(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程における燃料噴射時期に筒内に直接燃料を噴射して成層燃焼を行わせる直接噴射式内燃機関に於いて、
機関の運転状態を検出する機能と、機関の運転状態に応じて作動する燃料噴射圧力の可変機能とを有し、
機関が暖機途中と判断したときに、燃料噴射時期を暖機後の上記燃料噴射時期より遅らせて、噴射時期と点火時期の時間差を狭めると共に、燃料噴射圧力を暖機後の燃料噴射圧力より上昇させることを特徴とする直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に於いて、
機関が暖機終了したと判断して燃料噴射圧力と燃料噴射時期を変更する際、燃料噴射圧力もしくは燃料噴射時期のいずれか一方を他方に先行させ変更することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御としては、例えば、特開平４−２４１７５４号公報記載の技術、図８〜図１０に示すようなものがある。
筒内に臨むように取付けられた燃料噴射弁（１）から噴射された燃料は、周辺空気に拡散を行いながらも混合気の塊を保ちつつ筒内の気流（５）にのり、ピストン冠面に設けられたボール（４）上の窪みの中を旋回しながら圧縮上死点付近で点火プラグ（２）近傍に到達し、ここで点火され燃焼に適した混合気濃度の部分が燃焼を行い、ピストン（３）を押し下げ、機関を運動させる図１の様な成層燃焼方式がエンジンが暖機終了した後の基本的な燃焼方式である。
この成層燃焼方式の要点は、噴射弁からの噴霧の拡散を抑制し、点火するまで燃焼の良い濃度の混合気の塊を保つことにある。このため、噴霧、燃焼室形状、気流、燃料噴射圧力が広い運転領域で適するように設定されるものである。
しかし、暖機中のように水温が低い条件下ではピストンや燃焼室温が低いため混合気の生成が遅く成層混合気が充分に形成されないためエミッションが悪化し、煤が発生し易いため、燃焼室温度が低い条件下では成層燃焼を均質燃焼に切り換えて、図９に示すように成層燃焼時より噴射時期早め、図１０に示すように燃焼室全体に均質な混合気を作成し、エミッション、スモークの発生を抑えることが出来るというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直接噴射式内燃機関にあっては、燃料噴射時期を早め、燃焼室全体に均質な混合気を作るため、図１０に示す様にシリンダボアに接触する混合気部分が未燃焼部分となり、エミッション特にＨＣの低減が充分に行えない、また、燃焼室全体を可燃混合気濃度にしなければならないため燃費が悪化する、また、混合気がシリンダボアのオイルに溶け込み、潤滑性の悪化やオイル劣化という問題が生じる。
【０００４】
また、均質燃焼を行わず、成層燃焼で対応するために、特開昭６０−３０４２０号公報に示す様に、軽負荷時に圧縮行程の後半に燃料を供給すると同時に噴射弁近傍に取付けた空気噴射弁からの空気供給により燃料噴霧の霧化と気化を促進して燃焼させる方式もあるが、この方式に於いては、空気噴射により筒内の気流に外乱が生じるため、噴霧の流動が空気噴射前後で異なり、混合気形成状態が変化することにより燃焼が制御しにくいという問題が生じる他に、噴射時期の制御を負荷によって行っているため、噴射時期が、混合気塊に着火する成層燃焼の方式を採れば、暖機中のエミッションが高くなり、一方、混合気塊ができる前に点火する方式を採れば、混合気塊に着火する成層燃焼の燃費の良さを暖機後に活かせない、即ち、水温によってエミッションと燃費から見た最適噴射時期が変わることに対応が取れないという問題と共に、燃焼室の限られた壁面に最適な方向に燃料噴射弁と空気噴射弁、２個を取付ける必要があるため、構造が非常に複雑になるという問題がある。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、エンジンの暖機途中の低水温時に燃料噴射時期を通常暖機後より遅く設定して噴霧が混合気塊を作る前に直に噴霧に着火し、またさらに、点火時期と燃料噴射時期の時間差を狭め、燃料供給圧力を通常暖機後の燃料供給圧力より高く設定して燃料噴霧の微粒化を促進することにより、上記問題点によるエンジン性能の劣化を防止することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明によれば、筒内に直接燃料を噴射する直接噴射式内燃機関に於いて、機関の運転状態を検出する機能と、機関の運転状態に応じて作動する燃料噴射圧力の可変機能を有し、機関が暖機途中では、燃料噴射時期を暖機後の燃料噴射時期より遅らせ、また同時に燃料噴射圧力を暖機後の燃料噴射圧力より上昇させる機能を有する構成とする。
【０００６】
【作用】
従って、本発明では、暖機中の燃料噴射がより筒内圧力の高い条件下で行われるため、噴霧の拡散が抑制され、空間的にコンパクトな噴霧形状が形成され、着火後の燃焼が更に安定する。
また、燃料噴射圧力を上昇させることで、噴霧の微粒化を促進して噴霧の燃焼を促進できる。
また、暖機終了後の噴射圧力と噴射時期の変更を徐々に行うことにより切り替えによる運転性への影響を小さくすることが可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の一実施の形態の燃焼室内における燃料噴霧の状態を示す図である。図中１は燃料噴射弁、２は点火プラグ、３はピストン、４はボール、５は気流である。また、図２は、本発明によるエンジン水温と噴射時期補正係数の関係を示す。図３は、本発明によるエンジン水温が異なるときの燃料噴射から点火に至る噴霧と混合気挙動の説明図である。
【０００８】
次に作用を説明する。
図１に示すように、本発明による燃料噴射は圧縮行程に行われ、混合気は燃焼室内に均一に分散されない。図６の原理図に示すように、エンジンの運転状態（水温）を検出（ｓｌ）して、暖機中であるかが判定され、条件に適合していると判断された場合（ｓ２）、燃料噴射時期を暖機後より遅らせる（ｓ３）。一方、予め定めた高い圧力に燃料供給圧を設定（ｓ４）され、燃料は噴射圧と噴射時期を変更されエンジンに供給される（ｓ５）。
【０００９】
図２にエンジン水温と燃料噴射時期の関係を示す。エンジン水温に対し、燃料噴射時期算出の際に補正係数として演算される噴封時期補正係数が、水温が低いと噴射時期が遅れるように設定される。
【００１０】
図４にエンジン水温と燃料噴射圧力の関係を示す。エンジンの始動後、燃料噴射圧力は暖機後の燃料噴射圧力より高い圧力に設定され、水温が設定温度に達すると燃料噴射圧力は低下される。燃料噴射圧力を上昇させるため、図示しないポンプや燃料供給系の操作指示を発し、燃料噴射パルス幅は噴射圧の上昇に伴う噴射パルス幅縮小補正をかけられる。噴射圧力変化が確認されると同時に、燃料噴射補正パルスが使用され、燃料噴射は噴射圧力変更前から連続的に行われる。
【００１１】
図５は、燃料供給圧力と噴霧粒径の関係を示す。燃料噴射圧力がＡ〜Ｂに高くなると噴霧粒径はＡ’〜Ｂ’へと小さくなる。噴霧粒径が小さいと燃料粒子の蒸発は早くなり、また、蒸発途中であっても着火がおこなわれ燃焼が始まっても、その燃焼は噴霧粒径が大きな場合に比べても、ＨＣ、煤とも低くなる。
【００１２】
図３に本発明による筒内における噴霧と混合気挙動の様子を示す。暖機中の低水温時には燃料噴射が暖機後に比べ遅く開始され、噴射が終了する直前もしくは直後でも殆ど時間をおかずに点火が行われる。即ち、燃料噴霧は殆ど気化を終了しないうちに燃焼を始める。
【００１３】
図７により、本発明の他の実施の形態と作用を説明する。この実施の形態では、噴射時期と燃料供給圧の復帰時期のデレイ（τ）が設定され、機関の運転性が良好に維持される方法を示す。水温が上昇して、暖気が終了したと判断されると、先ず、燃料供給圧を高く設定したまま噴射時期（θ）が早められる。これにより、筒内の燃焼は、燃料噴霧が蒸発し、混合気塊を作ってから点火されるため、燃焼速度が早まり、燃焼効率が上昇する。このため、同一負荷の場合燃料噴射量は減ずる方向になる。噴射時期が早められた後、燃料供給圧が下げられ、噴射パルス幅はそれに応じて拡げられる。
【００１４】
噴射時期と噴射圧力の切り替えの順序は、両パラメータのエンジン運転性に与える影響度合から判断され、上記説明と逆の順序であっても問題はない。
【００１５】
（実施の形態の効果）
次に、一連の本実施の形態の作用を説明すると、燃料噴射時期の遅角化により、燃焼室内での燃焼状態が、噴霧が拡散しながら燃焼するという、噴霧が混合気塊を作ってから燃焼する場合に比べて、燃焼速度が小さく、燃焼効率が低いが、極めてＨＣ排出少ない燃焼が実現できる。
【００１６】
また同時に、燃料噴射がより高い燃料噴射圧力で行われるため、燃料噴霧の粒径が小さくなるため更に良好な燃焼が実現できる。
【００１７】
また、燃料噴射圧力が高められ、燃料噴射時期の遅角化した運転が、水温上昇により終了と判断されたとき、暖機後の噴射時期、噴射圧力に復元する際に、一方を他方に先行させて変更することで、運転性への影響を少なくすることができる効果を有する。
尚、機関の暖機状態を検出する場合に、水温の代わりに、オイル温度を用いることも、その両方を用いる事も可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、筒内直接噴射式内燃機関に於いて、エンジンが暖機途中である場合、燃料噴射時期の遅角化と燃料噴射圧力の上昇とにより、排出ＨＣのより少ない良好な燃焼を実現できると言う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態の燃焼室内における燃料噴霧の状態を示す図である。
【図２】  本発明によるエンジン水温と噴射時期補正係数の関係を示す図である。
【図３】  本発明によるエンジン水温が異なるときの燃料噴射から点火に至る噴霧と混合気挙動の説明図である。
【図４】  本発明による実施の形態のエンジン水温と燃料供給圧力の関係を示す図である。
【図５】  本発明による実施の形態の燃料供給圧力と噴霧粒径の関係を示す図である。
【図６】  本発明の原理図である。
【図７】  本発明の他の実施の形態によるエンジン水温と燃料供給圧力の関係を示す図である。
【図８】  従来噴射方式による筒内直接噴射式内燃機関の低水温時の燃焼室内の混合気形態を示す図である。
【図９】  従来噴射方式による水温と噴射時期の関係を示す図である。
【図１０】  従来噴射方式による筒内における噴霧と混合気の挙動を示す図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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