JP2002285895A - 内燃機関 - Google Patents
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- F02D37/02—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
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- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
- F02D41/187—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow using a hot wire flow sensor
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
- F02M69/04—Injectors peculiar thereto
- F02M69/042—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
- F02M69/044—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into the intake conduit downstream of an air throttle valve
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- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 吸気温度を低下してノッキングの改善を図
る。 【解決手段】 吸気ポート６と燃焼室７との連通を開閉
する吸気弁１２と、吸気弁１２を指向して吸気通路内に
燃料を噴射する燃料噴射弁１１と、燃料噴射弁１１の燃
料噴射時期を決定する制御手段とを備え、吸気弁１２の
吸気通路に面する部分に断熱部１２Ａを形成し、燃料噴
射弁１１の噴射時期を吸気行程に決定した。
る。 【解決手段】 吸気ポート６と燃焼室７との連通を開閉
する吸気弁１２と、吸気弁１２を指向して吸気通路内に
燃料を噴射する燃料噴射弁１１と、燃料噴射弁１１の燃
料噴射時期を決定する制御手段とを備え、吸気弁１２の
吸気通路に面する部分に断熱部１２Ａを形成し、燃料噴
射弁１１の噴射時期を吸気行程に決定した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関、特
に、吸気通路内に燃料を噴射する内燃機関に関する。
に、吸気通路内に燃料を噴射する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、吸気通路内に燃料を噴射する内燃
機関として、各気筒毎に燃料噴射弁を設けたものが広く
知られており、こうした内燃機関では、一般的に、吸気
弁傘部を指向して燃料を噴射すると共に、排気行程中に
燃料を噴射することで燃料の霧化を促進している。一
方、混合気形成を改善するために、通常よりも小さい粒
径の燃料を噴霧することができる燃料噴射弁の開発も進
められており、従来のアシストエア式の燃料噴射弁とは
異なり、燃料噴射弁の構造を改良することで、燃料を微
粒化することが提案されている（特開２０００−３８９
７４号公報参照）。
機関として、各気筒毎に燃料噴射弁を設けたものが広く
知られており、こうした内燃機関では、一般的に、吸気
弁傘部を指向して燃料を噴射すると共に、排気行程中に
燃料を噴射することで燃料の霧化を促進している。一
方、混合気形成を改善するために、通常よりも小さい粒
径の燃料を噴霧することができる燃料噴射弁の開発も進
められており、従来のアシストエア式の燃料噴射弁とは
異なり、燃料噴射弁の構造を改良することで、燃料を微
粒化することが提案されている（特開２０００−３８９
７４号公報参照）。
【０００３】また、内燃機関が冷えている状態で、排気
行程中に燃料を噴射したのでは、逆に、燃料が吸気通路
に壁流として付着して燃料が液状のままシリンダ内に流
入してしまうことに着目して、特開平３−２３３４２号
公報に開示された技術では、８０〜９０[μｍ]の噴霧粒
径を形成可能な燃料噴射弁を用いると共に、冷却水温度
が低いときに燃料噴射時期を吸気行程に設定し、燃料噴
射時期を冷却水温度の上昇に応じて吸気行程から排気行
程に移動している。
行程中に燃料を噴射したのでは、逆に、燃料が吸気通路
に壁流として付着して燃料が液状のままシリンダ内に流
入してしまうことに着目して、特開平３−２３３４２号
公報に開示された技術では、８０〜９０[μｍ]の噴霧粒
径を形成可能な燃料噴射弁を用いると共に、冷却水温度
が低いときに燃料噴射時期を吸気行程に設定し、燃料噴
射時期を冷却水温度の上昇に応じて吸気行程から排気行
程に移動している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うに、排気行程中に吸気弁傘部を指向して燃料を噴射す
ることが一般的であったが、この場合、燃料の霧化は促
進されるものの、燃料の気化潜熱が主として吸気弁に奪
われるため、吸気の温度を更に低下してノッキングの改
善を図りたいという要請に対して改善の余地があった。
つまり、燃料の気化潜熱を吸気から積極的に得ることに
よって、吸気の温度を低下させるものではなかった。
うに、排気行程中に吸気弁傘部を指向して燃料を噴射す
ることが一般的であったが、この場合、燃料の霧化は促
進されるものの、燃料の気化潜熱が主として吸気弁に奪
われるため、吸気の温度を更に低下してノッキングの改
善を図りたいという要請に対して改善の余地があった。
つまり、燃料の気化潜熱を吸気から積極的に得ることに
よって、吸気の温度を低下させるものではなかった。
【０００５】また、特開平３−２３３４２号公報に開示
された技術では、微粒化した燃料を吸気行程に噴射して
いるが、吸気行程に燃料噴射時期を設定するのは冷機時
等冷却水温度が低いときに限ってであり、必ずしも吸気
の温度を低下してノッキングの改善を図るものではな
い。つまり、暖機が完了すると、燃料噴射時期は排気行
程に移動するので、燃料の気化潜熱が主として吸気弁に
奪われ、燃料の気化潜熱を吸気から得ることによって、
吸気の温度を低下させることができない。また、吸気行
程に燃料噴射時期を設定するのは、あくまでも低温時の
混合気形成を改善するためであり、少なくともノッキン
グが問題となる領域で、吸気の温度を低下させるため
に、燃料の気化潜熱を吸気から積極的に得るための方策
を提案するものではない。
された技術では、微粒化した燃料を吸気行程に噴射して
いるが、吸気行程に燃料噴射時期を設定するのは冷機時
等冷却水温度が低いときに限ってであり、必ずしも吸気
の温度を低下してノッキングの改善を図るものではな
い。つまり、暖機が完了すると、燃料噴射時期は排気行
程に移動するので、燃料の気化潜熱が主として吸気弁に
奪われ、燃料の気化潜熱を吸気から得ることによって、
吸気の温度を低下させることができない。また、吸気行
程に燃料噴射時期を設定するのは、あくまでも低温時の
混合気形成を改善するためであり、少なくともノッキン
グが問題となる領域で、吸気の温度を低下させるため
に、燃料の気化潜熱を吸気から積極的に得るための方策
を提案するものではない。
【０００６】なお、特開２０００−３１３６７２号公報
に開示されているように、セラミック製の吸気弁を内燃
機関に適用した例が知られているが、単に、断熱効果を
発揮することができるセラミック製の吸気弁を用いるだ
けでは、燃料の気化潜熱を吸気から得ることによって、
吸気の温度を十分に低下させるには至らない。
に開示されているように、セラミック製の吸気弁を内燃
機関に適用した例が知られているが、単に、断熱効果を
発揮することができるセラミック製の吸気弁を用いるだ
けでは、燃料の気化潜熱を吸気から得ることによって、
吸気の温度を十分に低下させるには至らない。
【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑み、吸気温度
を低下してノッキングの改善を図ることができる内燃機
関を提供しようとするものである。
を低下してノッキングの改善を図ることができる内燃機
関を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る内燃機
関は、吸気通路と燃焼室との連通を開閉する吸気弁と、
吸気弁を指向して吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射
弁と、燃料噴射弁の燃料噴射時期を決定する制御手段と
を備え、前記吸気弁の吸気通路に面する部分に断熱部を
形成し、前記燃料噴射弁の噴射時期を吸気行程に決定す
る。
関は、吸気通路と燃焼室との連通を開閉する吸気弁と、
吸気弁を指向して吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射
弁と、燃料噴射弁の燃料噴射時期を決定する制御手段と
を備え、前記吸気弁の吸気通路に面する部分に断熱部を
形成し、前記燃料噴射弁の噴射時期を吸気行程に決定す
る。
【０００９】第２、３の発明は、前記燃料噴射弁から噴
射される噴霧の平均粒径を１００μｍ以下或いは８０μ
ｍ以下とする。
射される噴霧の平均粒径を１００μｍ以下或いは８０μ
ｍ以下とする。
【００１０】第４、５の発明は、前記断熱部をセラミッ
ク或いは樹脂とする。
ク或いは樹脂とする。
【００１１】第６の発明は、内燃機関の回転数に相関す
るパラメータを検出する手段を備え、前記制御手段は、
回転数が高いほど燃料噴射時期を進角側に決定する。
るパラメータを検出する手段を備え、前記制御手段は、
回転数が高いほど燃料噴射時期を進角側に決定する。
【００１２】第７の発明は、内燃機関の負荷に相関する
パラメータを検出する手段を備え、前記制御手段は、通
常、燃料噴射時期を排気行程に決定し、負荷が所定値よ
りも高いとき燃料噴射時期を吸気行程に決定する。
パラメータを検出する手段を備え、前記制御手段は、通
常、燃料噴射時期を排気行程に決定し、負荷が所定値よ
りも高いとき燃料噴射時期を吸気行程に決定する。
【００１３】第８の発明は、内燃機関の回転数に相関す
るパラメータを検出する手段と、前記燃料噴射弁よりも
上流側の吸気通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁
と、を備え、前記制御手段は、回転数が所定回転数より
も高いとき、前記燃料噴射弁から噴射する燃料の一部を
前記第２燃料噴射弁から噴射させる。
るパラメータを検出する手段と、前記燃料噴射弁よりも
上流側の吸気通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁
と、を備え、前記制御手段は、回転数が所定回転数より
も高いとき、前記燃料噴射弁から噴射する燃料の一部を
前記第２燃料噴射弁から噴射させる。
【００１４】第９の発明は、前記燃料噴射弁よりも上流
側の吸気通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁を備
え、前記制御手段は、回転数が所定回転数よりも高いと
き、前記燃料噴射弁から噴射する燃料の一部を前記第２
燃料噴射弁から噴射させる。
側の吸気通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁を備
え、前記制御手段は、回転数が所定回転数よりも高いと
き、前記燃料噴射弁から噴射する燃料の一部を前記第２
燃料噴射弁から噴射させる。
【００１５】第１０の発明は、内燃機関の運転状態がノ
ッキングを生じ易い領域にあるかどうかを判断する手段
を備え、前記制御手段は、通常、燃料噴射時期を排気行
程に決定し、内燃機関の運転状態がノッキングを生じ易
い領域にあるとき燃料噴射時期を吸気行程に決定する。
ッキングを生じ易い領域にあるかどうかを判断する手段
を備え、前記制御手段は、通常、燃料噴射時期を排気行
程に決定し、内燃機関の運転状態がノッキングを生じ易
い領域にあるとき燃料噴射時期を吸気行程に決定する。
【００１６】
【作用および効果】第１の発明によれば、噴射された燃
料は吸気通路内に留まることなくむしろ吸気流に乗って
燃焼室へ流入し、且つ少なくとも吸気弁の燃料があたる
部分に断熱部が形成されているので、燃料は吸気から気
化潜熱を奪う機会に恵まれ、従来にまして吸気の温度が
低下する。これにより、例えばノッキングの発生が抑制
される。
料は吸気通路内に留まることなくむしろ吸気流に乗って
燃焼室へ流入し、且つ少なくとも吸気弁の燃料があたる
部分に断熱部が形成されているので、燃料は吸気から気
化潜熱を奪う機会に恵まれ、従来にまして吸気の温度が
低下する。これにより、例えばノッキングの発生が抑制
される。
【００１７】ところで、吸気行程に燃料を噴射すると、
燃焼室に流入するまでの気化時間を十分に確保できない
が、第２、３の発明のように、燃料噴射弁から噴射され
る噴霧の平均粒径を１００μｍ以下、より好ましくは８
０μｍ以下とすることで、吸気行程噴射によるエミッシ
ョンの悪化が顕著に改善される。また、吸気からより多
くの気化潜熱を奪って吸気温度の更なる低下が期待でき
る。
燃焼室に流入するまでの気化時間を十分に確保できない
が、第２、３の発明のように、燃料噴射弁から噴射され
る噴霧の平均粒径を１００μｍ以下、より好ましくは８
０μｍ以下とすることで、吸気行程噴射によるエミッシ
ョンの悪化が顕著に改善される。また、吸気からより多
くの気化潜熱を奪って吸気温度の更なる低下が期待でき
る。
【００１８】吸気弁の断熱部は、第４、５の発明のよう
に、セラミック或いは樹脂とすることができる。例え
ば、金属製の吸気弁の表面にセラミック層或いは樹脂層
をコーティングすることで、吸気弁の断熱部が形成され
る。また、全体がセラミックで形成される吸気弁を適用
することで、吸気弁の吸気通路に面する部分を断熱部と
することも可能である。
に、セラミック或いは樹脂とすることができる。例え
ば、金属製の吸気弁の表面にセラミック層或いは樹脂層
をコーティングすることで、吸気弁の断熱部が形成され
る。また、全体がセラミックで形成される吸気弁を適用
することで、吸気弁の吸気通路に面する部分を断熱部と
することも可能である。
【００１９】さらに、吸気行程に燃料を噴射すると、内
燃機関の回転数が高くなるほど、燃焼室に流入するまで
に十分な気化時間を確保することが難しくなるが、第６
の発明によれば、回転数が高いほど燃料噴射時期を進角
側に決定するので、必要な気化時間を確保しつつ、均一
な混合気の形成が可能となる。なお、回転数が高いほど
燃料噴射時期を進角側に決定するとは、燃料噴射時期を
回転数の上昇に応じて連続的に進角側へ移動する場合の
他、ある回転数を閾値にして階段状に進角側へ移動させ
る場合を含む。
燃機関の回転数が高くなるほど、燃焼室に流入するまで
に十分な気化時間を確保することが難しくなるが、第６
の発明によれば、回転数が高いほど燃料噴射時期を進角
側に決定するので、必要な気化時間を確保しつつ、均一
な混合気の形成が可能となる。なお、回転数が高いほど
燃料噴射時期を進角側に決定するとは、燃料噴射時期を
回転数の上昇に応じて連続的に進角側へ移動する場合の
他、ある回転数を閾値にして階段状に進角側へ移動させ
る場合を含む。
【００２０】また、第７、１０の発明によれば、内燃機
関の運転状態がノッキングを生じ易い領域にあるかどう
か、例えば、内燃機関の負荷が所定値よりも高いかどう
かを判断して、燃料噴射時期を吸気行程或いは排気行程
に決定するので、ノッキングの発生を抑制しつつ、排気
行程噴射によるエミッションの改善が得られる。
関の運転状態がノッキングを生じ易い領域にあるかどう
か、例えば、内燃機関の負荷が所定値よりも高いかどう
かを判断して、燃料噴射時期を吸気行程或いは排気行程
に決定するので、ノッキングの発生を抑制しつつ、排気
行程噴射によるエミッションの改善が得られる。
【００２１】また、第８、９の発明の発明によれば、回
転数が高く、燃焼室に流入するまでに十分な気化時間を
確保することができないとき、上流側に設けられた第２
燃料噴射弁から一部の燃料を噴射するので、高回転域で
の気化時間の不足を解消しながら、吸気温度の低下が得
られる。また、第２燃料噴射弁から燃焼室までの距離が
大きいが、高回転域においては、第２燃料噴射弁から噴
射された燃料が燃焼室に到達するまでの応答性の悪化は
問題にならない。
転数が高く、燃焼室に流入するまでに十分な気化時間を
確保することができないとき、上流側に設けられた第２
燃料噴射弁から一部の燃料を噴射するので、高回転域で
の気化時間の不足を解消しながら、吸気温度の低下が得
られる。また、第２燃料噴射弁から燃焼室までの距離が
大きいが、高回転域においては、第２燃料噴射弁から噴
射された燃料が燃焼室に到達するまでの応答性の悪化は
問題にならない。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係る内燃機
関を、以下、図面を用いて説明する。図１に概略を示す
ように、符号１は４ストロークの多気筒火花点火式内燃
機関であり、エアクリーナ２で清浄化された吸気は吸気
ダクト３、スロットルチャンバ４、吸気マニフォールド
５、吸気ポート６を経て燃焼室７内に吸入される。燃焼
室７内に吸入される吸気量はスロットルチャンバ４に設
けられたスロットルバルブ８を開閉することで調量さ
れ、スロットルバルブ８の開度はコントロールユニット
１０からの開度指令に基づいて制御される。なお、符号
９はスロットル開度センサであり、スロットル開度信号
ＴＶＯをコントロールユニット１０に出力する。
関を、以下、図面を用いて説明する。図１に概略を示す
ように、符号１は４ストロークの多気筒火花点火式内燃
機関であり、エアクリーナ２で清浄化された吸気は吸気
ダクト３、スロットルチャンバ４、吸気マニフォールド
５、吸気ポート６を経て燃焼室７内に吸入される。燃焼
室７内に吸入される吸気量はスロットルチャンバ４に設
けられたスロットルバルブ８を開閉することで調量さ
れ、スロットルバルブ８の開度はコントロールユニット
１０からの開度指令に基づいて制御される。なお、符号
９はスロットル開度センサであり、スロットル開度信号
ＴＶＯをコントロールユニット１０に出力する。
【００２３】吸気ポート６には吸気通路内に燃料を噴射
する燃料噴射弁１１が設けられ、燃焼室７にはクランク
シャフトの回転に同期して吸気ポート６を開閉する吸気
弁１２と排気ポート１３を開閉する排気弁１４とがそれ
ぞれ設けられている。
する燃料噴射弁１１が設けられ、燃焼室７にはクランク
シャフトの回転に同期して吸気ポート６を開閉する吸気
弁１２と排気ポート１３を開閉する排気弁１４とがそれ
ぞれ設けられている。
【００２４】燃料噴射弁１１から噴射された燃料によっ
て形成された混合気は燃焼室７に設けられた点火栓１５
によって火花点火され、燃焼後の既燃ガスは排気ポート
１３、排気マニフォールド１６、排気ダクト１７を経て
大気に排出される。点火栓１５はコントロールユニット
１０からの点火指令に基づいて所定の点火時期に点火を
実行し、また、排気ダクト１７には排気浄化用の触媒コ
ンバータ１８、１９と消音用のマフラー２０が設けられ
ている。
て形成された混合気は燃焼室７に設けられた点火栓１５
によって火花点火され、燃焼後の既燃ガスは排気ポート
１３、排気マニフォールド１６、排気ダクト１７を経て
大気に排出される。点火栓１５はコントロールユニット
１０からの点火指令に基づいて所定の点火時期に点火を
実行し、また、排気ダクト１７には排気浄化用の触媒コ
ンバータ１８、１９と消音用のマフラー２０が設けられ
ている。
【００２５】ここで、燃料噴射弁１１は、先にも述べた
とおり、吸気通路内に燃料を噴射するが、より詳しく
は、吸気ポート６の上流位置から吸気弁１２の傘部１２
Ａを指向して燃料を噴射する。そして、図２にも示す通
り、少なくとも燃料噴射弁１１から噴射された燃料があ
たる部分として、吸気弁１２の傘部１２Ａには、断熱層
１２Ｂ（断熱部）が形成されている。断熱層１２Ｂは金
属からなる吸気弁１２の傘部表面に形成されるものであ
り、例えばセラミックや樹脂をコーティングすることで
具現化される。
とおり、吸気通路内に燃料を噴射するが、より詳しく
は、吸気ポート６の上流位置から吸気弁１２の傘部１２
Ａを指向して燃料を噴射する。そして、図２にも示す通
り、少なくとも燃料噴射弁１１から噴射された燃料があ
たる部分として、吸気弁１２の傘部１２Ａには、断熱層
１２Ｂ（断熱部）が形成されている。断熱層１２Ｂは金
属からなる吸気弁１２の傘部表面に形成されるものであ
り、例えばセラミックや樹脂をコーティングすることで
具現化される。
【００２６】また、燃料噴射弁１１は、所謂、微粒化燃
料噴射弁と称される、通常よりも小さい粒径の燃料を噴
霧することができる燃料噴射弁であり、通常の燃料噴射
弁が平均粒径１１０μｍ程度の噴霧を形成するのに対し
て、本実施形態における燃料噴射弁は、平均粒径（ザウ
ダ平均粒径）が１００μｍ以下の噴霧、好ましくは８０
μｍ以下、より好ましくは７０μｍ程度の噴霧を形成す
る。こうした燃料の微粒化は燃料噴射弁の構造を改良す
ることで実現でき、例えば、燃料噴射弁の噴孔にアシス
トエアを導入したり、燃料噴射弁を多噴孔化すればよ
い。
料噴射弁と称される、通常よりも小さい粒径の燃料を噴
霧することができる燃料噴射弁であり、通常の燃料噴射
弁が平均粒径１１０μｍ程度の噴霧を形成するのに対し
て、本実施形態における燃料噴射弁は、平均粒径（ザウ
ダ平均粒径）が１００μｍ以下の噴霧、好ましくは８０
μｍ以下、より好ましくは７０μｍ程度の噴霧を形成す
る。こうした燃料の微粒化は燃料噴射弁の構造を改良す
ることで実現でき、例えば、燃料噴射弁の噴孔にアシス
トエアを導入したり、燃料噴射弁を多噴孔化すればよ
い。
【００２７】制御手段としてのコントロールユニット１
０には、少なくともクランク角センサ２１で検出された
機関回転数ＲＰＭ、エアフロメータ２２で検出された吸
入空気量Ｑａ、水温センサ２３で検出された冷却水温Ｔ
Ｗ、酸素センサ２４で検出された排気空燃比ＶＯ２が、
内燃機関の運転状態として入力され、これらに基づいて
燃料噴射弁１１による燃料噴射量、燃料噴射時期が演算
される。
０には、少なくともクランク角センサ２１で検出された
機関回転数ＲＰＭ、エアフロメータ２２で検出された吸
入空気量Ｑａ、水温センサ２３で検出された冷却水温Ｔ
Ｗ、酸素センサ２４で検出された排気空燃比ＶＯ２が、
内燃機関の運転状態として入力され、これらに基づいて
燃料噴射弁１１による燃料噴射量、燃料噴射時期が演算
される。
【００２８】燃料噴射量の演算は、従来と同様、基本的
には、吸入空気量Ｑａと機関回転数ＲＰＭに基づいて基
本燃料噴射量を求め、排気空燃比が所定空燃比に維持さ
れるように、これを排気空燃比ＶＯ２で補正することに
より行われる。なお、暖機完了前については、主として
冷却水温ＴＷに応じた水温補正を行い、機関の自立回転
を維持する。
には、吸入空気量Ｑａと機関回転数ＲＰＭに基づいて基
本燃料噴射量を求め、排気空燃比が所定空燃比に維持さ
れるように、これを排気空燃比ＶＯ２で補正することに
より行われる。なお、暖機完了前については、主として
冷却水温ＴＷに応じた水温補正を行い、機関の自立回転
を維持する。
【００２９】燃料噴射時期の演算は、基本的には、吸入
空気量Ｑａと機関回転数ＲＰＭに基づいて演算される。
より具体的に説明すると、通常は、燃料が噴射されてか
ら燃焼室内に吸入される迄の気化時間を十分に確保する
ため、燃料噴射時期は排気行程に設定される。一方、内
燃機関がノッキングを生じ易い領域にあるとき、つま
り、吸入空気量Ｑａが所定値よりも大きい高負荷状態に
あるとき、ノッキングの発生を予防するため、燃料噴射
時期を吸気行程に設定する。
空気量Ｑａと機関回転数ＲＰＭに基づいて演算される。
より具体的に説明すると、通常は、燃料が噴射されてか
ら燃焼室内に吸入される迄の気化時間を十分に確保する
ため、燃料噴射時期は排気行程に設定される。一方、内
燃機関がノッキングを生じ易い領域にあるとき、つま
り、吸入空気量Ｑａが所定値よりも大きい高負荷状態に
あるとき、ノッキングの発生を予防するため、燃料噴射
時期を吸気行程に設定する。
【００３０】また、排気行程に燃料を噴射する場合に比
べて、吸気行程に燃料を噴射すると、燃焼室内に吸入さ
れる迄の気化時間を十分に確保できず、また、機関回転
数が高くなるほど燃料を噴射してから燃焼室に吸入され
るまでに確保される時間が短くなるため、吸気行程に設
定される燃料噴射時期は機関回転数が大きくなるほど排
気行程側に進角される。
べて、吸気行程に燃料を噴射すると、燃焼室内に吸入さ
れる迄の気化時間を十分に確保できず、また、機関回転
数が高くなるほど燃料を噴射してから燃焼室に吸入され
るまでに確保される時間が短くなるため、吸気行程に設
定される燃料噴射時期は機関回転数が大きくなるほど排
気行程側に進角される。
【００３１】以下、図３に示したフローチャートに基づ
いて、これを詳細に説明する。まず、ステップ１におい
て、各種、内燃機関の運転状態を検出する。内燃機関の
運転状態として、少なくとも、燃料噴射量、燃料噴射時
期の演算に必要となる機関回転数ＲＰＭ、吸入空気量Ｑ
ａ、冷却水温ＴＷ、排気空燃比ＶＯ２が検出される。
いて、これを詳細に説明する。まず、ステップ１におい
て、各種、内燃機関の運転状態を検出する。内燃機関の
運転状態として、少なくとも、燃料噴射量、燃料噴射時
期の演算に必要となる機関回転数ＲＰＭ、吸入空気量Ｑ
ａ、冷却水温ＴＷ、排気空燃比ＶＯ２が検出される。
【００３２】ステップ２では、冷却水温ＴＷに基づい
て、内燃機関の暖機が完了したか否かを判断する。冷却
水温ＴＷが所定水温よりも低い場合、未だ暖機が完了し
ていないと判断して、ステップ３へ進み、暖機促進に適
した燃料噴射量及び燃料噴射時期を演算する。一方、冷
却水温ＴＷが所定水温以上の場合、暖機が完了したもの
と判断して、ステップ４に進む。
て、内燃機関の暖機が完了したか否かを判断する。冷却
水温ＴＷが所定水温よりも低い場合、未だ暖機が完了し
ていないと判断して、ステップ３へ進み、暖機促進に適
した燃料噴射量及び燃料噴射時期を演算する。一方、冷
却水温ＴＷが所定水温以上の場合、暖機が完了したもの
と判断して、ステップ４に進む。
【００３３】ステップ４では、燃料噴射量を演算する。
基本的には、機関回転数ＲＰＭと吸入空気量Ｑａに基づ
いて基本燃料噴射量を演算し、排気空燃比が所定空燃比
に維持されるように、これを排気空燃比ＶＯ２で補正す
ることで、燃料噴射量Ｔｐが演算される。
基本的には、機関回転数ＲＰＭと吸入空気量Ｑａに基づ
いて基本燃料噴射量を演算し、排気空燃比が所定空燃比
に維持されるように、これを排気空燃比ＶＯ２で補正す
ることで、燃料噴射量Ｔｐが演算される。
【００３４】ステップ５では、内燃機関がノッキングを
生じ易い領域にあるかどうかを判断する。本実施形態で
は簡便のため、機関負荷が所定負荷よりも大きいとき、
内燃機関がノッキングを生じ易い領域にあると判断す
る。つまり、機関負荷を代表する吸入空気量が所定値よ
りも大きいとき、内燃機関がノッキングを生じ易い領域
にあるとして、ステップ６に進む。
生じ易い領域にあるかどうかを判断する。本実施形態で
は簡便のため、機関負荷が所定負荷よりも大きいとき、
内燃機関がノッキングを生じ易い領域にあると判断す
る。つまり、機関負荷を代表する吸入空気量が所定値よ
りも大きいとき、内燃機関がノッキングを生じ易い領域
にあるとして、ステップ６に進む。
【００３５】ステップ６では、燃料の気化潜熱を吸気か
ら積極的に奪うために、燃料噴射時期を吸気行程に設定
する。続いて、ステップ７では、ステップ６で演算した
燃料噴射時期を機関回転数で補正する。この機関回転数
での補正は、機関回転数が大きくなるほど燃料噴射時期
を吸気行程の範囲内としながらも排気行程側に進角する
ものである。
ら積極的に奪うために、燃料噴射時期を吸気行程に設定
する。続いて、ステップ７では、ステップ６で演算した
燃料噴射時期を機関回転数で補正する。この機関回転数
での補正は、機関回転数が大きくなるほど燃料噴射時期
を吸気行程の範囲内としながらも排気行程側に進角する
ものである。
【００３６】このように燃料噴射時期を吸気行程に設定
し、加えて、燃料噴射弁から噴射される燃料の平均粒径
（ザウダ平均粒径）を１００μｍ以下、好ましくは８０
μｍ以下、より好ましくは７０μｍ程度迄に十分に微粒
化することで、通常の燃料噴射弁を用いて排気行程噴射
を行った場合に比べて、例えば、吸気ポートにおいて、
７〜１５℃の吸気温度の低下が得られることが発明者ら
の実験で確認されており、また、噴射された燃料は吸気
通路内に留まることなくむしろ吸気流に乗って燃焼室へ
流入し、且つ吸気弁の燃料があたる部分に断熱層が形成
されているので、燃料は吸気弁からではなく、吸気から
気化潜熱を奪う機会に恵まれ、更なる吸気温度の低下が
得られる。これにより、例えばノッキングの発生が抑制
される。
し、加えて、燃料噴射弁から噴射される燃料の平均粒径
（ザウダ平均粒径）を１００μｍ以下、好ましくは８０
μｍ以下、より好ましくは７０μｍ程度迄に十分に微粒
化することで、通常の燃料噴射弁を用いて排気行程噴射
を行った場合に比べて、例えば、吸気ポートにおいて、
７〜１５℃の吸気温度の低下が得られることが発明者ら
の実験で確認されており、また、噴射された燃料は吸気
通路内に留まることなくむしろ吸気流に乗って燃焼室へ
流入し、且つ吸気弁の燃料があたる部分に断熱層が形成
されているので、燃料は吸気弁からではなく、吸気から
気化潜熱を奪う機会に恵まれ、更なる吸気温度の低下が
得られる。これにより、例えばノッキングの発生が抑制
される。
【００３７】また、吸気行程に燃料を噴射すると、排気
行程に燃料を噴射する場合に比べて、燃焼室内に吸入さ
れる迄の気化時間を十分に確保できず、また、機関回転
数が高くなるほど燃料を噴射してから燃焼室に吸入され
るまでの時間が短くなるため、機関回転数が高い領域で
は均一な混合気を形成できず、ＨＣ排出が増大する傾向
にあるが、ステップ７において、吸気行程に設定される
燃料噴射時期は、機関回転数が大きくなるほど、吸気行
程の範囲内において、排気行程側に進角されるので、均
一な混合気形成が確保され、これによると機関出力が向
上し、また、エミッションが改善される。
行程に燃料を噴射する場合に比べて、燃焼室内に吸入さ
れる迄の気化時間を十分に確保できず、また、機関回転
数が高くなるほど燃料を噴射してから燃焼室に吸入され
るまでの時間が短くなるため、機関回転数が高い領域で
は均一な混合気を形成できず、ＨＣ排出が増大する傾向
にあるが、ステップ７において、吸気行程に設定される
燃料噴射時期は、機関回転数が大きくなるほど、吸気行
程の範囲内において、排気行程側に進角されるので、均
一な混合気形成が確保され、これによると機関出力が向
上し、また、エミッションが改善される。
【００３８】さらには、燃料噴射時期を吸気行程の後半
に近づけるほど、吸気温度の低減効果が大きくなること
が発明者らの実験で確認されていることから、均一な混
合気が形成できる範囲でなるべく燃料噴射時期を吸気行
程の後半に近づけることが望ましい。本実施形態によれ
ば、機関回転数に応じて燃料噴射時期を補正する構成と
しているので、均一な混合気を形成しつつ、吸気温度の
低減効果を最大限引き出すことが可能である。
に近づけるほど、吸気温度の低減効果が大きくなること
が発明者らの実験で確認されていることから、均一な混
合気が形成できる範囲でなるべく燃料噴射時期を吸気行
程の後半に近づけることが望ましい。本実施形態によれ
ば、機関回転数に応じて燃料噴射時期を補正する構成と
しているので、均一な混合気を形成しつつ、吸気温度の
低減効果を最大限引き出すことが可能である。
【００３９】一方、ステップ５において、内燃機関がノ
ッキングを生じ易い領域にないと判断された場合、つま
り、機関負荷を代表する吸入空気量が所定値以下のと
き、ステップ８に進んで、燃料噴射時期を排気行程に設
定する。このように燃料噴射時期を排気行程に設定する
のは、燃料が噴射されてから燃焼室内に流入する迄の気
化時間を十分に確保して、均一な混合気形成を図ること
で、エミッションの改善、特にＨＣ排出を低減するため
であり、また、このとき、ノッキングの発生を防止する
ために、燃料噴射時期を吸気行程に設定して吸気温度の
低下を図る必要がないためである。
ッキングを生じ易い領域にないと判断された場合、つま
り、機関負荷を代表する吸入空気量が所定値以下のと
き、ステップ８に進んで、燃料噴射時期を排気行程に設
定する。このように燃料噴射時期を排気行程に設定する
のは、燃料が噴射されてから燃焼室内に流入する迄の気
化時間を十分に確保して、均一な混合気形成を図ること
で、エミッションの改善、特にＨＣ排出を低減するため
であり、また、このとき、ノッキングの発生を防止する
ために、燃料噴射時期を吸気行程に設定して吸気温度の
低下を図る必要がないためである。
【００４０】このように、所謂、微粒化燃料噴射弁を備
え、且つ吸気弁の傘部に断熱処理を施した内燃機関を前
提に、内燃機関がノッキングを生じ易い領域にあるかど
うかを判断して、燃料噴射時期を吸気行程或いは排気行
程に切換えることで、ノッキング発生の予防と、エミッ
ションの改善とが両立するのである。
え、且つ吸気弁の傘部に断熱処理を施した内燃機関を前
提に、内燃機関がノッキングを生じ易い領域にあるかど
うかを判断して、燃料噴射時期を吸気行程或いは排気行
程に切換えることで、ノッキング発生の予防と、エミッ
ションの改善とが両立するのである。
【００４１】次に、第２実施形態を図４、５に基づいて
説明する。図４に示すように、本実施形態は燃料噴射弁
１１の上流側に、第２燃料噴射弁２５をさらに備え、コ
ントロールユニット１０からの開弁信号に基づいて燃料
噴射が制御される。他の基本構成は、先に説明した第１
実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
説明する。図４に示すように、本実施形態は燃料噴射弁
１１の上流側に、第２燃料噴射弁２５をさらに備え、コ
ントロールユニット１０からの開弁信号に基づいて燃料
噴射が制御される。他の基本構成は、先に説明した第１
実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００４２】ここで、本実施形態によれば、内燃機関が
ノッキングを生じ易い領域にある場合、吸気温度を低下
させるために、燃料噴射時期を吸気行程に設定するが、
先にも説明したように、機関回転数が高いとき、燃料を
噴射してから燃焼室内に吸入される迄の気化時間を十分
に確保することが難しく、また、機関回転数の上昇に応
じた燃料噴射時期の進角は吸気行程の範囲内で行うた
め、その進角量に限界がある。
ノッキングを生じ易い領域にある場合、吸気温度を低下
させるために、燃料噴射時期を吸気行程に設定するが、
先にも説明したように、機関回転数が高いとき、燃料を
噴射してから燃焼室内に吸入される迄の気化時間を十分
に確保することが難しく、また、機関回転数の上昇に応
じた燃料噴射時期の進角は吸気行程の範囲内で行うた
め、その進角量に限界がある。
【００４３】そこで、本実施形態では、機関回転数が所
定値よりも高く、燃焼室に流入するまでに十分な気化時
間を確保することができないとき、機関運転状態に応じ
て演算された燃料噴射量を分割して、分割した燃料を燃
料噴射弁１１から吸気行程中に噴射すると共に、残りの
燃料を上流側に設けられた第２燃料噴射弁２５から同じ
く吸気行程中に噴射するようにしている。このようにす
ることで、高回転域での気化時間の不足を解消しなが
ら、吸気温度の低下が得られ、また、第２燃料噴射弁２
５から燃焼室７までの距離が大きいが、高回転域におい
ては、第２燃料噴射弁２５から噴射された燃料が燃焼室
に到達するまでの応答性の悪化は問題にならない。
定値よりも高く、燃焼室に流入するまでに十分な気化時
間を確保することができないとき、機関運転状態に応じ
て演算された燃料噴射量を分割して、分割した燃料を燃
料噴射弁１１から吸気行程中に噴射すると共に、残りの
燃料を上流側に設けられた第２燃料噴射弁２５から同じ
く吸気行程中に噴射するようにしている。このようにす
ることで、高回転域での気化時間の不足を解消しなが
ら、吸気温度の低下が得られ、また、第２燃料噴射弁２
５から燃焼室７までの距離が大きいが、高回転域におい
ては、第２燃料噴射弁２５から噴射された燃料が燃焼室
に到達するまでの応答性の悪化は問題にならない。
【００４４】以下、図５に示したフローチャートに基づ
いてこれを説明する。ここで、第１の実施形態で説明し
た図３のフローチャートと共通する部分については、重
複を避けるため、同じ符号（ステップ番号）を付してそ
の説明を省略する。
いてこれを説明する。ここで、第１の実施形態で説明し
た図３のフローチャートと共通する部分については、重
複を避けるため、同じ符号（ステップ番号）を付してそ
の説明を省略する。
【００４５】ステップ５で内燃機関がノッキングを生じ
易い領域にあると判断された後、ステップ６では燃料の
気化潜熱を吸気から積極的に奪うために、燃料噴射時期
を吸気行程に設定し、ステップ７では吸気行程に設定し
た燃料噴射時期を機関回転数で補正する。次いで、本実
施形態によれば、ステップ１１に進んで、内燃機関の機
関回転数Ｎｅが所定回転数よりも高いか否かを判断す
る。機関回転数が所定回転数以下と判断されたとき、吸
気行程噴射とは言え、燃料を噴射してから燃焼室に流入
するまでに気化時間を確保できるため、ステップ１２に
おいて、ステップ２で演算した燃料噴射量の全量を下流
側の燃料噴射弁１１から吸気行程中に噴射する。
易い領域にあると判断された後、ステップ６では燃料の
気化潜熱を吸気から積極的に奪うために、燃料噴射時期
を吸気行程に設定し、ステップ７では吸気行程に設定し
た燃料噴射時期を機関回転数で補正する。次いで、本実
施形態によれば、ステップ１１に進んで、内燃機関の機
関回転数Ｎｅが所定回転数よりも高いか否かを判断す
る。機関回転数が所定回転数以下と判断されたとき、吸
気行程噴射とは言え、燃料を噴射してから燃焼室に流入
するまでに気化時間を確保できるため、ステップ１２に
おいて、ステップ２で演算した燃料噴射量の全量を下流
側の燃料噴射弁１１から吸気行程中に噴射する。
【００４６】一方、ステップ１１において、内燃機関の
機関回転数が所定回転数よりも高いと判断されると、ス
テップ１３に進んで、ステップ２で演算した燃料噴射量
を所定の分割比で分割し、分割した燃料を燃料噴射弁１
１から吸気行程中に噴射すると共に、残りの燃料を上流
側に設けられた第２燃料噴射弁２５から吸気行程中に噴
射する。
機関回転数が所定回転数よりも高いと判断されると、ス
テップ１３に進んで、ステップ２で演算した燃料噴射量
を所定の分割比で分割し、分割した燃料を燃料噴射弁１
１から吸気行程中に噴射すると共に、残りの燃料を上流
側に設けられた第２燃料噴射弁２５から吸気行程中に噴
射する。
【図１】本発明の一実施形態に係る全体構成図
【図２】本発明の一実施形態に係る吸気弁の断面図
【図３】本発明の一実施形態に係るフローチャート
【図４】本発明の他の実施形態に係る全体構成図
【図５】本発明の他の実施形態に係るフローチャート
【符号の説明】 ６ 吸気通路（吸気通路） ７ 燃焼室 １２ 吸気弁 １２Ａ 断熱層（断熱部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６Ｆ Ｆターム(参考） 3G084 BA13 BA15 CA02 CA04 DA10 DA38 EA11 FA07 FA10 FA18 FA20 FA29 FA33 3G301 HA01 JA22 JA26 KA05 KA25 LB02 MA12 MA19 MA23 NA08 NE11 PA01Z PA11Z PA17Z PD02Z PE01Z PE08Z
Claims (10)
- 【請求項１】 吸気通路と燃焼室との連通を開閉する吸
気弁と、吸気弁を指向して吸気通路内に燃料を噴射する
燃料噴射弁と、燃料噴射弁の燃料噴射時期を決定する制
御手段とを備え、 前記吸気弁の吸気通路に面する部分に断熱部を形成し、
前記燃料噴射弁の噴射時期を吸気行程に決定した、こと
を特徴とする内燃機関。 - 【請求項２】 前記燃料噴射弁から噴射される噴霧の平
均粒径が１００μｍ以下である、ことを特徴とする請求
項１に記載の内燃機関。 - 【請求項３】 前記燃料噴射弁から噴射される噴霧の平
均粒径が８０μｍ以下である、ことを特徴とする請求項
１に記載の内燃機関。 - 【請求項４】 前記断熱部がセラミックである、ことを
特徴とする請求項１乃至３に記載の内燃機関。 - 【請求項５】 前記断熱部が樹脂である、ことを特徴と
する請求項１乃至３に記載の内燃機関。 - 【請求項６】 内燃機関の回転数に相関するパラメータ
を検出する手段を備え、前記制御手段は、回転数が高い
ほど燃料噴射時期を進角側に決定する、ことを特徴とす
る請求項１乃至５に記載の内燃機関。 - 【請求項７】 内燃機関の負荷に相関するパラメータを
検出する手段を備え、前記制御手段は、通常、燃料噴射
時期を排気行程に決定し、負荷が所定値よりも高いとき
燃料噴射時期を吸気行程に決定する、ことを特徴とする
請求項１乃至６に記載の内燃機関。 - 【請求項８】 内燃機関の回転数に相関するパラメータ
を検出する手段と、前記燃料噴射弁よりも上流側の吸気
通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、を備え、前
記制御手段は、回転数が所定回転数よりも高いとき、前
記燃料噴射弁から噴射する燃料の一部を前記第２燃料噴
射弁から噴射させる、ことを特徴とする請求項１乃至
５、７に記載の内燃機関。 - 【請求項９】 前記燃料噴射弁よりも上流側の吸気通路
内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁を備え、前記制御手
段は、回転数が所定回転数よりも高いとき、前記燃料噴
射弁から噴射する燃料の一部を前記第２燃料噴射弁から
噴射させる、ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機
関。 - 【請求項１０】 内燃機関の運転状態がノッキングを生
じ易い領域にあるかどうかを判断する手段を備え、前記
制御手段は、通常、燃料噴射時期を排気行程に決定し、
内燃機関の運転状態がノッキングを生じ易い領域にある
とき燃料噴射時期を吸気行程に決定する、ことを特徴と
する請求項１乃至６、８、９に記載の内燃機関。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001087526A JP2002285895A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 内燃機関 |
| US10/072,913 US6694961B2 (en) | 2001-03-26 | 2002-02-12 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001087526A JP2002285895A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002285895A true JP2002285895A (ja) | 2002-10-03 |
Family
ID=18942762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001087526A Pending JP2002285895A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 内燃機関 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6694961B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002285895A (ja) |
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| JP2008019873A (ja) * | 2007-10-04 | 2008-01-31 | Toyota Motor Corp | 圧縮比変更期間における内燃機関の制御 |
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| US20080032065A1 (en) * | 2006-03-30 | 2008-02-07 | High Performance Coatings, Inc. | Methods for coating engine valves with protective coatings using infrared radiation |
| US7559991B2 (en) | 2006-03-30 | 2009-07-14 | High Performance Coatings, Inc. | Apparatus for coating engine valves with protective coatings and curing the coatings using infrared radiation |
| JP2010084693A (ja) * | 2008-10-01 | 2010-04-15 | Aisan Ind Co Ltd | エンジンバルブ |
| US8104450B2 (en) * | 2009-04-13 | 2012-01-31 | Gentile Francis X | Backwards injected engine |
| JP5512256B2 (ja) * | 2009-12-24 | 2014-06-04 | 愛三工業株式会社 | エンジンバルブ |
| US8967115B2 (en) | 2010-04-13 | 2015-03-03 | Francis Xavier Gentile | Francis cycle backwards injected engine |
| CN103925028A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-07-16 | 马勒技术投资(中国）有限公司 | 部分涂层式气门 |
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| JP2569174B2 (ja) | 1989-06-19 | 1997-01-08 | 株式会社日立製作所 | 複数気筒内燃機関の制御装置 |
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