(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に混合気濃度分布を作り燃焼させる成層燃焼機関に吸入空気過給装置を有する筒内直接噴射式内燃機関に、運転条件により要求噴射量を算出する手段と、吸入空気過給装置の作動条件適合判定手段と、を配設し、該作動条件適合判定手段は、要求噴射パルス幅に基づき算出した燃料噴射開始クランク角度が、予め定めたクランク角度より早い場合に適合と判定し、燃料噴射量は変えずに上記過給装置を作動させて吸入空気量を増加させるように構成されていることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。
【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒内直接噴射式内燃機関としては、例えば、図８と図９に示すようなものが公知である。
【０００３】
この従来技術において、筒内に直接噴射された燃料は、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にのり、ピストン冠面に設けられたボール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、ピストンを押し下げて機関を運動させる。このような燃焼方式は成層燃焼方式と呼ばれている。そして、混合気の筒内移動は、ピストン上面から見て円周方向の旋回気流を用いる方式（図８）と、ピストンの運動方向と同方向の気流を用いる方式（図示せず）があるが、ここでは、前者の方式に基づいて説明する。
【０００４】
この成層燃焼方式のポイントは、噴射弁からの噴霧の拡散を抑制し、点火するまで燃焼に良好な濃度の混合気の塊を保つことにある。このため、噴霧の形状は燃焼室や気流のタイプに合わせて設定される。
【０００５】
また、燃料噴射圧力は、噴射された燃料が粒子へ分解する際の粒子径に大きな影響を与えることから、燃料の気化が迅速に行われ易い圧力、即ち、微粒化効果がある一般的に４０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で噴射される。さらに、噴射時期は、噴射された燃料が筒内で余り拡散せずに点火時期に点火栓近傍に燃焼し易い混合気の塊を形成しやすい時期に設定される。この筒内直接噴射式内燃機関の噴射時期制御技術としては、例えば、特開平５−１１３１４６号公報に示されるようなものが公知である。
【０００６】
【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、燃料噴射圧力が一定であるため、ここで、同一負荷要求のままエンジン回転が上昇したとすると、図１０の筒内圧力と燃料噴射との関係で示されるように、要求燃料噴射量（Ａ＆Ｂ）は一定であるが、エンジン回転が上昇するにつれて単位クランク角毎の所要時間は小さくなるため、燃料噴射に要するクランク角度は増え、燃料噴射開始時期はＡ’からＢ’ヘと早まる。このため、燃料噴射はより筒内圧力の低い状態（Ａ”→Ｂ”）で行われる。
【０００７】
また、図１１に示す筒内圧力と燃料噴霧の関係からも明らかなように、筒内圧力が高い場合には、燃料噴霧は拡散が起こりにくくまとまった形状を示す。
【０００８】
しかし、圧力が低いと噴霧形状は噴射弁の構造や先端形状等の影響を受け易くなるため、噴霧角は広がり噴霧先端は空間に分散される。このため、図８に示すように、回転が異なる場合の筒内の噴霧の挙動は、高回転時は低回転時より早く噴き始めるため、筒内圧力の低い時期に噴射された噴霧先端で拡散が起こり、点火時の混合気の塊の外縁部に、周辺空気との拡散が進行した極めて濃度の薄い混合気が存在することになり、点火時の成層度合いが低回転時より低下して未燃分が増加する、という課題を有していた。
【０００９】
この現象は、特に、図示はしないが、回転数が同じで燃料噴射量が増える高負荷時でも噴射時間が伸びることでも同様に生じる。
【００１０】
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするところは、燃料噴射開始が早く筒内圧力が低いために噴霧の拡散が増え、燃焼の悪化を招く状態となるときに、吸入空気の過給装置を作動させて筒内圧力を増加させることにより、噴霧の拡散を防止することができる筒内直接噴射式内燃機関を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る筒内直接噴射式内燃機関にあっては、燃焼室内に混合気濃度分布を作り燃焼させる成層燃焼機関に吸入空気過給装置を有する筒内直接噴射式内燃機関に、運転条件により要求噴射量を算出する手段と、吸入空気過給装置の作動条件適合判定手段と、を配設し、該作動条件適合判定手段は、作動条件が適合すると判定した場合には、燃料噴射量は変えずに上記過給装置を作動させて吸入空気量を増加させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
この場合、上記作動条件適合判定手段は、要求噴射パルス幅に基づき算出した燃料噴射開始クランク角度が、予め定めたクランク角度より早い場合に適合と判定するように構成する。
【００１３】
【作用】
それ故、この発明にあっては、同一負荷要求のままエンジン回転が上昇すると、要求燃料噴射量はほぼ一定であるが、燃料噴射開始クランク角度は早まる。また、エンジン回転が一定でも負荷上昇で要求噴射量が増加しても燃料噴射開始クランク角度は早まる。
【００１４】
このため、燃料噴射はより筒内圧力の低い時期から行われ、噴霧の拡散が増え燃焼の悪化を招く。そこで、燃料噴射開始が早く筒内圧力が低いために、噴霧の拡散が増えて燃焼の悪化を招く状態になると判断した時に、吸入空気の過給装置を作動させて筒内圧力を増加させることにより、噴霧の拡散を防止し、燃焼の悪化を防止する。
【００１５】
【発明の実施の形態例】
以下、添付図面に示す実施の形態例に基づきこの発明を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の第１形態例を示しており、エンジン本体ｌに外部信号によって接断可能な機構４を介して吸入空気の過給装置２が接続されており、この過給装置２により過給された空気は、空気供給マニホールド６ヘと供給される。燃焼室に臨む燃料噴射弁５と上記機構４は、エンジンの運転状態をコントロールするコンピュータ３で制御される。
【００１７】
このように構成された筒内直接噴射式内燃機関は、図２のフローチャートで示すように、運転状態を検出（ステップ６ａ）し、必要な燃料噴射量に見合う燃料噴射パルス幅が算出（ステップ６ｂ）される。そして、このパルス幅を基に燃料噴射開始時期が算出（ステップ６ｃ）される。
【００１８】
ここで、噴射開始時期が予め噴霧の拡散状態から設定されるクランク角度より早くなると判断（ステップ６ｄ）された場合には、コンピュータ３の指示により、上記機構４が作動して過給装置２が作動し、吸入空気が加給される。このステップ６ｄで、条件に該当しないと判断されると過給を行わず、燃料噴射弁の駆動（ステップ６ｅ）が行われる。
【００１９】
図３に従来方法のフローチャートを示す。運転状態を検出（ステップ７ａ）して、必要な燃料噴射量に見合う燃料噴射パルス幅が算出（ステップ７ｂ）される。このパルス幅を基に、燃料噴射開始時期が算出（ステップ７ｃ）され、燃料噴射弁の駆動（ステップ７ｅ）が行われる。
【００２０】
図４に筒内圧と燃料噴射の関係を示す。要求噴射量が同一で、エンジン回転が上昇した場合、同一噴射時間に対するクランク角度は、ＡからＢに変化する。算出された燃料噴射開始時期は、Ａ’からＢ’になるため、そのクランク角度に対する筒内圧力は、ａ点からｂ点に移り、圧力値はＡ”からＢ”に低下する。算出された燃料噴射開始時期Ａ’が予め設定されたクランク角度を越えた場合、過給装置２の作動が開始され、同一クランク角Ａ’の筒内圧力はｂ点からｃ点に移り上昇する。
【００２１】
このため、噴射開始時期が早まっても、噴霧は回転数が低い状態の燃料噴射開始時期の圧力Ａ”に近い筒内雰囲気中に噴射されるため、噴霧の拡散が抑制される。
【００２２】
この作用を、筒内における噴霧の挙動として図５に説明する。
【００２３】
Ａの噴射開始時、過給時は筒内圧が高く、初期噴霧が未過給時に対し拡散し難い。
【００２４】
さらに、クランク角度が進みＢの混合気の移動途中には、筒内圧が過給時の方が高いため、混合気が移動中も未過給時に対し拡散し難い状態が進む。
【００２５】
そして、Ｃの点火時には未過給は拡散が進行し混合気の塊は大きくなり、混合気濃度の薄い範囲が存在するが、過給した場合は成層度が高く保たれる。
【００２６】
以上のように、運転条件の変化によって、筒内圧力の低い雰囲気中に燃料が噴射された場合、燃料噴霧は拡散が進行し、点火時には、図８に示すように、希薄な混合気が混合気の塊の周縁部に多く存在し、燃焼の際には、一部は未燃分Ａとして、出力とエミッションの悪化となるが、過給することにより、燃料噴霧は噴射開始当初から圧力の高い雰囲気中に噴射されるので、初期の拡散が抑制され、点火時にも、図６に示すように、混合気の塊が点火栓付近に集中して存在できるため、未燃分Ａが少なく、良好な燃焼が確保でき、出力と、エミッション・スモーク及び燃費を改善することができる。
【００２７】
図７は、この発明の第２形態例を示しており、この形態例に係る過給装置の作動条件適合判定手段は、第１形態例とは異なり、運転条件により要求燃料噴射量が決定されるが、この燃料噴射量とエンジン回転が共に予め与えた値を越えたときに過給するもので、燃料噴射開始時期を判定する方式を他の方式としたものである。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る筒内直接噴射式内燃機関は、以上説明したように、噴射開始時期が予め定めたクランク角度より早い場合には、過給装置を作動させて筒内圧力を上昇させることにより、噴射開始時期が早くても初期噴霧拡散が抑制できるため、混合気の塊周縁部の希薄混合気量を減少できるので、成層燃焼を広範囲の運転条件で良好に保持することができる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の第１形態例に係る筒内燃料筒内直接噴射式内燃機関の概略的な構成を示す図である。
【図２】同内燃機関のシステムフローチャートである。
【図３】従来の筒内直接噴射式内燃機関のシステムフローチャートである。
【図４】同筒内直接噴射式内燃機関の筒内圧力と噴霧時期の関係を示す説明図である。
【図５】同内燃機関における筒内の噴霧挙動を示す説明図である。
【図６】同内燃機関の噴射方式による噴霧の形態を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の第２形態例に係る筒内燃料筒内直接噴射式内燃機関の過給条件判定手段の概略的な構成を示す図である。
【図８】従来の筒内直接噴射式内燃機関による噴霧の形態を示す説明図である。
【図９】従来の筒内直接噴射式内燃機関における筒内の噴霧挙動を示す説明図である。
【図１０】筒内圧力と噴霧時期との関係を示す説明図である。
【図１１】筒内圧力と噴霧との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  吸入空気の過給装置
３  コンピュータ
４  接断可能な機構
５  燃料噴射弁
６  空気供給マニホールド
【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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【図１１】
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