内燃機関の制御装置
【課題】より初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を図れる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】１つの気筒に２つの吸気ポート１４Ｐ１、１４Ｐ２を備え、これら２つの吸気ポートの上流側の吸気通路４に吸入空気量を調整する吸気絞り弁１３を配置し、第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁１５Ａ、１５Ｂと、第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁１５Ｃ、１５Ｄを備え、第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は、気筒の上部に配置された点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向するように配置され、内燃機関１が低回転高負荷の場合、点火プラグ３５に噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射するように、当該燃料噴射弁を制御手段２７で制御する。
【解決手段】１つの気筒に２つの吸気ポート１４Ｐ１、１４Ｐ２を備え、これら２つの吸気ポートの上流側の吸気通路４に吸入空気量を調整する吸気絞り弁１３を配置し、第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁１５Ａ、１５Ｂと、第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁１５Ｃ、１５Ｄを備え、第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は、気筒の上部に配置された点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向するように配置され、内燃機関１が低回転高負荷の場合、点火プラグ３５に噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射するように、当該燃料噴射弁を制御手段２７で制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの気筒に複数の吸気ポートを備え、これら複数の吸気ポート内に燃料噴射弁から燃料を噴射する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つ気筒に繋がる複数の吸気ポートを備えた内燃機関において、全ての運転領域で混合気の均質化を促進するとともに、制御及び構成を簡単化するため、各吸気ポートにそれぞれ個別な燃料噴射弁から燃料を噴射するものが、特許文献１で提案されている。
この特許文献１では、第１及び第２の吸気ポートの上流側の吸気通路に配置され、吸入空気量を調整する吸気絞り弁と、第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁を備え、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度以下のときに第１の燃料噴射弁から燃料を噴射し、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度よりも大きいときに第１の燃料噴射弁と第２の燃料噴射弁の両方から燃料を噴射するように各燃料噴射弁を燃料噴射制御手段で制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１１３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、１気筒あたり複数の吸気ポートを備えた構成において、一方の吸気ポートへ燃料を噴射する片側噴射を行うことで、筒内で燃料を不均一にすることを検討した。これは、機関回転数が低回転で高負荷域において筒内燃料の不均一化を図ることで、初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を図るためである。しかし、単に片側噴射しただけでは、自ずと限界があることから、より初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を目指すことが要望されている。
引用文献１では、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度以下のときに第１の燃料噴射弁から燃料を噴射しているので、片側噴射は行っているが、これは全ての運転領域で混合気の均質化を促進するためのものであり、不均一化するものではない。仮に片側噴射を行った場合でも、効率的に初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を図る点については、開示されていないので、その達成は難しい。
本発明は、より初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を図れる内燃機関の制御装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、１つの気筒に２つの吸気ポートを備え、これら２つの吸気ポートの上流側の吸気通路に吸入空気量を調整する吸気絞り弁を配置し、第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備えた内燃機関の制御装置において、第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方を、気筒の上部に配置された点火プラグに噴霧中心線が指向するように配置し、内燃機関が低回転高負荷の場合、点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射するように、燃料噴射弁を制御する制御手段を有することを特徴としている。
このため、内燃機関が低回転高負荷である場合、点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射する片側噴射が行われるため、単なる片側噴射よりも不均一状態において点火プラグによる着火性を高められる。
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、噴霧中心線が点火プラグに指向する燃料噴射弁の噴射方向を変更する変更手段を有することを特徴としている。
本発明に係る内燃機関の制御装置において、内燃機関の運転領域が低回転高負荷で無い場合、変更手段を作動して噴霧中心線が点火プラグに指向する燃料噴射弁の噴射方向を、吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線に向かって変位させることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、少なくとも第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は複数あり、複数ある側の燃料噴射弁の少なくとも１つの燃料噴射弁は、その噴霧中心線が吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線に指向するように配置され、ポート中心線に指向した燃料噴射弁とは異なる燃料噴射弁は、点火プラグに噴霧中心線が指向するように配置されていることを特徴としている。
本発明に係る内燃機関の制御装置において、少なくとも第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は複数あり、複数ある側の燃料噴射弁の少なくとも１つの燃料噴射弁を、点火プラグにその噴霧中心線が指向するように配置したことを特徴としている。
本発明に係る内燃機関の制御装置において、複数ある側の燃料噴射弁は、互いの燃料噴霧が吸気ポート内で衝突するように配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方を気筒の上部に配置された点火プラグに噴霧中心線が指向するように配置し、内燃機関が低回転高負荷である場合、点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射するように、燃料噴射弁を制御手段で制御するので、内燃機関が低回転高負荷である場合、点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射する片側噴射が行われるため、単なる片側噴射よりもより不均一状態において点火プラグによる着火性を高めることができ、より片側噴射の効果である初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る内燃機関の制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】１気筒に備えられた複数の吸気ポートにそれぞれ複数の燃料噴射弁が配置された吸気系の構成を示す拡大図である。
【図３】本発明における複数の燃料噴射弁の噴射領域を示す図である。
【図４】制御手段による燃料噴射弁の噴射モードの切替え制御の一形態を示すフローチャートである。
【図５】第１片側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図６】第２片側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図７】両側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図８】１気筒に備えられた複数の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁が配置された吸気系の別な構成を示す拡大図である。
【図９】図８に示す構成で用いる制御系の構成を示すブロック図である。
【図１０】図８に示す制御手段による燃料噴射弁の噴射モードの切替え制御の一形態を示すフローチャートである。
【図１１】図８に示す構成における第１片側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図１２】図８に示す構成における第２片側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図１３】図８に示す構成における両側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１に示す本発明に係る制御装置１００は、符号１で示す内燃機関に適用している。内燃機関１は、排気系に過給機を備えた過給機付きのＤＯＨＣ式の４気筒エンジン（以下「エンジン１」と記す）である。このエンジン１は、その燃焼室２に通じる吸気通路３および排気通路４を有している。吸気通路３は、吸気ポート１４Ｐを介して燃焼室２と連通し、排気通路４は排気ポート１６Ｐを介して燃焼室２と連通している。吸気ポート１４Ｐは吸気弁５によって、排気ポート１６Ｐは排気弁６によってそれぞれ開閉される。
【００１１】
吸気通路３には、上流側からエアクリーナ７、過給機９のコンプレッサ１１、インタークーラ１２、吸気絞り弁となるスロットル弁１３、吸気多岐管１４、電磁式の燃料噴射弁（以下「インジェクタ」と記す）１５が設けられている。排気通路４には、その上流側から排気多岐管１６、排気管１７、過給機９のタービン１８、排ガス浄化用の触媒コンバータ（三元触媒）１９および図示しないマフラ（消音器）が設けられている。
【００１２】
エンジン１は吸気管噴射型のエンジン１として構成されており、その動弁機構としてはＤＯＨＣ式が採用されている。シリンダヘッド１０１上の吸気カム軸２１及び排気カム軸２２の前端にはタイミングプーリ２３，２４が取付けられている。これらタイミングプーリ２３，２４はタイミングベルト２５を介してクランク軸２６に連結されている。カム軸２１，２２は、クランク軸２６の回転に伴ってタイミングプーリ２３，２４と共に回転駆動され、これらカム軸により吸気弁５及び排気弁６が開閉駆動される。
【００１３】
エンジン１の燃焼室２上部の中央には、点火プラグ３５がシリンダヘッド１０１に取付けられて配置されている。燃焼室２内の混合気は点火プラグ３５により点火される。燃焼した後の排ガスは、排気弁６の開弁時にピストン１０の上昇に伴って排気ポート１６Ｐから排気多岐管１６を介して排気管１７に流下し、触媒コンバータ（三元触媒）１９で有害成分を浄化され、及び図示しないマフラで消音されて大気側へ排出される。
【００１４】
エンジン１は直列４気筒エンジンであり、点火プラグ３５は各気筒に１つ設けられている（ここでは１つのみ示した）。各点火プラグ３５はそれぞれイグナイタ３６を介して点火ドライバ３７に接続されていて、後述の制御手段となる電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」）２７からの点火信号を受けたイグナイタ３６の作用により各点火プラグ３５に順次点火用２次電圧が供給されることで混合気の着火を行っている。
【００１５】
エンジン１は、気筒数だけ吸気多岐管１４を分岐して備え、その先端が吸気ポート１４ｐに接続されているとともに、インジェクタ１５を備えている（ここでは１つのみ示した）。各インジェクタ１５は燃料噴射ドライバ１５１に接続され、いわゆるマルチポイント燃料噴射方式の多気筒エンジンを成している。燃料噴射ドライバ１５１は、ＥＣＵ２７から信号が入力されると、その信号に応じて各インジェクタ１５を作動する。スロットル弁１３はワイヤケーブルを介して図示しないアクセルペダルに連結されており、これによりアクセルペダルの踏込み量θａに応じて開度が変わるようになっている。踏込み量θａは負荷情報であり、アクセル開度センサ３１によって検出される。エンジン１にはエンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ３８が設けられていて、検出した情報を後述のＥＣＵ２７に入力している。
【００１６】
このような構成により、エンジン１は、スロットル弁１３の開度に応じて、吸入された空気が吸気多岐管１４でインジェクタ１５から噴射される燃料と適宜の空燃比となるように混合され、燃焼室２内で適宜のタイミングで点火プラグ３５によって点火されて燃焼され、エンジントルクを発生させる。
【００１７】
過給機９は吸気通路３と排気通路４との間に配され、タービン１８とコンプレッサ１１の不図示の各インペラーがケーシングに枢支された回転軸２８の両端にそれぞれ一体的に連結され、排気エネルギーをタービン１８で回収し、その回転力で吸気通路３のコンプレッサ１１を駆動して吸気を過給し、これにより燃焼室２での体積効率を上昇させ、出力向上を図る、所謂ターボチャージャである。ケーシングの外側部にはウエストゲートバルブ２９が装着され、これによりタービン１８の上流の排ガスを、タービン１８を迂回して下流側に流下させるバイパス路ｂｒを開閉するようにしている。ウエストゲートバルブ２９は図示しない電磁アクチュエータを介してＥＣＵ２７により開閉操作される。
【００１８】
過給機９のコンプレッサ１１の下流側には、過給機９による過給での圧力上昇に伴って温度が上昇した吸入空気の温度を下げる空冷式のインタークーラ１２が配されており、これによって吸入空気の温度を下げ、吸気の体積効率を向上させている。
【００１９】
本形態では、各気筒に対する吸気ポート１４Ｐの構成は同一であるので、図２を用いて１気筒を例に説明する。本形態にかかる吸気ポート１４Ｐは、第１の吸気ポート１４Ｐ１と第２の吸気ポート１４Ｐ２の２つに分岐されている。これら２つの吸気ポートのうち、第１の吸気ポート１４Ｐ１には、第１の燃料噴射弁となる複数のインジェクタ１５Ａ，１５Ｂから燃料が噴射され、第２の吸気ポート１４Ｐ２には、第２の燃料噴射弁となる複数のインジェクタ１５Ｃ，１５Ｄから燃料が噴射される。
【００２０】
第１の燃料噴射弁の一方のインジェクタ１５Ａは、点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向するように配置され、インジェクタ１５Ａと異なるもう一方のインジェクタ１５Ｂは、その噴霧中心線Ｚ１が吸気ポート１４Ｐ１内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線Ｚ２と平行に指向するように配置されている。
【００２１】
第２の燃料噴射弁の一方のインジェクタ１５Ｃは、その噴霧中心線Ｚ１が吸気ポート１４Ｐ２内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線Ｚ２と平行に指向するように配置され、インジェクタ１５Ｃと異なるもう一方のインジェクタ１５Ｄは、点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向するように配置されている。また、インジェクタ１５Ａとインジェクタ１５Ｂ、及びインジェクタ１５Ｃとインジェクタ１５Ｄは、互いの燃料噴霧が吸気ポート１４Ｐ１、１４Ｐ２内でそれぞれ衝突するように配置されている。
【００２２】
ＥＣＵ２７は、周知のコンピュータで構成されている。このＥＣＵ２７は、アクセル開度センサ３１よりアクセルペダルの踏込量θａの信号が、エンジン回転数センサ３８よりエンジン回転数Ｎｅの信号がそれぞれ入力され、更に、図には示されていない種々のセンサやアクチュエータ等よりその他の信号が入力される。これら各種の入力信号に基づいてＥＣＵ２７は制御演算を行い、点火プラグ３５の作動と過給機９のウエストゲートバルブ２９の開閉制御を行うとともにインジェクタ１５の作動制御を行う。本発明の特徴は、インジェクタ１５の制御にあり、点火プラグ３５の作動とウエストゲートバルブ２９の制御内容は周知の内容であるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
インジェクタ１５の制御は、主に燃料の噴射量制御と、複数のインジェクタ１５のうち、どのインジェクタから燃料噴射を行うかという噴射モード切替制御を含んでいる。噴射量制御は、エンジン回転数Ｎｅと負荷情報となるアクセル開度θａとから適正な噴射量が決められた図示しない噴射量マップに基づいて行われるもので、１気筒辺りの噴射総量が定められている。
【００２４】
噴射モード制御は、４つのインジェクタ１５Ａ〜１５Ｄの内、第１の吸気ポート１４Ｐ１側に配置されたインジェクタ１５Ａから燃料噴射を行う第１片側噴射モード、インジェクタ１５Ａ，１５Ｂから燃料噴射を行う第２片側噴射モード、インジェクタ１５Ａ，１５Ｂと第２の吸気ポート１４Ｐ２側に配置されたインジェクタ１５Ｃ，１５Ｄとから燃料噴射を行う両側噴射モードを備えている。
【００２５】
ＥＣＵ２７には、これら噴射モードを切替えるための図３に示す噴射モードマップＭ１が記憶されている。噴射モードマップＭ１は、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θａ（負荷情報）から予め設定されたもので、領域Ａ〜Ｃに区分されている。ＥＣＵ２７は、第１片側噴射モードでは領域Ａを、第２片側噴射モードでは領域Ｂを、両側噴射モードでは領域Ｃをそれぞれ選択する。
【００２６】
ＥＣＵ２７は、領域Ａではインジェクタ１５Ａを単独で領域Ａで必要な燃料噴射量となるように、領域Ｂではインジェクタ１５Ａ、１５Ｂの双方で、領域Ｂで必要な燃料噴射量となるように、領域Ｃではインジェクタ１５Ａ〜１５Ｄの全てで、領域Ｃで必要な燃料噴射量となるように、燃料噴射ドライバ１５１を介して各インジェクタ１の作動を制御する。
【００２７】
このような構成の制御装置１００による噴射モード切替制御の内容を図４に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本形態では、既にエンジン１は始動しているものとする。
【００２８】
図４に示す噴射モード切替制御において、ＥＣＵ２７は、ステップＳＴ１において、エンジン回転数Ｎｅと踏込量θａを読込み、ステップＳＴ２において、エンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａから噴射モードの判定を行う。ここでエンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａが領域Ａの場合には、ステップＳＴ３に進み第１片側噴射モードを選択し、ステップＳＴ４においてインジェクタ１５Ａのみを作動して燃料を点火プラグ３５に向かって噴射する。ステップＳＴ２において、領域Ａでない場合には、ステップＳＴ５に進んでエンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａが領域Ｂの判定を行う。領域Ｂの場合には、ステップＳＴ６に進み第２片側噴射モードを選択し、ステップＳＴ７においてインジェクタ１５Ａ，１５Ｂを作動して燃料を噴射して吸気ポート１４Ｐ１内で燃料噴霧を衝突させる。
【００２９】
ステップＳＴ５において、領域Ｂでない場合には領域Ｃと判定し、ステップＳＴ８に進み両側噴射モードを選択し、ステップＳＴ９おいてインジェクタ１５Ａ〜１５Ｂを作動して燃料を噴射して吸気ポート１４Ｐ１内と吸気ポート１４Ｐ２内でそれぞれ燃料噴霧を衝突させる。
【００３０】
このように、エンジン１の運転領域が低回転高負荷である領域Ａの場合、図５に示すように、点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向したインジェクタ１５Ａから燃料を噴射する第１片側噴射を行うことで、吸気ポート１４Ｐ１からは、空気と燃料の混合気が燃焼室２内に吸気され、吸気ポート１４Ｐ２からは空気だけが燃焼室２内に吸気される。このとき、吸気ポート１４Ｐ１から噴射された燃料は点火プラグ３５に、その噴霧中心が指向されて噴射されるので、燃焼室２内においては、燃料濃度が濃い噴霧領域が点火プラグ３５の近傍に形成される。このため、燃焼室２内においては、混合気の状態が不均一状態となるが、単なる片側噴射よりも、燃料濃度が濃い噴霧領域が点火プラグ３５の周囲に形成されるため、点火プラグ３５による初期着火性を高めることができ、片側噴射の効果である、初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上をより図ることができる。
【００３１】
エンジン１の運転領域が、領域Ａよりもエンジン回転数が高い領域Ｂの場合には、図６に示すように第１の吸気ポート１４Ｐ１側に設置されたインジェクタ１５Ａ，１５Ｂから燃料噴射が行われる第２の片側噴射が実行されるので、噴射された燃料が吸気ポート１４Ｐ１内で衝突する。このため、吸気ポート１４Ｐ１には、インジェクタ１５Ａ単独で噴射したときよりも多い燃料が流れるため、デポジット洗浄効果が期待される。
【００３２】
エンジン１の運転領域が、領域Ｂよりも高回転域となる領域Ｃの場合には、図７に示すように第１の吸気ポート１４Ｐ１側と第２の吸気ポート１４Ｐ２側に設置されたインジェクタ１５Ａ〜１５Ｄの全てから燃料噴射が行われる両側噴射が実行されるので、最小燃料量を小さくすることができ、単位時間当たりの噴射期間の短縮を図れるとともに、過給時の吹き抜け回避とＨＣ低減を図ることができる。また、燃料の噴射量が多くなることで吸気の冷却効果を期待することもできる。
【００３３】
本形態では、片側噴射モードの場合、第１の吸気ポート１４Ｐ１側に配置したインジェクタ１５Ａ，１５Ｂを用いて燃料噴射を行ったが、エンジン１の運転領域が領域Ａの場合には、第２の吸気ポート１４Ｐ２側に配置したインジェクタ１５Ｄを用いて第１の片側噴射を行い、領域Ｂの場合にはインジェクタ１５Ｃ，１５Ｄの双方から燃料を噴射して第２の片側噴射を実行しても良い。すなわち、第１の燃料噴射弁による片側噴射ではなく、第２の燃料噴射弁による片側噴射であっても良い。
【００３４】
図８は、本発明の別な形態を示す。この形態では、各吸気ポート１４Ｐ１，１４Ｐ２に対して、それぞれ１つのインジェクタ１５Ａ，１５Ｄを配置し、吸気ポート１４Ｐ１にはインジェクタ１５Ａから燃料噴射を行い、吸気ポート１４Ｐ２にはインジェクタ１５Ｄから燃料噴射を行う構成としている。インジェクタ１５Ａとインジェクタ１５Ｄは、その噴霧中心線Ｚ１が、点火プラグ３５に指向する噴射方向と、吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線Ｚ２に向かって変位可能に吸気ポート１４Ｐに台座支持部５０，５１でそれぞれ装着されている。台座支持部５０，５１の中央には、駆動ギア５３，５４がそれぞれ形成されていて、駆動ギア５３，５４が回転することで、台座支持部５０，５１と一体にインジェクタ１５Ａ、１５Ｄが回転方向に移動するように構成されている。
【００３５】
吸気ポート１４Ｐには、インジェクタ１５Ａ及びインジェクタ１５Ｄをそれぞれ点火プラグ３５に指向する方向とポート中心線Ｚ２に向かう方向に変位する変位手段となるアクチュエータが、図示しないブラケットを介して装着されている。本形態において、アクチュエータは、駆動ギア５３，５４に噛合う出力ギア５７，５８を正逆両方向に回転駆動する駆動モータ５５，５６で構成している。アクチュエータとしては、駆動モータ５５，５６に限定されるものではなく、ソレノイドなどのアクチュエータを用いてインジェクタ１５Ａ及びインジェクタ１５Ｄの向きを変更するようにしても良い。
【００３６】
本形態において、制御手段となるＥＣＵ２７Ａは、図９に示すように、周知のコンピュータで構成されている。このＥＣＵ２７Ａは、アクセル開度センサ３１よりアクセルペダルの踏込量θａの信号が、エンジン回転数センサ３８よりエンジン回転数Ｎｅの信号がそれぞれ入力され、更に、図には示されていない種々のセンサやアクチュエータ等よりその他の信号が入力されるとともに、アクチュエータ５５，５６が接続されている。これら各種の入力信号に基づいてＥＣＵ２７は制御演算を行い、点火プラグ３５の作動と過給機９のウエストゲートバルブ２９の開閉制御を行うとともにインジェクタ１５Ａ，１５Ｄの作動制御を行う。本発明の特徴は、インジェクタ１５Ａ，１５Ｄの制御にあり、点火プラグ３５の作動とウエストゲートバルブ２９の制御内容は周知の内容であるので、ここでは説明を省略する。
【００３７】
インジェクタ１５Ａ，１５Ｄの制御は、主に燃料の噴射量制御と、複数のインジェクタ１５のうち、どのインジェクタから燃料噴射を行うかという噴射モード切替制御を含んでいる。噴射量制御は、エンジン回転数Ｎｅと負荷情報となるアクセル開度θａとから適正な噴射量が決められた図示しない噴射量マップに基づいて行われるもので、１気筒辺りの噴射総量が定められている。
【００３８】
噴射モード制御は、２つのインジェクタ１５Ａ，１５Ｄの内、第１の吸気ポート１４Ｐ１側に配置された第１の燃料噴射弁となるインジェクタ１５Ａから燃料噴射を行う片側噴射モードと、インジェクタ１５Ａと第２の吸気ポート１４Ｐ２側に配置された第２の燃料噴射弁となるインジェクタ１５Ｄとから燃料噴射を行う両側噴射モードを備えている。片側噴射モードでは、点火プラグ３５にインジェクタ１５Ａの噴霧中心線Ｚ１を指向させて燃料噴射を行う第１片側噴射モードと、点火プラグ３５に指向するインジェクタ１５Ａの噴射方向を、吸気ポート１４Ｐ１内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線Ｚ２に向かって変位させて燃料噴射を行う第２片側噴射モードを備えている。
【００３９】
ＥＣＵ２７Ａには、これら噴射モードを切替えるための図３に示す噴射モードマップＭ１が記憶されている。噴射モードマップＭ１は、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θａ（負荷情報）から予め設定されたもので、領域Ａ〜Ｃに区分されている。ＥＣＵ２７Ａは、第１片側噴射モードでは領域Ａを、第２片側噴射モードでは領域Ｂを、両側噴射モードでは領域Ｃをそれぞれ選択する。
【００４０】
ＥＣＵ２７Ａは、領域Ａではインジェクタ１５Ａの噴霧中心線Ｚ１が点火プラグ３５に指向するようにアクチュエータ５５を駆動し、領域Ｂではインジェクタ１５Ａの噴霧中心線Ｚ１がポート中心線Ｚ２側に指向するようにアクチュエータ５５を駆動し、領域Ｃではインジェクタ１５Ａ、１５Ｄの各噴霧中心線Ｚ１がポート中心線Ｚ２側に指向するようにアクチュエータ５５、５６を駆動するとともに、指向した位置において各領域において必要な燃料噴射量となるように、燃料噴射ドライバ１５１を介して各インジェクタの作動を制御する。
【００４１】
このような構成の噴射モード切替制御の内容を図１０に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本形態では、既にエンジン１は始動しているものとする。
【００４２】
図１０に示す噴射モード切替制御において、ＥＣＵ２７Ａは、ステップＳＴ１１において、エンジン回転数Ｎｅと踏込量θａを読込み、ステップＳＴ１２において、エンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａから噴射モードの判定を行う。ここでエンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａが領域Ａの場合には、ステップＳＴ１３に進み第１片側噴射モードを選択してステップＳＴ１４に進む。ステップＳＴ１４では、駆動モータ５５を駆動してインジェクタ１５Ａの向きを噴霧中心線Ｚが点火プラグ３５側に移動し、ステップＳＴ１５においてインジェクタ１５Ａを作動して燃料を点火プラグ３５に向かって噴射する。
【００４３】
ステップＳＴ１２において、領域Ａでない場合には、ステップＳＴ１６に進んでエンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａが領域Ｂの判定を行う。領域Ｂの場合には、ステップＳＴ１７に進み第２片側噴射モードを選択してステップＳＴ１８に進む。ステップＳＴ１８では、駆動モータ５５を駆動してインジェクタ１５Ａの向きを噴霧中心線Ｚがポート中心線Ｚ２側に移動し、ステップＳＴ１９においてインジェクタ１５Ａを作動して燃料を、ポート中心線Ｚ２よりで噴射する。
【００４４】
ステップＳＴ１６において、領域Ｂでない場合には領域Ｃと判定し、ステップＳＴ２０に進み両側噴射モードを選択してステップＳＴ２１に進む。ステップＳＴ２１では、駆動モータ５５、５６を駆動してインジェクタ１５Ａ，１５Ｂの向きを噴霧中心線Ｚがポート中心線Ｚ２側に移動し、ステップＳＴ２２においてインジェクタ１５Ａ、１５Ｂを作動して燃料を、各吸気ポート１４Ｐ１、１４Ｐ２のポート中心線Ｚ２よりで噴射する。
【００４５】
このように、エンジン１の運転領域が低回転高負荷である領域Ａの場合、図１１に示すように、点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向したインジェクタ１５Ａから燃料を噴射する第１片側噴射を行うことで、吸気ポート１４Ｐ１からは、空気と燃料の混合気が燃焼室２内に吸気され、吸気ポート１４Ｐ２からは空気だけが燃焼室２内に吸気される。このとき、吸気ポート１４Ｐ１から噴射された燃料は点火プラグ３５に、その噴霧中心が指向されて噴射されるので、燃焼室２内においては、燃料濃度が濃い噴霧領域が点火プラグ３５の近傍に形成される。このため、燃焼室２内においては、混合気の状態が不均一状態となるが、単なる片側噴射よりも、燃料濃度が濃い噴霧領域が点火プラグ３５の周囲に形成されるため、点火プラグ３５による初期着火性を高めることができ、片側噴射の効果である、初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上をより図ることができる。
【００４６】
エンジン１の運転領域が、領域Ａよりもエンジン回転数が高い領域Ｂの場合には、図１２に示すようにインジェクタ１５Ａからポート中心線Ｚ２よりで燃料噴射が行われるので、吸気ポート１４Ｐ１内では、第１の片側噴射モードの場合よりも空気と燃料の混合が促進された状態で燃焼室２に吸気される。このため、領域Ｂにおける燃焼効率が向上して低回転時のため、初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上をより図ることができる。
【００４７】
エンジン１の運転領域が、領域Ｂよりも高回転域となる領域Ｃの場合には、図１３に示すように第１の吸気ポート１４Ｐ１側と第２の吸気ポート１４Ｐ２側に設置されたインジェクタ１５Ａとインジェクタ１５Ｄからポート中心線Ｚ２よりで燃料噴射が行われる。このため、片側噴射モードの場合よりも空気と燃料の混合が促進された混合気が大量に燃焼室２に吸気されるので、単位時間当たりの噴射期間の短縮を図れるとともに、過給時の吹き抜け回避とＨＣ低減を図ることができる。また、燃料の噴射量が多くなることで吸気の冷却効果を期待することもできる。
【００４８】
本形態では、片側噴射モードの場合、第１の吸気ポート１４Ｐ１側に配置したインジェクタ１５Ａを用いて燃料噴射を行ったが、エンジン１の運転領域が領域Ａの場合には、第２の吸気ポート１４Ｐ２側に配置したインジェクタ１５Ｄを用いて第１の片側噴射を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１ 内燃機関
４ 吸気通路
１３ 吸気絞り弁
１４Ｐ１，１４Ｐ２ 吸気ポート
１５Ａ，１５Ｂ 第１の燃料噴射弁
１５Ｃ，１５Ｄ 第２の燃料噴射弁
２７，２７Ａ 制御手段
３５ 点火プラグ
５５，５６ 変更手段
１００ 制御装置
Ｚ１ 噴霧中心線
Ｚ２ 吸気ポートの中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの気筒に複数の吸気ポートを備え、これら複数の吸気ポート内に燃料噴射弁から燃料を噴射する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つ気筒に繋がる複数の吸気ポートを備えた内燃機関において、全ての運転領域で混合気の均質化を促進するとともに、制御及び構成を簡単化するため、各吸気ポートにそれぞれ個別な燃料噴射弁から燃料を噴射するものが、特許文献１で提案されている。
この特許文献１では、第１及び第２の吸気ポートの上流側の吸気通路に配置され、吸入空気量を調整する吸気絞り弁と、第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁を備え、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度以下のときに第１の燃料噴射弁から燃料を噴射し、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度よりも大きいときに第１の燃料噴射弁と第２の燃料噴射弁の両方から燃料を噴射するように各燃料噴射弁を燃料噴射制御手段で制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１１３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、１気筒あたり複数の吸気ポートを備えた構成において、一方の吸気ポートへ燃料を噴射する片側噴射を行うことで、筒内で燃料を不均一にすることを検討した。これは、機関回転数が低回転で高負荷域において筒内燃料の不均一化を図ることで、初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を図るためである。しかし、単に片側噴射しただけでは、自ずと限界があることから、より初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を目指すことが要望されている。
引用文献１では、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度以下のときに第１の燃料噴射弁から燃料を噴射しているので、片側噴射は行っているが、これは全ての運転領域で混合気の均質化を促進するためのものであり、不均一化するものではない。仮に片側噴射を行った場合でも、効率的に初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を図る点については、開示されていないので、その達成は難しい。
本発明は、より初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を図れる内燃機関の制御装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、１つの気筒に２つの吸気ポートを備え、これら２つの吸気ポートの上流側の吸気通路に吸入空気量を調整する吸気絞り弁を配置し、第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備えた内燃機関の制御装置において、第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方を、気筒の上部に配置された点火プラグに噴霧中心線が指向するように配置し、内燃機関が低回転高負荷の場合、点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射するように、燃料噴射弁を制御する制御手段を有することを特徴としている。
このため、内燃機関が低回転高負荷である場合、点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射する片側噴射が行われるため、単なる片側噴射よりも不均一状態において点火プラグによる着火性を高められる。
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、噴霧中心線が点火プラグに指向する燃料噴射弁の噴射方向を変更する変更手段を有することを特徴としている。
本発明に係る内燃機関の制御装置において、内燃機関の運転領域が低回転高負荷で無い場合、変更手段を作動して噴霧中心線が点火プラグに指向する燃料噴射弁の噴射方向を、吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線に向かって変位させることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、少なくとも第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は複数あり、複数ある側の燃料噴射弁の少なくとも１つの燃料噴射弁は、その噴霧中心線が吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線に指向するように配置され、ポート中心線に指向した燃料噴射弁とは異なる燃料噴射弁は、点火プラグに噴霧中心線が指向するように配置されていることを特徴としている。
本発明に係る内燃機関の制御装置において、少なくとも第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は複数あり、複数ある側の燃料噴射弁の少なくとも１つの燃料噴射弁を、点火プラグにその噴霧中心線が指向するように配置したことを特徴としている。
本発明に係る内燃機関の制御装置において、複数ある側の燃料噴射弁は、互いの燃料噴霧が吸気ポート内で衝突するように配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方を気筒の上部に配置された点火プラグに噴霧中心線が指向するように配置し、内燃機関が低回転高負荷である場合、点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射するように、燃料噴射弁を制御手段で制御するので、内燃機関が低回転高負荷である場合、点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射する片側噴射が行われるため、単なる片側噴射よりもより不均一状態において点火プラグによる着火性を高めることができ、より片側噴射の効果である初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る内燃機関の制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】１気筒に備えられた複数の吸気ポートにそれぞれ複数の燃料噴射弁が配置された吸気系の構成を示す拡大図である。
【図３】本発明における複数の燃料噴射弁の噴射領域を示す図である。
【図４】制御手段による燃料噴射弁の噴射モードの切替え制御の一形態を示すフローチャートである。
【図５】第１片側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図６】第２片側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図７】両側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図８】１気筒に備えられた複数の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁が配置された吸気系の別な構成を示す拡大図である。
【図９】図８に示す構成で用いる制御系の構成を示すブロック図である。
【図１０】図８に示す制御手段による燃料噴射弁の噴射モードの切替え制御の一形態を示すフローチャートである。
【図１１】図８に示す構成における第１片側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図１２】図８に示す構成における第２片側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【図１３】図８に示す構成における両側噴射モード時の燃料噴射状態を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１に示す本発明に係る制御装置１００は、符号１で示す内燃機関に適用している。内燃機関１は、排気系に過給機を備えた過給機付きのＤＯＨＣ式の４気筒エンジン（以下「エンジン１」と記す）である。このエンジン１は、その燃焼室２に通じる吸気通路３および排気通路４を有している。吸気通路３は、吸気ポート１４Ｐを介して燃焼室２と連通し、排気通路４は排気ポート１６Ｐを介して燃焼室２と連通している。吸気ポート１４Ｐは吸気弁５によって、排気ポート１６Ｐは排気弁６によってそれぞれ開閉される。
【００１１】
吸気通路３には、上流側からエアクリーナ７、過給機９のコンプレッサ１１、インタークーラ１２、吸気絞り弁となるスロットル弁１３、吸気多岐管１４、電磁式の燃料噴射弁（以下「インジェクタ」と記す）１５が設けられている。排気通路４には、その上流側から排気多岐管１６、排気管１７、過給機９のタービン１８、排ガス浄化用の触媒コンバータ（三元触媒）１９および図示しないマフラ（消音器）が設けられている。
【００１２】
エンジン１は吸気管噴射型のエンジン１として構成されており、その動弁機構としてはＤＯＨＣ式が採用されている。シリンダヘッド１０１上の吸気カム軸２１及び排気カム軸２２の前端にはタイミングプーリ２３，２４が取付けられている。これらタイミングプーリ２３，２４はタイミングベルト２５を介してクランク軸２６に連結されている。カム軸２１，２２は、クランク軸２６の回転に伴ってタイミングプーリ２３，２４と共に回転駆動され、これらカム軸により吸気弁５及び排気弁６が開閉駆動される。
【００１３】
エンジン１の燃焼室２上部の中央には、点火プラグ３５がシリンダヘッド１０１に取付けられて配置されている。燃焼室２内の混合気は点火プラグ３５により点火される。燃焼した後の排ガスは、排気弁６の開弁時にピストン１０の上昇に伴って排気ポート１６Ｐから排気多岐管１６を介して排気管１７に流下し、触媒コンバータ（三元触媒）１９で有害成分を浄化され、及び図示しないマフラで消音されて大気側へ排出される。
【００１４】
エンジン１は直列４気筒エンジンであり、点火プラグ３５は各気筒に１つ設けられている（ここでは１つのみ示した）。各点火プラグ３５はそれぞれイグナイタ３６を介して点火ドライバ３７に接続されていて、後述の制御手段となる電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」）２７からの点火信号を受けたイグナイタ３６の作用により各点火プラグ３５に順次点火用２次電圧が供給されることで混合気の着火を行っている。
【００１５】
エンジン１は、気筒数だけ吸気多岐管１４を分岐して備え、その先端が吸気ポート１４ｐに接続されているとともに、インジェクタ１５を備えている（ここでは１つのみ示した）。各インジェクタ１５は燃料噴射ドライバ１５１に接続され、いわゆるマルチポイント燃料噴射方式の多気筒エンジンを成している。燃料噴射ドライバ１５１は、ＥＣＵ２７から信号が入力されると、その信号に応じて各インジェクタ１５を作動する。スロットル弁１３はワイヤケーブルを介して図示しないアクセルペダルに連結されており、これによりアクセルペダルの踏込み量θａに応じて開度が変わるようになっている。踏込み量θａは負荷情報であり、アクセル開度センサ３１によって検出される。エンジン１にはエンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ３８が設けられていて、検出した情報を後述のＥＣＵ２７に入力している。
【００１６】
このような構成により、エンジン１は、スロットル弁１３の開度に応じて、吸入された空気が吸気多岐管１４でインジェクタ１５から噴射される燃料と適宜の空燃比となるように混合され、燃焼室２内で適宜のタイミングで点火プラグ３５によって点火されて燃焼され、エンジントルクを発生させる。
【００１７】
過給機９は吸気通路３と排気通路４との間に配され、タービン１８とコンプレッサ１１の不図示の各インペラーがケーシングに枢支された回転軸２８の両端にそれぞれ一体的に連結され、排気エネルギーをタービン１８で回収し、その回転力で吸気通路３のコンプレッサ１１を駆動して吸気を過給し、これにより燃焼室２での体積効率を上昇させ、出力向上を図る、所謂ターボチャージャである。ケーシングの外側部にはウエストゲートバルブ２９が装着され、これによりタービン１８の上流の排ガスを、タービン１８を迂回して下流側に流下させるバイパス路ｂｒを開閉するようにしている。ウエストゲートバルブ２９は図示しない電磁アクチュエータを介してＥＣＵ２７により開閉操作される。
【００１８】
過給機９のコンプレッサ１１の下流側には、過給機９による過給での圧力上昇に伴って温度が上昇した吸入空気の温度を下げる空冷式のインタークーラ１２が配されており、これによって吸入空気の温度を下げ、吸気の体積効率を向上させている。
【００１９】
本形態では、各気筒に対する吸気ポート１４Ｐの構成は同一であるので、図２を用いて１気筒を例に説明する。本形態にかかる吸気ポート１４Ｐは、第１の吸気ポート１４Ｐ１と第２の吸気ポート１４Ｐ２の２つに分岐されている。これら２つの吸気ポートのうち、第１の吸気ポート１４Ｐ１には、第１の燃料噴射弁となる複数のインジェクタ１５Ａ，１５Ｂから燃料が噴射され、第２の吸気ポート１４Ｐ２には、第２の燃料噴射弁となる複数のインジェクタ１５Ｃ，１５Ｄから燃料が噴射される。
【００２０】
第１の燃料噴射弁の一方のインジェクタ１５Ａは、点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向するように配置され、インジェクタ１５Ａと異なるもう一方のインジェクタ１５Ｂは、その噴霧中心線Ｚ１が吸気ポート１４Ｐ１内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線Ｚ２と平行に指向するように配置されている。
【００２１】
第２の燃料噴射弁の一方のインジェクタ１５Ｃは、その噴霧中心線Ｚ１が吸気ポート１４Ｐ２内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線Ｚ２と平行に指向するように配置され、インジェクタ１５Ｃと異なるもう一方のインジェクタ１５Ｄは、点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向するように配置されている。また、インジェクタ１５Ａとインジェクタ１５Ｂ、及びインジェクタ１５Ｃとインジェクタ１５Ｄは、互いの燃料噴霧が吸気ポート１４Ｐ１、１４Ｐ２内でそれぞれ衝突するように配置されている。
【００２２】
ＥＣＵ２７は、周知のコンピュータで構成されている。このＥＣＵ２７は、アクセル開度センサ３１よりアクセルペダルの踏込量θａの信号が、エンジン回転数センサ３８よりエンジン回転数Ｎｅの信号がそれぞれ入力され、更に、図には示されていない種々のセンサやアクチュエータ等よりその他の信号が入力される。これら各種の入力信号に基づいてＥＣＵ２７は制御演算を行い、点火プラグ３５の作動と過給機９のウエストゲートバルブ２９の開閉制御を行うとともにインジェクタ１５の作動制御を行う。本発明の特徴は、インジェクタ１５の制御にあり、点火プラグ３５の作動とウエストゲートバルブ２９の制御内容は周知の内容であるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
インジェクタ１５の制御は、主に燃料の噴射量制御と、複数のインジェクタ１５のうち、どのインジェクタから燃料噴射を行うかという噴射モード切替制御を含んでいる。噴射量制御は、エンジン回転数Ｎｅと負荷情報となるアクセル開度θａとから適正な噴射量が決められた図示しない噴射量マップに基づいて行われるもので、１気筒辺りの噴射総量が定められている。
【００２４】
噴射モード制御は、４つのインジェクタ１５Ａ〜１５Ｄの内、第１の吸気ポート１４Ｐ１側に配置されたインジェクタ１５Ａから燃料噴射を行う第１片側噴射モード、インジェクタ１５Ａ，１５Ｂから燃料噴射を行う第２片側噴射モード、インジェクタ１５Ａ，１５Ｂと第２の吸気ポート１４Ｐ２側に配置されたインジェクタ１５Ｃ，１５Ｄとから燃料噴射を行う両側噴射モードを備えている。
【００２５】
ＥＣＵ２７には、これら噴射モードを切替えるための図３に示す噴射モードマップＭ１が記憶されている。噴射モードマップＭ１は、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θａ（負荷情報）から予め設定されたもので、領域Ａ〜Ｃに区分されている。ＥＣＵ２７は、第１片側噴射モードでは領域Ａを、第２片側噴射モードでは領域Ｂを、両側噴射モードでは領域Ｃをそれぞれ選択する。
【００２６】
ＥＣＵ２７は、領域Ａではインジェクタ１５Ａを単独で領域Ａで必要な燃料噴射量となるように、領域Ｂではインジェクタ１５Ａ、１５Ｂの双方で、領域Ｂで必要な燃料噴射量となるように、領域Ｃではインジェクタ１５Ａ〜１５Ｄの全てで、領域Ｃで必要な燃料噴射量となるように、燃料噴射ドライバ１５１を介して各インジェクタ１の作動を制御する。
【００２７】
このような構成の制御装置１００による噴射モード切替制御の内容を図４に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本形態では、既にエンジン１は始動しているものとする。
【００２８】
図４に示す噴射モード切替制御において、ＥＣＵ２７は、ステップＳＴ１において、エンジン回転数Ｎｅと踏込量θａを読込み、ステップＳＴ２において、エンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａから噴射モードの判定を行う。ここでエンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａが領域Ａの場合には、ステップＳＴ３に進み第１片側噴射モードを選択し、ステップＳＴ４においてインジェクタ１５Ａのみを作動して燃料を点火プラグ３５に向かって噴射する。ステップＳＴ２において、領域Ａでない場合には、ステップＳＴ５に進んでエンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａが領域Ｂの判定を行う。領域Ｂの場合には、ステップＳＴ６に進み第２片側噴射モードを選択し、ステップＳＴ７においてインジェクタ１５Ａ，１５Ｂを作動して燃料を噴射して吸気ポート１４Ｐ１内で燃料噴霧を衝突させる。
【００２９】
ステップＳＴ５において、領域Ｂでない場合には領域Ｃと判定し、ステップＳＴ８に進み両側噴射モードを選択し、ステップＳＴ９おいてインジェクタ１５Ａ〜１５Ｂを作動して燃料を噴射して吸気ポート１４Ｐ１内と吸気ポート１４Ｐ２内でそれぞれ燃料噴霧を衝突させる。
【００３０】
このように、エンジン１の運転領域が低回転高負荷である領域Ａの場合、図５に示すように、点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向したインジェクタ１５Ａから燃料を噴射する第１片側噴射を行うことで、吸気ポート１４Ｐ１からは、空気と燃料の混合気が燃焼室２内に吸気され、吸気ポート１４Ｐ２からは空気だけが燃焼室２内に吸気される。このとき、吸気ポート１４Ｐ１から噴射された燃料は点火プラグ３５に、その噴霧中心が指向されて噴射されるので、燃焼室２内においては、燃料濃度が濃い噴霧領域が点火プラグ３５の近傍に形成される。このため、燃焼室２内においては、混合気の状態が不均一状態となるが、単なる片側噴射よりも、燃料濃度が濃い噴霧領域が点火プラグ３５の周囲に形成されるため、点火プラグ３５による初期着火性を高めることができ、片側噴射の効果である、初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上をより図ることができる。
【００３１】
エンジン１の運転領域が、領域Ａよりもエンジン回転数が高い領域Ｂの場合には、図６に示すように第１の吸気ポート１４Ｐ１側に設置されたインジェクタ１５Ａ，１５Ｂから燃料噴射が行われる第２の片側噴射が実行されるので、噴射された燃料が吸気ポート１４Ｐ１内で衝突する。このため、吸気ポート１４Ｐ１には、インジェクタ１５Ａ単独で噴射したときよりも多い燃料が流れるため、デポジット洗浄効果が期待される。
【００３２】
エンジン１の運転領域が、領域Ｂよりも高回転域となる領域Ｃの場合には、図７に示すように第１の吸気ポート１４Ｐ１側と第２の吸気ポート１４Ｐ２側に設置されたインジェクタ１５Ａ〜１５Ｄの全てから燃料噴射が行われる両側噴射が実行されるので、最小燃料量を小さくすることができ、単位時間当たりの噴射期間の短縮を図れるとともに、過給時の吹き抜け回避とＨＣ低減を図ることができる。また、燃料の噴射量が多くなることで吸気の冷却効果を期待することもできる。
【００３３】
本形態では、片側噴射モードの場合、第１の吸気ポート１４Ｐ１側に配置したインジェクタ１５Ａ，１５Ｂを用いて燃料噴射を行ったが、エンジン１の運転領域が領域Ａの場合には、第２の吸気ポート１４Ｐ２側に配置したインジェクタ１５Ｄを用いて第１の片側噴射を行い、領域Ｂの場合にはインジェクタ１５Ｃ，１５Ｄの双方から燃料を噴射して第２の片側噴射を実行しても良い。すなわち、第１の燃料噴射弁による片側噴射ではなく、第２の燃料噴射弁による片側噴射であっても良い。
【００３４】
図８は、本発明の別な形態を示す。この形態では、各吸気ポート１４Ｐ１，１４Ｐ２に対して、それぞれ１つのインジェクタ１５Ａ，１５Ｄを配置し、吸気ポート１４Ｐ１にはインジェクタ１５Ａから燃料噴射を行い、吸気ポート１４Ｐ２にはインジェクタ１５Ｄから燃料噴射を行う構成としている。インジェクタ１５Ａとインジェクタ１５Ｄは、その噴霧中心線Ｚ１が、点火プラグ３５に指向する噴射方向と、吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線Ｚ２に向かって変位可能に吸気ポート１４Ｐに台座支持部５０，５１でそれぞれ装着されている。台座支持部５０，５１の中央には、駆動ギア５３，５４がそれぞれ形成されていて、駆動ギア５３，５４が回転することで、台座支持部５０，５１と一体にインジェクタ１５Ａ、１５Ｄが回転方向に移動するように構成されている。
【００３５】
吸気ポート１４Ｐには、インジェクタ１５Ａ及びインジェクタ１５Ｄをそれぞれ点火プラグ３５に指向する方向とポート中心線Ｚ２に向かう方向に変位する変位手段となるアクチュエータが、図示しないブラケットを介して装着されている。本形態において、アクチュエータは、駆動ギア５３，５４に噛合う出力ギア５７，５８を正逆両方向に回転駆動する駆動モータ５５，５６で構成している。アクチュエータとしては、駆動モータ５５，５６に限定されるものではなく、ソレノイドなどのアクチュエータを用いてインジェクタ１５Ａ及びインジェクタ１５Ｄの向きを変更するようにしても良い。
【００３６】
本形態において、制御手段となるＥＣＵ２７Ａは、図９に示すように、周知のコンピュータで構成されている。このＥＣＵ２７Ａは、アクセル開度センサ３１よりアクセルペダルの踏込量θａの信号が、エンジン回転数センサ３８よりエンジン回転数Ｎｅの信号がそれぞれ入力され、更に、図には示されていない種々のセンサやアクチュエータ等よりその他の信号が入力されるとともに、アクチュエータ５５，５６が接続されている。これら各種の入力信号に基づいてＥＣＵ２７は制御演算を行い、点火プラグ３５の作動と過給機９のウエストゲートバルブ２９の開閉制御を行うとともにインジェクタ１５Ａ，１５Ｄの作動制御を行う。本発明の特徴は、インジェクタ１５Ａ，１５Ｄの制御にあり、点火プラグ３５の作動とウエストゲートバルブ２９の制御内容は周知の内容であるので、ここでは説明を省略する。
【００３７】
インジェクタ１５Ａ，１５Ｄの制御は、主に燃料の噴射量制御と、複数のインジェクタ１５のうち、どのインジェクタから燃料噴射を行うかという噴射モード切替制御を含んでいる。噴射量制御は、エンジン回転数Ｎｅと負荷情報となるアクセル開度θａとから適正な噴射量が決められた図示しない噴射量マップに基づいて行われるもので、１気筒辺りの噴射総量が定められている。
【００３８】
噴射モード制御は、２つのインジェクタ１５Ａ，１５Ｄの内、第１の吸気ポート１４Ｐ１側に配置された第１の燃料噴射弁となるインジェクタ１５Ａから燃料噴射を行う片側噴射モードと、インジェクタ１５Ａと第２の吸気ポート１４Ｐ２側に配置された第２の燃料噴射弁となるインジェクタ１５Ｄとから燃料噴射を行う両側噴射モードを備えている。片側噴射モードでは、点火プラグ３５にインジェクタ１５Ａの噴霧中心線Ｚ１を指向させて燃料噴射を行う第１片側噴射モードと、点火プラグ３５に指向するインジェクタ１５Ａの噴射方向を、吸気ポート１４Ｐ１内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線Ｚ２に向かって変位させて燃料噴射を行う第２片側噴射モードを備えている。
【００３９】
ＥＣＵ２７Ａには、これら噴射モードを切替えるための図３に示す噴射モードマップＭ１が記憶されている。噴射モードマップＭ１は、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θａ（負荷情報）から予め設定されたもので、領域Ａ〜Ｃに区分されている。ＥＣＵ２７Ａは、第１片側噴射モードでは領域Ａを、第２片側噴射モードでは領域Ｂを、両側噴射モードでは領域Ｃをそれぞれ選択する。
【００４０】
ＥＣＵ２７Ａは、領域Ａではインジェクタ１５Ａの噴霧中心線Ｚ１が点火プラグ３５に指向するようにアクチュエータ５５を駆動し、領域Ｂではインジェクタ１５Ａの噴霧中心線Ｚ１がポート中心線Ｚ２側に指向するようにアクチュエータ５５を駆動し、領域Ｃではインジェクタ１５Ａ、１５Ｄの各噴霧中心線Ｚ１がポート中心線Ｚ２側に指向するようにアクチュエータ５５、５６を駆動するとともに、指向した位置において各領域において必要な燃料噴射量となるように、燃料噴射ドライバ１５１を介して各インジェクタの作動を制御する。
【００４１】
このような構成の噴射モード切替制御の内容を図１０に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本形態では、既にエンジン１は始動しているものとする。
【００４２】
図１０に示す噴射モード切替制御において、ＥＣＵ２７Ａは、ステップＳＴ１１において、エンジン回転数Ｎｅと踏込量θａを読込み、ステップＳＴ１２において、エンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａから噴射モードの判定を行う。ここでエンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａが領域Ａの場合には、ステップＳＴ１３に進み第１片側噴射モードを選択してステップＳＴ１４に進む。ステップＳＴ１４では、駆動モータ５５を駆動してインジェクタ１５Ａの向きを噴霧中心線Ｚが点火プラグ３５側に移動し、ステップＳＴ１５においてインジェクタ１５Ａを作動して燃料を点火プラグ３５に向かって噴射する。
【００４３】
ステップＳＴ１２において、領域Ａでない場合には、ステップＳＴ１６に進んでエンジン回転数Ｎｅと負荷情報θａが領域Ｂの判定を行う。領域Ｂの場合には、ステップＳＴ１７に進み第２片側噴射モードを選択してステップＳＴ１８に進む。ステップＳＴ１８では、駆動モータ５５を駆動してインジェクタ１５Ａの向きを噴霧中心線Ｚがポート中心線Ｚ２側に移動し、ステップＳＴ１９においてインジェクタ１５Ａを作動して燃料を、ポート中心線Ｚ２よりで噴射する。
【００４４】
ステップＳＴ１６において、領域Ｂでない場合には領域Ｃと判定し、ステップＳＴ２０に進み両側噴射モードを選択してステップＳＴ２１に進む。ステップＳＴ２１では、駆動モータ５５、５６を駆動してインジェクタ１５Ａ，１５Ｂの向きを噴霧中心線Ｚがポート中心線Ｚ２側に移動し、ステップＳＴ２２においてインジェクタ１５Ａ、１５Ｂを作動して燃料を、各吸気ポート１４Ｐ１、１４Ｐ２のポート中心線Ｚ２よりで噴射する。
【００４５】
このように、エンジン１の運転領域が低回転高負荷である領域Ａの場合、図１１に示すように、点火プラグ３５に噴霧中心線Ｚ１が指向したインジェクタ１５Ａから燃料を噴射する第１片側噴射を行うことで、吸気ポート１４Ｐ１からは、空気と燃料の混合気が燃焼室２内に吸気され、吸気ポート１４Ｐ２からは空気だけが燃焼室２内に吸気される。このとき、吸気ポート１４Ｐ１から噴射された燃料は点火プラグ３５に、その噴霧中心が指向されて噴射されるので、燃焼室２内においては、燃料濃度が濃い噴霧領域が点火プラグ３５の近傍に形成される。このため、燃焼室２内においては、混合気の状態が不均一状態となるが、単なる片側噴射よりも、燃料濃度が濃い噴霧領域が点火プラグ３５の周囲に形成されるため、点火プラグ３５による初期着火性を高めることができ、片側噴射の効果である、初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上をより図ることができる。
【００４６】
エンジン１の運転領域が、領域Ａよりもエンジン回転数が高い領域Ｂの場合には、図１２に示すようにインジェクタ１５Ａからポート中心線Ｚ２よりで燃料噴射が行われるので、吸気ポート１４Ｐ１内では、第１の片側噴射モードの場合よりも空気と燃料の混合が促進された状態で燃焼室２に吸気される。このため、領域Ｂにおける燃焼効率が向上して低回転時のため、初期燃焼を促進して低速トルクと燃費の向上をより図ることができる。
【００４７】
エンジン１の運転領域が、領域Ｂよりも高回転域となる領域Ｃの場合には、図１３に示すように第１の吸気ポート１４Ｐ１側と第２の吸気ポート１４Ｐ２側に設置されたインジェクタ１５Ａとインジェクタ１５Ｄからポート中心線Ｚ２よりで燃料噴射が行われる。このため、片側噴射モードの場合よりも空気と燃料の混合が促進された混合気が大量に燃焼室２に吸気されるので、単位時間当たりの噴射期間の短縮を図れるとともに、過給時の吹き抜け回避とＨＣ低減を図ることができる。また、燃料の噴射量が多くなることで吸気の冷却効果を期待することもできる。
【００４８】
本形態では、片側噴射モードの場合、第１の吸気ポート１４Ｐ１側に配置したインジェクタ１５Ａを用いて燃料噴射を行ったが、エンジン１の運転領域が領域Ａの場合には、第２の吸気ポート１４Ｐ２側に配置したインジェクタ１５Ｄを用いて第１の片側噴射を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１ 内燃機関
４ 吸気通路
１３ 吸気絞り弁
１４Ｐ１，１４Ｐ２ 吸気ポート
１５Ａ，１５Ｂ 第１の燃料噴射弁
１５Ｃ，１５Ｄ 第２の燃料噴射弁
２７，２７Ａ 制御手段
３５ 点火プラグ
５５，５６ 変更手段
１００ 制御装置
Ｚ１ 噴霧中心線
Ｚ２ 吸気ポートの中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの気筒に２つの吸気ポートを備え、これら２つの吸気ポートの上流側の吸気通路に吸入空気量を調整する吸気絞り弁を配置し、第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備えた内燃機関の制御装置において、
前記第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は、前記気筒の上部に配置された点火プラグに噴霧中心線が指向するように配置され、
前記内燃機関が低回転高負荷の場合、前記点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射するように、燃料噴射弁を制御する制御手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
噴霧中心線が点火プラグに指向する燃料噴射弁の噴射方向を変更する変更手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転領域が低回転高負荷で無い場合、前記変更手段を作動して噴霧中心線が点火プラグに指向する燃料噴射弁の噴射方向が、前記吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線に向かって変位させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
少なくとも前記第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は複数あり、
複数ある側の燃料噴射弁の少なくとも１つの燃料噴射弁は、その噴霧中心線が前記吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線に指向するように配置され、前記ポート中心線に指向した燃料噴射弁とは異なる燃料噴射弁は、前記点火プラグに噴霧中心線が指向するよう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５】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
少なくとも前記第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は複数あり、
複数ある側の燃料噴射弁の少なくとも１つの燃料噴射弁を、前記点火プラグにその噴霧中心線が指向するように配置したことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の内燃機関の制御装置において、
前記複数ある側の燃料噴射弁は、互いの燃料噴霧が前記吸気ポート内で衝突するよう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１】
１つの気筒に２つの吸気ポートを備え、これら２つの吸気ポートの上流側の吸気通路に吸入空気量を調整する吸気絞り弁を配置し、第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備えた内燃機関の制御装置において、
前記第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は、前記気筒の上部に配置された点火プラグに噴霧中心線が指向するように配置され、
前記内燃機関が低回転高負荷の場合、前記点火プラグに噴霧中心線が指向した燃料噴射弁から燃料を噴射するように、燃料噴射弁を制御する制御手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
噴霧中心線が点火プラグに指向する燃料噴射弁の噴射方向を変更する変更手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転領域が低回転高負荷で無い場合、前記変更手段を作動して噴霧中心線が点火プラグに指向する燃料噴射弁の噴射方向が、前記吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線に向かって変位させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
少なくとも前記第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は複数あり、
複数ある側の燃料噴射弁の少なくとも１つの燃料噴射弁は、その噴霧中心線が前記吸気ポート内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となるポート中心線に指向するように配置され、前記ポート中心線に指向した燃料噴射弁とは異なる燃料噴射弁は、前記点火プラグに噴霧中心線が指向するよう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５】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
少なくとも前記第１の燃料噴射弁または第２の燃料噴射弁の何れか一方は複数あり、
複数ある側の燃料噴射弁の少なくとも１つの燃料噴射弁を、前記点火プラグにその噴霧中心線が指向するように配置したことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の内燃機関の制御装置において、
前記複数ある側の燃料噴射弁は、互いの燃料噴霧が前記吸気ポート内で衝突するよう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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−９７６６７（Ｐ２０１２−９７６６７Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４６５３１（Ｐ２０１０−２４６５３１）
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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