噴射することにより、点火時点において点火プラグ近傍だけに着火性の良好な混合気を形成し、気筒内全体として燃料が希薄な混合気の燃焼を可能にする成層燃焼が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１の筒内噴射式火花点火内燃機関は、圧縮工程において燃料を噴射し、点火プラグ近傍に混合気を形成して成層燃焼を実施する。この内燃機関において、始動時に触媒暖機のため排気ガス温度を高めるときには、圧縮上死点近傍において強い貫徹力の燃料を噴射し、点火プラグによる点火時期を膨張行程中期とする。これにより、筒内全体への噴霧の拡散を抑え、点火プラグ近傍へ混合気を形成し、成層燃焼を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３６４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、成層燃焼は、点火プラグ近傍に燃料を噴射するため、点火プラグに燃料の噴霧が衝突することがある。点火プラグが高温である場合、高温の点火プラグに噴霧が衝突すると、点火プラグを構成する碍子に大きな熱衝撃がかかり、碍子が破損することが考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、成層燃焼を実行するエンジンにおいて、点火プラグの破損を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決する本発明のエンジンの制御装置は、燃焼室内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、前記燃焼室内の燃料に点火する点火プラグと、前記点火プラグの温度が所定値以上である場合、前記第１燃料噴射弁からの噴射を中止する制御手段と、を備えたことを特徴とする。これにより、高温の点火プラグに燃料噴霧が衝突することが防がれるため、点火プラグの破損を防止することができる。
【０００８】
上記のエンジンの制御装置において、前記制御手段は、前記点火プラグの温度が所定値以上の場合、前記燃焼室内へ供給される吸気が流通する吸気通路に設けられた第２燃料噴射弁から燃料を噴射させることとしてもよい。これにより、燃焼室内へ供給される混合気は燃焼室内で拡散するため、点火プラグに燃料が衝突することを防ぐことができる。これにより、点火プラグの破損を防止できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、高温の点火プラグに燃料が衝突することを防ぐことにより、成層燃焼を実行するエンジンにおいて、点火プラグの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジンを組み込んだハイブリッドシステムを搭載した車両を示した説明図である。
【図２】エンジンの燃焼室を示した説明図である。
【図３】シリンダヘッドとシリンダブロックを示した概略構成図である。
【図４】クランク角度に応じた燃焼室の熱伝達率および表面積割合を示した説明図である。
【図５】エンジンの始動時の燃料噴射についての制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための一形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明のエンジン１を組み込んだハイブリッドシステム２を搭載した車両１００を示した説明図である。ハイブリッドシステム２はエンジン１とともに、モータ３を備えている。ハイブリッドシステム２は、動力分配機構４によりエンジン１の出力を車輪５及びジェネレータ６へ分配し、車輪５へ動力を伝達するとともに、バッテリー７への充電を可能とする。また、ハイブリッドシステム２は、エンジン１とモータ３とを併用して車輪５へ動力を伝達することもできる。さらに、ハイブリッドシステム２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５を備え、エンジン１やモータ３を制御する。
【００１３】
図２は、エンジン１に複数形成された燃焼室１１の１つを示した説明図である。エンジン１は、ピストン１２、シリンダヘッド１３、シリンダブロック１４を備えている。シリンダブロック１４の内側にはシリンダライナ１５が設けられており、シリンダライナ１５に沿ってピストン１２が摺動する。エンジン１の燃焼室１１は、ピストン１２、シリンダヘッド１３、シリンダライナ１５により区画されて形成されている。シリンダヘッド１３には、燃焼室１１内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁１６と、燃焼室１１内の燃料の混合気に点火する点火プラグ１７とが設けられている。また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１１内へ吸気を供給する吸気ポート１８、排気ポート１９が形成されている。吸気ポート１８に接続する吸気通路２０に、吸気通路２０を流れる吸気へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁２１が設けられている。
【００１４】
図３は、エンジン１のシリンダヘッド１３とシリンダブロック１４を示した概略構成図である。シリンダヘッド１３、シリンダブロック１４には冷却水が流通する第１ウォータジャケット２２ａと第２ウォータジャケット２２ｂが形成されている。第１ウォータジャケット２２ａは、シリンダヘッド１３のうち、点火プラグ１７周辺と、排気ポート１９が形成された側の部分に冷却水を流通させるとともに、シリンダブロック１４のうち、排気ポート１９が形成された側の部分に冷却水を流通させる。
【００１５】
第２ウォータジャケット２２ｂは、シリンダヘッド１３のうち、吸気ポート１８が形成された側の部分に冷却水を流通させるとともに、シリンダブロック１４のうち、吸気ポート１８が形成された側の部分に冷却水を流通させる。
【００１６】
第１ウォータジャケット２２ａ、第２ウォータジャケット２２ｂのそれぞれは、シリンダブロック１４側から冷却水が流入し、シリンダヘッド１３側へ冷却水が流出する縦流しの構造を有している。また、エンジン１の出力を取り出す側をリア側として、第１ウォータジャケット２２ａ、第２ウォータジャケット２２ｂのそれぞれは、エンジン１のフロント側から冷却水が流入し、リア側から冷却水が流出する構造になっている。また、エンジン１には第２ウォータジャケット２２ｂを流通する冷却水の流量を調整する調整弁２３が設けられている。
【００１７】
また、エンジン１は、点火プラグ１７の温度を検出する温度センサ２４を備えている。ＥＣＵ２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、エンジン１を含むハイブリッドシステム２の制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りしてハイブリッドシステム２を制御する。本実施例においては、ＥＣＵ２５と温度センサ２４とが電気的に接続されており、温度センサ２４の出力信号、すなわち、検出される点火プラグ１７の温度に基づいて、以降で述べる制御を実行する。また、第１燃料噴射弁１６、第２燃料噴射弁２１、調整弁２３のそれぞれが、ＥＣＵ２５と電気的に接続されており、ＥＣＵ２５からの作動信号により、動作する。
【００１８】
次に、本実施例のエンジン１の特徴について説明する。エンジン１は、始動時に第１燃料噴射弁１６から燃料を噴射することにより、点火プラグ１７近傍に混合気を形成することにより、燃焼室全体での混合比を低減する成層燃焼を行う。さらに、エンジン１はシリンダヘッド１３を断熱して、冷却損失を低減するとともに、ノッキングを改善する。
【００１９】
ここで、エンジン１の冷却損失について説明する。図４はクランク角度に応じた燃焼室の熱伝達率および表面積割合を示した説明図である。図４に示すように、熱伝達率は圧縮行程上死点付近で高まることがわかる。そして表面積割合については、圧縮行程上死点付近でシリンダヘッド１３とピストン１２の表面積割合が大きくなることがわかる。したがって、冷却損失は、シリンダヘッド１３の温度の影響が大きく現われる。反対に、燃焼室１１の内壁温度が上昇することにより、ノッキングが誘発される。
【００２０】
エンジン１は冷却損失を低減する目的で、調整弁２３により、第２ウォータジャケット２２ｂへ供給する冷却水の流量を低減し、シリンダヘッド１３、及びシリンダブロック１４の吸気ポート１８側の冷却を抑制する。これにより、シリンダヘッド１３の冷却が抑制されるので、冷却損失が減少する。一方、第１ウォータジャケット２２ａへ供給される冷却水量は変わらないため、排気ポート１９側の冷却能力が維持される。構造上、排気ガスが通過する排気ポート１９は、高温になる。排気ポート１９側への冷却水の供給により、高温になりがちな排気ポート１９側が冷却され、燃焼室１１の内壁温度の上昇が防がれてノッキングの発生を抑制する。このようにエンジン１では、第２ウォータジャケット２２ｂへの冷却水の供給を低減し、シリンダヘッド１３の冷却を抑制してシリンダヘッド１３の断熱性を高めている。このため、シリンダヘッド１３は高温の状態で維持される。
【００２１】
また、エンジン１はハイブリッドシステム２へ組み込まれているため、モータ３のみの駆動時には停止している。従って、エンジン１は、一旦始動した後に停止し、再度、始動する際に、エンジン１自体の暖機が完了している場合がある。以下では、このような再始動時の燃料噴射についての制御について説明する。図５はエンジン１の始動時の燃料噴射についての制御のフローチャートである。以下、図５を参照しつつ説明する。
【００２２】
この制御はＥＣＵ２５により処理され、エンジン１が始動する際に開始される。ＥＣＵ２５はステップＳ１において、エンジン１が高温の状態で始動するか否かを判断する。エンジン１が高温の状態である場合、以降の制御処理を行う。エンジン１の温度は、例えば、シリンダヘッド１３やシリンダブロック１４の温度、または、冷却水の温度に基づいて取得することができる。また、エンジン１の温度は、燃焼室１１内の温度と相関関係のある情報に基づいて取得することとしてもよい。エンジン１が高温の状態であるとの判断は次のようにすることができる。例えば、エンジン１が暖機を完了している場合、エンジン１が高温の状態であると判断することができる。ＥＣＵ２５はステップＳ１において、ＹＥＳと判断する場合、すなわち、エンジン１が高温の状態で始動すると判断する場合、ステップＳ２へ進む。
【００２３】
ＥＣＵ２５はステップＳ２において、プラグ温度Ｔｐが所定値Ｔ１以上か否かを判断する。ＥＣＵ２５は温度センサ２４から点火プラグ１７の温度、すなわち、プラグ温度Ｔｐを取得し、所定値Ｔ１と比較する。所定値Ｔ１は、燃料噴射時の燃料の温度、噴射量との関係で、点火プラグ１７を構成する碍子が熱衝撃により破損しない程度の温度である。ＥＣＵ２５はＹＥＳと判断する場合、すなわち、プラグ温度Ｔｐが所定値Ｔ１以上であると判断する場合、ステップＳ３へ進む。
【００２４】
ＥＣＵ２５はステップＳ３において、成層燃焼を中止する。成層燃焼は、第１燃料噴射弁１６による筒内噴射により実現される。したがって、成層燃焼を中止するとは、第１燃料噴射弁１６からの燃料噴射を中止することである。すなわち、ＥＣＵ２５はエンジン１の始動時に、点火プラグ１７の温度（プラグ温度Ｔｐ）が所定値Ｔ１以上である場合、第１燃料噴射弁１６からの噴射を中止する。ここでの条件として、点火プラグ１７は高温であるため、点火プラグ１７よりも低温の燃料が衝突した場合には、点火プラグ１７に熱衝撃が生じる。ところが、上記の通り、第１燃料噴射弁１６からの噴射が中止されるので、燃料が点火プラグ１７に衝突することが防がれる。これにより、点火プラグ１７における熱衝撃が防がれるため、点火プラグ１７を構成する碍子の破損が防止される。
【００２５】
ＥＣＵ２５はステップＳ３の次にステップＳ４へ進む。ＥＣＵ２５はステップＳ４において、均質燃焼を実行する。すなわち、ＥＣＵ２５は、点火プラグ１６の温度が所定値Ｔ１以上の場合、第２燃料噴射弁２１から燃料を噴射させる。これにより、吸気ポート１８において混合気が生成される。この場合、燃焼室１１に供給された混合気は燃焼室１１内で拡散するため、燃料が点火プラグ１７へ衝突することが防がれ、熱衝撃による点火プラグ１７の碍子の破損が防止される。ＥＣＵ２５はステップＳ４の処理を終えるとリターンとなる。
【００２６】
一方、ＥＣＵ２５はステップＳ１において、ＮＯと判断する場合、すなわち、エンジン１が高温の状態で始動しないと判断する場合、ステップＳ４へ進む。また、ＥＣＵ２５はステップＳ２において、ＮＯと判断する場合、すなわち、プラグ温度Ｔｐが所定値Ｔ１未満であると判断する場合、ステップＳ４へ進む。
【００２７】
ＥＣＵ２５はステップＳ５において、成層燃焼を実行する。すなわち、第１燃料噴射弁１６から燃料を噴射し、エンジン１を始動する。これにより、効率よくエンジン１を始動できる。ＥＣＵ２５はステップＳ５の処理を終えるとリターンとなる。
【００２８】
以上のように、シリンダヘッド１３の断熱性能を高め、熱効率を高めたエンジン１において、高温状態で始動する場合、点火プラグ１７の温度Ｔｐを検出し、温度Ｔｐが所定値Ｔ１よりも高い場合、燃焼室１１への直接噴射を停止する。これにより、点火プラグ１７に燃料が衝突することが防がれ、点火プラグ１７の破損を防止する。
【００２９】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、本発明のエンジンの制御装置は、ハイブリッドシステムに限られず、上記の制御を行うエンジンの制御装置であればよい。
【００３０】
また、上記の実施例では、シリンダヘッド１３、及びシリンダブロック１４の吸気ポート１８側の冷却を抑制することにより、エンジン１の冷却損失を低減するが、特に、この構成に限定されるものではない。上記の構成は、シリンダヘッド１３における熱の移動量がシリンダブロック１４における熱の移動量に対して少なくなるようにシリンダヘッド１３を断熱化する構成であればよい。例えば、シリンダヘッド１３の燃焼室１１に露出した部分に断熱部材を配置することにより、シリンダヘッド１３を燃焼室１１から断熱する構造を有することができる。この断熱部材として、例えば、シリンダヘッド１３を構成する材料よりも熱伝導率の小さい部材を選択できる。これにより、シリンダヘッド１３はシリンダブロック１４よりも熱の移動量が減少し、シリンダヘッド１３における冷却損失を低減できる。また、他の例として、シリンダブロック１４からシリンダヘッド１３への熱伝導を防ぐ構成であってもよい。例えば、シリンダヘッド１３のシリンダブロック１４側の面に断熱部材を配置することにより、シリンダブロック１４からシリンダヘッド１３への熱伝導を防ぎ、シリンダヘッド１３における熱の移動量がシリンダブロック１４における熱の移動量に対して少なくすることができる。これにより、シリンダヘッド１３における冷却損失を低減できる。また、これらの構成は、互いに組み合わせてもよいし、上記実施例で述べた構成と組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  エンジン
２  ハイブリッドシステム
１１  燃焼室
１２  ピストン
１３  シリンダヘッド
１４  シリンダブロック
１５  シリンダライナ
１６  第１燃料噴射弁
１７  点火プラグ
２０  吸気通路
２１  第２燃料噴射弁
２５  ＥＣＵ（制御手段）
【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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