(57)【要約】【課題】タンブル強化を考慮した燃料の分割噴射を行う内燃機関の制御システムを提供する。【解決手段】内燃機関の制御システムは、吸気下死点以後に閉弁する吸気バルブを備える。筒内噴射用のインジェクタを備える。吸気下死点近傍までに行う第１燃料噴射と、第１燃料噴射の後であって、吸気バルブを介して燃焼室に吸入された空気により形成された順タンブルを強化するための第２燃料噴射とを行うようにインジェクタの噴射タイミングを制御する制御部を備える。第２燃料噴射は、吸気下死点近傍から吸気バルブが閉弁する時点近傍までの期間の一部または全部を含む間に行われる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気下死点以後に閉弁する吸気バルブと、
筒内噴射用のインジェクタと、
前記吸気下死点近傍までに行う第１燃料噴射と、前記第１燃料噴射の後であって、前記吸気バルブを介して燃焼室に吸入された空気により形成された順タンブルを強化するための第２燃料噴射とを行うように前記インジェクタの噴射タイミングを制御する制御部とを備え、
前記第２燃料噴射は、前記吸気下死点近傍から前記吸気バルブが閉弁する時点近傍までの期間の一部または全部を含む間に行われることを特徴とする筒内直接噴射火花点火式内燃機関の制御システム。
【請求項２】
前記第２燃料噴射は、前記期間が終了するまでに完了することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記吸気バルブの閉弁時期を制御する可変バルブタイミング機構をさらに備え、
前記閉弁時期に合わせて、前記第２燃料噴射の噴射完了時期が変動することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内直接噴射火花点火式内燃機関の制御システムに関し、特にインジェクタから噴射された燃料によるタンブル強化を考慮した制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のように、噴射された燃料がタンブルに載り易くするように分割噴射を行う内燃機関の制御システムが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１６１７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、噴射された燃料はタンブルの流れに載るが、燃料噴射によってタンブルの流れを強化する点については考慮されていない。
【０００４】
したがって本発明の目的は、タンブル強化を考慮した燃料の分割噴射を行う内燃機関の制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る内燃機関の制御システムは、吸気下死点以後に閉弁する吸気バルブと、筒内噴射用のインジェクタと、吸気下死点近傍までに行う第１燃料噴射と、第１燃料噴射の後であって、吸気バルブを介して燃焼室に吸入された空気により形成された順タンブルを強化するための第２燃料噴射とを行うようにインジェクタの噴射タイミングを制御する制御部とを備え、第２燃料噴射は、吸気下死点近傍から吸気バルブが閉弁する時点近傍までの期間（最適噴射期間）の一部または全部を含む間に行われる。これにより、第１燃料噴射により噴射された燃料と吸気された空気との混合気の均質化が考慮され、第２燃料噴射により弱まったタンブルを強化することが可能になる。
【０００６】
好ましくは、第２燃料噴射は、最適噴射期間が終了するまでに完了する。吸気バルブが閉弁した後に燃料噴射を行うと、噴霧の巻き上がりから逆タンブルを生ずるおそれがあるため、吸気バルブの閉弁時、すなわち最適噴射期間終了時までに燃料噴射を完了させる趣旨である。
【０００７】
また、好ましくは、吸気バルブの閉弁時期を制御する可変バルブタイミング機構をさらに備え、閉弁時期に合わせて、第２燃料噴射の噴射完了時期が変動する。可変バルブタイミング機構を使用することにより、吸気バルブの閉弁時期が調整されるが、この場合であっても、閉弁時期に合わせて第２燃料噴射の噴射完了時期が変動せしめられるため、最適なタイミングで第２燃料噴射を行って効果的に燃料噴射によるタンブル強化を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明によれば、タンブル強化を考慮した燃料の分割噴射を行う内燃機関の制御システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図１〜６を用いて説明する。本実施形態における筒内直接噴射火花点火式内燃機関の制御システムは、エンジン本体１、吸気通路３、電気制御スロットル弁４、筒内噴射用のインジェクタ６、点火プラグ７、排気通路８、触媒コンバータ９、ＥＣＵ２０、吸気バルブ３１、及び排気バルブ３２を備える。
【００１０】
まず、エンジン本体１の動作について説明する。エンジン本体１の各シリンダーの燃焼室５には、吸気通路３を介し、電気制御スロットル弁４の制御を受けて、空気が吸入される。筒内噴射用のインジェクタ６から噴射された燃料は、吸入された空気と混ざって混合気を形成する。吸気バルブ３１は、吸気下死点以後に閉弁するように開閉タイミング（開弁時期、閉弁時期）が設定される。ＥＣＵ２０からの点火信号に基づく点火プラグ７の点火によって、混合気は燃焼する。エンジン本体１からの排気は、排気バルブ３２の開弁時に排気通路８より排出され、排気通路８に設けられた触媒コンバータ９により浄化される。
【００１１】
吸気バルブ３１を介して、燃焼室５に吸入される空気の流れが排気バルブ３２側を下降して吸気バルブ３１側を上昇するように旋回する順タンブル（図２の太矢印線参照）になるように、吸気通路３の吸気ポート３ａの形状などが設定される。順タンブルの形成は、タンブルコントロールバルブ（不図示）によって行われても良い。また、インジェクタ６から噴射される燃料の方向は、排気バルブ３２側を向き、吸気により形成された順タンブルを強化する方向に設定される（図２参照）。
【００１２】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、各部の動作制御を行う。
【００１３】
特に、本実施形態では、ＥＣＵ２０は、燃焼室５内に噴射された燃料と吸気された空気との混合気の均質度向上（一定レベル以上の均質度確保）と、燃料噴射によるタンブル強化を行うために、燃料噴射タイミング（噴射開始時期、噴射終了時期）、及び分割噴射を制御する。具体的には、ＥＣＵ２０は、エンジン回転数などから噴射燃料量（適合値）、噴射燃料量の燃料と空気との混合気の均質度を向上させるための噴射開始時期を算出し、算出された燃料量の一部を第１燃料噴射として、また残りを第２燃料噴射として噴射する。第１燃料噴射は、算出された噴射開始時期であって吸気下死点（ＢＤＣ、すなわち図３の１８０度ＢＴＤＣ）近傍までに行われる。第２燃料噴射は、吸気下死点から吸気バルブ３１の閉弁時期（図３の１４０度ＢＴＤＣ）までの間で定義される燃料噴射によるタンブル強化のための最適噴射期間の一部または全部を含む間であって閉弁時近傍で完了するように噴射する（第２燃料噴射）。
【００１４】
順タンブルを強化する方向への燃料噴射を、最適噴射期間の一部または全部を含む間に行うことにより（第２燃料噴射）、吸気によって形成された順タンブルを、噴射燃料の貫徹力を利用して強化することが出来、点火時期までタンブルを良好に持続させて燃焼室内に乱れを発生させて良好な燃焼を得ることが出来る。
【００１５】
第２燃料噴射は、最適噴射期間の間に完了する（最適噴射期間が終了するまでに完了する）のが望ましい。吸気バルブ３１が閉弁した後（最適噴射期間の終了後）に燃料噴射を行うと、噴霧の巻き上がりから逆タンブルを生ずるおそれがあるため、吸気バルブ３１の閉弁時、すなわち最適噴射期間終了時までに燃料噴射を完了させる趣旨である。
【００１６】
本実施形態では、最適噴射期間の完了時に、第２燃料噴射も完了するように燃料噴射タイミングが制御される（図３の１４０度ＢＴＤＣ参照）。すなわち、最適噴射期間内で出来るだけ遅いタイミングで第２燃料噴射が行われる。吸気バルブ３１の閉弁時期に近く吸気流速が最も低下する時期に第２燃料噴射を行って、効果的に燃料噴射によるタンブル強化を行う趣旨である。
【００１７】
混合気の均質度を向上させるため、噴射燃料量（適合値）が多くなるにつれて、進角させるように、第１燃料噴射の噴射タイミング（特に噴射開始時期）が制御される。図３は、最適噴射期間内に第２燃料噴射が行われる形態であって、エンジン回転数が１２００ｒｐｍの場合の燃料噴射量と噴射タイミング（ＥＣＵ２０から噴射に関する信号の出力タイミング、２００度ＢＴＤＣから噴射開始）、２４００ｒｐｍの場合の燃料噴射量と噴射タイミング（ＥＣＵ２０から出力する噴射に関する信号の出力タイミング、２４０度ＢＴＤＣから噴射開始）、及び３６００ｒｐｍの場合の燃料噴射量と噴射タイミング（ＥＣＵ２０から出力する噴射に関する信号の出力タイミング、３００度ＢＴＤＣから噴射開始）を示す。破線は、第１燃料噴射と第２燃料噴射とに分別しないで噴射する場合の噴射信号波形を示す。
【００１８】
吸気下死点から吸気バルブ３１の閉弁時期までの期間は、吸気流速が低下する（タンブルが弱まる、図４参照）。そのため、この期間に燃料噴射（第２燃料噴射）を行うと、算出された噴射燃料量の燃料と空気との混合気の均質度を向上させるために算出された噴射開始時期から連続して総ての燃料を噴射する形態（図５参照）に比べて、吸気により形成されたタンブルの流れ（筒内流動）と噴射燃料の流れ（噴流）との相対速度が大きくなるため、弱まったタンブルを、第２燃料噴射を使って、圧縮行程末期まで持続させ、点火時期においてタンブルの崩壊により発生する乱れによって良好な燃焼を得ることが可能になる。また、一部の燃料についてはエンジン回転数などから均質度を向上するために算出された噴射タイミングに基づいて最適噴射期間よりも早い時期に燃料噴射（第１燃料噴射）を行うため、混合気の均質度を向上させることも考慮されている。
【００１９】
なお、本実施形態では、吸気バルブ３１の閉弁時期は、１４０度ＢＴＤＣに固定される形態を説明したが、負荷状態の変化やスロットルの開度などに応じて吸気バルブ３１の開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構（不図示）を介して、閉弁時期を変えてもよい。この場合、最適噴射期間の終了時期や第２燃料噴射の終了時期は、吸気バルブ３１の変更された閉弁時期に合わせて変動せしめられる。そのため、吸気バルブ３１の閉弁時期の変動に合わせた最適なタイミングで第２燃料噴射を行って効果的に燃料噴射によるタンブル強化を行うことが可能になる。
【００２０】
図６は、最適噴射期間内に第２燃料噴射が行われる形態であって、吸気バルブ３１の閉弁時期の変更に合わせて最適噴射期間の終了時期が変更される前（１４０度ＢＴＤＣで終了）と変更された後（１６０度ＢＴＤＣで終了）の、エンジン回転数が２４００ｒｐｍの場合の燃料噴射量と噴射タイミングを示す。吸気バルブ３１の閉弁時期の変動に合わせて、第２燃料噴射タイミングが変動せしめられ、閉弁後の燃料噴射を避け、吸気バルブ３１の閉弁時期に近く吸気流速が最も低くなる時期に合わせて第２燃料噴射が行われるため、効果的に燃料噴射によるタンブル強化を行うことが可能になる。
【００２１】
次に、ＥＣＵ２０による燃料噴射制御の手順について、図７のフローチャートを用いて説明する。図７のフローチャートに示す制御は、エンジン本体１が運転中の所定クランク角ごとに行われる。なお、この制御では、第２燃料噴射は最適噴射期間内に行われる形態（第２燃料噴射の開始時期及び終了時期が最適噴射期間内にある形態）を説明するが、最適噴射期間前に開始時期が、最適噴射期間後に終了時期が設定される形態であってもよい。
【００２２】
ステップＳ１１で、エンジン回転数、吸気バルブ３１の開閉タイミングなどのエンジン制御パラメータに基づいて、吸気流速が低下する時期が算出または推定され、これに対応して最適噴射期間の終了時期が算出される。また、エンジン回転数などから噴射燃料量（適合値）が算出され、噴射燃料量に基づいて第１燃料噴射の開始時期や第１燃料噴射と第２燃料噴射にそれぞれにおける燃料噴射量が算出される。第２燃料噴射における燃料噴射量は、最適噴射期間内で噴射可能な量以下に設定される。また、最適噴射期間の終了時期に、算出された第２燃料噴射における燃料噴射量の燃料噴射が完了するように、第２燃料噴射の開始時期が算出される。
【００２３】
ステップＳ１２で、クランク角が第１燃料噴射の開始時期に入ったか否かが判断される。第１燃料噴射の開始時期に入っていない場合は、ステップＳ１２が繰り返される。第１燃料噴射の開始時期に入った場合は、ステップＳ１３で、インジェクタ６のノズルが開き、第１燃料噴射が開始される。ステップＳ１４で、第１燃料噴射の開始時期からの経過時間が、第１燃料噴射の燃料噴射量に対応した噴射時間だけ経過したか否か、すなわち、クランク角が第１燃料噴射の終了時期に入ったか否かが判断される。第１燃料噴射の終了時期に入っていない場合は、ステップＳ１４が繰り返される。第１燃料噴射の終了時期に入った場合は、ステップＳ１５で、インジェクタ６のノズルが閉じて、第１燃料噴射が終了する。
【００２４】
ステップＳ１６で、クランク角が最適噴射期間の開始時期、すなわち吸気下死点に入ったか否かが判断される。最適噴射期間の開始時期に入っていない場合は、ステップＳ１６が繰り返される。最適噴射期間の開始時期に入った場合は、ステップＳ１７で、第２燃料噴射が可能な状態（許可状態）にされる。
【００２５】
ステップＳ１８で、クランク角が第２燃料噴射の開始時期に入ったか否かが判断される。第２燃料噴射の開始時期に入っていない場合は、ステップＳ１８が繰り返される。第２燃料噴射の開始時期に入った場合は、ステップＳ１９で、インジェクタ６のノズルが開き、第２燃料噴射が開始される。ステップＳ２０で、最適噴射期間が終了したか否か、すなわち、第２燃料噴射の開始時期からの経過時間が、第２燃料噴射の燃料噴射量に対応した噴射時間だけ経過したか否か（クランク角が第２燃料噴射の終了時期に入ったか否か）が判断される。第２燃料噴射の終了時期に入っていない場合は、ステップＳ２０が繰り返される。第２燃料噴射の終了時期に入った場合は、ステップＳ２１で、インジェクタ６のノズルが閉じて、第２燃料噴射が終了する。
【００２６】
本実施形態では、一部の燃料についてはエンジン回転数などから均質度を向上するため（一定レベル以上の均質度を確保するため）に算出された噴射開始時期であって吸気下死点近傍までに噴射（第１燃料噴射）を行い、残りの燃料については第１燃料噴射の後で且つ吸気下死点以降であって終了時期が負荷状態の変化やスロットルの開度などに応じて変動する最適噴射期間の一部または全部を含む間に噴射（第２燃料噴射）を行う。また、燃料は、吸気により形成された順タンブルを強化する方向に噴射される。このため、第１燃料噴射により混合気の均質化が図られるとともに、第２燃料噴射により吸気流速が低下したことで弱まったタンブルが強化されて良好な燃焼を得ることが可能になる。
【００２７】
さらに、負荷状態の変化やスロットルの開度などに応じて設定される吸気バルブ３１の閉弁時期に合わせて最適噴射期間の終了時期を変動させて、閉弁時期に合わせて第２燃料噴射の噴射完了時期が変動せしめられるため、最適なタイミングで第２燃料噴射を行って効果的に燃料噴射によるタンブル強化を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態における内燃機関の構成図である。
【図２】筒内噴射用のインジェクタからの燃料噴射状態を示す構成図である。
【図３】本実施形態における燃料噴射タイミングを示す図である。
【図４】燃焼室内の流速の時間変化を示すグラフである。
【図５】タンブル強化を考慮しないで燃料噴射を行う形態における燃料噴射タイミングを示す図である。
【図６】最適噴射期間の終了時期の変更前と変更後の、エンジン回転数が２４００ｒｐｍの場合の燃料噴射タイミングを示す図である。
【図７】燃料噴射時期の制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１  エンジン本体
１ａ  ピストン
３  吸気通路
３ａ  吸気ポート
４  電気制御スロットル弁
５  燃焼室
６  筒内噴射用のインジェクタ
７  点火プラグ
８  排気通路
９  触媒コンバータ
２０  ＥＣＵ
３１  吸気バルブ
３２  排気バルブ
【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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