筒内直接燃料噴射式内燃機関及び内燃機関の制御装置
【課題】 筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる筒内噴射火花点火式内燃機関及び内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 筒内にタンブル流Ｔが生成される筒内直接燃料噴射式内燃機関５０Ａであって、吸気弁５５開弁時に吸気ポート５２ａに向けて、噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射する第１の燃料噴射弁５８と、ピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、タンブル流Ｔに沿って筒内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁５９とを備える。第１の燃料噴射弁５８は、具体的には吸気ポート５２ａから筒内にタンブル流Ｔの旋回方向とは逆方向の流れを形成するように流入する逆タンブル成分を打ち消すように総燃料噴射量の一部を噴射する。
【解決手段】 筒内にタンブル流Ｔが生成される筒内直接燃料噴射式内燃機関５０Ａであって、吸気弁５５開弁時に吸気ポート５２ａに向けて、噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射する第１の燃料噴射弁５８と、ピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、タンブル流Ｔに沿って筒内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁５９とを備える。第１の燃料噴射弁５８は、具体的には吸気ポート５２ａから筒内にタンブル流Ｔの旋回方向とは逆方向の流れを形成するように流入する逆タンブル成分を打ち消すように総燃料噴射量の一部を噴射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は筒内直接燃料噴射式内燃機関及び内燃機関の制御装置に関し、特に筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって強化する筒内直接燃料噴射式内燃機関及び内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンブル流やスワール流といった旋回気流が筒内に生成される筒内直接燃料噴射式内燃機関が知られている。係る内燃機関が備える燃料噴射弁に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１または２で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−８１６５６号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、筒内に生成される旋回気流を強めることができれば、一般に混合気のミキシング性や火炎の伝播性の向上や希薄燃焼限界の拡大などを図ることができる。この点、筒内に生成される旋回気流を強めるにあたって、燃料の噴射に着目した場合、ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに旋回気流に沿って燃料を噴射する方法がある。この燃料噴射方法によれば、ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置しているとき以外のタイミングでは、燃料の噴射によって却って旋回気流を減衰させてしまう虞があるところ、ピストンがほぼ静止している状態で燃料を噴射することで、旋回気流を強める噴流効果を適切に得ることができる（図８参照）。
【０００５】
しかしながら、この燃料噴射方法によってピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置しているときに燃料の噴射を行った場合でも、例えば燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、噴射時間が長くなる結果、燃料の噴射が旋回気流を減衰させる虞があるタイミングにまで及んでしまう虞がある。この点、このようなときには残りの燃料をピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するとき以外のタイミングで噴射する必要が生じるところ、このようなときに旋回気流を強めるように残りの燃料を噴射するための技術は特に見当たらない。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる筒内噴射火花点火式内燃機関及び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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は筒内に旋回気流が生成される筒内直接燃料噴射式内燃機関であって、吸気弁開弁時に吸気ポートに向けて、噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射する第１の燃料噴射弁を備えることを特徴とする。また本発明は具体的には前記第１の燃料噴射弁が、前記吸気ポートから筒内に前記旋回気流の旋回方向とは逆方向の流れを形成するように流入する吸気流を打ち消すように前記総燃料噴射量の一部を噴射することが好ましい。
【０００８】
本発明によれば、旋回気流を減衰させる流れを形成するように筒内に流入する吸気流を燃料の噴射によって打ち消すことができ、以って筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって強化できる。また本発明は例えば前述の噴流効果を適切に得ることができる燃料噴射方法と組み合わせて実現できる点で、筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる。この点、本発明は必ずしも前述の燃料噴射方法と組み合わせて実現することに限定されないが、前述の燃料噴射方法と組み合わせて実現するにあたっては、ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、前記旋回気流に沿って筒内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁をさらに備えることが好ましい。
【０００９】
また本発明は請求項３記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、前記筒内直接燃料噴射式内燃機関の運転状態に応じて、前記総燃料噴射量が増減されるとともに、該総燃料噴射量が所定の割合で前記第１及び第２の燃料噴射弁夫々から噴射される場合に、前記第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量が所定量以上になったときに、該所定量を前記第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量とするとともに、前記総燃料噴射量から前記所定量を差し引いた残りの噴射量を前記第１の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量とする特定燃料噴射量制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
ここで、第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量が多くなり、この結果、ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍から離れた後でも燃料を噴射し続けなければならなくなると、却って旋回気流を減衰させてしまうことになる。これに対して本発明によれば、噴流効果を適切に得られる範囲内で第２の燃料噴射弁から燃料を噴射できるとともに、第１の燃料噴射弁から残りの燃料を噴射することによって、旋回気流を減衰させるように筒内に流入する吸気流を打ち消すことができ、以って筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる。
【００１１】
なお、上記所定の割合は一定値でなくてもよく、例えば内燃機関の運転状態に応じて異なる割合に設定されてよい。この点、筒内噴射火花点火式内燃機関が可変動弁機構を備えている場合には、例えば吸気弁のバルブリフト量に応じて、リフト量が小さいほど総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合が大きくなるようにすることが好ましい。これにより、バルブリフト量に応じて旋回気流を減衰させるように筒内に流入する吸気流を好適に打ち消すことができることから、この点で旋回気流を燃料の噴射によってさらに好適に強化できる。
【００１２】
また本発明は請求項３記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、前記筒内直接燃料噴射式内燃機関の回転数に応じて、前記第１及び第２の燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射期間を変更する燃料噴射期間変更手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
ここで燃料の噴射期間はクランク角に基づいて設定されるところ、同じ噴射期間であっても、筒内噴射火花点火式内燃機関の回転数が高い場合には回転数が低い場合よりも噴射時間は短くなってしまう。このため係る場合には、第１及び第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量を確実に噴射できなくなってしまう事態が生じ得る。これに対して本発明によれば、回転数が高くなった場合でも噴射時間を確保でき、以って噴射すべき燃料噴射量を確実に噴射できるようになる点で、筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる。なお、燃料の噴射期間変更手段は具体的には回転数が高くなるほど、噴射期間を長く変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる筒内噴射火花点火式内燃機関及び内燃機関の制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本実施例に係る筒内直接燃料噴射式内燃機関（以下、単に内燃機関と称す）５０Ａの要部をＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａとともに模式的に示す図である。内燃機関５０Ａはシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３などを有して構成されている。シリンダブロック５１には略円筒状のシリンダ５１ａが形成されており、シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。
【００１７】
シリンダブロック５１にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５４はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３によって囲われた空間として形成されている。シリンダヘッド５２には吸気を燃焼室５４（以下、筒内とも称す）に導入するための吸気ポート５２ａと、燃焼したガスを燃焼室５４から排気するための排気ポート５２ｂとが夫々形成されており、さらに吸気ポート５２ａを開閉するための吸気弁５５と、排気ポート５２ｂを開閉するための排気弁５６とが夫々配設されている。吸気弁５５が開弁し、吸気ポート５２ａから筒内に吸気が流入すると、筒内にタンブル流Ｔ（請求項記載の旋回気流に相当）が生成される。内燃機関５０Ａには回転数ＮＥを検出するためのクランク角センサ７１や水温センサ７２などが配設されている。
【００１８】
図２は図１で図示省略した第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９の配置夫々を側面模式図及び上面模式図を用いて示す図である。第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９はともに燃焼室５４周りで吸気ポート５２ａ側に配設されている。２つの第１の燃料噴射弁５８夫々は筒内に噴射孔を突出させた状態で吸気ポート５２ａ各々の下方にこれらに対応させて配設されている。第２の燃料噴射弁５９は筒内に噴射孔を突出させた状態で、上方から見て吸気ポート５２ａ間略中央に配設されている。またこれら第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９はともに燃焼室５４上部に対応させて配設されている。
【００１９】
ＥＣＵ１Ａは図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有して構成されるマイクロコンピュータと、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１Ａは主として内燃機関５０Ａを制御するための構成であり、本実施例では第１の燃料噴射弁５８や、第２の燃料噴射弁５９などが制御対象として電気的に接続されている。またＥＣＵ１Ａにはクランク角センサ７１や、水温センサ７２や、図示しないエアフロメータなどが電気的に接続されている。なお、ＥＣＵ１にはこのほか各種の制御対象やセンサ、スイッチ類が電気的に接続されていてよい。
【００２０】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関制御用プログラムのほか、以下に示す特定噴射タイミング制御用プログラムや特定燃料噴射量制御用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは一体として構成されていてもよい。特定噴射タイミング制御用プログラムは、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射タイミングＡを制御するための第１の燃料噴射タイミング制御用プログラムと、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射タイミングＢを制御するための第２の燃料噴射タイミング制御用プログラムとを有して構成されている。第１の燃料噴射タイミング制御用プログラムは、吸気弁５５開弁時に第１の燃料噴射弁５８から燃料噴射を行うように作成されている。また第２の燃料噴射タイミング制御用プログラムは、ピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、第２の燃料噴射弁５９から燃料噴射を行うように作成されている。
【００２１】
特定燃料噴射量制御用プログラムは、噴射すべき総燃料噴射量を所定の割合で第１の燃料噴射弁５８及び第２の燃料噴射弁５９夫々から噴射するように作成されている。なお、この所定の割合は一定値でなくてもよく、例えば内燃機関５０Ａの運転状態に応じて異なる割合に設定されていてもよい。本実施例ではこれら特定噴射タイミング制御用プログラム及び特定燃料噴射量制御用プログラムに基づきＥＣＵ１Ａが制御を行うことで、第１の燃料噴射弁５８が吸気弁５５開弁時に吸気ポート５２ａに向けて、噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射するように構成される。またこれら特定噴射タイミング制御用プログラム及び特定燃料噴射量制御用プログラムに基づきＥＣＵ１Ａが制御を行うことで、第２の燃料噴射弁５９が、ピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、タンブル流Ｔに沿って総燃料噴射量から第１の燃料噴射弁５８が噴射する燃料噴射量を差し引いた分の燃料を筒内に噴射するように構成される。
【００２２】
なお、本実施例ではマイコンとＲＯＭが格納するプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが実現され、特にマイコンと特定噴射タイミング制御用プログラムとで特定噴射タイミング制御手段が、マイコンと第１の燃料噴射タイミング制御用プログラムとで第１の燃料噴射タイミング制御手段が、マイコンと第２の燃料噴射タイミング制御用プログラムとで第２の燃料噴射タイミング制御手段が、マイコンと特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が夫々実現される。また本実施例ではＥＣＵ１Ａで内燃機関の制御装置が実現される。
【００２３】
図３は第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射タイミングＡ及び第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射タイミングＢをグラフで模式的に示す図である。図３に示すグラフにおいて、縦軸はバルブリフト量、横軸はクランク角度となっており、このグラフではクランク角度を吸気行程から圧縮行程にかけて示している。図３に示すように、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射タイミングＡはさらに具体的にはバルブリフト量が最大となるクランク角度を中心として、前後に均等に燃料が噴射されるように設定される。また図３からこの設定が吸気弁５５開弁時に第１の燃料噴射弁５８から燃料が噴射されるように設定されていることがわかる。
【００２４】
一方、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射タイミングＢはさらに具体的には吸気行程及び圧縮行程間の下死点に対応するクランク角度（ＢＴＤＣ１８０°ＣＡ）の手前から、すなわち吸気行程末期から燃料が噴射されるように設定され、図３に示す例ではさらに圧縮行程にかけて燃料が噴射されるように設定されている。また図３からこの設定が、ピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、第２の燃料噴射弁５９から燃料が噴射されるように設定されていることがわかる。
【００２５】
図２に戻り、第１の燃料噴射弁５８夫々は、吸気弁５５開弁時に吸気ポート５２ａ各々に向けて噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射する。具体的には第１の燃料噴射弁５８夫々は、吸気ポート５２ａ各々から筒内にタンブル流Ｔの旋回方向とは逆方向の吸気の流れを形成するように流入する逆タンブル成分を打ち消すように燃料を噴射する。また第２の燃料噴射弁５９はピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、タンブル流Ｔに沿って筒内に燃料を噴射する。
【００２６】
これにより、第１の燃料噴射弁５８及び第２の燃料噴射弁５９夫々からの燃料の噴射によって、筒内に生成されるタンブル流Ｔを強化できる。また第１の燃料噴射弁５８からの燃料の噴射によってタンブル流Ｔを強化することは、係る第２の燃料噴射弁５９からの燃料の噴射によってタンブル流Ｔを強化することと組み合わせて実現できる点で、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できる内燃機関５０Ａ及びＥＣＵ１Ａを実現できる。
【実施例２】
【００２７】
本実施例に係る内燃機関５０Ｂは可変動弁機構（図示省略）を備えている点以外、実施例１に係る内燃機関５０Ａと実質的に同一のものとなっている。またＥＣＵ１Ｂは、さらに後述するように作成された特定燃料噴射量制御用プログラムをＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。なお、可変動弁機構は吸気弁５５のバルブリフト量を可変にするものであれば、特に限定されない。図４は筒内に流入する吸気の流入態様を吸気弁５５のバルブリフト量が大きい場合（高リフト時の場合）と小さい場合（低リフト時の場合）について夫々模式的に示す図である。
【００２８】
図４（ａ）に示すように高リフト時の場合には、吸気ポート５２ａが大きく開放される結果、吸気は慣性に従ってそのまま筒内に流入し易くなる。このため高リフト時の場合には、筒内に流入する吸気の流れのうち、タンブル流Ｔに生成される正タンブル成分のほうが逆タンブル成分よりも強くなる。一方、図４（ｂ）に示すように低リフト時には、吸気ポート５２ａが吸気弁５５によって絞られる結果、筒内に流入する吸気の流れは吸気弁５５周りにほぼ均等になる。このため、低リフト時のほうが高リフト時よりも第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射で逆タンブル成分を打ち消す必要性が高くなる。
【００２９】
このため本実施例では、総燃料噴射量に占める第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量の割合が吸気弁５５のバルブリフト量に応じて予め設定されている。図５は総燃料噴射量に占める第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量の割合を模式的に示す図である。図５に示すように、総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合は、具体的には吸気弁５５のバルブリフト量が小さくなるほど大きくなるように設定されている。
【００３０】
本実施例では係る設定がＲＯＭにマップデータとして予め格納されており、特定燃料噴射量制御用プログラムはこのマップデータに基づき、総燃料噴射量から第１の燃料噴射弁５８及び第２の燃料噴射弁５９の燃料噴射量を決定するように作成されている。この特定燃料噴射量制御用プログラムに基づき、ＥＣＵ１Ｂが制御を行うことで、吸気弁５５のバルブリフト量が小さくなるほど、総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合が大きくなる第１の燃料噴射弁５８が構成される。これにより、バルブリフト量に応じて逆タンブル成分を好適に打ち消すことができることから、内燃機関５０Ｂによれば、この点でタンブル流Ｔを燃料の噴射によってさらに好適に強化できる。
【００３１】
なお、本実施例ではマイコンとＲＯＭが格納するプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが実現され、特にマイコンと特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が夫々実現される。また本実施例ではＥＣＵ１Ｂで内燃機関の制御装置が実現される。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できる内燃機関５０Ｂ及びＥＣＵ１Ｂを実現できる。
【実施例３】
【００３２】
本実施例ではＥＣＵ１Ｃで実現されている内燃機関の制御装置について詳述する。このＥＣＵ１Ｃは内燃機関５０Ｂを制御するための構成となっており、実施例２で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成された特定燃料噴射量制御用プログラムをＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ｂと実質的に同一のものとなっている。なお、特定燃料噴射量制御用プログラムは、実施例１で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成することも可能であり、またこのときＥＣＵ１Ｃは内燃機関５０Ａを制御してもよい。
【００３３】
総燃料噴射量は内燃機関制御用プログラムに基づき、内燃機関５０Ｂの運転状態（具体的にはここでは負荷）に応じて増減される。また総燃料噴射量は特定燃料噴射量制御用プログラムに基づき、所定の割合で第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９夫々から噴射される。これに対して本実施例では、特定燃料噴射量制御用プログラムが、さらに第２の燃料噴射弁５９から噴射すべき燃料噴射量が所定量α以上になったときに、第２の燃料噴射弁５９から噴射すべき燃料噴射量を所定量αとするとともに、第１の燃料噴射弁５８から噴射すべき燃料噴射量を総燃料噴射量から所定量αを差し引いた残りの噴射量とするように作成されている。本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段が実現されており、特にマイコンと上述の特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が実現されている。
【００３４】
図６は負荷に応じて第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量が変化する様子を模式的に示す図である。図６に示すように負荷が大きくなるに従って総燃料噴射量は増大する。このとき特定燃料噴射量制御用プログラムに基づきＥＣＵ１Ｃが制御を行うことで、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量は負荷が大きくなるに従って増大する。一方、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射量は所定量αになるまでは負荷が大きくなるに従って増大し、所定量αになった後は負荷が増大しても所定量αのままとなる。
【００３５】
この所定量αはピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置しているときに、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射で噴流効果を適切に得ることができる最大の燃料噴射量として予め設定される。これにより、噴流効果が適切に得られる範囲内で第２の燃料噴射弁５９から燃料を噴射できるとともに、第１の燃料噴射弁５８から残りの燃料を噴射することによって逆タンブル成分を打ち消すことができ、以ってタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できるＥＣＵ１Ｃを実現できる。
【実施例４】
【００３６】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｄは以下に示す特定噴射期間制御用プログラムをさらにＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ｃと実質的に同一のものとなっている。なお、ＥＣＵ１ＡまたＥＣＵ１ＢのＲＯＭに対してさらに以下に示す特定噴射期間制御用プログラムを格納することも可能である。特定噴射期間制御用プログラムは、内燃機関５０Ｂの回転数ＮＥに応じて、第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９から噴射する燃料の噴射期間を変更するためのプログラムであり、具体的には回転数ＮＥが高くなるほど、噴射期間を長く変更するように作成されている。本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段が実現され、特にマイコンと特定噴射期間制御用プログラムとで特定噴射期間制御手段が実現されている。
【００３７】
図７は回転数ＮＥに応じて第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９の燃料噴射期間が変更される前後の様子を夫々模式的に示す図である。図７に示す例では回転数が上昇する前には、第１の燃料噴射弁５８の燃料噴射期間は図７（ａ）に示すように吸気弁５５の最大バルブリフト量に対応するクランク角度を中心として、前後に均等に燃料を噴射するように設定されている。一方、第２の燃料噴射弁５９の燃料噴射期間は吸気行程及び圧縮行程間の下死点に対応するクランク角度（ＢＴＤＣ１８０°ＣＡ）の手前からＢＴＤＣ１８０°ＣＡにかけて燃料を噴射するように設定されている。
【００３８】
これに対して回転数ＮＥが上昇した場合には、特定燃料噴射期間制御用プログラムに基づきＥＣＵ１Ｄが制御を行うことで、図７（ｂ）に示すように燃料噴射期間が変更される。具体的には第１の燃料噴射弁５８の燃料噴射期間は吸気弁５５の最大バルブリフト量に対応するクランク角度を中心として、前後に均等に拡大される。また第２の燃料噴射弁５９の燃料噴射期間は吸気行程及び圧縮行程間の下死点に対応するクランク角度（ＢＴＤＣ１８０°ＣＡ）の前後に均等に拡大される。これにより、回転数ＮＥが上昇した場合でも噴射時間を確保でき、以って噴射すべき燃料噴射量を確実に噴射できるようになる点で、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射で好適に強化できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できるＥＣＵ１Ｄを実現できる。
【実施例５】
【００３９】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｅは、実施例３で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成された特定燃料噴射量制御用プログラムをＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ｄと実質的に同一のものとなっている。なお、特定燃料噴射量制御用プログラムは、実施例１または２で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成することも可能であり、またこのときＥＣＵ１Ｅは内燃機関５０Ａを制御してもよい。本実施例でも総燃料噴射量は内燃機関制御用プログラムに基づき、内燃機関５０Ｂの運転状態（具体的にはここでは負荷）に応じて増減される。また総燃料噴射量は特定燃料噴射量制御用プログラムに基づき、所定の割合で第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９夫々から噴射される。
【００４０】
これに対して本実施例では、特定燃料噴射量制御用プログラムがさらに第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量が吸気弁５５開弁時を超えて噴射されることになる所定量βになった場合に、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量を所定値βとするとともに、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射量を総燃料噴射量から所定量βを差し引いた噴射量とするように作成されている。本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段が実現され、特にマイコンと上述の特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が実現されている。これにより、吸気弁５５開弁時以外に第１の燃料噴射弁５８から燃料が噴射されることが確実に防止される点で、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射で好適に強化できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できるＥＣＵ１Ｄを実現できる。
【実施例６】
【００４１】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｆは、実施例５で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成された特定燃料噴射量制御用プログラムをＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ｅと実質的に同一のものとなっている。このＥＣＵ１Ｆは可変動弁機構を備えた内燃機関５０Ｂを制御するための構成となっている。なお、特定燃料噴射量制御用プログラムは、実施例１、２または３で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成することも可能であるが、このときＥＣＵ１Ｆは内燃機関５０Ｂを制御することになる。
【００４２】
ここで吸気弁５５にデポジットが堆積した場合には、吸気弁５５低リフト時に筒内に吸入される吸入空気量が、内燃機関５０Ｂの運転状態に応じて吸入されるべき空気量よりも減少する。これに対して本実施例では、特定燃料噴射量制御用プログラムが、さらに吸気弁５５低リフト時に筒内に吸入される吸入空気量が、内燃機関５０Ｂの運転状態に応じて吸入されるべき空気量よりも減少している場合に、総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合を増大させるように作成されている。なお、吸入空気量が減少しているか否かは、例えば内燃機関５０Ｂの運転状態に応じて吸入されるべき空気量に対応した燃料を噴射した後のＡ／Ｆやエミッションを検出するとともに、検出値が適正値となっているか否かを判定することで判定できる。本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段が実現され、特にマイコンと上述の特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が実現されている。
【００４３】
上述の特定燃料噴射量制御用プログラムに基づき、ＥＣＵ１Ｆが制御を行うことで、吸入空気量が減少していた場合には第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合が大きく変更される。これにより、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射で吸気弁５５に付着したデポジットを除去することができる。なお、デポジットが除去された結果、吸入空気量が適正な量になった場合には、さらに総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合を元に戻すように特定燃料噴射量制御用プログラムを作成することも可能である。これにより、吸気弁５５にデポジットが堆積した場合でも好適に吸気弁５５を燃料噴射によって洗浄できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できるとともに、さらに吸気弁５５にデポジットが堆積した場合でも吸気弁５５を燃料噴射によって好適に洗浄できるＥＣＵ１Ｆを実現できる。
【００４４】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】内燃機関５０Ａの要部を一気筒につき断面で模式的に示す図である。
【図２】第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９の配置夫々を側面模式図及び上面模式図を用いて示す図である。
【図３】第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射タイミングＡ及び第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射タイミングＢをグラフで模式的に示す図である。
【図４】筒内に流入する吸気の流入態様を吸気弁５５のバルブリフト量が大きい場合（高リフト時の場合）と小さい場合（低リフト時の場合）について夫々模式的に示す図である。
【図５】総燃料噴射量に占める第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量の割合を模式的に示す図である。
【図６】負荷に応じて第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量が変化する様子を模式的に示す図である。
【図７】回転数ＮＥに応じて第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９の燃料噴射期間が変更される前後の様子を夫々模式的に示す図である。
【図８】旋回気流を強める噴流効果を適切に得ることができる燃料噴射方法をピストン下降時に燃料を噴射場合と比較して模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ ＥＣＵ
５０ 内燃機関
５１ シリンダブロック
５２ シリンダヘッド
５２ａ 吸気ポート
５３ ピストン
５５ 吸気弁
５８ 第１の燃料噴射弁
５９ 第２の燃料噴射弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は筒内直接燃料噴射式内燃機関及び内燃機関の制御装置に関し、特に筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって強化する筒内直接燃料噴射式内燃機関及び内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンブル流やスワール流といった旋回気流が筒内に生成される筒内直接燃料噴射式内燃機関が知られている。係る内燃機関が備える燃料噴射弁に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１または２で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−８１６５６号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、筒内に生成される旋回気流を強めることができれば、一般に混合気のミキシング性や火炎の伝播性の向上や希薄燃焼限界の拡大などを図ることができる。この点、筒内に生成される旋回気流を強めるにあたって、燃料の噴射に着目した場合、ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに旋回気流に沿って燃料を噴射する方法がある。この燃料噴射方法によれば、ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置しているとき以外のタイミングでは、燃料の噴射によって却って旋回気流を減衰させてしまう虞があるところ、ピストンがほぼ静止している状態で燃料を噴射することで、旋回気流を強める噴流効果を適切に得ることができる（図８参照）。
【０００５】
しかしながら、この燃料噴射方法によってピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置しているときに燃料の噴射を行った場合でも、例えば燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、噴射時間が長くなる結果、燃料の噴射が旋回気流を減衰させる虞があるタイミングにまで及んでしまう虞がある。この点、このようなときには残りの燃料をピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するとき以外のタイミングで噴射する必要が生じるところ、このようなときに旋回気流を強めるように残りの燃料を噴射するための技術は特に見当たらない。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる筒内噴射火花点火式内燃機関及び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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は筒内に旋回気流が生成される筒内直接燃料噴射式内燃機関であって、吸気弁開弁時に吸気ポートに向けて、噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射する第１の燃料噴射弁を備えることを特徴とする。また本発明は具体的には前記第１の燃料噴射弁が、前記吸気ポートから筒内に前記旋回気流の旋回方向とは逆方向の流れを形成するように流入する吸気流を打ち消すように前記総燃料噴射量の一部を噴射することが好ましい。
【０００８】
本発明によれば、旋回気流を減衰させる流れを形成するように筒内に流入する吸気流を燃料の噴射によって打ち消すことができ、以って筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって強化できる。また本発明は例えば前述の噴流効果を適切に得ることができる燃料噴射方法と組み合わせて実現できる点で、筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる。この点、本発明は必ずしも前述の燃料噴射方法と組み合わせて実現することに限定されないが、前述の燃料噴射方法と組み合わせて実現するにあたっては、ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、前記旋回気流に沿って筒内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁をさらに備えることが好ましい。
【０００９】
また本発明は請求項３記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、前記筒内直接燃料噴射式内燃機関の運転状態に応じて、前記総燃料噴射量が増減されるとともに、該総燃料噴射量が所定の割合で前記第１及び第２の燃料噴射弁夫々から噴射される場合に、前記第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量が所定量以上になったときに、該所定量を前記第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量とするとともに、前記総燃料噴射量から前記所定量を差し引いた残りの噴射量を前記第１の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量とする特定燃料噴射量制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
ここで、第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量が多くなり、この結果、ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍から離れた後でも燃料を噴射し続けなければならなくなると、却って旋回気流を減衰させてしまうことになる。これに対して本発明によれば、噴流効果を適切に得られる範囲内で第２の燃料噴射弁から燃料を噴射できるとともに、第１の燃料噴射弁から残りの燃料を噴射することによって、旋回気流を減衰させるように筒内に流入する吸気流を打ち消すことができ、以って筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる。
【００１１】
なお、上記所定の割合は一定値でなくてもよく、例えば内燃機関の運転状態に応じて異なる割合に設定されてよい。この点、筒内噴射火花点火式内燃機関が可変動弁機構を備えている場合には、例えば吸気弁のバルブリフト量に応じて、リフト量が小さいほど総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合が大きくなるようにすることが好ましい。これにより、バルブリフト量に応じて旋回気流を減衰させるように筒内に流入する吸気流を好適に打ち消すことができることから、この点で旋回気流を燃料の噴射によってさらに好適に強化できる。
【００１２】
また本発明は請求項３記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、前記筒内直接燃料噴射式内燃機関の回転数に応じて、前記第１及び第２の燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射期間を変更する燃料噴射期間変更手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
ここで燃料の噴射期間はクランク角に基づいて設定されるところ、同じ噴射期間であっても、筒内噴射火花点火式内燃機関の回転数が高い場合には回転数が低い場合よりも噴射時間は短くなってしまう。このため係る場合には、第１及び第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量を確実に噴射できなくなってしまう事態が生じ得る。これに対して本発明によれば、回転数が高くなった場合でも噴射時間を確保でき、以って噴射すべき燃料噴射量を確実に噴射できるようになる点で、筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる。なお、燃料の噴射期間変更手段は具体的には回転数が高くなるほど、噴射期間を長く変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、筒内に生成される旋回気流を燃料の噴射によって好適に強化できる筒内噴射火花点火式内燃機関及び内燃機関の制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本実施例に係る筒内直接燃料噴射式内燃機関（以下、単に内燃機関と称す）５０Ａの要部をＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａとともに模式的に示す図である。内燃機関５０Ａはシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３などを有して構成されている。シリンダブロック５１には略円筒状のシリンダ５１ａが形成されており、シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。
【００１７】
シリンダブロック５１にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５４はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３によって囲われた空間として形成されている。シリンダヘッド５２には吸気を燃焼室５４（以下、筒内とも称す）に導入するための吸気ポート５２ａと、燃焼したガスを燃焼室５４から排気するための排気ポート５２ｂとが夫々形成されており、さらに吸気ポート５２ａを開閉するための吸気弁５５と、排気ポート５２ｂを開閉するための排気弁５６とが夫々配設されている。吸気弁５５が開弁し、吸気ポート５２ａから筒内に吸気が流入すると、筒内にタンブル流Ｔ（請求項記載の旋回気流に相当）が生成される。内燃機関５０Ａには回転数ＮＥを検出するためのクランク角センサ７１や水温センサ７２などが配設されている。
【００１８】
図２は図１で図示省略した第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９の配置夫々を側面模式図及び上面模式図を用いて示す図である。第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９はともに燃焼室５４周りで吸気ポート５２ａ側に配設されている。２つの第１の燃料噴射弁５８夫々は筒内に噴射孔を突出させた状態で吸気ポート５２ａ各々の下方にこれらに対応させて配設されている。第２の燃料噴射弁５９は筒内に噴射孔を突出させた状態で、上方から見て吸気ポート５２ａ間略中央に配設されている。またこれら第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９はともに燃焼室５４上部に対応させて配設されている。
【００１９】
ＥＣＵ１Ａは図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有して構成されるマイクロコンピュータと、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１Ａは主として内燃機関５０Ａを制御するための構成であり、本実施例では第１の燃料噴射弁５８や、第２の燃料噴射弁５９などが制御対象として電気的に接続されている。またＥＣＵ１Ａにはクランク角センサ７１や、水温センサ７２や、図示しないエアフロメータなどが電気的に接続されている。なお、ＥＣＵ１にはこのほか各種の制御対象やセンサ、スイッチ類が電気的に接続されていてよい。
【００２０】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関制御用プログラムのほか、以下に示す特定噴射タイミング制御用プログラムや特定燃料噴射量制御用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは一体として構成されていてもよい。特定噴射タイミング制御用プログラムは、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射タイミングＡを制御するための第１の燃料噴射タイミング制御用プログラムと、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射タイミングＢを制御するための第２の燃料噴射タイミング制御用プログラムとを有して構成されている。第１の燃料噴射タイミング制御用プログラムは、吸気弁５５開弁時に第１の燃料噴射弁５８から燃料噴射を行うように作成されている。また第２の燃料噴射タイミング制御用プログラムは、ピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、第２の燃料噴射弁５９から燃料噴射を行うように作成されている。
【００２１】
特定燃料噴射量制御用プログラムは、噴射すべき総燃料噴射量を所定の割合で第１の燃料噴射弁５８及び第２の燃料噴射弁５９夫々から噴射するように作成されている。なお、この所定の割合は一定値でなくてもよく、例えば内燃機関５０Ａの運転状態に応じて異なる割合に設定されていてもよい。本実施例ではこれら特定噴射タイミング制御用プログラム及び特定燃料噴射量制御用プログラムに基づきＥＣＵ１Ａが制御を行うことで、第１の燃料噴射弁５８が吸気弁５５開弁時に吸気ポート５２ａに向けて、噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射するように構成される。またこれら特定噴射タイミング制御用プログラム及び特定燃料噴射量制御用プログラムに基づきＥＣＵ１Ａが制御を行うことで、第２の燃料噴射弁５９が、ピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、タンブル流Ｔに沿って総燃料噴射量から第１の燃料噴射弁５８が噴射する燃料噴射量を差し引いた分の燃料を筒内に噴射するように構成される。
【００２２】
なお、本実施例ではマイコンとＲＯＭが格納するプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが実現され、特にマイコンと特定噴射タイミング制御用プログラムとで特定噴射タイミング制御手段が、マイコンと第１の燃料噴射タイミング制御用プログラムとで第１の燃料噴射タイミング制御手段が、マイコンと第２の燃料噴射タイミング制御用プログラムとで第２の燃料噴射タイミング制御手段が、マイコンと特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が夫々実現される。また本実施例ではＥＣＵ１Ａで内燃機関の制御装置が実現される。
【００２３】
図３は第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射タイミングＡ及び第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射タイミングＢをグラフで模式的に示す図である。図３に示すグラフにおいて、縦軸はバルブリフト量、横軸はクランク角度となっており、このグラフではクランク角度を吸気行程から圧縮行程にかけて示している。図３に示すように、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射タイミングＡはさらに具体的にはバルブリフト量が最大となるクランク角度を中心として、前後に均等に燃料が噴射されるように設定される。また図３からこの設定が吸気弁５５開弁時に第１の燃料噴射弁５８から燃料が噴射されるように設定されていることがわかる。
【００２４】
一方、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射タイミングＢはさらに具体的には吸気行程及び圧縮行程間の下死点に対応するクランク角度（ＢＴＤＣ１８０°ＣＡ）の手前から、すなわち吸気行程末期から燃料が噴射されるように設定され、図３に示す例ではさらに圧縮行程にかけて燃料が噴射されるように設定されている。また図３からこの設定が、ピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、第２の燃料噴射弁５９から燃料が噴射されるように設定されていることがわかる。
【００２５】
図２に戻り、第１の燃料噴射弁５８夫々は、吸気弁５５開弁時に吸気ポート５２ａ各々に向けて噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射する。具体的には第１の燃料噴射弁５８夫々は、吸気ポート５２ａ各々から筒内にタンブル流Ｔの旋回方向とは逆方向の吸気の流れを形成するように流入する逆タンブル成分を打ち消すように燃料を噴射する。また第２の燃料噴射弁５９はピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、タンブル流Ｔに沿って筒内に燃料を噴射する。
【００２６】
これにより、第１の燃料噴射弁５８及び第２の燃料噴射弁５９夫々からの燃料の噴射によって、筒内に生成されるタンブル流Ｔを強化できる。また第１の燃料噴射弁５８からの燃料の噴射によってタンブル流Ｔを強化することは、係る第２の燃料噴射弁５９からの燃料の噴射によってタンブル流Ｔを強化することと組み合わせて実現できる点で、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できる内燃機関５０Ａ及びＥＣＵ１Ａを実現できる。
【実施例２】
【００２７】
本実施例に係る内燃機関５０Ｂは可変動弁機構（図示省略）を備えている点以外、実施例１に係る内燃機関５０Ａと実質的に同一のものとなっている。またＥＣＵ１Ｂは、さらに後述するように作成された特定燃料噴射量制御用プログラムをＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。なお、可変動弁機構は吸気弁５５のバルブリフト量を可変にするものであれば、特に限定されない。図４は筒内に流入する吸気の流入態様を吸気弁５５のバルブリフト量が大きい場合（高リフト時の場合）と小さい場合（低リフト時の場合）について夫々模式的に示す図である。
【００２８】
図４（ａ）に示すように高リフト時の場合には、吸気ポート５２ａが大きく開放される結果、吸気は慣性に従ってそのまま筒内に流入し易くなる。このため高リフト時の場合には、筒内に流入する吸気の流れのうち、タンブル流Ｔに生成される正タンブル成分のほうが逆タンブル成分よりも強くなる。一方、図４（ｂ）に示すように低リフト時には、吸気ポート５２ａが吸気弁５５によって絞られる結果、筒内に流入する吸気の流れは吸気弁５５周りにほぼ均等になる。このため、低リフト時のほうが高リフト時よりも第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射で逆タンブル成分を打ち消す必要性が高くなる。
【００２９】
このため本実施例では、総燃料噴射量に占める第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量の割合が吸気弁５５のバルブリフト量に応じて予め設定されている。図５は総燃料噴射量に占める第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量の割合を模式的に示す図である。図５に示すように、総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合は、具体的には吸気弁５５のバルブリフト量が小さくなるほど大きくなるように設定されている。
【００３０】
本実施例では係る設定がＲＯＭにマップデータとして予め格納されており、特定燃料噴射量制御用プログラムはこのマップデータに基づき、総燃料噴射量から第１の燃料噴射弁５８及び第２の燃料噴射弁５９の燃料噴射量を決定するように作成されている。この特定燃料噴射量制御用プログラムに基づき、ＥＣＵ１Ｂが制御を行うことで、吸気弁５５のバルブリフト量が小さくなるほど、総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合が大きくなる第１の燃料噴射弁５８が構成される。これにより、バルブリフト量に応じて逆タンブル成分を好適に打ち消すことができることから、内燃機関５０Ｂによれば、この点でタンブル流Ｔを燃料の噴射によってさらに好適に強化できる。
【００３１】
なお、本実施例ではマイコンとＲＯＭが格納するプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが実現され、特にマイコンと特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が夫々実現される。また本実施例ではＥＣＵ１Ｂで内燃機関の制御装置が実現される。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できる内燃機関５０Ｂ及びＥＣＵ１Ｂを実現できる。
【実施例３】
【００３２】
本実施例ではＥＣＵ１Ｃで実現されている内燃機関の制御装置について詳述する。このＥＣＵ１Ｃは内燃機関５０Ｂを制御するための構成となっており、実施例２で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成された特定燃料噴射量制御用プログラムをＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ｂと実質的に同一のものとなっている。なお、特定燃料噴射量制御用プログラムは、実施例１で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成することも可能であり、またこのときＥＣＵ１Ｃは内燃機関５０Ａを制御してもよい。
【００３３】
総燃料噴射量は内燃機関制御用プログラムに基づき、内燃機関５０Ｂの運転状態（具体的にはここでは負荷）に応じて増減される。また総燃料噴射量は特定燃料噴射量制御用プログラムに基づき、所定の割合で第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９夫々から噴射される。これに対して本実施例では、特定燃料噴射量制御用プログラムが、さらに第２の燃料噴射弁５９から噴射すべき燃料噴射量が所定量α以上になったときに、第２の燃料噴射弁５９から噴射すべき燃料噴射量を所定量αとするとともに、第１の燃料噴射弁５８から噴射すべき燃料噴射量を総燃料噴射量から所定量αを差し引いた残りの噴射量とするように作成されている。本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段が実現されており、特にマイコンと上述の特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が実現されている。
【００３４】
図６は負荷に応じて第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量が変化する様子を模式的に示す図である。図６に示すように負荷が大きくなるに従って総燃料噴射量は増大する。このとき特定燃料噴射量制御用プログラムに基づきＥＣＵ１Ｃが制御を行うことで、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量は負荷が大きくなるに従って増大する。一方、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射量は所定量αになるまでは負荷が大きくなるに従って増大し、所定量αになった後は負荷が増大しても所定量αのままとなる。
【００３５】
この所定量αはピストン５３が吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置しているときに、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射で噴流効果を適切に得ることができる最大の燃料噴射量として予め設定される。これにより、噴流効果が適切に得られる範囲内で第２の燃料噴射弁５９から燃料を噴射できるとともに、第１の燃料噴射弁５８から残りの燃料を噴射することによって逆タンブル成分を打ち消すことができ、以ってタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できるＥＣＵ１Ｃを実現できる。
【実施例４】
【００３６】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｄは以下に示す特定噴射期間制御用プログラムをさらにＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ｃと実質的に同一のものとなっている。なお、ＥＣＵ１ＡまたＥＣＵ１ＢのＲＯＭに対してさらに以下に示す特定噴射期間制御用プログラムを格納することも可能である。特定噴射期間制御用プログラムは、内燃機関５０Ｂの回転数ＮＥに応じて、第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９から噴射する燃料の噴射期間を変更するためのプログラムであり、具体的には回転数ＮＥが高くなるほど、噴射期間を長く変更するように作成されている。本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段が実現され、特にマイコンと特定噴射期間制御用プログラムとで特定噴射期間制御手段が実現されている。
【００３７】
図７は回転数ＮＥに応じて第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９の燃料噴射期間が変更される前後の様子を夫々模式的に示す図である。図７に示す例では回転数が上昇する前には、第１の燃料噴射弁５８の燃料噴射期間は図７（ａ）に示すように吸気弁５５の最大バルブリフト量に対応するクランク角度を中心として、前後に均等に燃料を噴射するように設定されている。一方、第２の燃料噴射弁５９の燃料噴射期間は吸気行程及び圧縮行程間の下死点に対応するクランク角度（ＢＴＤＣ１８０°ＣＡ）の手前からＢＴＤＣ１８０°ＣＡにかけて燃料を噴射するように設定されている。
【００３８】
これに対して回転数ＮＥが上昇した場合には、特定燃料噴射期間制御用プログラムに基づきＥＣＵ１Ｄが制御を行うことで、図７（ｂ）に示すように燃料噴射期間が変更される。具体的には第１の燃料噴射弁５８の燃料噴射期間は吸気弁５５の最大バルブリフト量に対応するクランク角度を中心として、前後に均等に拡大される。また第２の燃料噴射弁５９の燃料噴射期間は吸気行程及び圧縮行程間の下死点に対応するクランク角度（ＢＴＤＣ１８０°ＣＡ）の前後に均等に拡大される。これにより、回転数ＮＥが上昇した場合でも噴射時間を確保でき、以って噴射すべき燃料噴射量を確実に噴射できるようになる点で、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射で好適に強化できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できるＥＣＵ１Ｄを実現できる。
【実施例５】
【００３９】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｅは、実施例３で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成された特定燃料噴射量制御用プログラムをＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ｄと実質的に同一のものとなっている。なお、特定燃料噴射量制御用プログラムは、実施例１または２で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成することも可能であり、またこのときＥＣＵ１Ｅは内燃機関５０Ａを制御してもよい。本実施例でも総燃料噴射量は内燃機関制御用プログラムに基づき、内燃機関５０Ｂの運転状態（具体的にはここでは負荷）に応じて増減される。また総燃料噴射量は特定燃料噴射量制御用プログラムに基づき、所定の割合で第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９夫々から噴射される。
【００４０】
これに対して本実施例では、特定燃料噴射量制御用プログラムがさらに第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量が吸気弁５５開弁時を超えて噴射されることになる所定量βになった場合に、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量を所定値βとするとともに、第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射量を総燃料噴射量から所定量βを差し引いた噴射量とするように作成されている。本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段が実現され、特にマイコンと上述の特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が実現されている。これにより、吸気弁５５開弁時以外に第１の燃料噴射弁５８から燃料が噴射されることが確実に防止される点で、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射で好適に強化できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できるＥＣＵ１Ｄを実現できる。
【実施例６】
【００４１】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｆは、実施例５で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成された特定燃料噴射量制御用プログラムをＲＯＭに格納している点以外、ＥＣＵ１Ｅと実質的に同一のものとなっている。このＥＣＵ１Ｆは可変動弁機構を備えた内燃機関５０Ｂを制御するための構成となっている。なお、特定燃料噴射量制御用プログラムは、実施例１、２または３で前述した特定燃料噴射量制御用プログラムに対してさらに以下に示すように作成することも可能であるが、このときＥＣＵ１Ｆは内燃機関５０Ｂを制御することになる。
【００４２】
ここで吸気弁５５にデポジットが堆積した場合には、吸気弁５５低リフト時に筒内に吸入される吸入空気量が、内燃機関５０Ｂの運転状態に応じて吸入されるべき空気量よりも減少する。これに対して本実施例では、特定燃料噴射量制御用プログラムが、さらに吸気弁５５低リフト時に筒内に吸入される吸入空気量が、内燃機関５０Ｂの運転状態に応じて吸入されるべき空気量よりも減少している場合に、総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合を増大させるように作成されている。なお、吸入空気量が減少しているか否かは、例えば内燃機関５０Ｂの運転状態に応じて吸入されるべき空気量に対応した燃料を噴射した後のＡ／Ｆやエミッションを検出するとともに、検出値が適正値となっているか否かを判定することで判定できる。本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段が実現され、特にマイコンと上述の特定燃料噴射量制御用プログラムとで特定燃料噴射量制御手段が実現されている。
【００４３】
上述の特定燃料噴射量制御用プログラムに基づき、ＥＣＵ１Ｆが制御を行うことで、吸入空気量が減少していた場合には第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合が大きく変更される。これにより、第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射で吸気弁５５に付着したデポジットを除去することができる。なお、デポジットが除去された結果、吸入空気量が適正な量になった場合には、さらに総燃料噴射量に占める第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射量の割合を元に戻すように特定燃料噴射量制御用プログラムを作成することも可能である。これにより、吸気弁５５にデポジットが堆積した場合でも好適に吸気弁５５を燃料噴射によって洗浄できる。以上により、筒内に生成されるタンブル流Ｔを燃料の噴射によって好適に強化できるとともに、さらに吸気弁５５にデポジットが堆積した場合でも吸気弁５５を燃料噴射によって好適に洗浄できるＥＣＵ１Ｆを実現できる。
【００４４】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】内燃機関５０Ａの要部を一気筒につき断面で模式的に示す図である。
【図２】第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９の配置夫々を側面模式図及び上面模式図を用いて示す図である。
【図３】第１の燃料噴射弁５８からの燃料噴射タイミングＡ及び第２の燃料噴射弁５９からの燃料噴射タイミングＢをグラフで模式的に示す図である。
【図４】筒内に流入する吸気の流入態様を吸気弁５５のバルブリフト量が大きい場合（高リフト時の場合）と小さい場合（低リフト時の場合）について夫々模式的に示す図である。
【図５】総燃料噴射量に占める第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量の割合を模式的に示す図である。
【図６】負荷に応じて第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９からの燃料噴射量が変化する様子を模式的に示す図である。
【図７】回転数ＮＥに応じて第１及び第２の燃料噴射弁５８、５９の燃料噴射期間が変更される前後の様子を夫々模式的に示す図である。
【図８】旋回気流を強める噴流効果を適切に得ることができる燃料噴射方法をピストン下降時に燃料を噴射場合と比較して模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ ＥＣＵ
５０ 内燃機関
５１ シリンダブロック
５２ シリンダヘッド
５２ａ 吸気ポート
５３ ピストン
５５ 吸気弁
５８ 第１の燃料噴射弁
５９ 第２の燃料噴射弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に旋回気流が生成される筒内直接燃料噴射式内燃機関であって、
吸気弁開弁時に吸気ポートに向けて、噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射する第１の燃料噴射弁を備えることを特徴とする筒内直接噴射噴射式内燃機関。
【請求項２】
前記第１の燃料噴射弁が、前記吸気ポートから筒内に前記旋回気流の旋回方向とは逆方向の流れを形成するように流入する吸気流を打ち消すように前記総燃料噴射量の一部を噴射することを特徴とする請求項１記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関。
【請求項３】
ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、前記旋回気流に沿って筒内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関。
【請求項４】
請求項３記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記筒内直接燃料噴射式内燃機関の運転状態に応じて、前記総燃料噴射量が増減されるとともに、該総燃料噴射量が所定の割合で前記第１及び第２の燃料噴射弁夫々から噴射される場合に、
前記第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量が所定量以上になったときに、該所定量を前記第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量とするとともに、前記総燃料噴射量から前記所定量を差し引いた残りの噴射量を前記第１の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量とする特定燃料噴射量制御手段を備え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３記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記筒内直接燃料噴射式内燃機関の回転数に応じて、前記第１及び第２の燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射期間を変更する燃料噴射期間変更手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１】
筒内に旋回気流が生成される筒内直接燃料噴射式内燃機関であって、
吸気弁開弁時に吸気ポートに向けて、噴射すべき総燃料噴射量の一部を噴射する第１の燃料噴射弁を備えることを特徴とする筒内直接噴射噴射式内燃機関。
【請求項２】
前記第１の燃料噴射弁が、前記吸気ポートから筒内に前記旋回気流の旋回方向とは逆方向の流れを形成するように流入する吸気流を打ち消すように前記総燃料噴射量の一部を噴射することを特徴とする請求項１記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関。
【請求項３】
ピストンが吸気行程及び圧縮行程間の下死点近傍に位置するときに、前記旋回気流に沿って筒内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関。
【請求項４】
請求項３記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記筒内直接燃料噴射式内燃機関の運転状態に応じて、前記総燃料噴射量が増減されるとともに、該総燃料噴射量が所定の割合で前記第１及び第２の燃料噴射弁夫々から噴射される場合に、
前記第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量が所定量以上になったときに、該所定量を前記第２の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量とするとともに、前記総燃料噴射量から前記所定量を差し引いた残りの噴射量を前記第１の燃料噴射弁から噴射すべき燃料噴射量とする特定燃料噴射量制御手段を備え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３記載の筒内直接燃料噴射式内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記筒内直接燃料噴射式内燃機関の回転数に応じて、前記第１及び第２の燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射期間を変更する燃料噴射期間変更手段を備え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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−４７０７３（Ｐ２００９−４７０７３Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１３９２３（Ｐ２００７−２１３９２３）
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【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２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【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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