内燃機関の制御装置
【課題】シリンダヘッドが断熱されることでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関における燃費向上を図ることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関（１０）の制御装置（１００）は、内燃機関の吸気行程における第１時期および圧縮行程における第２時期に燃料が噴射されるように燃料噴射弁（５０）の燃料の噴射時期を制御する制御部（１０４）を備え、第１時期は、タンブル流の渦中心（３０１）よりもシリンダヘッド（２０）に近い部分に向けて燃料噴射弁から燃料が噴射される時期であり、第２時期は、タンブル流の渦中心よりもピストン（２２）に近い部分に向けて燃料噴射弁から燃料が噴射される時期であり、燃料噴射弁は、第１時期に燃料噴射弁から噴射された燃料によってタンブル流の流速が増大する内燃機関の所定箇所に配置されていることを特徴とする。
【解決手段】内燃機関（１０）の制御装置（１００）は、内燃機関の吸気行程における第１時期および圧縮行程における第２時期に燃料が噴射されるように燃料噴射弁（５０）の燃料の噴射時期を制御する制御部（１０４）を備え、第１時期は、タンブル流の渦中心（３０１）よりもシリンダヘッド（２０）に近い部分に向けて燃料噴射弁から燃料が噴射される時期であり、第２時期は、タンブル流の渦中心よりもピストン（２２）に近い部分に向けて燃料噴射弁から燃料が噴射される時期であり、燃料噴射弁は、第１時期に燃料噴射弁から噴射された燃料によってタンブル流の流速が増大する内燃機関の所定箇所に配置されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃費改善手法の一つとして、内燃機関の冷却損失の発生を抑制することが知られている。例えば特許文献１には、シリンダヘッドを燃焼室から断熱することでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制す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】特開平１１−２７０４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで内燃機関の燃費改善を図る他の手法として、燃焼室にタンブル流を生成させて内燃機関の燃焼性を向上させることが考えられる。そこで、シリンダヘッドが断熱されることでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関の燃焼室にタンブル流を発生させることで、さらなる燃費向上を図ることが考えられる。しかしながら、この場合、タンブル流によって燃焼室における燃焼速度が上昇して、燃焼ガス温度が上昇するおそれがある。その結果、燃焼室の温度が上昇するおそれがある。また、気流の強さが増すため温度境界層が薄くなり、熱伝達係数が増加するおそれがある。その結果、燃焼室の温度が上昇するおそれがある。燃焼室の温度が上昇した場合、ピストンへの熱伝達が増加することから、内燃機関の熱損失が増加してしまう。その結果、燃費の向上を図ることが困難となるおそれがある。
【０００５】
本発明は、シリンダヘッドが断熱されることでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関における燃費向上を図ることができる内燃機関の制御装置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】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ピストンとシリンダヘッドとの間に形成された燃焼室に吸気行程から圧縮行程にかけてタンブル流が形成される構造と、前記シリンダヘッドが断熱されることで前記シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造と、燃料を前記燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁と、を備える内燃機関の前記吸気行程における第１時期および前記圧縮行程における第２時期に前記燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の前記燃料の噴射時期を制御する制御部を備え、前記第１時期は、前記タンブル流の渦中心よりも前記シリンダヘッドに近い部分に向けて前記燃料噴射弁から前記燃料が噴射される時期であり、前記第２時期は、前記タンブル流の渦中心よりも前記ピストンに近い部分に向けて前記燃料噴射弁から前記燃料が噴射される時期であり、前記燃料噴射弁は、前記第１時期に前記燃料噴射弁から噴射された前記燃料によって前記タンブル流の流速が増大する前記内燃機関の所定箇所に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、第１時期に燃料噴射弁から噴射された燃料によって、吸気行程におけるタンブル流の流速を増大させることができる。このようにタンブル流の流速が増大された状態で圧縮行程における第２時期に燃料が噴射されることで、圧縮行程におけるタンブル流のピストン近傍の部分の流速を減少させることができる。これにより、圧縮上死点近傍におけるタンブル流の流速を、シリンダヘッド側を高く、ピストン側を低くすることができる。その結果、燃焼室における燃焼を促進しつつ燃焼室の熱がピストンへ伝達することを抑制することができる。それにより、燃焼を促進しつつ熱損失を低減させることができる。その結果、シリンダヘッドが断熱されることでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関における燃費向上を図ることができる。
【０００８】
上記構成は、前記第１時期および前記第２時期が前記内燃機関のクランク角に関連づけて規定されたマップを記憶した記憶部を備え、前記制御部は、前記内燃機関の前記クランク角を取得し、取得された前記クランク角に基づいて前記記憶部の前記マップを参照することで、前記第１時期および前記第２時期を取得し、取得された前記第１時期および前記第２時期に前記燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の前記噴射時期を制御してもよい。
【０００９】
上記構成において、前記燃焼室は、吸気を前記燃焼室に流入させるための吸気開口部と、排気を前記燃焼室から排出させるための排気開口部と、を備え、前記タンブル流は、前記吸気開口部を通過して前記燃焼室に流入した前記吸気が前記排気開口部を経て前記ピストンの方に向かって流動する正タンブル流であり、前記燃料噴射弁が配置されている前記内燃機関の前記所定箇所は、前記シリンダヘッドの前記吸気開口部の近傍である構成としてもよい。この構成によれば、第１時期に噴射された燃料によって吸気行程における正タンブル流の流速を増大させることができる。また、第２時期に噴射された燃料によって圧縮行程における正タンブル流のピストン近傍の部分の流速を減少させることができる。
【００１０】
上記構成において、前記燃焼室は、吸気を前記燃焼室に流入させるための吸気開口部と、排気を前記燃焼室から排出させるための排気開口部と、を備え、前記タンブル流は、前記吸気開口部を通過して前記燃焼室に流入した前記吸気が前記ピストンを経て前記排気開口部の方に向かって流動する逆タンブル流であり、前記燃料噴射弁が配置されている前記内燃機関の前記所定箇所は、前記シリンダヘッドの前記排気開口部の近傍である構成としてもよい。この構成によれば、第１時期に噴射された燃料によって吸気行程における逆タンブル流の流速を増大させることができる。また、第２時期に噴射された燃料によって圧縮行程における逆タンブル流のピストン近傍の部分の流速を減少させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリンダヘッドが断熱されることでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関における燃費向上を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１に係る制御装置および内燃機関を備える内燃機関システムを示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は燃料噴射弁を示す模式図である。図２（ｂ）は制御装置の機能ブロック図である。
【図３】図３は、制御装置による気流制御弁および燃料噴射弁の制御を説明するための模式図であり、吸気行程における内燃機関システムを模式的に示している。
【図４】図４は、制御装置による気流制御弁および燃料噴射弁の制御を説明するための模式図であり、圧縮行程における内燃機関システムを模式的に示している。
【図５】図５（ａ）は、制御装置が燃料噴射弁を制御する際に参照するマップの一例を説明するための図である。図５（ｂ）は、制御装置のフローチャートの一例を示す図である。
【図６】図６は、内燃機関の圧縮行程の圧縮上死点近傍における正タンブル流の流速分布を示す模式図である。
【図７】図７は、燃焼室に逆タンブル流が形成される場合の内燃機関システムを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１に係る内燃機関１０の制御装置１００（以下、制御装置１００と略称する）について説明する。図１は、本実施例に係る制御装置１００および内燃機関１０を備える内燃機関システム５を示す模式図である。内燃機関１０は、シリンダヘッド２０、シリンダブロック２１、ピストン２２、吸気通路３０、排気通路３１、吸気弁４０、排気弁４１、燃料噴射弁５０、気流制御弁６０およびクランク角センサ７０を備えている。なお、図１の内燃機関１０の断面図は、内燃機関１０をクランク軸の軸線方向から見た断面図である。
【００１５】
シリンダヘッド２０はシリンダブロック２１の上方に配置されている。ピストン２２はシリンダブロック２１の気筒内に配置されている。なお、本実施例において上方および下方は、必ずしも重力方向における上方および下方と一致している必要はない。例えば、本実施例における上方および下方は水平方向であってもよい。
【００１６】
シリンダヘッド２０には、冷却媒体が通過するための冷却媒体流路８０が形成されている。シリンダブロック２１には、冷却媒体が通過するための冷却媒体流路８１が形成されている。ピストン２２とシリンダヘッド２０とシリンダブロック２１とによって囲まれた空間に、燃焼室２３が形成されている。すなわち、燃焼室２３は、ピストン２２とシリンダヘッド２０との間に形成されている。
【００１７】
燃焼室２３は、吸気を燃焼室２３に流入させるための吸気開口部２４と、排気を燃焼室２３から排出させるための排気開口部２５とを備えている。吸気通路３０は、吸気が吸気開口部２４に到達するまでに流動する通路である。排気通路３１は、排気開口部２５から排出された排気が通過するための通路である。吸気弁４０は、吸気開口部２４を開閉するための弁である。排気弁４１は、排気開口部２５を開閉するための弁である。
【００１８】
燃料噴射弁５０は、制御装置１００に制御されて、燃焼室２３に燃料を直接噴射する弁である。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は筒内噴射式の内燃機関である。なお、本実施例において燃焼室２３には点火プラグ（図示せず）が配置されている。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は火花点火式の内燃機関でもある。
【００１９】
気流制御弁６０は、制御装置１００に制御されて、吸気通路３０を通過する吸気の流動方向を制御する弁である。気流制御弁６０が吸気の流動方向を制御することで、燃焼室２３に吸気行程から排気行程にかけてタンブル流を形成することができる。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は、吸気行程から排気行程にかけて燃焼室２３にタンブル流が形成される構造として、気流制御弁６０を備える構造を有している。
【００２０】
但し、燃焼室２３にタンブル流が形成される内燃機関１０の構造は、気流制御弁６０を備える構造に限定されるものではない。例えば、吸気通路３０の形状を調整することによっても燃焼室２３にタンブル流を形成することができる。したがって、内燃機関１０は、燃焼室２３にタンブル流が形成される構造として、気流制御弁６０を備える構造に代えてまたは気流制御弁６０を備える構造とともに、燃焼室２３にタンブル流が形成されるように吸気を燃焼室２３に導く吸気通路を有する構造を備えていてもよい。
【００２１】
ピストン２２の頂面にはキャビティ２６が形成されている。キャビティ２６は、燃焼室２３に形成されたタンブル流をピストン２２の頂面に沿って滑らかに流動させる機能を有している。但し、本実施例に係る制御装置１００は、キャビティ２６を備えないピストンを有する内燃機関に適用することもできる。
【００２２】
クランク角センサ７０は、内燃機関１０のクランク軸の角度（クランク角）を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。なお、内燃機関１０の吸気行程、圧縮行程等の各種行程、ピストン２２の位置等は、クランク角を基準にして設定されている。したがって制御装置１００は、クランク角を取得することで、内燃機関１０が吸気行程にあるか圧縮行程にあるか、ピストン２２の位置がどこにあるか等、内燃機関１０の運転状態に関する情報を取得することができる。
【００２３】
制御装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３とを備える電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置１００は、燃料噴射弁５０および気流制御弁６０を制御する。
【００２４】
本実施例に係る内燃機関１０は、冷却損失の発生を抑制するための構造を有している。具体的には内燃機関１０は、シリンダヘッド２０が断熱されることでシリンダヘッド２０における冷却損失の発生が抑制可能な構造（以下、冷却損失発生抑制構造と略称する場合がある）を有している。
【００２５】
この冷却損失発生抑制構造としては特に限定されるものではないが、一例として、シリンダヘッド２０の燃焼室２３に面した部分に断熱部材を例えば膜状に配置した構造を用いることができる。断熱部材としてはシリンダヘッド２０を構成する材料（金属）よりも熱伝達率の小さい部材であれば、特に限定されるものではない。この構造によれば、断熱部材によってシリンダヘッド２０を燃焼室２３から断熱することができる。その結果、シリンダヘッド２０における冷却損失の発生を抑制することができる。
【００２６】
あるいは、内燃機関１０は、断熱部材によってシリンダヘッド２０が燃焼室２３から断熱された構造に代えてまたはこの構造とともに、シリンダヘッド２０のシリンダブロック２１側の界面に、断熱部材を配置した構造を用いることができる。この構造によれば、断熱部材によってシリンダヘッド２０をシリンダブロック２１から断熱することができる。その結果、シリンダヘッド２０における冷却損失の発生を抑制することができる。
【００２７】
また、冷却損失発生抑制構造は、上述した断熱部材を用いる構造に代えてまたは断熱部材を用いる構造とともに、冷却媒体流路８０における冷却媒体の流量を冷却媒体流路８１における冷却媒体の流量よりも小さくする構造を用いることもできる。このような構造の一例として、冷却媒体流路８０と冷却媒体供給装置（例えば冷却媒体用のポンプ）とを連通する流路に流量調整弁を配置し、この流路を流通する冷却媒体の流量を流量調整弁によって停止させる又は減少させることで、冷却媒体流路８０における冷却媒体の流量を冷却媒体流路８１における流量よりも小さくする構造を用いることができる。この場合、シリンダヘッド２０と冷却媒体との熱伝導がシリンダブロック２１と冷却媒体との熱伝導に比較して抑制される。その結果、シリンダヘッド２０が断熱されることでシリンダヘッド２０における冷却損失の発生を抑制した構造が得られる。
【００２８】
上記のように、内燃機関１０がシリンダヘッド２０における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有することで、内燃機関１０の冷却損失を低減させることができることから、内燃機関１０の燃費向上を図ることができる。また、冷却媒体流路８１によってシリンダブロック２１の冷却が確保されていることから、燃焼室２３の温度上昇が抑制されている。それにより、ノッキングの発生が抑制されている。ノッキングの発生が抑制されることで、内燃機関１０のトルクを向上させることができる。
【００２９】
続いて燃料噴射弁５０の構成について説明する。図２（ａ）は燃料噴射弁５０を示す模式図である。燃料噴射弁５０は、その先端に燃料２００を噴射する噴射口５１を有している。本実施例において、噴射口５１はスリット形状になっている。燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００の噴霧形状は、ファン形（扇形）である。すなわち、本実施例に係る燃料噴射弁５０はファン噴霧を行う燃料噴射弁である。但し、燃料噴射弁５０の構成は、これに限定されるものではない。例えば燃料噴射弁５０として、ホロコーン噴霧を行う燃料噴射弁を用いてもよい。
【００３０】
続いて制御装置１００の詳細について説明する。図２（ｂ）は制御装置１００の機能ブロック図である。制御装置１００の機能は、制御部１０４および記憶部１０５によって実現することができる。制御部１０４は、クランク角センサ７０の検出結果を受けて、気流制御弁６０および燃料噴射弁５０を制御する機能を有している。記憶部１０５は、制御部１０４の動作に必要なデータ等を記憶する機能を有している。制御部１０４は、記憶部１０５の記憶したデータ等を適宜参照しながら、各種制御を行う。制御部１０４の機能はＣＰＵ１０１によって実現することができる。記憶部１０５の機能はＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３によって実現することができる。
【００３１】
図３および図４は、制御装置１００による気流制御弁６０および燃料噴射弁５０の制御を説明するための模式図である。図３は吸気行程における内燃機関システム５を模式的に示し、図４は圧縮行程における内燃機関システム５を模式的に示している。なお、図３および図４において吸気弁４０、排気弁４１、気流制御弁６０およびクランク角センサ７０の図示は省略されている。
【００３２】
本実施例において燃焼室２３に形成されるタンブル流は、正タンブル流３００である。正タンブル流３００の流動方向は、吸気開口部２４を通過して燃焼室２３に流入した吸気が排気開口部２５を経てピストン２２の方に向かって流動する方向であり、図３および図４において紙面に向かって時計回りである。制御装置１００の制御部１０４は、吸気行程から圧縮行程にかけて燃焼室２３に正タンブル流３００が形成されるように、気流制御弁６０を制御する。
【００３３】
正タンブル流３００は、渦中心３０１を中心に縦方向に旋回する。ピストン２２の移動に伴って、渦中心３０１も移動する。例えば図３と図４とを比較した場合、図４の方が図３よりもピストン２２は上方に位置しており、渦中心３０１も上方に位置している。
【００３４】
図３に示すように、制御部１０４は、吸気行程における所定の時期（以下、第１時期と称する）に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御する。第１時期は、正タンブル流３００の渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分（図３においては渦中心３０１よりも上側の部分）に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射される時期である。すなわち、制御部１０４は、燃料噴射弁５０が正タンブル流３００の渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分に向けて燃料２００を噴射するように、吸気行程における燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御している。
【００３５】
図４に示すように、制御部１０４は、圧縮行程における所定の時期（以下、第２時期と称する）に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御する。第２時期は、正タンブル流３００の渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分（図４においては渦中心３０１よりも下側の部分）に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射される時期である。すなわち、制御部１０４は、燃料噴射弁５０が正タンブル流３００の渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分に向けて燃料２００を噴射するように、圧縮行程における燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御している。
【００３６】
ここで、燃料噴射弁５０は、第１時期に燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００によって正タンブル流３００の流速が増大する内燃機関１０の所定箇所に配置されている。本実施例においては、この内燃機関１０の所定箇所はシリンダヘッド２０の吸気開口部２４の近傍である。より具体的には、内燃機関１０の所定箇所はシリンダヘッド２０の吸気開口部２４の下側である。燃料噴射弁５０がこのような所定箇所に配置されることで、第１時期に噴射された燃料２００によって、吸気行程における正タンブル流３００の流速を増大させることができる。また、第２時期に噴射された燃料２００によって、圧縮行程における正タンブル流３００のピストン２２近傍の部分の流速を減少させることができる。
【００３７】
制御装置１００が第１時期および第２時期を取得する具体的な手法は、特に限定されるものではない。本実施例に係る制御装置１００は、一例として、マップを用いた演算によって第１時期および第２時期を取得する。図５（ａ）は、制御装置１００が燃料噴射弁５０を制御する際に参照するマップの一例を説明するための図である。横軸はクランク角を示し、縦軸は噴射の有無を示している。吸気行程においてハッチングが施された領域は第１時期に対応し、圧縮行程においてハッチングが施された領域は第２時期に対応している。
【００３８】
マップは、第１時期および第２時期をクランク角に関連づけて規定している。第１時期は、吸気行程における正タンブル流３００の渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射されるクランク角である。第２時期は、圧縮行程における正タンブル流３００の渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射されるクランク角である。
【００３９】
マップは、記憶部１０５が記憶しておく。制御部１０４は、クランク角センサ７０の検出結果に基づいて内燃機関１０のクランク角を取得し、取得されたクランク角に基づいて記憶部１０５のマップを参照することで、第１時期および第２時期を取得する。
【００４０】
図５（ｂ）は、制御装置１００のフローチャートの一例を示す図である。制御装置１００の制御部１０４は、図５（ｂ）のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。まず、制御部１０４は、内燃機関１０のクランク角に基づいて記憶部１０５のマップを参照することで第１時期を取得し、取得された第１時期に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の噴射時期を制御する（ステップＳ１０）。
【００４１】
次いで、制御部１０４は、内燃機関１０のクランク角に基づいて記憶部１０５のマップを参照することで第２時期を取得し、取得された第２時期に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の噴射時期を制御する（ステップＳ２０）。次いで制御部１０４はフローチャートの実行を終了する。
【００４２】
図６は、本実施例に係る内燃機関１０の圧縮行程の圧縮上死点近傍における正タンブル流３００の流速分布を示す模式図である。図３、図４および図６を参照しながら、本実施例に係る制御装置１００の作用効果を説明する。まず、図３に示すように、制御部１０４は吸気行程の第１時期に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の噴射時期を制御することから、第１時期に燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００によって、吸気行程における正タンブル流３００の流速を増大させることができる。
【００４３】
このように正タンブル流３００の流速が増大された状態で、図４に示すように、制御部１０４は圧縮行程における第２時期に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の噴射時期を制御することから、圧縮行程における正タンブル流３００のピストン２２近傍の部分の流速を減少させることができる。これにより、図６に示すように、圧縮上死点近傍における正タンブル流３００の流速を、シリンダヘッド２０側を高く、ピストン２２側を低くすることができる。その結果、燃焼室２３における燃焼を促進しつつ燃焼室２３の熱がピストン２２へ伝達することを抑制することができる。それにより、燃焼を促進しつつ熱損失を低減させることができる。その結果、シリンダヘッド２０が断熱されることでシリンダヘッド２０における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関１０における燃費向上を図ることができる。
【００４４】
（変形例１）
燃焼室２３に形成されるタンブル流は、正タンブル流３００に限定されるものではない。燃焼室２３に形成されるタンブル流は、逆タンブル流であってもよい。図７は、燃焼室２３に逆タンブル流３００ａが形成される場合の内燃機関システム５を説明するための模式図である。図７の内燃機関１０は、タンブル流が逆タンブル流３００ａである点において図３と異なっている。また図７の内燃機関１０は、燃料噴射弁５０の配置箇所が図３と異なっている。その他の構成は、図３と同様である。
【００４５】
逆タンブル流３００ａの流動方向は、吸気開口部２４を通過して燃焼室２３に流入した吸気がピストン２２を経て排気開口部２５の方に向かって流動する方向であり、図７において紙面に向かって反時計回りである。本変形例に係る制御部１０４は、吸気行程から圧縮行程にかけて燃焼室２３に逆タンブル流３００ａが形成されるように、気流制御弁６０を制御する。
【００４６】
本変形例に係る第１時期は、逆タンブル流３００ａの渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射される時期である。すなわち、本変形例に係る制御部１０４は、燃料噴射弁５０が逆タンブル流３００ａの渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分に向けて燃料２００を噴射するように、吸気行程における燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御している。
【００４７】
本変形例に係る第２時期は、逆タンブル流３００ａの渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射される時期である。すなわち、本変形例に係る制御部１０４は、燃料噴射弁５０が逆タンブル流３００ａの渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分に向けて燃料２００を噴射するように、圧縮行程における燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御している。
【００４８】
燃料噴射弁５０は、第１時期に燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００によって逆タンブル流３００ａの流速が増大する内燃機関１０の所定箇所に配置されている。本変形例においては、この内燃機関１０の所定箇所は、シリンダヘッド２０の排気開口部２５の近傍である。より具体的には内燃機関１０の所定箇所は、シリンダヘッド２０の排気開口部２５の下側である。燃料噴射弁５０がこのような所定箇所に配置されることで、第１時期に噴射された燃料２００によって、吸気行程における逆タンブル流３００ａの流速を増大させることができる。また、第２時期に噴射された燃料２００によって、圧縮行程における逆タンブル流３００ａのピストン２２近傍の部分の流速を減少させることができる。
【００４９】
本変形例に係る制御装置１００においても、第１時期に燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００によって、吸気行程における逆タンブル流３００ａの流速を増大させることができる。このように逆タンブル流３００ａの流速が増大された状態で圧縮行程における第２時期に燃料２００が噴射されることで、圧縮行程における逆タンブル流３００ａのピストン２２近傍の部分の流速を減少させることができる。これにより、圧縮上死点近傍における逆タンブル流３００ａの流速を、シリンダヘッド２０側を高く、ピストン２２側を低くすることができる。その結果、燃焼室２３における燃焼を促進しつつ燃焼室２３の熱がピストン２２へ伝達することを抑制することができる。それにより、燃焼を促進しつつ熱損失を低減させることができる。その結果、シリンダヘッド２０が断熱されることでシリンダヘッド２０における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関１０における燃費向上を図ることができる。
【００５０】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
５ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
２０ シリンダヘッド
２１ シリンダブロック
２２ ピストン
２３ 燃焼室
２４ 吸気開口部
２５ 排気開口部
５０ 燃料噴射弁
６０ 気流制御弁
７０ クランク角センサ
８０,８１ 冷却媒体流路
１００ 制御装置
１０４ 制御部
１０５ 記憶部
２００ 燃料
３０１ 渦中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃費改善手法の一つとして、内燃機関の冷却損失の発生を抑制することが知られている。例えば特許文献１には、シリンダヘッドを燃焼室から断熱することでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制す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】特開平１１−２７０４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで内燃機関の燃費改善を図る他の手法として、燃焼室にタンブル流を生成させて内燃機関の燃焼性を向上させることが考えられる。そこで、シリンダヘッドが断熱されることでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関の燃焼室にタンブル流を発生させることで、さらなる燃費向上を図ることが考えられる。しかしながら、この場合、タンブル流によって燃焼室における燃焼速度が上昇して、燃焼ガス温度が上昇するおそれがある。その結果、燃焼室の温度が上昇するおそれがある。また、気流の強さが増すため温度境界層が薄くなり、熱伝達係数が増加するおそれがある。その結果、燃焼室の温度が上昇するおそれがある。燃焼室の温度が上昇した場合、ピストンへの熱伝達が増加することから、内燃機関の熱損失が増加してしまう。その結果、燃費の向上を図ることが困難となるおそれがある。
【０００５】
本発明は、シリンダヘッドが断熱されることでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関における燃費向上を図ることができる内燃機関の制御装置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】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ピストンとシリンダヘッドとの間に形成された燃焼室に吸気行程から圧縮行程にかけてタンブル流が形成される構造と、前記シリンダヘッドが断熱されることで前記シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造と、燃料を前記燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁と、を備える内燃機関の前記吸気行程における第１時期および前記圧縮行程における第２時期に前記燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の前記燃料の噴射時期を制御する制御部を備え、前記第１時期は、前記タンブル流の渦中心よりも前記シリンダヘッドに近い部分に向けて前記燃料噴射弁から前記燃料が噴射される時期であり、前記第２時期は、前記タンブル流の渦中心よりも前記ピストンに近い部分に向けて前記燃料噴射弁から前記燃料が噴射される時期であり、前記燃料噴射弁は、前記第１時期に前記燃料噴射弁から噴射された前記燃料によって前記タンブル流の流速が増大する前記内燃機関の所定箇所に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、第１時期に燃料噴射弁から噴射された燃料によって、吸気行程におけるタンブル流の流速を増大させることができる。このようにタンブル流の流速が増大された状態で圧縮行程における第２時期に燃料が噴射されることで、圧縮行程におけるタンブル流のピストン近傍の部分の流速を減少させることができる。これにより、圧縮上死点近傍におけるタンブル流の流速を、シリンダヘッド側を高く、ピストン側を低くすることができる。その結果、燃焼室における燃焼を促進しつつ燃焼室の熱がピストンへ伝達することを抑制することができる。それにより、燃焼を促進しつつ熱損失を低減させることができる。その結果、シリンダヘッドが断熱されることでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関における燃費向上を図ることができる。
【０００８】
上記構成は、前記第１時期および前記第２時期が前記内燃機関のクランク角に関連づけて規定されたマップを記憶した記憶部を備え、前記制御部は、前記内燃機関の前記クランク角を取得し、取得された前記クランク角に基づいて前記記憶部の前記マップを参照することで、前記第１時期および前記第２時期を取得し、取得された前記第１時期および前記第２時期に前記燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の前記噴射時期を制御してもよい。
【０００９】
上記構成において、前記燃焼室は、吸気を前記燃焼室に流入させるための吸気開口部と、排気を前記燃焼室から排出させるための排気開口部と、を備え、前記タンブル流は、前記吸気開口部を通過して前記燃焼室に流入した前記吸気が前記排気開口部を経て前記ピストンの方に向かって流動する正タンブル流であり、前記燃料噴射弁が配置されている前記内燃機関の前記所定箇所は、前記シリンダヘッドの前記吸気開口部の近傍である構成としてもよい。この構成によれば、第１時期に噴射された燃料によって吸気行程における正タンブル流の流速を増大させることができる。また、第２時期に噴射された燃料によって圧縮行程における正タンブル流のピストン近傍の部分の流速を減少させることができる。
【００１０】
上記構成において、前記燃焼室は、吸気を前記燃焼室に流入させるための吸気開口部と、排気を前記燃焼室から排出させるための排気開口部と、を備え、前記タンブル流は、前記吸気開口部を通過して前記燃焼室に流入した前記吸気が前記ピストンを経て前記排気開口部の方に向かって流動する逆タンブル流であり、前記燃料噴射弁が配置されている前記内燃機関の前記所定箇所は、前記シリンダヘッドの前記排気開口部の近傍である構成としてもよい。この構成によれば、第１時期に噴射された燃料によって吸気行程における逆タンブル流の流速を増大させることができる。また、第２時期に噴射された燃料によって圧縮行程における逆タンブル流のピストン近傍の部分の流速を減少させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリンダヘッドが断熱されることでシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関における燃費向上を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１に係る制御装置および内燃機関を備える内燃機関システムを示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は燃料噴射弁を示す模式図である。図２（ｂ）は制御装置の機能ブロック図である。
【図３】図３は、制御装置による気流制御弁および燃料噴射弁の制御を説明するための模式図であり、吸気行程における内燃機関システムを模式的に示している。
【図４】図４は、制御装置による気流制御弁および燃料噴射弁の制御を説明するための模式図であり、圧縮行程における内燃機関システムを模式的に示している。
【図５】図５（ａ）は、制御装置が燃料噴射弁を制御する際に参照するマップの一例を説明するための図である。図５（ｂ）は、制御装置のフローチャートの一例を示す図である。
【図６】図６は、内燃機関の圧縮行程の圧縮上死点近傍における正タンブル流の流速分布を示す模式図である。
【図７】図７は、燃焼室に逆タンブル流が形成される場合の内燃機関システムを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１に係る内燃機関１０の制御装置１００（以下、制御装置１００と略称する）について説明する。図１は、本実施例に係る制御装置１００および内燃機関１０を備える内燃機関システム５を示す模式図である。内燃機関１０は、シリンダヘッド２０、シリンダブロック２１、ピストン２２、吸気通路３０、排気通路３１、吸気弁４０、排気弁４１、燃料噴射弁５０、気流制御弁６０およびクランク角センサ７０を備えている。なお、図１の内燃機関１０の断面図は、内燃機関１０をクランク軸の軸線方向から見た断面図である。
【００１５】
シリンダヘッド２０はシリンダブロック２１の上方に配置されている。ピストン２２はシリンダブロック２１の気筒内に配置されている。なお、本実施例において上方および下方は、必ずしも重力方向における上方および下方と一致している必要はない。例えば、本実施例における上方および下方は水平方向であってもよい。
【００１６】
シリンダヘッド２０には、冷却媒体が通過するための冷却媒体流路８０が形成されている。シリンダブロック２１には、冷却媒体が通過するための冷却媒体流路８１が形成されている。ピストン２２とシリンダヘッド２０とシリンダブロック２１とによって囲まれた空間に、燃焼室２３が形成されている。すなわち、燃焼室２３は、ピストン２２とシリンダヘッド２０との間に形成されている。
【００１７】
燃焼室２３は、吸気を燃焼室２３に流入させるための吸気開口部２４と、排気を燃焼室２３から排出させるための排気開口部２５とを備えている。吸気通路３０は、吸気が吸気開口部２４に到達するまでに流動する通路である。排気通路３１は、排気開口部２５から排出された排気が通過するための通路である。吸気弁４０は、吸気開口部２４を開閉するための弁である。排気弁４１は、排気開口部２５を開閉するための弁である。
【００１８】
燃料噴射弁５０は、制御装置１００に制御されて、燃焼室２３に燃料を直接噴射する弁である。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は筒内噴射式の内燃機関である。なお、本実施例において燃焼室２３には点火プラグ（図示せず）が配置されている。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は火花点火式の内燃機関でもある。
【００１９】
気流制御弁６０は、制御装置１００に制御されて、吸気通路３０を通過する吸気の流動方向を制御する弁である。気流制御弁６０が吸気の流動方向を制御することで、燃焼室２３に吸気行程から排気行程にかけてタンブル流を形成することができる。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は、吸気行程から排気行程にかけて燃焼室２３にタンブル流が形成される構造として、気流制御弁６０を備える構造を有している。
【００２０】
但し、燃焼室２３にタンブル流が形成される内燃機関１０の構造は、気流制御弁６０を備える構造に限定されるものではない。例えば、吸気通路３０の形状を調整することによっても燃焼室２３にタンブル流を形成することができる。したがって、内燃機関１０は、燃焼室２３にタンブル流が形成される構造として、気流制御弁６０を備える構造に代えてまたは気流制御弁６０を備える構造とともに、燃焼室２３にタンブル流が形成されるように吸気を燃焼室２３に導く吸気通路を有する構造を備えていてもよい。
【００２１】
ピストン２２の頂面にはキャビティ２６が形成されている。キャビティ２６は、燃焼室２３に形成されたタンブル流をピストン２２の頂面に沿って滑らかに流動させる機能を有している。但し、本実施例に係る制御装置１００は、キャビティ２６を備えないピストンを有する内燃機関に適用することもできる。
【００２２】
クランク角センサ７０は、内燃機関１０のクランク軸の角度（クランク角）を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。なお、内燃機関１０の吸気行程、圧縮行程等の各種行程、ピストン２２の位置等は、クランク角を基準にして設定されている。したがって制御装置１００は、クランク角を取得することで、内燃機関１０が吸気行程にあるか圧縮行程にあるか、ピストン２２の位置がどこにあるか等、内燃機関１０の運転状態に関する情報を取得することができる。
【００２３】
制御装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３とを備える電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置１００は、燃料噴射弁５０および気流制御弁６０を制御する。
【００２４】
本実施例に係る内燃機関１０は、冷却損失の発生を抑制するための構造を有している。具体的には内燃機関１０は、シリンダヘッド２０が断熱されることでシリンダヘッド２０における冷却損失の発生が抑制可能な構造（以下、冷却損失発生抑制構造と略称する場合がある）を有している。
【００２５】
この冷却損失発生抑制構造としては特に限定されるものではないが、一例として、シリンダヘッド２０の燃焼室２３に面した部分に断熱部材を例えば膜状に配置した構造を用いることができる。断熱部材としてはシリンダヘッド２０を構成する材料（金属）よりも熱伝達率の小さい部材であれば、特に限定されるものではない。この構造によれば、断熱部材によってシリンダヘッド２０を燃焼室２３から断熱することができる。その結果、シリンダヘッド２０における冷却損失の発生を抑制することができる。
【００２６】
あるいは、内燃機関１０は、断熱部材によってシリンダヘッド２０が燃焼室２３から断熱された構造に代えてまたはこの構造とともに、シリンダヘッド２０のシリンダブロック２１側の界面に、断熱部材を配置した構造を用いることができる。この構造によれば、断熱部材によってシリンダヘッド２０をシリンダブロック２１から断熱することができる。その結果、シリンダヘッド２０における冷却損失の発生を抑制することができる。
【００２７】
また、冷却損失発生抑制構造は、上述した断熱部材を用いる構造に代えてまたは断熱部材を用いる構造とともに、冷却媒体流路８０における冷却媒体の流量を冷却媒体流路８１における冷却媒体の流量よりも小さくする構造を用いることもできる。このような構造の一例として、冷却媒体流路８０と冷却媒体供給装置（例えば冷却媒体用のポンプ）とを連通する流路に流量調整弁を配置し、この流路を流通する冷却媒体の流量を流量調整弁によって停止させる又は減少させることで、冷却媒体流路８０における冷却媒体の流量を冷却媒体流路８１における流量よりも小さくする構造を用いることができる。この場合、シリンダヘッド２０と冷却媒体との熱伝導がシリンダブロック２１と冷却媒体との熱伝導に比較して抑制される。その結果、シリンダヘッド２０が断熱されることでシリンダヘッド２０における冷却損失の発生を抑制した構造が得られる。
【００２８】
上記のように、内燃機関１０がシリンダヘッド２０における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有することで、内燃機関１０の冷却損失を低減させることができることから、内燃機関１０の燃費向上を図ることができる。また、冷却媒体流路８１によってシリンダブロック２１の冷却が確保されていることから、燃焼室２３の温度上昇が抑制されている。それにより、ノッキングの発生が抑制されている。ノッキングの発生が抑制されることで、内燃機関１０のトルクを向上させることができる。
【００２９】
続いて燃料噴射弁５０の構成について説明する。図２（ａ）は燃料噴射弁５０を示す模式図である。燃料噴射弁５０は、その先端に燃料２００を噴射する噴射口５１を有している。本実施例において、噴射口５１はスリット形状になっている。燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００の噴霧形状は、ファン形（扇形）である。すなわち、本実施例に係る燃料噴射弁５０はファン噴霧を行う燃料噴射弁である。但し、燃料噴射弁５０の構成は、これに限定されるものではない。例えば燃料噴射弁５０として、ホロコーン噴霧を行う燃料噴射弁を用いてもよい。
【００３０】
続いて制御装置１００の詳細について説明する。図２（ｂ）は制御装置１００の機能ブロック図である。制御装置１００の機能は、制御部１０４および記憶部１０５によって実現することができる。制御部１０４は、クランク角センサ７０の検出結果を受けて、気流制御弁６０および燃料噴射弁５０を制御する機能を有している。記憶部１０５は、制御部１０４の動作に必要なデータ等を記憶する機能を有している。制御部１０４は、記憶部１０５の記憶したデータ等を適宜参照しながら、各種制御を行う。制御部１０４の機能はＣＰＵ１０１によって実現することができる。記憶部１０５の機能はＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３によって実現することができる。
【００３１】
図３および図４は、制御装置１００による気流制御弁６０および燃料噴射弁５０の制御を説明するための模式図である。図３は吸気行程における内燃機関システム５を模式的に示し、図４は圧縮行程における内燃機関システム５を模式的に示している。なお、図３および図４において吸気弁４０、排気弁４１、気流制御弁６０およびクランク角センサ７０の図示は省略されている。
【００３２】
本実施例において燃焼室２３に形成されるタンブル流は、正タンブル流３００である。正タンブル流３００の流動方向は、吸気開口部２４を通過して燃焼室２３に流入した吸気が排気開口部２５を経てピストン２２の方に向かって流動する方向であり、図３および図４において紙面に向かって時計回りである。制御装置１００の制御部１０４は、吸気行程から圧縮行程にかけて燃焼室２３に正タンブル流３００が形成されるように、気流制御弁６０を制御する。
【００３３】
正タンブル流３００は、渦中心３０１を中心に縦方向に旋回する。ピストン２２の移動に伴って、渦中心３０１も移動する。例えば図３と図４とを比較した場合、図４の方が図３よりもピストン２２は上方に位置しており、渦中心３０１も上方に位置している。
【００３４】
図３に示すように、制御部１０４は、吸気行程における所定の時期（以下、第１時期と称する）に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御する。第１時期は、正タンブル流３００の渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分（図３においては渦中心３０１よりも上側の部分）に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射される時期である。すなわち、制御部１０４は、燃料噴射弁５０が正タンブル流３００の渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分に向けて燃料２００を噴射するように、吸気行程における燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御している。
【００３５】
図４に示すように、制御部１０４は、圧縮行程における所定の時期（以下、第２時期と称する）に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御する。第２時期は、正タンブル流３００の渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分（図４においては渦中心３０１よりも下側の部分）に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射される時期である。すなわち、制御部１０４は、燃料噴射弁５０が正タンブル流３００の渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分に向けて燃料２００を噴射するように、圧縮行程における燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御している。
【００３６】
ここで、燃料噴射弁５０は、第１時期に燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００によって正タンブル流３００の流速が増大する内燃機関１０の所定箇所に配置されている。本実施例においては、この内燃機関１０の所定箇所はシリンダヘッド２０の吸気開口部２４の近傍である。より具体的には、内燃機関１０の所定箇所はシリンダヘッド２０の吸気開口部２４の下側である。燃料噴射弁５０がこのような所定箇所に配置されることで、第１時期に噴射された燃料２００によって、吸気行程における正タンブル流３００の流速を増大させることができる。また、第２時期に噴射された燃料２００によって、圧縮行程における正タンブル流３００のピストン２２近傍の部分の流速を減少させることができる。
【００３７】
制御装置１００が第１時期および第２時期を取得する具体的な手法は、特に限定されるものではない。本実施例に係る制御装置１００は、一例として、マップを用いた演算によって第１時期および第２時期を取得する。図５（ａ）は、制御装置１００が燃料噴射弁５０を制御する際に参照するマップの一例を説明するための図である。横軸はクランク角を示し、縦軸は噴射の有無を示している。吸気行程においてハッチングが施された領域は第１時期に対応し、圧縮行程においてハッチングが施された領域は第２時期に対応している。
【００３８】
マップは、第１時期および第２時期をクランク角に関連づけて規定している。第１時期は、吸気行程における正タンブル流３００の渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射されるクランク角である。第２時期は、圧縮行程における正タンブル流３００の渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射されるクランク角である。
【００３９】
マップは、記憶部１０５が記憶しておく。制御部１０４は、クランク角センサ７０の検出結果に基づいて内燃機関１０のクランク角を取得し、取得されたクランク角に基づいて記憶部１０５のマップを参照することで、第１時期および第２時期を取得する。
【００４０】
図５（ｂ）は、制御装置１００のフローチャートの一例を示す図である。制御装置１００の制御部１０４は、図５（ｂ）のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。まず、制御部１０４は、内燃機関１０のクランク角に基づいて記憶部１０５のマップを参照することで第１時期を取得し、取得された第１時期に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の噴射時期を制御する（ステップＳ１０）。
【００４１】
次いで、制御部１０４は、内燃機関１０のクランク角に基づいて記憶部１０５のマップを参照することで第２時期を取得し、取得された第２時期に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の噴射時期を制御する（ステップＳ２０）。次いで制御部１０４はフローチャートの実行を終了する。
【００４２】
図６は、本実施例に係る内燃機関１０の圧縮行程の圧縮上死点近傍における正タンブル流３００の流速分布を示す模式図である。図３、図４および図６を参照しながら、本実施例に係る制御装置１００の作用効果を説明する。まず、図３に示すように、制御部１０４は吸気行程の第１時期に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の噴射時期を制御することから、第１時期に燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００によって、吸気行程における正タンブル流３００の流速を増大させることができる。
【００４３】
このように正タンブル流３００の流速が増大された状態で、図４に示すように、制御部１０４は圧縮行程における第２時期に燃料２００が噴射されるように燃料噴射弁５０の噴射時期を制御することから、圧縮行程における正タンブル流３００のピストン２２近傍の部分の流速を減少させることができる。これにより、図６に示すように、圧縮上死点近傍における正タンブル流３００の流速を、シリンダヘッド２０側を高く、ピストン２２側を低くすることができる。その結果、燃焼室２３における燃焼を促進しつつ燃焼室２３の熱がピストン２２へ伝達することを抑制することができる。それにより、燃焼を促進しつつ熱損失を低減させることができる。その結果、シリンダヘッド２０が断熱されることでシリンダヘッド２０における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関１０における燃費向上を図ることができる。
【００４４】
（変形例１）
燃焼室２３に形成されるタンブル流は、正タンブル流３００に限定されるものではない。燃焼室２３に形成されるタンブル流は、逆タンブル流であってもよい。図７は、燃焼室２３に逆タンブル流３００ａが形成される場合の内燃機関システム５を説明するための模式図である。図７の内燃機関１０は、タンブル流が逆タンブル流３００ａである点において図３と異なっている。また図７の内燃機関１０は、燃料噴射弁５０の配置箇所が図３と異なっている。その他の構成は、図３と同様である。
【００４５】
逆タンブル流３００ａの流動方向は、吸気開口部２４を通過して燃焼室２３に流入した吸気がピストン２２を経て排気開口部２５の方に向かって流動する方向であり、図７において紙面に向かって反時計回りである。本変形例に係る制御部１０４は、吸気行程から圧縮行程にかけて燃焼室２３に逆タンブル流３００ａが形成されるように、気流制御弁６０を制御する。
【００４６】
本変形例に係る第１時期は、逆タンブル流３００ａの渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射される時期である。すなわち、本変形例に係る制御部１０４は、燃料噴射弁５０が逆タンブル流３００ａの渦中心３０１よりもシリンダヘッド２０に近い部分に向けて燃料２００を噴射するように、吸気行程における燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御している。
【００４７】
本変形例に係る第２時期は、逆タンブル流３００ａの渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分に向けて燃料噴射弁５０から燃料２００が噴射される時期である。すなわち、本変形例に係る制御部１０４は、燃料噴射弁５０が逆タンブル流３００ａの渦中心３０１よりもピストン２２に近い部分に向けて燃料２００を噴射するように、圧縮行程における燃料噴射弁５０の燃料２００の噴射時期を制御している。
【００４８】
燃料噴射弁５０は、第１時期に燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００によって逆タンブル流３００ａの流速が増大する内燃機関１０の所定箇所に配置されている。本変形例においては、この内燃機関１０の所定箇所は、シリンダヘッド２０の排気開口部２５の近傍である。より具体的には内燃機関１０の所定箇所は、シリンダヘッド２０の排気開口部２５の下側である。燃料噴射弁５０がこのような所定箇所に配置されることで、第１時期に噴射された燃料２００によって、吸気行程における逆タンブル流３００ａの流速を増大させることができる。また、第２時期に噴射された燃料２００によって、圧縮行程における逆タンブル流３００ａのピストン２２近傍の部分の流速を減少させることができる。
【００４９】
本変形例に係る制御装置１００においても、第１時期に燃料噴射弁５０から噴射された燃料２００によって、吸気行程における逆タンブル流３００ａの流速を増大させることができる。このように逆タンブル流３００ａの流速が増大された状態で圧縮行程における第２時期に燃料２００が噴射されることで、圧縮行程における逆タンブル流３００ａのピストン２２近傍の部分の流速を減少させることができる。これにより、圧縮上死点近傍における逆タンブル流３００ａの流速を、シリンダヘッド２０側を高く、ピストン２２側を低くすることができる。その結果、燃焼室２３における燃焼を促進しつつ燃焼室２３の熱がピストン２２へ伝達することを抑制することができる。それにより、燃焼を促進しつつ熱損失を低減させることができる。その結果、シリンダヘッド２０が断熱されることでシリンダヘッド２０における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有する内燃機関１０における燃費向上を図ることができる。
【００５０】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
５ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
２０ シリンダヘッド
２１ シリンダブロック
２２ ピストン
２３ 燃焼室
２４ 吸気開口部
２５ 排気開口部
５０ 燃料噴射弁
６０ 気流制御弁
７０ クランク角センサ
８０,８１ 冷却媒体流路
１００ 制御装置
１０４ 制御部
１０５ 記憶部
２００ 燃料
３０１ 渦中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンとシリンダヘッドとの間に形成された燃焼室に吸気行程から圧縮行程にかけてタンブル流が形成される構造と、前記シリンダヘッドが断熱されることで前記シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造と、燃料を前記燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁と、を備える内燃機関の前記吸気行程における第１時期および前記圧縮行程における第２時期に前記燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の前記燃料の噴射時期を制御する制御部を備え、
前記第１時期は、前記タンブル流の渦中心よりも前記シリンダヘッドに近い部分に向けて前記燃料噴射弁から前記燃料が噴射される時期であり、
前記第２時期は、前記タンブル流の渦中心よりも前記ピストンに近い部分に向けて前記燃料噴射弁から前記燃料が噴射される時期であり、
前記燃料噴射弁は、前記第１時期に前記燃料噴射弁から噴射された前記燃料によって前記タンブル流の流速が増大する前記内燃機関の所定箇所に配置されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第１時期および前記第２時期が前記内燃機関のクランク角に関連づけて規定されたマップを記憶した記憶部を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の前記クランク角を取得し、取得された前記クランク角に基づいて前記記憶部の前記マップを参照することで、前記第１時期および前記第２時期を取得し、取得された前記第１時期および前記第２時期に前記燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の前記噴射時期を制御する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室は、吸気を前記燃焼室に流入させるための吸気開口部と、排気を前記燃焼室から排出させるための排気開口部と、を備え、
前記タンブル流は、前記吸気開口部を通過して前記燃焼室に流入した前記吸気が前記排気開口部を経て前記ピストンの方に向かって流動する正タンブル流であり、
前記燃料噴射弁が配置されている前記内燃機関の前記所定箇所は、前記シリンダヘッドの前記吸気開口部の近傍である請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼室は、吸気を前記燃焼室に流入させるための吸気開口部と、排気を前記燃焼室から排出させるための排気開口部と、を備え、
前記タンブル流は、前記吸気開口部を通過して前記燃焼室に流入した前記吸気が前記ピストンを経て前記排気開口部の方に向かって流動する逆タンブル流であり、
前記燃料噴射弁が配置されている前記内燃機関の前記所定箇所は、前記シリンダヘッドの前記排気開口部の近傍である請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
ピストンとシリンダヘッドとの間に形成された燃焼室に吸気行程から圧縮行程にかけてタンブル流が形成される構造と、前記シリンダヘッドが断熱されることで前記シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造と、燃料を前記燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁と、を備える内燃機関の前記吸気行程における第１時期および前記圧縮行程における第２時期に前記燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の前記燃料の噴射時期を制御する制御部を備え、
前記第１時期は、前記タンブル流の渦中心よりも前記シリンダヘッドに近い部分に向けて前記燃料噴射弁から前記燃料が噴射される時期であり、
前記第２時期は、前記タンブル流の渦中心よりも前記ピストンに近い部分に向けて前記燃料噴射弁から前記燃料が噴射される時期であり、
前記燃料噴射弁は、前記第１時期に前記燃料噴射弁から噴射された前記燃料によって前記タンブル流の流速が増大する前記内燃機関の所定箇所に配置されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第１時期および前記第２時期が前記内燃機関のクランク角に関連づけて規定されたマップを記憶した記憶部を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の前記クランク角を取得し、取得された前記クランク角に基づいて前記記憶部の前記マップを参照することで、前記第１時期および前記第２時期を取得し、取得された前記第１時期および前記第２時期に前記燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の前記噴射時期を制御する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室は、吸気を前記燃焼室に流入させるための吸気開口部と、排気を前記燃焼室から排出させるための排気開口部と、を備え、
前記タンブル流は、前記吸気開口部を通過して前記燃焼室に流入した前記吸気が前記排気開口部を経て前記ピストンの方に向かって流動する正タンブル流であり、
前記燃料噴射弁が配置されている前記内燃機関の前記所定箇所は、前記シリンダヘッドの前記吸気開口部の近傍である請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼室は、吸気を前記燃焼室に流入させるための吸気開口部と、排気を前記燃焼室から排出させるための排気開口部と、を備え、
前記タンブル流は、前記吸気開口部を通過して前記燃焼室に流入した前記吸気が前記ピストンを経て前記排気開口部の方に向かって流動する逆タンブル流であり、
前記燃料噴射弁が配置されている前記内燃機関の前記所定箇所は、前記シリンダヘッドの前記排気開口部の近傍である請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１９６２８（Ｐ２０１２−２１９６２８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２６８７（Ｐ２０１１−８２６８７）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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