(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関始動時には燃料噴射制御において正規の燃料噴射が開始された後に点火時期制御において点火が開始される筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記正規の燃料噴射の開始に先立って、ピストンが下死点を中心とするクランク角度略１８０°の範囲内の下死点近傍である時に、前記ピストンの頂面に形成された凹状の燃焼室内へ予備燃料噴射を実施することを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関の始動時燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関の始動時燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射式火花点火内燃機関は、少なくとも機関低負荷時において、圧縮行程で燃料を噴射して点火プラグ回りだけに着火性の良好な混合気を形成することにより、着火性を確保して気筒内全体としてはリーンな混合気の燃焼を可能とする成層燃焼を実施するものである。しかしながら、機関始動時に、このような成層燃焼を実施しようとしても、圧縮行程に噴射された燃料は、気筒内温度が低いために点火までの短い時間では十分に気化せず、点火プラグ回りに着火性の良好な混合気を形成することができない。
【０００３】
特開昭６４−８７８３５号公報に開示されている筒内噴射式内燃機関は、機関始動時における着火性を確保するために、機関始動時の燃料を吸気行程で噴射し、燃料が噴射されてから点火までの時間を延長することによって、燃料を十分に気化させることが意図されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術によって、確かに、機関始動時に噴射された燃料は、点火までに気化し易くなるが、気化した燃料は気筒内に拡散して均一混合気となるために、着火性を確保するには、成層燃焼時に比較して多量の燃料を吸気行程に噴射することが必要である。しかしながら、気筒内温度が低い機関始動時に、このような多量の燃料を吸気行程に噴射しても、点火までにその全てを気化させることができず、依然として機関始動時の着火性を確保することはできない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、筒内噴射式火花点火内燃機関の始動時燃料噴射制御装置を改良し、機関始動時の着火性を確保することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の始動時燃料噴射制御装置は、機関始動時には燃料噴射制御において正規の燃料噴射が開始された後に点火時期制御において点火が開始される筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記正規の燃料噴射の開始に先立って、ピストンが下死点を中心とするクランク角度略１８０°の範囲内の下死点近傍である時に、前記ピストンの頂面に形成された凹状の燃焼室内へ予備燃料噴射を実施することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による始動時燃料噴射制御装置が取り付けられた筒内噴射式火花点火内燃機関のピストンが上死点近傍に位置する時の断面図である。同図において、１は吸気弁、２は排気弁である。３は吸気弁１を介して気筒内へ通じる吸気通路、４は排気弁２を介して気筒内へ通じる排気通路である。５は気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。６は気筒上部略中心に位置する点火プラグである。７はピストンであり、その頂面には凹状の燃焼室８が形成されている。
【００１０】
図２は、ピストン７が下死点近傍に位置する時の図１と同じ筒内噴射式火花点火内燃機関の断面図である。同図に示すように、燃料噴射弁５は、ピストン７が下死点近傍に位置する時にも燃焼室８内へ燃料を噴射するように配置されている。それにより、ピストン７がいずれの位置にある時でも、燃料噴射弁５は燃焼室８内へ燃料を噴射するようになっている。図１に示すように、ピストン７が上死点近傍に位置する圧縮行程末期で噴射された燃料は、燃焼室８内で気化し、点火プラグ６回りに集中して着火性の良好な混合気を形成するために、良好な成層燃焼を実現することができる。
【００１１】
良好な成層燃焼を実現するためには、燃焼室８内で気化させた燃料により形成された混合気を点火時点においても拡散させずに点火プラグ６回りに維持しなければならず、燃料噴射開始から点火までの時間をあまり長くすることはできない。それにより、燃料噴射量が比較的少ない機関低負荷時には、成層燃焼を実施することができるが、燃料噴射量が比較的多い機関高負荷時には、吸気行程で燃料を噴射して点火までに均一混合気を形成し、それによる均一燃焼を実施するようになっている。
【００１２】
また、機関高負荷時の低負荷側では、成層混合気を形成するために圧縮行程末期で燃料を噴射すると共に、必要燃料噴射量に対する不足分を吸気行程で噴射することも可能である。それにより、点火時点において、点火プラグ６回りには着火性の良好な成層混合気が形成されると共に、この成層混合気の外側には吸気行程で噴射された燃料によって希薄な均一混合気が形成され、低負荷時よりは高出力の成層燃焼を実現することができる。
【００１３】
図１及び２において、２０は前述のような一般的な燃料噴射制御に加えて、機関始動時の燃料噴射制御を担当する制御装置であり、この始動時燃料噴射制御のために、スタータスイッチ２１、クランク角センサ２２、及び基準位置センサ２３等が接続されている。クランク角センサ２２は、クランクシャフト特定位置からのクランク角度を検出可能なセンサである。また、基準位置センサ２３は、例えば、カムシャフト等の回転を利用し、特定気筒の特定位置を検出可能なセンサである。
【００１４】
本実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関は、４気筒の４サイクルエンジンであり、以下の＃１〜＃４は点火順序を示している。クランク角センサ２２及び基準位置センサ２３は、内燃機関に一般的に設けられているものである。クランク角センサ２２は、例えば、クランクシャフト特定位置として、＃２気筒及び＃４気筒の下死点位置、すなわち、＃１気筒及び＃３気筒の上死点位置が設定され、基準位置センサ２３は、例えば、特定気筒の特定位置として、＃１気筒の圧縮上死点位置、すなわち、＃２気筒の吸気下死点位置、すなわち、＃３気筒の排気上死点位置、すなわち、＃４気筒の膨張下死点位置が設定されている。これら二つのセンサからの出力に基づき、各気筒の現在の行程及びピストン位置を把握することができ、前述の燃料噴射制御及び点火時期制御等を実施することが可能となる。
【００１５】
本発明による始動時燃料噴射制御は、図３に示すフローチャートに従って予備燃料噴射を実施する。本フローチャートは、スタータスイッチ２１のオン信号と同時に開始される。まず、ステップ１０１において、クランク角センサ２２からクランクシャフト特定位置を示す信号Ｓが入力されたか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ１０２において正規燃料噴射及び点火の開始許可フラグＦ１は０（不許可）とされ、ステップ１０１に戻る。この開始許可フラグＦは、本フローチャートとは異なる通常の燃料噴射制御及び通常の点火時期制御で使用されるものであり、開始許可フラグＦが１（許可）とならない限り、燃料噴射制御において正規の燃料噴射は開始されず、点火時期制御において点火は開始されないようになっている。
【００１６】
クランク角センサ２２から前述の信号Ｓが入力されると、すなわち、＃２気筒及び＃４気筒の下死点位置である時には、ステップ１０１における判断が肯定されてステップ１０３に進み、基準位置センサ２３から特定気筒の特定位置を示す信号Ｇが入力されたか否かが判断される。この判断が否定された時には、直接的にステップ１０５に進み、肯定された時には、ステップ１０４において基準位置認識フラグｆは１とされた後に、ステップ１０５に進む。ステップ１０５では、ピストン７が下死点に位置する＃２気筒及び＃４気筒において予備燃料噴射が実施される。次いで、ステップ１０６に進み、前述の信号Ｓが入力されてからの、すなわち、クランクシャフト特定位置からのクランク角度ＴＡが１８０°に達したか否かが判断され、肯定されるまでこの判断が繰り返される。クランク角度ＴＡが１８０°に達すると、＃２気筒及び＃４気筒が上死点位置となり、すなわち、＃１気筒及び＃３気筒が下死点位置となり、＃１気筒及び＃３気筒において予備燃料噴射が実施される。
【００１７】
次いで、ステップ１０８に進み、前述の基準位置認識フラグｆが１であるか否かが判断され、ステップ１０４において既に基準位置認識フラグｆが１とされている場合には、ステップ１０１において入力された信号Ｓは、＃１気筒が圧縮上死点であると認識されており、ステップ１１０に進み、正規燃料噴射及び点火の開始許可フラグＦは１とされ本フローチャートを終了する。
【００１８】
一方、基準位置認識フラグｆが１でない時には、ステップ１０９に進み、基準位置センサ２３からの信号Ｇが入力されたか否かが判断され、肯定されるまでこの判断が繰り返される。もちろん、クランク角センサ２２によってクランクシャフト特定位置からのクランク角度は常に監視されている。ステップ１０３において信号Ｇが入力されていない場合、通常であれば、ステップ１０１で信号Ｓが入力された後に次に信号Ｓが入力されると同時に、ステップ１０９で信号Ｇが入力されるはずである。それにより、ステップ１０３において信号Ｇが入力されていない場合には、ステップ１０１において入力された信号Ｓは、＃１気筒が排気上死点であり、＃３気筒が圧縮上死点であると認識することも可能である。しかしながら、何らの要因でスタータスイッチ２１のオン信号直後には信号Ｇが発せられない可能性があり、本フローチャートでは、ステップ１０３又はステップ１０９において基準位置センサ２３からの信号Ｇが入力されるまで、開始許可フラグＦは１としないようになっている。
【００１９】
図４は、本フローチャートによる予備燃料噴射と、通常の燃料噴射制御による正規の燃料噴射と、点火時期制御による点火とが実施された時のタイムチャートである。本タイムチャートは、＃１気筒が排気行程途中で機関停止している場合を示している。スタータスイッチ２１のオン信号が入力された後に、＃２気筒及び＃４気筒が下死点位置となると、クランク角センサ２２からは信号Ｓが入力され、ピストン７が下死点に位置する＃２気筒及び＃４気筒では、予備燃料噴射Ａが実施される。その後、クランク角センサ２２によって信号Ｓが入力されてからのクランク角度が１８０°となると、＃２気筒及び＃４気筒が上死点位置となり、ピストン７が下死点に位置する＃１気筒及び＃３気筒では、予備燃料噴射Ａが実施される。さらにクランクシャフトが１８０°回転すると、信号Ｓが入力されると共に、基準位置センサ２１からは＃１気筒が圧縮上死点位置であることを示す信号Ｇが入力され、現在、＃１気筒は圧縮上死点、＃２気筒は吸気下死点、＃３気筒は排気上死点、＃４気筒は膨張下死点であることが把握される。
【００２０】
この時、正規燃料噴射及び点火の開始許可フラグＦが１（許可）とされ、直後に吸気行程を迎える＃３気筒から正規の燃料噴射Ｂ及び点火Ｃが開始される。次いで、＃４気筒、＃１気筒、＃２気筒の順で正規の燃料噴射Ｂ及び点火Ｃが開始されるが、いずれの気筒においても、正規の燃料噴射Ｂに先立って予備燃料噴射Ａが実施されている。この予備燃料噴射Ａは、正規の燃料噴射Ｂに比較して少量であり、各気筒でピストン７が下死点近傍に位置する時に実施されている。もし、ピストン７が圧縮及び膨張上死点近傍に位置する時に予備燃料噴射を実施しようとすると、筒内圧力が高いために、スタータスイッチ２１のオンと同時に燃料圧力を高める高効率の燃料ポンプが必要となる。また、ピストン７が排気上死点近傍に位置する時では、予備燃料噴射される狭い気筒内空間が排気弁によって開放されているために、噴射された燃料が機関排気系に非常に排出され易い。また、ピストン７が吸気上死点に位置する時では、予備燃料噴射によって噴射される燃料が少量であるために、排気行程に達するまでの長い時間で十分に気化して均一混合気となり、排気行程でほぼ全てが機関排気系に排出されてしまう。
【００２１】
本実施形態では、予備燃料噴射は、各気筒においてピストン７が下死点に位置する時に実施されているために、噴射時に筒内圧力が高いことはなく、排気弁によって開放された狭い気筒内空間（排気下死点の場合には気筒内空間が広い）に噴射されることはなく、噴射されてから排気行程までの時間が長過ぎることはない。それにより、予備燃料噴射された燃料の多くは、正規の燃料噴射Ｂが開始される時には、少なくともある程度は気化して気筒内に残留し、正規の燃料噴射Ｂにより噴射された燃料が点火Ｃまでに十分に気化しなくても、予備燃料噴射Ａの気化燃料と正規の燃料噴射Ｂの気化燃料とが合わさることで点火時点においては良好な着火性を有する均一混合気が形成され、着火性が確保される。
【００２２】
本実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関において、ピストン７の頂面には凹状の燃焼室８が形成されており、燃料噴射弁５は、ピストン７の位置に係わらず、燃焼室８内へ燃料を噴射するものであるために、予備燃料噴射された燃料も一旦は燃焼室８内へ流入し、このような燃焼室を有しないピストンに比較して、予備燃料噴射された燃料が排気行程で機関排気系に排出され難くなっている。
【００２３】
本実施形態では、予備燃料噴射は、各気筒においてピストン７が下死点に位置する時から開始されるようにしたが、もちろん、ピストン７が下死点直前から予備燃料噴射を開始しても良い。このように、ピストン７が下死点近傍に位置する時に予備燃料噴射を実施することが好ましいが、少なくともピストン７が下死点を中心としてクランク角度が１８０°の範囲内である時に予備燃料噴射を実施すれば、予備燃料噴射の前述の問題を低減することができる。
【００２４】
本実施形態において、機関始動時の正規の燃料噴射は、吸気行程としたが、これは、本発明を限定するものではなく、本発明により良好な予備燃料噴射が実施されれば、正規の燃料噴射を圧縮行程で実施して機関始動時から成層燃焼において着火性を確保することも可能である。また、本実施形態において、基準位置センサ２１に設定した特定位置及びクランク角センサ２２に設定したクランクシャフト特定位置は単なる例であり、それぞれ任意の位置に設定可能である。また、点火時期Ｃは圧縮上死点として例示したが、もちろん、機関運転状態によって変化させることも可能である。予備燃料噴射及び正規の燃料噴射における噴射量に関しては、例えば、機関冷却水温等に基づいて気筒内温度を推定し、それにより気筒内温度が低いほど増量させるようにしても良い。さらに、本実施形態は、４気筒の筒内噴射式火花点火内燃機関であるが、本発明の考え方は、他の多気筒筒内噴射式火花点火内燃機関にも適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】
このように、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の始動時燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射制御において正規の燃料噴射が開始された後に点火時期制御において点火が開始される筒内噴射式火花点火内燃機関において、正規の燃料噴射の開始に先立って、ピストンが下死点を中心とするクランク角度略１８０°の範囲内の下死点近傍である時に、ピストンの頂面に形成された凹状の燃焼室内へ予備燃料噴射が実施されるようになっている。それにより、この予備燃料噴射は、排気弁によって開放された狭い気筒内空間に噴射されて機関排気系に排出され易いことはなく、噴射されてから排気行程までの時間が長過ぎるために十分に気化して排気行程でほぼ全てが機関排気系に排出されることはなく、また、ピストン頂面に形成された凹状の燃焼室内へ燃料を噴射するものであるために、それによっても、排気行程で機関排気系へ排出され難く、正規の燃料噴射開始時点において確実に気筒内に残留して気化し、その点火時期において、予備燃料噴射の気化燃料と正規の燃料噴射の気化燃料とが合わさって着火性の良好な混合気が形成されるために、機関始動時の着火性が確保される。特に、筒内噴射式火花点火内燃機関にとって、正規の燃料噴射は、各気筒の現在の行程が把握されるまで実施できないが、それ以前にピストンの位置は把握可能であるために、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関は、各気筒の現在の行程を把握するまでの時間を利用して良好な予備燃料噴射を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】始動時燃料噴射制御装置が取り付けられた筒内噴射式火花点火内燃機関のピストンが上死点近傍に位置する時の断面図である。
【図２】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関においてピストンが下死点近傍に位置する時の断面図である。
【図３】予備燃料噴射のためのフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートによる予備燃料噴射と、正規の燃料噴射と、点火とが実施された場合を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
５…燃料噴射弁
６…点火プラグ
７…ピストン
８…燃焼室
２０…制御装置
【図１】
0003736084.tif 000002
【図２】
0003736084.tif 000003
【図３】
0003736084.tif 000004
【図４】
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