(57)【要約】【課題】噴射燃料の壁面付着による排気エミッションの悪化を好適に抑制することができる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１００は、ピストン２と、圧縮比可変機構１１０と、燃料噴射弁８と、点火プラグ７と、コントローラ９０と、を備える。コントローラ９０は、触媒昇温要求時に、第１の燃焼方式で運転を行う運転制御部と、触媒昇温要求時におけるピストン２の上死点位置を、触媒暖機完了後におけるピストン２の上死点位置よりも、同一の機関運転状態で比較してピストン２の下死点側に設定する上死点設定部として機能することで、これらを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンと、
前記ピストンの上死点位置を変更することで、圧縮比を可変にする圧縮比可変機構と、
前記ピストンに接する燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁が噴射した燃料の混合気に点火する点火プラグと、
前記燃焼室から排出される排気を浄化する触媒の触媒昇温要求時に、噴射燃料が前記燃焼室の壁面に到達する前に噴射燃料の噴霧に点火し、燃焼させる燃焼方式である第１の燃焼方式で運転を行う運転制御部と、
前記触媒昇温要求時における前記ピストンの上死点位置を、前記触媒暖機完了後における前記ピストンの上死点位置よりも、同一の機関運転状態で比較して前記ピストンの下死点側に設定する上死点設定部と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関であって、
前記上死点設定部は、前記燃焼室の壁面温度が低い場合ほど、前記触媒昇温要求時における前記ピストンの上死点位置を前記ピストンの下死点に近づける設定を行う、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関であって、
前記燃焼室に連通する吸気ポートを開閉する吸気バルブの閉時期を可変にする可変動弁装置と、
前記燃焼室の壁面温度が低い場合ほど、前記吸気バルブの閉時期を前記ピストンの下死点に対応する時期に近づける設定を行う閉時期設定部と、
をさらに備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関であって、
前記触媒昇温要求時に、前記第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射に先立って、前記ピストンを備える気筒の吸気行程から圧縮行程前半までの範囲内で、要求燃料噴射量の一部を噴射する分割噴射を行うように燃料噴射を設定する燃料噴射設定部をさらに備える、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関であって、
前記燃料噴射設定部は、前記触媒昇温要求時に、前記燃焼室に供給される吸気の温度が高い場合ほど、前記第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合を減少させる設定を行う、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関であって、
前記第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合の減少に応じて、前記燃料噴射弁から噴射する燃料の圧力を高める設定を行う燃圧設定部、
をさらに備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項１から６いずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記ピストンが冠面にキャビティを有し、
前記運転制御部は、前記燃焼室に供給される吸気の温度が所定値より低い場合に、前記キャビティで前記点火プラグの周囲に案内した噴射燃料の噴霧に点火し、燃焼させる燃焼方式である第２の燃焼方式で運転を行う、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関であって、
前記上死点設定部は、前記第２の燃焼方式での運転時における前記ピストンの上死点位置を、前記第１の燃焼方式での運転時における前記ピストンの上死点位置よりも、同一の機関運転状態で比較して前記点火プラグ側に設定する、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
請求項１から８いずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記燃料噴射弁と前記点火プラグとが、前記燃焼室の上部中央に臨むように配置される、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１０】
請求項１から９いずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射時期が、前記ピストンを備える気筒の圧縮行程及び膨張行程のうち少なくともいずれかに設定されるとともに、当該膨張行程において前記点火プラグの電極部近傍に成層混合気が形成されるように設定され、
前記燃焼方式における点火時期が、前記ピストンを備える気筒の膨張行程に設定されるとともに、前記燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射時期より遅いタイミングに設定される、
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、直噴式の可変圧縮比内燃機関において、燃料噴射弁から噴射された燃料のピストン頂面への衝突量が所定量以下になる衝突回避圧縮比を導出し、冷間始動時に機械圧縮比を衝突回避圧縮比まで低下させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９３４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
機械圧縮比を変更すると、密度や圧力や温度などの筒内ガスの状態や、筒内ガスの流動場や、点火プラグとピストンの幾何学的関係などが変化し、これらの変化が、混合気の形成に影響することで、噴射燃料の壁面付着にも影響する。このため、噴射燃料の壁面付着を抑制し、排気エミッションを改善するには、これらの影響を考慮する必要がある。
【０００５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、噴射燃料の壁面付着による排気エミッションの悪化を好適に抑制することができる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】
【０００６】
本発明のある態様の内燃機関は、ピストンと、前記ピストンの上死点位置を変更することで、圧縮比を可変にする圧縮比可変機構と、前記ピストンに接する燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁が噴射した燃料の混合気に点火する点火プラグと、を備える。また、前記燃焼室から排出される排気を浄化する触媒の触媒昇温要求時に、噴射燃料が前記燃焼室の壁面に到達する前に噴射燃料の噴霧に点火し、燃焼させる燃焼方式である第１の燃焼方式で運転を行う運転制御部と、前記触媒昇温要求時における前記ピストンの上死点位置を、前記触媒暖機完了後における前記ピストンの上死点位置よりも、同一の機関運転状態で比較して前記ピストンの下死点側に設定する上死点設定部と、をさらに備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記態様の内燃機関は、機械圧縮比の変更によって混合気の形成が影響され難い第１の燃焼方式で運転を行いつつ、機械圧縮比の低下によって燃料噴射弁、ピストン間の距離を大きくする。このため、上記態様の内燃機関によれば、混合気の形成が影響され難くなる分、噴射燃料の壁面付着による排気エミッションの悪化を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】内燃機関の概略構成図である。
【図２】圧縮比可変機構の概略構成図である。
【図３】第１実施形態でコントローラが行う制御の一例をフローチャートで示す図である。
【図４】第１実施形態でコントローラが設定する各種パラメータの設定例を示す図である。
【図５】第２実施形態におけるピストンを示す図である。
【図６】第２実施形態でコントローラが行う制御の一例をフローチャートで示す図である。
【図７】第２実施形態でコントローラが設定する各種パラメータの設定例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。いくつかの図面を通して付された同じ符号は、同一又は対応する構成を示す。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は内燃機関１００の概略構成図である。内燃機関１００は、内燃機関本体１と、吸気通路３０と、排気通路４０と、コントローラ９０と、を備える。以下では、内燃機関本体１を単に本体１と称す。
【００１１】
本体１は、シリンダブロック１０と、シリンダヘッド２０と、を備える。シリンダブロック１０には、シリンダ１１が形成される。シリンダ１１は、ピストン２を収容する。燃焼室９は、ピストン２の冠面と、シリンダ１１の壁面と、シリンダヘッド２０の下面とによって形成される。燃焼室９では、混合気が燃焼する。そして、燃焼室９に接するピストン２は燃焼圧力を受けてシリンダ１１を往復動する。
【００１２】
シリンダヘッド２０は、シリンダブロック１０の上側に配置される。シリンダヘッド２０には、吸気ポート３と、排気ポート４とが形成される。吸気ポート３及び排気ポート４は、燃焼室９に連通する。吸気ポート３は、吸気を供給する。排気ポート４は、燃焼室９から排気を排出する。
【００１３】
シリンダヘッド２０には、吸気バルブ５と、排気バルブ６とが設けられる。吸気バルブ５は、吸気ポート３を開閉する。排気バルブ６は、排気ポート４を開閉する。吸気バルブ５は吸気側カム５Ａによって駆動され、排気バルブ６は排気側カム６Ａによって駆動される。
【００１４】
シリンダヘッド２０のうち吸気バルブ５と排気バルブ６の間の部分には、点火プラグ７が設けられる。点火プラグ７は、燃料噴射弁８が噴射した燃料の混合気に点火する。燃料噴射弁８は、シリンダヘッド２０に設けられる。燃料噴射弁８は、燃焼室９に燃料を直接噴射するように設けられる。点火プラグ７と燃料噴射弁８とは、燃焼室９の上部中央に臨むように配置される。
【００１５】
吸気通路３０は、内燃機関１００に導入する吸気を流通させる。吸気通路３０は、吸気マニホールドを介して吸気ポート３に吸気を導く。吸気通路３０には、スロットルバルブ３１が設けられる。スロットルバルブ３１は、内燃機関１００に導入する吸気の量を調整する。
【００１６】
排気通路４０は、排気マニホールドを介して排気ポート４から排出される排気を流通させる。排気通路４０には、触媒コンバータ４１が設けられる。触媒コンバータ４１は、排気ポート４や排気マニホールドを介して燃焼室９から排出される排気を浄化する。触媒コンバータ４１には、三元触媒コンバータを適用することができる。
【００１７】
本体１は、可変動弁装置５０をさらに備える。可変動弁装置５０は、クランクシャフトの角度位置に対する吸気側カム５Ａの角度位置を変更することで、吸気バルブ５の開閉時期を可変にする。可変動弁装置５０は、吸気バルブ５の開時期、閉時期、作用角、リフト量及び吸気側カム５Ａのカム回転速度のうち少なくともいずれかを変更することで、吸気バルブ５の閉時期を可変にする可変動弁装置であってもよい。
【００１８】
図２は、圧縮比可変機構１１０の概略構成図である。本体１は、圧縮比可変機構１１０をさらに備える。圧縮比可変機構１１０は、ロアーリンク１１１と、アッパーリンク１１２と、コントロールリンク１１３と、連結ピン１１４と、コントロールシャフト１１５と、ピニオン１１６と、アクチュエータ１１７と、を備える。
【００１９】
ロアーリンク１１１及びアッパーリンク１１２は、内燃機関１００のクランクシャフト１２０とピストン２とを連結する複数のリンクを構成する。コントロールリンク１１３は、ロアーリンク１１１の移動を規制する。アッパーリンク１１２とコントロールリンク１１３とは、ロアーリンク１１１とピンで連結される。
【００２０】
連結ピン１１４は、コントロールリンク１１３をコントロールシャフト１１５に連結する。コントロールリンク１１３は、連結ピン１１４を中心として揺動する。連結ピン１１４は、コントロールシャフト１１５に対して偏心して設けられる。コントロールシャフト１１５には、ギヤが形成される。当該ギヤはピニオン１１６と噛み合う。ピニオン１１６は、アクチュエータ１１７の回転軸に設けられる。アクチュエータ１１７は、ピニオン１１６を介してコントロールシャフト１１５を回転する。アクチュエータ１１７には、モータを適用できる。
【００２１】
圧縮比可変機構１１０は、コントロールシャフト１１５を回転し、連結ピン１１４の位置を変更することで、ロアーリンク１１１及びアッパーリンク１１２の姿勢を変化させる。そして、ロアーリンク１１１及びアッパーリンク１１２の姿勢を変化させることで、ピストン２の上死点位置を変更し、本体１の圧縮比を変更する。
【００２２】
図１に示すコントローラ９０は、電子制御装置であり、コントローラ９０には、各種センサ・スイッチ類として、クランク角センサ９１や、アクセルペダルセンサ９２や、水温センサ９３や、吸気温センサ９４や、位置センサ９５からの信号が入力される。
【００２３】
クランク角センサ９１は、所定クランク角ごとにクランク角信号を生成する。クランク角信号は、内燃機関１００の回転速度ＮＥを代表する信号として用いられる。アクセルペダルセンサ９２は、内燃機関１００を搭載する車両が備えるアクセルペダルの踏込量を検出する。アクセルペダルの踏込量は、内燃機関１００の負荷ＫＬを代表する信号として用いられる。水温センサ９３は、内燃機関１００の冷却水温ＴＨＷを検知する。冷却水温ＴＨＷは、内燃機関１００から流出する冷却水の温度とすることができる。吸気温センサ９４は、燃焼室９に供給される吸気の温度を検知する。吸気温センサ９４は、吸気通路３０に設けられる。吸気温センサ９４の配置は、燃焼室９に近いほど好ましいが、各種の構成が設けられる吸気通路３０の具体的構成に応じて適宜決定されてよい。吸気温センサ９４は、吸気通路３０の具体的構成によっては、吸気温度として外気温度を検出してもよい。位置センサ９５は、圧縮比可変機構１１０の連結ピン１１４の位置を検出する。
【００２４】
コントローラ９０は、機関運転状態に応じて、本体１の運転を制御する。また、可変動弁装置５０や圧縮比可変機構１１０を制御する。機関運転状態は、例えば回転速度ＮＥや負荷ＫＬである。コントローラ９０は、点火プラグ７の点火時期や、燃料噴射弁８の燃料噴射を制御することで、本体１の運転を制御する。圧縮比可変機構１１０を制御するにあたり、コントローラ９０は、アクチュエータ１１７を制御する。コントローラ９０は、圧縮比可変機構１１０を制御することで、圧縮比を変更できる。
【００２５】
次に、コントローラ９０が行う制御の一例を図３に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１で、コントローラ９０は、触媒コンバータ４１の昇温要求があるか否かを判定する。触媒コンバータ４１の昇温要求は、触媒コンバータ４１の触媒床温が活性温度より低い場合に行われる。したがって、ステップＳ１では具体的には、触媒床温が活性温度より低いか否かが判定される。
【００２６】
触媒床温は、冷却水温ＴＨＷや触媒コンバータ４１に流入する排気の熱量に基づき推定できる。触媒床温は、触媒床温を直接又は間接的に検知するセンサの出力に基づき、検出又は推定されるなど、公知技術を含むその他の技術で検出又は推定されてよい。
【００２７】
ステップＳ１で否定判定であれば、本フローチャートの処理は終了する。ステップＳ１で肯定判定であれば、処理はステップＳ１１に進む。この場合、コントローラ９０は、第１の燃焼方式で本体１の運転を行う。第１の燃焼方式は、燃焼室９の壁面に到達する前に噴射燃料の噴霧に点火し、燃焼させる燃焼方式であり、このような燃焼方式はスプレーガイド燃焼方式と呼ばれる。当該燃焼室９の壁面は具体的には例えば、ピストン２の冠面である。
【００２８】
第１の燃焼方式では、燃料噴射時期及び点火時期が次のように設定される。すなわち、燃料噴射時期は、圧縮行程及び膨張行程のうち少なくともいずれかに設定されるとともに、膨張行程において点火プラグ７の電極部近傍に成層混合気が形成されるように設定される。点火時期は、膨張行程に設定されるとともに、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射時期より遅いタイミングに設定される。
【００２９】
コントローラ９０は、ステップＳ１の肯定判定を経て、ステップＳ１１で本体１の運転を行うことで、触媒コンバータ４１の触媒昇温要求時に、第１の燃焼方式で本体１の運転を行う。
【００３０】
ステップＳ１１に続き、ステップＳ１２でコントローラ９０は、燃焼室９の壁面温度を取得する。燃焼室９の壁面は具体的には、燃焼室９を形成するシリンダ１１の壁面であり、冷却水温ＴＨＷには当該壁面の温度の影響が反映される。このため、燃焼室９の壁面温度は、冷却水温ＴＨＷに基づき推定できる。
【００３１】
燃焼室９の壁面は、燃焼室９を形成するシリンダヘッド２０の壁面や、燃焼室９を形成するピストン２の冠面であってもよい。燃焼室９の壁面温度は、当該壁面温度を直接又は間接的に検知するセンサの出力に基づき、検出又は推定されるなど、公知技術を含むその他の技術で検出又は推定されてよい。
【００３２】
ステップＳ１２に続き、ステップＳ１３でコントローラ９０は、ピストン２の上死点位置を設定する。本ステップでコントローラ９０は具体的には、触媒昇温要求時におけるピストン２の上死点位置を、触媒コンバータ４１の触媒暖機完了後におけるピストン２の上死点位置よりも、同一の機関運転状態で比較してピストン２の下死点側に設定する。また、燃焼室９の壁面温度が低い場合ほど、触媒昇温要求時におけるピストン２の上死点位置をピストン２の下死点に近づける設定を行う。
【００３３】
同一の機関運転状態とは、具体的には回転速度ＮＥ及び負荷ＫＬが等しい運転状態である。負荷ＫＬは吸入空気量であってもよい。触媒暖機完了後とは、具体的には触媒床温が活性温度以上の場合である。
【００３４】
ステップＳ１３に続き、ステップＳ１４でコントローラ９０は、吸気バルブ５の閉時期ＩＶＣ、燃料噴射及び燃圧の設定を行う。これらの設定については後述する。ステップＳ１４の後には、本フローチャートの処理は終了する。
【００３５】
図４は、コントローラ９０が設定する各種パラメータの設定例を示す図である。図４では、各種パラメータを燃焼室９の壁面温度に応じて示す。また、各種パラメータとして、閉時期ＩＶＣ、圧縮比、噴射量分割比及び燃圧を示す。
【００３６】
ここで、各種パラメータについて説明する前に、まず、燃料噴射の設定について説明する。内燃機関１００では、燃料噴射が、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射に先立って、ピストン２を備える気筒の吸気行程から圧縮行程前半までの範囲内で、要求燃料噴射量の一部を噴射する分割噴射を行うように設定される。分割噴射は、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射ではなく、当該燃料噴射に付随する燃料噴射である。要求燃料噴射量は、機関運転状態に応じて設定される燃料噴射量である。
【００３７】
上記のように分割噴射を行うため、コントローラ９０が設定する各種パラメータには、噴射量分割比が含まれる。噴射量分割比は、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射量Ｑ１１で、当該燃料噴射を分割して行われる分割噴射の燃料噴射量Ｑ１２を割った値である。
【００３８】
閉時期ＩＶＣは、燃焼室９の壁面温度が低い場合ほど、閉時期ＩＶＣをピストン２の下死点、具体的には吸気或いは圧縮下死点に対応する時期に近づくように設定される。閉時期ＩＶＣや、ピストン２の下死点に対応する時期は、クランク角度で表すことができる。閉時期ＩＶＣは、吸気行程において下死点に対応する時期に近づくように設定されてもよく、圧縮行程において下死点に対応する時期に近づくように設定されてもよい。
【００３９】
圧縮比は、燃焼室９の壁面温度が低い場合ほど、低くなるように設定される。これは、前述の図３に示すフローチャートのステップＳ１３において、燃焼室９の壁面温度が低い場合ほど、触媒昇温要求時におけるピストン２の上死点位置をピストン２の下死点に近づける設定を行うためである。そして、このように設定された圧縮比は、さらに燃焼室９の壁面温度に応じた閉時期ＩＶＣの設定によって、高まるように補正される。
【００４０】
噴射量分割比は、燃焼室９の壁面温度が高い場合ほど、大きくなるように設定される。そして、噴射量分割比が大きい場合ほど、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合は小さくなる。したがって、上記のように噴射量分割比を設定することで、燃料噴射は、さらに燃焼室９の壁面温度が高い場合ほど、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合が小さくなるように設定される。
【００４１】
燃圧は、燃料噴射弁８から噴射する燃料の圧力であり、噴射量分割比の増加に応じて、高まるように設定される。したがって、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合の減少に応じて、高まるように設定される。
【００４２】
コントローラ９０は、前述の図３に示すフローチャートのステップＳ１４において、上述したように閉時期ＩＶＣ、燃料噴射及び燃圧の設定を行う。
【００４３】
次に、本実施形態の内燃機関１００の主な作用効果について説明する。
【００４４】
内燃機関１００は、ピストン２と、圧縮比可変機構１１０と、燃料噴射弁８と、点火プラグ７と、コントローラ９０と、を備える。コントローラ９０は、触媒昇温要求時に、第１の燃焼方式で運転を行う。そして、触媒昇温要求時におけるピストン２の上死点位置を、触媒暖機完了後におけるピストン２の上死点位置よりも、同一の機関運転状態で比較してピストン２の下死点側に設定する。
【００４５】
上記構成の内燃機関１００では、燃焼室９の壁面に到達する前に噴射燃料の噴霧に点火し、燃焼させるという、燃料噴射開始から点火までの期間が短い第１の燃焼方式で運転を行う。このため、上記期間が短い分、機械圧縮比の変更によって、混合気の形成が影響を受け難くなる。また、機械圧縮比を低下させることで、燃料噴射弁８、ピストン２間の距離が大きくなる。
【００４６】
このため、上記構成の内燃機関１００は、機械圧縮比の変更によって混合気の形成が影響を受け難くなるようにしつつ、燃料噴射弁８、ピストン２間の距離を大きくすることで、混合気の形成が影響を受け難くなる分、燃焼室９の壁面への燃料付着を好適に抑制できる。
【００４７】
このような構成の内燃機関１００は、混合気の形成が影響を受け難くなるようにすることで、燃焼室９の壁面、すなわちピストン２の冠面や、シリンダ１１の壁面や、シリンダヘッド２０の下面への燃料噴霧の衝突や燃料付着を抑制できる。また、燃料噴射弁８、ピストン２間の距離を大きくすることで、ピストン２の冠面への燃料噴霧の衝突や燃料付着を抑制できる。
【００４８】
このような構成の内燃機関１００は、第１の燃焼方式で運転を行うことで、高温の成層混合気を燃焼室９の壁面から遠ざけて、冷却損失の低減を図ることもできる。さらに、排気の熱を増加させ、触媒コンバータ４１の触媒早期活性化を図ることで、未燃ＨＣの排出量を低減することもできる。
【００４９】
内燃機関１００では、コントローラ９０が、燃焼室９の壁面温度が低い場合ほど、触媒昇温要求時におけるピストン２の上死点位置をピストン２の下死点に近づける設定を行う。これにより、噴射燃料の気化が悪化する場合ほど、燃料噴射弁８、ピストン２間の距離を大きくすることで、燃焼室９の壁面への燃料付着をさらに好適に抑制できる。
【００５０】
内燃機関１００は、吸気バルブ５の閉時期を可変にする可変動弁装置５０をさらに備える。そして、コントローラ９０は、燃焼室９の壁面温度が低い場合ほど、吸気バルブ５の閉時期をピストン２の下死点時期に近づける設定を行う。
【００５１】
この場合、圧縮比を高めることで、圧縮上死点付近で筒内ガス密度を高めることができる。結果、噴射燃料の貫徹力を低下させることで、燃焼室９の壁面への燃料付着をさらに好適に抑制できる。内燃機関１００は、噴射燃料の貫徹力を低下させることで、具体的には例えばピストン２の冠面への燃料噴霧の衝突や燃料付着を抑制することができる。
【００５２】
内燃機関１００では、コントローラ９０が、触媒昇温要求時に、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射に先立って、ピストン２を備える気筒の吸気行程から圧縮行程前半までの範囲内で、要求燃料噴射量の一部を噴射する分割噴射を行うように燃料噴射を設定する。
【００５３】
この場合、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射量を減少させることで、噴射燃料の貫徹力を低下させることができる。結果、当該燃料噴射による燃焼室９の壁面への燃料付着をさらに好適に抑制できる。この場合、ピストン２が下死点側に位置する期間である吸気行程後半から圧縮行程前半までの範囲内で分割噴射を行うことで、分割噴射によるピストン２の冠面への燃料付着も抑制できる。
【００５４】
内燃機関１００では、コントローラ９０が、触媒昇温要求時に、燃焼室９の壁面温度が高い場合ほど、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合を減少させる設定を行う。
【００５５】
この場合、燃焼室９の壁面温度が高い場合ほど、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射量を減少させることで、噴射燃料の貫徹力を低下させることができる。結果、噴射燃料の貫徹力を低下させる分、燃焼室９の壁面への燃料付着をさらに好適に抑制できる。
【００５６】
吸気温度が高い場合には、噴射した燃料の蒸発も早いため、少量の燃料噴射でも安定した点火が可能になる。このため、コントローラ９０は、吸気温度が高い場合ほど、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合を減少させる設定を行ってもよい。この場合、点火の安定性を確保しつつ、燃焼室９の壁面への燃料付着を抑制できる。
【００５７】
内燃機関１００では、コントローラ９０が、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合の減少に応じて、燃圧を高める設定を行う。
【００５８】
これにより、燃料噴射割合を減少させた場合でも、供給エネルギーを確保することで、燃焼安定性を確保することができる。また、高燃圧化によって、噴射燃料の微粒化を促進でき、噴射パルス幅も短くなるため、必要以上に噴射燃料の貫徹力が低下することも抑制できる。
【００５９】
内燃機関１００では、燃料噴射弁８と点火プラグ７とが、燃焼室９の上部中央に臨むように配置される。このような構成の内燃機関１００によれば、点火プラグ７の電極部近傍に形成される成層混合気に効率的に乱れを付与することができる。結果、燃焼安定性を向上させることができる。
【００６０】
内燃機関１００では、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射時期が、ピストン２を備える気筒の圧縮行程及び膨張行程のうち少なくともいずれかに設定されるとともに、膨張行程において点火プラグ７の電極部近傍に成層混合気が形成されるように設定される。また、第１の燃焼方式における点火時期が、ピストン２を備える気筒の膨張行程に設定されるとともに、第１の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射時期より遅いタイミングに設定される。
【００６１】
この場合、点火時期を圧縮上死点よりも遅角させて成層燃焼を行うことで、排気熱の増加を図ることができる。結果、触媒早期活性化による排気エミッションの向上を図ることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
本実施形態の内燃機関１００では、図５に示すようにピストン２が冠面にキャビティ２ａを有する。本実施形態の内燃機関１００では、コントローラ９０がさらに以下で説明するように構成される。これらの点以外、本実施形態の内燃機関１００は、第１実施形態の内燃機関１００と実質的に同一である。なお、第１実施形態の内燃機関１００におけるピストン２も、冠面にキャビティ２ａを有してもよい。
【００６３】
図６は、本実施形態のコントローラ９０が行う制御の一例をフローチャートで示す図である。図６では、第１実施形態で説明した処理と同じ処理には同じステップ番号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
ステップＳ１に続き、ステップＳ３でコントローラ９０は、燃焼室９に供給される吸気の温度を検出する。吸気温度は、吸気温センサ９４の出力に基づき検出できる。
【００６５】
ステップＳ３に続き、ステップＳ５でコントローラ９０は、検出した吸気温度が所定値α以上であるか否かを判定する。所定値αは、吸気温度が極低温でないか否か、すなわち噴射燃料の気化が著しく悪化しないか否かを判定するための値である。所定値αは、実験などに基づき予め設定することができる。
【００６６】
ステップＳ５で肯定判定であれば、噴射燃料の気化が著しく悪化しないと判断される。この場合には、ステップＳ１１からステップＳ１４までの処理が行われることで、第１実施形態で説明したように各種の設定が行われる。
【００６７】
ステップＳ５で否定判定であれば、噴射燃料の気化が著しく悪化すると判断される。この場合、処理はステップＳ２１に進み、コントローラ９０は、第２の燃焼方式で運転を行う。第２の燃焼方式は、キャビティ２ａで点火プラグ７の周囲に案内した噴射燃料の噴霧に点火し、燃焼させる燃焼方式であり、このような燃焼方式はウォールガイド燃焼方式と呼ばれる。
【００６８】
ステップＳ２１に続き、ステップＳ２２でコントローラ９０は、燃焼室９の壁面温度を取得する。本ステップの処理は、前述したステップＳ１２の処理と同様である。
【００６９】
ステップＳ２２に続き、ステップＳ２３でコントローラ９０は、第２の燃焼方式での運転時におけるピストン２の上死点位置を設定する。具体的には、第２の燃焼方式での運転時におけるピストン２の上死点位置を、第１の燃焼方式での運転時におけるピストン２の上死点位置よりも、同一の機関運転状態で比較して点火プラグ７側に設定する。
【００７０】
ステップＳ２３に続き、ステップＳ２４でコントローラ９０は、閉時期ＩＶＣ、燃料噴射及び燃圧の設定を行う。これらの設定については後述する。ステップＳ２４の後には、本フローチャートの処理は終了する。
【００７１】
図７は、コントローラ９０が設定する各種パラメータの設定例を示す図である。図７では、第１の燃焼方式の場合及び第２の燃焼方式の場合それぞれについて、各種パラメータを図４と同様にして示す。第１の燃焼方式の場合及び第２の燃焼方式の場合の間で、縦軸の各種パラメータのスケールは共通である。また、横軸の燃焼室９の壁面温度のスケールは同じである。
【００７２】
第２の燃焼方式の場合、燃料噴射は、第２の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射に先立って、ピストン２を備える気筒の吸気行程から圧縮行程前半までの範囲内で、要求燃料噴射量の一部を噴射する分割噴射を行うように設定される。第２の燃焼方式の場合、噴射量分割比は、第２の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射量Ｑ２１で、当該燃料噴射を分割して行われる分割噴射の燃料噴射量Ｑ２２を割った値である。
【００７３】
第２の燃焼方式の場合、閉時期ＩＶＣは、燃焼室９の壁面温度が低い場合ほど、ピストン２の下死点、具体的には吸気或いは圧縮下死点に対応する時期に近づくように設定される。第２の燃焼方式の場合、閉時期ＩＶＣは、少なくとも同一の燃焼室９の壁面温度で比較して、第１の燃焼方式の場合より、ピストン２の下死点に対応する時期に近づくように設定される。
【００７４】
第２の燃焼方式の場合、圧縮比は、少なくとも同一の燃焼室９の壁面温度で比較して、第１の燃焼方式の場合より高くなるように設定される。これは、前述の図６のフローチャートのステップＳ２３の処理に基づくものである。そして、このように設定された圧縮比は、さらに閉時期ＩＶＣの設定によって、高まるように補正される。結果、圧縮比は、燃焼室９の壁面温度が低い場合ほど、高くなるように設定される。
【００７５】
第２の燃焼方式の場合、噴射量分割比は、燃焼室９の壁面温度が高い場合ほど、小さくなるように設定される。そして、噴射量分割比が大きい場合ほど、第２の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合は小さくなる。したがって、上記のように噴射量分割比を設定することで、燃料噴射は、さらに燃焼室９の壁面温度が高い場合ほど、第２の燃焼方式に沿って行われる燃料噴射の燃料噴射割合が大きくなるように設定される。
【００７６】
第２の燃焼方式の場合、燃圧はほぼ一定に設定される。第２の燃焼方式における燃圧は、少なくとも同一の燃焼室９の壁面温度で比較して、第１の燃焼方式における燃圧以上の大きさに設定することができる。
【００７７】
コントローラ９０は、前述のフローチャートのステップＳ２４において、上述したように閉時期ＩＶＣ、燃料噴射及び燃圧の設定を行う。
【００７８】
次に本実施形態の内燃機関１００の主な作用効果について説明する。
【００７９】
ここで、吸気温度が極低温の場合は、噴射燃料の蒸発が遅い。このためこの場合には、第１実施形態で説明したようにピストン２の上死点位置を設定し、第１の燃焼方式で運転を行っても、燃料の壁面付着を回避するのが困難になる。また、例えば吸気バルブ５の閉時期を下死点側に変更し、圧縮端圧力及び圧縮端温度を上昇させたとしても、燃焼安定性の悪化、さらには失火を招く結果、内燃機関１００を正常に始動できなくなる虞がある。
【００８０】
このような事情に鑑み、本実施形態の内燃機関１００では、ピストン２が冠面にキャビティ２ａを有する。また、コントローラ９０が、吸気温度が所定値αより低い場合に、第２の燃焼方式で運転を行う。
【００８１】
上記構成の内燃機関１００によれば、第１の燃焼方式と比較してより燃焼安定性が高い第２の燃焼方式で運転を行うことで、吸気温度が極低温の場合でも、燃焼安定性を確保することができる。
【００８２】
本実施形態の内燃機関１００では、コントローラ９０が、第２の燃焼方式での運転時におけるピストン２の上死点位置を、第１の燃焼方式での運転時におけるピストン２の上死点位置よりも、同一の機関運転状態で比較して点火プラグ７側に設定する。
【００８３】
上記構成の内燃機関１００によれば、ピストン２のストロークが長くなる分、燃料噴射開始から点火までの時間を長くすることができる。このため、燃料の気化時間を確保することで、良好な混合気を安定して点火プラグ７の電極部近傍に案内することができる。また、上記構成の内燃機関１００によれば、キャビティ２ａ、点火プラグ７間の距離を近づけることで、点火プラグ７の電極部近傍への混合気輸送の確実性を高めることもできる。そして、これらの結果、燃焼安定性を向上させることができる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００８５】
上述した実施形態では、内燃機関１００で分割噴射を行う場合について説明した。しかしながら、内燃機関１００は分割噴射を行わないように構成されてもよい。
【００８６】
上述した実施形態では、運転制御部、上死点設定部、燃料噴射設定部、閉時期設定部、燃圧設定部などの各種の機能部がコントローラ９０で実現される場合について説明した。しかしながら、これら各種の機能部は、例えば複数の電子制御装置で実現されてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
２      ピストン
２ａ    キャビティ
７      点火プラグ
８      燃料噴射弁
９      燃焼室
５０    可変動弁装置
９０    コントローラ
１００  内燃機関
１１０  圧縮比可変機構
【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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