JP2002364409A - 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】筒内噴射用燃料噴射弁と吸気ポート噴射用燃料
噴射弁とをそれぞれ備えながらも、均質燃焼運転時、筒
内噴射用燃料噴射弁が高温に維持されることを好適に抑
制することのできる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御
装置を提供する。 【解決手段】この装置は、成層燃焼運転時に成層燃焼を
行うべく燃焼室１６内に燃料を噴射する筒内噴射弁１７
と、均質燃焼運転時に均質燃焼を行うべく吸気ポート２
０ａに燃料を噴射する吸気ポート噴射弁２２とを備え
る。成層燃焼運転時には、筒内噴射弁１７を開弁駆動し
て燃焼室１６内に燃料を噴射する。均質燃焼運転時に
は、吸気ポート噴射弁２２を開弁駆動して吸気ポート２
０ａに燃料を噴射することに加えて、筒内噴射弁１７を
開弁駆動して燃焼室１６内への燃料噴射を併せ行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気筒内に燃料を噴
射供給する筒内噴射用燃料噴射弁を備える筒内噴射式内
燃機関の燃料噴射制御装置にかかり、詳しくは、均質燃
焼運転時に吸気ポートに燃料を噴射供給する吸気ポート
噴射用燃料噴射弁を併せ備える筒内噴射式内燃機関の燃
料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】気筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁
を備える内燃機関、いわゆる筒内噴射式内燃機関におい
ては、いわゆる圧縮行程噴射を行うことで成層燃焼（希
薄燃焼）を実現し、燃費の向上を図ることが行われてい
る。また、同機関にあっても、加速時等の高出力が要求
される場合は、空気利用率を高める吸気行程噴射を行う
ことで均質燃焼を狙い、出力の確保を図っているのが一
般的である。

【０００３】ところで、こうした筒内噴射式内燃機関で
は、燃焼室の形状や燃料噴射弁による燃料の噴霧形状な
ど、これらを上記成層燃焼を重視した設計にすると、上
記均質燃焼を狙った運転時においては混合気が十分に均
質にならず、燃焼状態の悪化を招くおそれがある。

【０００４】そこで従来は、例えば特開平７−１０３０
４８号公報や特開平７−１０３０５０号公報にみられる
ように、上記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁、すな
わち筒内噴射用燃料噴射弁に加えて、吸気ポートに燃料
を噴射する吸気ポート噴射用燃料噴射弁を設け、均質燃
焼運転時にはこの吸気ポート噴射用燃料噴射弁から燃料
を噴射するようにしたものも提案されている。均質燃焼
運転時、このように吸気ポート噴射用燃料噴射弁から燃
料を噴射することで、混合気の均質化も自ずと促進され
るようになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】筒内噴射式内燃機関と
はいえ、上述のように筒内噴射用燃料噴射弁と吸気ポー
ト噴射用燃料噴射弁とをそれぞれ備え、燃焼形態に応じ
てそれら燃料噴射弁を切換えることで、理論上は確か
に、それら燃焼形態に要求される燃料噴射条件を満たす
ことはできる。しかしこの場合には、次のような新たな
不都合が生じることにもなっている。

【０００６】先ず、上記筒内噴射用燃料噴射弁は、常に
高温の燃焼ガスに晒されており、また均質燃焼運転時に
は、その燃料噴射を休止していることから燃料の気化に
伴う冷却もなされない状態にある。すなわち、こうした
均質燃焼運転時には、筒内噴射用燃料噴射弁の先端部が
高温に維持され、その噴孔部にデポジットが堆積され易
い状態にある。そして、筒内噴射用燃料噴射弁の噴孔部
にこうしてデポジットが堆積されるようなことがある
と、均質燃焼運転後、成層燃焼運転に移行しようとして
も、同燃料噴射弁による噴霧形状が変化したり、燃料噴
射量が減少するなどの不都合が生じ、ひいてはそれに起
因する燃焼悪化を招くようになる。

【０００７】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、筒内噴射用燃料噴射弁と吸
気ポート噴射用燃料噴射弁とをそれぞれ備えながらも、
均質燃焼運転時、筒内噴射用燃料噴射弁が高温に維持さ
れることを好適に抑制することのできる筒内噴射式内燃
機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。先
ず、請求項１に記載の発明は、内燃機関の気筒内に燃料
を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、同機関の吸気ポー
トに燃料を噴射する吸気ポート噴射用燃料噴射弁とを有
し、成層燃焼運転時には成層燃焼を行うべく前記筒内噴
射用燃料噴射弁を駆動制御して前記気筒内に燃料噴射を
行うとともに、均質燃焼運転時には均質燃焼を行うべく
前記吸気ポート噴射用燃料噴射弁を駆動制御して前記吸
気ポートに燃料噴射を行う筒内噴射式内燃機関の燃料噴
射制御装置において、前記均質燃焼運転時、前記吸気ポ
ート噴射用燃料噴射弁から燃料噴射を行うことに加え
て、前記筒内噴射用燃料噴射弁からも燃料噴射を行うよ
うに前記筒内噴射用燃料噴射弁を駆動制御する制御手段
を備えることをその要旨とする。

【０００９】上記構成によれば、均質燃焼運転時におい
て、吸気ポート噴射用燃料噴射弁による吸気ポートへの
燃料噴射を通じて混合気の均質化が図られつつ、筒内噴
射用燃料噴射弁による気筒内への燃料噴射が行われるよ
うになる。このため、均質燃焼運転時においても、筒内
噴射用燃料噴射弁では燃料の気化に伴う冷却効果が得ら
れるようになり、筒内噴射用燃料噴射弁の先端部が高温
に維持されることを好適に抑制することができるように
なる。また、こうして筒内噴射用燃料噴射弁の先端部が
高温に維持されることが抑制されることで、その噴孔部
へのデポジットの堆積も抑制され、その後成層燃焼に移
行される場合であっても、その要求される噴霧形状や燃
料噴射量が維持されるようにもなる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置におい
て、前記制御手段は、前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料
噴射量を機関運転状態に基づき算出し、この算出した燃
料噴射量に応じて前記筒内噴射用燃料噴射弁を駆動制御
することをその要旨とする。

【００１１】上記筒内噴射用燃料噴射弁の温度を許容で
きる温度以下とするために必要な燃料噴射量は機関運転
状態に応じて変化する。この点、上記構成によれば、筒
内噴射用燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を機関運転状
態に応じた必要最小限の量とすることができるようにな
り、ひいては筒内噴射用燃料噴射弁の温度低減と混合気
の均質化とのより好適な両立を図ることができるように
なる。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装
置において、前記制御手段は、前記均質燃焼運転に移行
してから所定期間経過後に前記筒内噴射用燃料噴射弁に
よる燃料噴射が開始されるように同筒内噴射用燃料噴射
弁を駆動制御することをその要旨とする。

【００１３】均質燃焼運転に移行してからしばらくの期
間は、筒内噴射用燃料噴射弁の温度が許容温度を超える
ことはない。この点、上記構成によれば、こうした期間
中における筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射が禁止
されるようになり、混合気の均質性の悪化を防止するこ
とができるようになる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
〜３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射
制御装置において、前記制御手段は、前記筒内噴射用燃
料噴射弁の燃料噴射時期を機関運転状態に基づいて算出
し、この算出した燃料噴射時期に応じて前記筒内噴射用
燃料噴射弁を駆動制御することをその要旨とする。

【００１５】気筒内に噴射された燃料の霧化や空気との
ミキシングの状況は機関運転状態によっても変化する。
この点、上記構成によれば、筒内噴射用燃料噴射弁の燃
料噴射時期を、同噴射される燃料の霧化や空気とのミキ
シングが良好となる時期に設定することができるため、
これによっても筒内噴射用燃料噴射の温度低減と混合気
の均質化との好適な両立を図ることができるようにな
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明にかかる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置の第
１の実施の形態について説明する。

【００１７】はじめに、図１を参照して本実施の形態に
かかる燃料噴射制御装置の概略構成について説明する。
同図１に示されるように、この装置は、４サイクルの筒
内噴射式内燃機関１１を中心として構成されている。こ
の内燃機関１１は、その気筒１２内にピストン１３を備
えている。ピストン１３は、内燃機関１１の出力軸であ
るクランクシャフト１５にコンロッド１４を介して連結
され、そのコンロッド１４によりピストン１３の往復運
動がクランクシャフト１５の回転に置き換えられるよう
になっている。

【００１８】上記気筒１２内にあってピストン１３の上
方には、燃焼室１６が区画形成されている。この燃焼室
１６には、筒内噴射用燃料噴射弁（以下、「筒内噴射
弁」）１７が取り付けられている。筒内噴射弁１７に
は、先の公報に例示されるような周知の燃料供給機構を
通じて所定の高圧の燃料が供給されている。そして、こ
の筒内噴射弁１７の開弁駆動により、燃料が燃焼室１６
内に噴射供給されるようになっている。

【００１９】また、燃焼室１６には、その内部に形成さ
れる燃料と空気とからなる混合気に対して点火を行う点
火プラグ１８が取り付けられている。この点火プラグ１
８による上記混合気への点火タイミングは同プラグ１８
の上方に設けられたイグナイタ１９によって調整され
る。なお、上記ピストン１３の上面は、筒内噴射弁１７
から噴射された燃料により層状の混合気を形成させると
ともに、この混合気を点火タイミングにおいて点火プラ
グ１８付近に到達させるのに適した形状に形成されてい
る。

【００２０】更に、上記燃焼室１６には、吸気通路２０
及び排気通路２１が連通されている。そして、燃焼室１
６と吸気通路２０との連通部分、すなわち吸気ポート２
０ａには、同吸気ポート２０ａに燃料を噴射する吸気ポ
ート噴射用燃料噴射弁（以下、「吸気ポート噴射弁」）
２２が設けられている。吸気ポート噴射弁２２には、周
知の機構を通じて所定の高圧の燃料が供給されている。
そして、この吸気ポート噴射弁２２の開弁駆動に伴っ
て、燃料が吸気ポート２０ａに噴射されるようになって
いる。

【００２１】一方、この装置には、機関運転状態を検出
するためのセンサとして、上記クランクシャフト１５の
回転位相（クランク角）及び機関回転速度を検出するた
めのクランクセンサ３１やアクセルペダル（図示略）の
踏込量を検出するためのアクセルセンサ３２等が設けら
れている。

【００２２】また、この装置には、例えばマイクロコン
ピュータを有して構成される電子制御装置３０が設けら
れており、この電子制御装置３０には、上記各センサ３
１，３２の出力信号が取り込まれている。そして、電子
制御装置３０は、これら出力信号に基づいて、そのとき
どきにおける機関運転状態を演算し、その演算結果に基
づいて筒内噴射弁１７や、吸気ポート噴射弁２２、点火
プラグ１８（イグナイタ１９）等の駆動を制御する。

【００２３】また、電子制御装置３０は、上記演算され
る機関運転状態に応じて燃焼方式を「成層燃焼」と「均
質燃焼」とで切り換える。例えば、内燃機関１１の運転
状態が高回転高負荷領域にあるときには均質燃焼運転を
行い、低回転低負荷領域にあるときには成層燃焼運転を
行う。このように燃焼方式を切り換えるのは、高出力が
要求される高回転高負荷時には混合気の空燃比をリッチ
側の値にして機関出力を高め、あまり高出力を必要とし
ない低回転低負荷時には空燃比をリーン側の値にして燃
費の向上を図るためである。

【００２４】なお、成層燃焼運転時には、電子制御装置
３０は、筒内噴射弁１７を開弁駆動して、燃料を内燃機
関１１の圧縮行程中に燃焼室１６内に噴射させる。こう
した燃料噴射により燃焼室１６内に形成される混合気
は、その空燃比が均質燃焼運転時の空燃比よりもリーン
側の値に設定される。こうした成層燃焼運転時におい
て、内燃機関１１の圧縮行程中に燃焼室１６内に噴射さ
れた燃料は、点火プラグ１８の周りに集められる。この
ように点火プラグ１８の周りに燃料を集めることによっ
て、燃焼室１６内の混合気全体の平均空燃比を均質燃焼
運転時よりリーン側の値にしても、同プラグ１８周りの
混合気の空燃比が着火に適したものとされて良好な混合
気への着火が行われる。

【００２５】一方、均質燃焼運転時には、電子制御装置
３０は、基本的に吸気ポート噴射弁２２を開弁駆動し
て、燃料を内燃機関１１の吸気行程中に吸気ポート２０
ａに噴射させる。こうした燃料噴射に基づき燃焼室１６
内に形成される混合気は、その空燃比が理論空燃比若し
くは理論空燃比よりもリッチ側の値に設定される。

【００２６】更に、本実施の形態の装置では、均質燃焼
運転時において、筒内噴射弁１７を開弁駆動して燃焼室
１６内への燃料噴射を併せ行うことで、同筒内噴射弁１
７を冷却するようにしている。

【００２７】図２に示すフローチャートは、こうした燃
料噴射にかかる制御についての処理手順を示している。
このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期
毎（例えば所定クランク角毎）の処理として電子制御装
置３０により実行される。

【００２８】同図２に示されるように、この一連の処理
では先ず、内燃機関１１が均質燃焼で運転されているか
否かが判断される（ステップＳ１０１）。そして、均質
燃焼で運転されていない、すなわち成層燃焼で運転され
ていると判断される場合には（ステップＳ１０１：Ｎ
Ｏ）、筒内噴射弁１７の駆動が制御されて燃焼室１６内
への燃料噴射が実行される（ステップＳ４００）。詳し
くは、そのときどきにおける機関運転状態に適した目標
燃料噴射量Ｑｉｎｊが本処理とは別途の処理にて設定さ
れており、この目標燃料噴射量Ｑｉｎｊだけの燃料を噴
射すべく筒内噴射弁１７の開弁時間が設定され、圧縮行
程中、その開弁時間に応じて同筒内噴射弁１７が開弁駆
動される。その後、本処理は一旦終了される。

【００２９】一方、均質燃焼で運転されていると判断さ
れる場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、筒内噴射
弁１７による燃料噴射量Ｑｔが、 Ｑｔ←（一定量α） といったように一定量αに設定される一方、吸気ポート
噴射弁２２による燃料噴射量Ｑｋが、 Ｑｋ←Ｑｉｎｊ−（一定量α） といったように、上記目標燃料噴射量Ｑｉｎｊから一定
量αだけ減じた量として算出される（ステップＳ２０
０）。なお、上記一定量αは、いかなる機関運転状態に
あっても均質燃焼運転時における筒内噴射弁１７の温度
を許容温度以下に抑えることのできる量が、実験等によ
り求められた上で、電子制御装置３０に予め設定されて
いる。

【００３０】ここで、筒内噴射弁１７の温度が１４０℃
〜１８０℃よりも低いときには、同筒内噴射弁１７にデ
ポジットがほとんど付着しないことや、筒内噴射弁１７
の熱による損傷がないことが発明者により確認されてい
る。このため、デポジット付着の抑制や筒内噴射弁１７
の熱損傷を防止を図る上では、上記許容温度を１４０℃
〜１８０℃に定め、上記一定量αとしても、筒内噴射弁
１７の温度をこの１４０℃〜１８０℃以下に抑えること
のできる燃料噴射量に設定することが望ましい。

【００３１】その後、吸気行程において、上記設定され
た燃料噴射量Ｑｋだけの燃料を噴射すべく吸気ポート噴
射弁２２の開弁時間が設定され、その開弁時間に応じて
同吸気ポート噴射弁２２が開弁駆動される（ステップＳ
３００）。これにより、吸気ポート２０ａへの燃料噴射
が実行される。

【００３２】そして、その後の圧縮行程において、上記
燃料噴射量Ｑｔだけの燃料を噴射すべく筒内噴射弁１７
の開弁時間が設定され、その開弁時間に応じて筒内噴射
弁１７が開弁駆動される（ステップＳ４００）。すなわ
ちこの場合には、筒内噴射弁１７による燃料噴射が併せ
実行される。その後、本処理は一旦終了される。

【００３３】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、以下に記載する効果が得られるようになる。 （１）均質燃焼運転時において、吸気ポート噴射弁２２
による燃料噴射を実行するとともに、筒内噴射弁１７に
よる燃料噴射を併せ実行するようにした。これにより、
吸気ポート２０ａへの燃料噴射を通じて混合気の均質化
が図られつつ、筒内噴射弁１７による燃焼室１６内への
燃料噴射が行われるようになる。このため、均質燃焼運
転時においても、筒内噴射弁１７では燃料の気化に伴う
冷却効果が得られるようになり、同噴射弁１７の先端部
が高温に維持されることを好適に抑制することができる
ようになる。また、これにより、筒内噴射弁１７の噴孔
部へのデポジットの堆積も抑制され、その後成層燃焼運
転に移行される場合であっても、その要求される噴霧形
状や燃料噴射量が維持されるようにもなる。

【００３４】（２）また、このときの筒内噴射弁１７に
よる燃料噴射量Ｑｔを、筒内噴射弁１７の温度を許容温
度以下に抑えることのできる一定量αに設定した。その
一方、このときの吸気ポート噴射弁２２による燃料噴射
量Ｑｋを、機関運転状態に適した目標燃料噴射量Ｑｉｎ
ｊから一定量αを減じた量に設定した。このため、燃焼
室１６内における混合気全体の平均空燃比を機関運転状
態に適した所望の値に維持した上で、筒内噴射弁１７に
ついての冷却効果を得ることができるようになる。

【００３５】（第２の実施の形態）以下、本発明にかか
る筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置の第２の実施
の形態について説明する。

【００３６】なお、本実施の形態にかかる燃料噴射制御
装置も、その概略の構成は、先の図１に例示したものと
同様であり、それら各部の重複する説明は割愛する。さ
て、前記筒内噴射弁１７の不要な温度上昇を抑制するた
めとはいえ、均質燃焼運転時において同筒内噴射弁１７
による燃料噴射を行うと、その分だけ燃焼室１６内の混
合気の均質性は悪化する。このため、均質燃焼運転中
は、筒内噴射弁１７により燃料噴射を行う機会をできる
だけ少なくすることが望ましい。

【００３７】一方、均質燃焼運転に移行してからしばら
くの期間は、吸気ポート噴射弁２２のみによる燃料噴射
を実行したところで、筒内噴射弁１７の温度が前記許容
温度を超えることはない。

【００３８】そこで、本実施の形態の装置では、均質燃
焼運転時において筒内噴射弁１７による燃料噴射を併せ
実行するに際し、均質燃焼運転に移行してから所定期間
経過後に、筒内噴射弁１７による燃料噴射を開始するよ
うにしている。これにより、この所定期間中は筒内噴射
弁１７からの燃料噴射が禁止されるようになり、混合気
の均質性の悪化が防止されるようになる。なお、本実施
の形態にかかる燃料噴射制御において、筒内噴射弁１７
による燃料噴射が開始された後は、先の第１の実施の形
態の燃料噴射制御と同一の制御が行われる。

【００３９】図３に示すフローチャートは、本実施の形
態の燃料噴射制御についての処理手順を示している。こ
のフローチャートに示される一連の処理も、所定周期毎
（例えば所定クランク角毎）の処理として前記電子制御
装置３０により実行される。なお、図３において、先の
図２に示した第１の実施の形態の処理と同一の処理につ
いては同一のステップ番号を付して示している。

【００４０】以下、図３を参照して、本実施の形態の燃
料噴射制御について、第１の実施の形態との相違点を中
心に説明する。同図３に示されるように、この一連の処
理では、内燃機関１１が成層燃焼で運転中であると判断
される場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、遅延カウ
ンタのカウント値がリセットされる（ステップＳ１０
２）。この遅延カウンタは、上述した均質燃焼運転に移
行してからの所定期間の経過をカウントするためのカウ
ンタである。本実施の形態の装置では、この遅延カウン
タにより、均質燃焼運転への移行後、燃焼室１６内にて
混合気の燃焼が実行された回数、すなわち筒内噴射弁１
７が火炎に晒された回数をカウントするようにしてい
る。

【００４１】その後、成層燃焼を実行すべく、圧縮行程
において筒内噴射弁１７が前記目標燃料噴射量Ｑｉｎｊ
に基づき開弁駆動されて、燃焼室１６内への燃料噴射が
実行された後（ステップＳ４００）、本処理は一旦終了
される。

【００４２】一方、内燃機関１１が均質燃焼で運転中で
あると判断されるようになると（ステップＳ１０１：Ｙ
ＥＳ）、上記遅延カウンタのカウント値が所定値βに達
したか否かが判断される（ステップＳ１０３）。なお、
この所定値βは、筒内噴射弁１７が火炎に晒される回数
であって、同筒内噴射弁１７の温度が許容温度以上にな
るおそれがない回数が、実験等により求められた上で、
電子制御装置３０に予め記憶されている。すなわち、こ
の判断では、均質燃焼運転に移行した後、燃焼室１６内
における混合気の燃焼がβ回繰り返されたか否かが判断
される。

【００４３】そして、遅延カウンタのカウント値が所定
値βに達していないと判断される場合には（ステップＳ
１０３：ＮＯ）、筒内噴射弁１７の温度が許容温度以上
になっているおそれはなく、このとき同筒内噴射弁１７
による燃料噴射の実行を開始する必要はないとして、遅
延カウンタのカウント値がインクリメントされる（ステ
ップＳ１０４）。

【００４４】その後、吸気行程において吸気ポート噴射
弁２２が目標燃料噴射量Ｑｉｎｊに基づき開弁駆動され
て、前記吸気ポート２０ａへの燃料噴射が実行された後
（ステップＳ１０５）、本処理は一旦終了される。

【００４５】その後、遅延カウンタのカウント値のイン
クリメントが繰り返され（ステップＳ１０４）、同カウ
ント値が所定値β以上になると（ステップＳ１０３：Ｙ
ＥＳ）、筒内噴射弁１７の温度を許容温度以下に維持す
べく、第１の実施の形態と同様の態様で、吸気ポート噴
射弁２２による燃料噴射と、筒内噴射弁１７による燃料
噴射とが併せ実行される（ステップＳ２００，Ｓ３０
０，Ｓ４００）。その後、本処理は一旦終了される。

【００４６】以下、図４を参照して、本実施の形態の燃
料噴射制御装置の制御態様を更に詳述する。図４は、本
実施の形態の装置による両噴射弁１７，２２の駆動制御
態様についてその一例を示したもので、同図４におい
て、図４（ａ）には筒内噴射弁１７の動作態様を、図４
（ｂ）には吸気ポート噴射弁２２の動作態様を、図４
（ｃ）には上記遅延カウンタのカウント値の推移をそれ
ぞれ示している。

【００４７】燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に移行す
ると、図４（ａ）に示すように筒内噴射弁１７の開弁駆
動が停止されるとともに、図４（ｂ）に示すように吸気
ポート噴射弁２２の開弁駆動が開始されて、吸気ポート
２０ａへの燃料噴射が開始される（タイミングｔ１）。

【００４８】このとき同時に、図４（ｃ）に示すよう
に、遅延カウンタのカウント値のインクリメントが開始
され、その後において吸気ポート噴射弁２２が開弁駆動
される度に、同カウント値のインクリメントが繰り返さ
れる（タイミングｔ１〜ｔ２）。

【００４９】その後、このカウント値が所定値βに達す
ると、すなわち均質燃焼運転に移行した後において混合
気の燃焼がβ回繰り返されると、図４（ａ）に示すよう
に、筒内噴射弁１７の開弁駆動が開始され、燃焼室１６
内への燃料噴射が併せて開始される（タイミングｔ
２）。

【００５０】すなわち、本実施の形態の装置では、均質
燃焼運転に移行した後、筒内噴射弁１７の温度が許容温
度以上になるおそれがない所定期間だけ、同筒内噴射弁
１７による燃料噴射が禁止されている。

【００５１】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、上記（１）及び（２）に記載の作用効果に加えて、
以下に記載する効果が得られるようになる。 （３）均質燃焼運転時において筒内噴射弁１７による燃
料噴射を併せ実行するに際し、均質燃焼運転に移行して
から筒内噴射弁１７が許容温度以上になるおそれがない
所定期間において、同噴射弁１７からの燃料噴射を禁止
するようにした。このため、この所定期間における混合
気の均質性の悪化を防止することができるようになる。

【００５２】なお、筒内噴射弁１７による所定期間の燃
料噴射の禁止は、成層燃焼運転から均質燃焼運転に移行
した直後には限られない。図３にも示されるように、要
は、どのような運転状態からであっても、均質燃焼運転
に移行した直後に、筒内噴射弁１７による燃料噴射が所
定期間だけ禁止される構成であればよい。

【００５３】（第３の実施の形態）以下、本発明にかか
る筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置の第３の実施
の形態について説明する。

【００５４】なお、本実施の形態にかかる燃料噴射制御
装置もその概略の構成は、先の図１に例示したものと同
様であり、それら各部の重複する説明は割愛する。通
常、混合気の燃焼に伴って燃焼室１６内で発生する熱量
は、機関運転状態に応じて変化する。例えば、前記目標
燃料噴射量Ｑｉｎｊが多くなると、燃焼室１６内に供給
される燃料量が多くなり、その燃焼に伴って発生する熱
量が大きくなる。これに伴い、筒内噴射弁１７が受ける
熱量も大きくなり、その温度が上昇しやすくなる。

【００５５】また、混合気の燃焼温度も機関運転状態に
応じて変化する。例えば、機関回転速度が速くなると、
それに伴い燃焼の間隔が短くなって機関温度が上昇し、
ひいては混合気の燃焼温度が上昇するようになる。そし
てこの場合にも、筒内噴射弁１７が受ける熱量が大きく
なって、その温度が上昇しやすくなる。

【００５６】このように、機関回転速度や目標燃料噴射
量Ｑｉｎｊに応じて、筒内噴射弁１７が受ける熱量は変
化するために、燃料噴射により自身の温度を許容温度以
下の温度にまで低下させるために必要な筒内噴射弁１７
の燃料噴射量も自ずと変化する。

【００５７】そこで、本実施の形態の装置では、均質燃
焼運転時における筒内噴射弁１７による燃料噴射量Ｑｔ
を、機関回転速度及び目標燃料噴射量Ｑｉｎｊに基づき
算出するようにしている。

【００５８】図５に示すフローチャートは、本実施の形
態の燃料噴射制御についてその処理手順を示している。
このフローチャートに示される一連の処理も、所定周期
毎（例えば所定クランク角毎）の処理として前記電子制
御装置３０により実行される。なお、図５においても、
先の図２に示した第１の実施の形態の処理や図３に示し
た第２の実施の形態の処理と同一の処理については同一
のステップ番号を付して示している。

【００５９】ちなみに、この図５に示す一連の処理と、
先の図３に例示した第２の実施の形態の一連の処理とで
は、両噴射弁１７，２２の燃料噴射量Ｑｔ，Ｑｋを算出
する処理のみが異なっている。以下ではこの算出処理に
ついて説明する。

【００６０】図５に示すように、遅延カウンタのカウン
ト値が所定値β以上になって、この算出処理に入ると、
この処理では、機関回転速度及び目標燃料噴射量Ｑｉｎ
ｊに基づき、図６に示すＡマップから筒内噴射弁１７の
燃料噴射量Ｑｔが算出される（ステップＳ２１０）。

【００６１】このＡマップは、機関回転速度と目標燃料
噴射量Ｑｉｎｊとの関係から、筒内噴射弁１７の燃料噴
射量Ｑｔを算出するためのマップである。また、このＡ
マップは、これら機関回転速度及び目標燃料噴射量Ｑｉ
ｎｊと、筒内噴射弁１７の温度を許容温度以下に維持す
るために必要最小限の燃料噴射量Ｑｔとの関係が実験な
どにより求められた上で、予め電子制御装置３０に記憶
されている。図６に示されるように、このＡマップによ
り算出される燃料噴射量Ｑｔは、機関回転速度が速いと
きほど、また、目標燃料噴射量Ｑｉｎｊが多いときほ
ど、多い量として算出される。

【００６２】そして本実施の形態では、こうして算出さ
れる燃料噴射量Ｑｔに基づいて、吸気ポート噴射弁２２
の燃料噴射量Ｑｋが、 Ｑｋ←Ｑｉｎｊ−Ｑｔ といったように算出される。

【００６３】こうして算出される燃料噴射量Ｑｔ及びＱ
ｋを用いて筒内噴射弁１７及び吸気ポート噴射弁２２を
駆動制御することで、筒内噴射弁１７からの燃料噴射量
を機関運転状態に応じた必要最小限の量に抑えることが
できるようになる。

【００６４】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、上記（１）、及び（３）に記載の作用効果に加え
て、以下に記載する効果が得られるようになる。 （４）筒内噴射弁１７の燃料噴射量Ｑｔを、機関回転速
度及び目標燃料噴射量Ｑｉｎｊに基づいて、筒内噴射弁
１７の温度を許容温度以下に維持するために必要最小限
の量として算出するようにした。これにより、筒内噴射
弁１７の温度低減と混合気の均質化との好適な両立を図
ることができるようになる。

【００６５】（第４の実施の形態）以下、本発明にかか
る筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置の第４の実施
の形態について説明する。

【００６６】なお、本実施の形態にかかる燃料噴射制御
装置も、その概略の構成は、先の図１に例示したものと
同様であり、それら各部の重複する説明は割愛する。通
常、内燃機関１１の各行程の時間は、機関回転速度が速
くなるほど短くなる。その一方で、筒内噴射弁１７から
一定量の燃料を噴射するのに要する時間は、機関回転速
度によらず一定であり、また、噴射する燃料量が多いほ
ど、燃料噴射に要する時間は長くなる。このため、機関
回転速度が速く、目標燃料噴射量Ｑｉｎｊが多いときに
おいて、燃料噴射を遅い時期に開始すると、圧縮行程中
に燃料を噴射しきれなくなるおそれがある。

【００６７】また、機関回転速度が速いときには、吸気
行程において燃焼室１６内に空気が勢いよく吸入される
ために、その影響により圧縮行程中においても同燃焼室
１６内の空気の流れの乱れが残っている。このため、こ
のような状態では早い時期に筒内噴射弁１７から燃料を
噴射することで、噴射燃料と空気とのミキシングが促進
されるようになる。

【００６８】一方、機関回転速度が遅いときには、吸気
行程において燃焼室１６内に吸入される空気の流速が遅
いために、圧縮行程中における同燃焼室１６内の空気の
流れの乱れが小さい。この状態で、筒内噴射弁１７によ
り早い時期に燃料を噴射すると、噴射燃料の一部が空気
とミキシングされることなく、気筒１２の内壁やピスト
ン１３の上面に付着するようになり、この付着燃料の分
だけ、混合気の空燃比がリーン側の値になる。このた
め、機関回転速度が遅いときには、筒内噴射弁１７によ
る燃料噴射を圧縮行程中の比較的遅い時期に開始するこ
とが望ましい。

【００６９】そこで、本実施の形態の装置では、均質燃
焼運転時における筒内噴射弁１７の燃料噴射時期を、機
関回転速度及び目標燃料噴射量Ｑｉｎｊに基づき算出す
ることで、同筒内噴射弁１７から噴射される燃料と空気
とのミキシングが良好に行われるようにしている。

【００７０】図７に示すフローチャートは、本実施の形
態の燃料噴射制御についてその処理手順を示している。
このフローチャートに示される一連の処理も、所定周期
毎（例えば所定クランク角毎）の処理として前記電子制
御装置３０により実行される。なお、図７において、先
の図２に示した第１の実施の形態の処理、図３に示した
第２の実施の形態の処理、及び図５に示した第３の実施
の形態の処理と同一の処理については同一の符号を付し
て示している。

【００７１】ちなみに、この図７に示す一連の処理と、
先の図５に例示した第３の実施の形態の一連の処理とで
は、筒内噴射弁１７の燃料噴射時期を算出する処理（ス
テップＳ２２０）が加えられた点のみが異なっている。
以下、この相違点を中心に、本実施の形態の燃料噴射制
御の処理手順を説明する。

【００７２】図７に示すように、この一連の処理では、
第３の実施の形態で述べたように筒内噴射弁１７及び吸
気ポート噴射弁２２の燃料噴射量Ｑｔ及びＱｋが算出さ
れた後（ステップＳ２１０）、筒内噴射弁１７の燃料噴
射時期が、機関回転速度及び目標燃料噴射量Ｑｉｎｊに
基づいて、図８に示すＢマップから算出される（ステッ
プＳ２２０）。

【００７３】このＢマップは、機関回転速度と目標燃料
噴射量Ｑｉｎｊとの関係から、筒内噴射弁１７の燃料噴
射時期を算出するためのマップである。また、このＢマ
ップは、これら機関回転速度及び目標燃料噴射量Ｑｉｎ
ｊと、混合気の好適な均質化が図られる燃料噴射時期と
の関係が実験などにより求められた上で、予め電子制御
装置３０に記憶されている。なお、このＢマップにより
算出される燃料噴射時期は、機関回転速度が速い運転領
域にあるときほど、また目標燃料噴射量Ｑｉｎｊが多い
運転領域にあるときほど早い時期（進角した値）として
算出される。また特に、機関回転速度が速く、且つ目標
燃料噴射量Ｑｉｎｊが多い運転領域（図８中に斜線で示
す運転領域）では、上記比較的早い時期と、圧縮行程末
期といった２つの燃料噴射時期を算出する。この圧縮行
程末期の燃料噴射時期についても、機関回転速度が速い
運転領域にあるときほど、また目標燃料噴射量Ｑｉｎｊ
が多い運転領域にあるときほど早い時期として算出す
る。

【００７４】こうして筒内噴射弁１７の燃料噴射時期が
算出された後、この燃料噴射時期、及び上記各燃料噴射
量Ｑｔ，Ｑｋに基づいて、両噴射弁１７，２２の開弁駆
動が実行されて、吸気ポート噴射弁２２による燃料噴射
と、筒内噴射弁１７による燃料噴射とが併せ実行される
（ステップＳ３００，Ｓ４００）。なお、筒内噴射弁１
７の開弁駆動に際し、上記２つの燃料噴射時期が算出さ
れている場合には、両燃料噴射時期に噴射される燃料量
を加算した量が、上記燃料噴射量Ｑｔとなるように、そ
の駆動が制御される。

【００７５】こうして両噴射弁１７，２２の開弁駆動が
実行された後、本処理は一旦終了される。すなわち、本
実施の形態の装置では基本的に、機関回転速度が速いと
きほど、また目標燃料噴射量Ｑｉｎｊが多いときほど、
早い時期に筒内噴射弁１７が開弁駆動されて燃料噴射が
実行されるようにする。また特に、機関回転速度が速
く、且つ目標燃料噴射量Ｑｉｎｊが多いとき、すなわち
筒内噴射弁１７の温度条件が厳しいときには、上記比較
的早い時期と圧縮行程末期との２回に分けて筒内噴射弁
１７を開弁駆動して燃料噴射を実行するようにする。

【００７６】このような本実施の形態によれば、上記
（１）、（３）及び（４）に記載の作用効果に加えて、
以下に記載する効果が得られるようになる。 （５）機関回転速度が速いときほど、また、目標燃料噴
射量Ｑｉｎｊが多いときほど、早い時期に筒内噴射弁１
７を開弁駆動して燃料噴射を実行するようにした。これ
により、筒内噴射弁１７の燃料噴射時期を、噴射される
燃料と空気とのミキシングが良好となる時期に設定する
ことができるようになる。このため、筒内噴射弁１７の
温度低減と混合気の均質化との好適な両立を図ることが
できるようになる。

【００７７】（６）また、筒内噴射弁１７の温度条件が
厳しいときには、比較的早い時期と圧縮行程末期といっ
た２回に分けて筒内噴射弁１７を開弁駆動して燃料噴射
を実行するようにした。これにより、筒内噴射弁１７が
冷却される機会が増え、同筒内噴射弁１７の温度をより
好適に低減することができるようになる。

【００７８】（その他の実施の形態）なお、上記各実施
の形態は、以下のように変更して実施してもよい。 ・上記第２〜第４の実施の形態では、筒内噴射弁１７の
温度が許容温度より高くなるおそれのない所定期間を遅
延カウンタによりカウントするようにしたが、この所定
期間を遅延タイマにより計時するようにしてもよい。

【００７９】・また、この所定期間を、機関回転速度や
目標燃料噴射量Ｑｉｎｊ等の機関運転状態に応じて可変
設定するようにしてもよい。こうした構成によれば、上
記所定期間を、機関運転状態により変化する筒内噴射弁
１７の温度条件に応じた期間として設定することが可能
になり、混合気の均質性の悪化をより好適に抑制するこ
とができるようになる。

【００８０】・また、上記所定期間の可変設定に用いる
機関運転状態として、冷却水の温度や、アクセルペダル
の踏込量、吸入空気量等を用いるようにしてもよい。要
は、筒内噴射弁１７の温度が許容温度以上になるおそれ
がない期間を精度よく設定することができるのであれ
ば、どのようなパラメータを用いてもよい。

【００８１】・上記第３及び第４の実施の形態では、均
質燃焼時における筒内噴射弁１７の燃料噴射量Ｑｔを、
機関回転速度及び目標燃料噴射量Ｑｉｎｊに基づいて算
出するようにしたが、この燃料噴射量Ｑｔの算出パラメ
ータについても、冷却水の温度や、アクセルペダルの踏
込量、吸入空気量等を用いるようにしてもよい。要は、
筒内噴射弁１７の温度を許容温度以下に維持するために
最低限必要な燃料噴射量Ｑｔを精度よく算出することが
できるのであれば、どのようなパラメータを用いてもよ
い。

【００８２】・上記第４の実施の形態では、筒内噴射弁
１７の温度条件が厳しいときには、比較的早い時期と圧
縮行程末期といった２回に分けて筒内噴射弁１７を開弁
駆動して燃料噴射を実行するようにしたが、これに限ら
れない。例えば、２回目の燃料噴射を省略しても、上記
（５）に記載の作用効果を得ることはできる。また、２
回目の燃料噴射を、圧縮行程末期ではなく、１回目の燃
料噴射が実行されてから混合気が燃焼するまでの期間の
いずれかの時期に実行することで、筒内噴射弁１７が冷
却される機会を増やすことができる。

【００８３】・また、混合気の均質化が好適に図られる
のであれば、筒内噴射弁１７による燃料噴射を３回以上
に分けて実行するようにしてもよい。 ・その他、第１の実施の形態による筒内噴射弁１７から
の燃料噴射を併せ行う構成を（Ａ）、第１の実施の形態
による筒内噴射弁１７から一定量の燃料を噴射する構成
を（Ｂ）、第２の実施の形態による筒内噴射弁１７から
の燃料噴射を所定期間禁止する構成を（Ｃ）、第３の実
施の形態による筒内噴射弁１７の燃料噴射量を機関運転
状態に基づき算出する構成を（Ｄ）、第４の実施の形態
による筒内噴射弁１７の燃料噴射時期を機関運転状態に
基づき算出する構成を（Ｅ）とすると、（Ａ），（Ｂ）
及び（Ｅ）を組み合わせる構成、（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）及び（Ｅ）を組み合わせる構成、（Ａ）及び
（Ｄ）を組み合わせる構成、（Ａ），（Ｄ）及び（Ｅ）
を組み合わせる構成、等々も適宜採用することができ
る。

【００８４】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明の実施の形態には、次のような形態を含む
ものであることを付記しておく。 （１）請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射
制御装置において、前記制御手段は、前記筒内噴射用燃
料噴射弁の温度を許容温度以下に維持可能な一定量の燃
料を噴射するように同筒内噴射用燃料噴射弁を駆動制御
することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制
御装置。

【００８５】（２）請求項３に記載の筒内噴射式内燃機
関の燃料噴射制御装置において、前記所定期間を、機関
運転状態に基づき可変設定する手段を更に備えることを
特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射
制御装置の概略構成を示すブロック図。

【図２】第１の実施の形態の燃料噴射制御の処理手順を
示すフローチャート。

【図３】第２の実施の形態の燃料噴射制御の処理手順を
示すフローチャート。

【図４】両噴射弁の駆動態様の一例を示すタイミングチ
ャート。

【図５】第３の実施の形態の燃料噴射制御の処理手順を
示すフローチャート。

【図６】筒内噴射弁の燃料噴射量の算出に用いるマップ
のマップ構造を示す略図。

【図７】第４の実施の形態の燃料噴射制御の処理手順を
示すフローチャート。

【図８】筒内噴射弁の燃料噴射時期の算出に用いるマッ
プのマップ構造を示す略図。

【符号の説明】

１１…内燃機関、１２…気筒、１３…ピストン、１４…
コンロッド、１５…クランクシャフト、１６…燃焼室、
１７…筒内噴射弁、１８…点火プラグ、１９…イグナイ
タ、２０…吸気通路、２０ａ…吸気ポート、２１…排気
通路、２２…吸気ポート噴射弁、３０…電子制御装置、
３１…クランクセンサ、３２…アクセルセンサ。

───────────────────────────────────────────────────── 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 45/00 ３１０ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１０Ｈ Ｆターム(参考） 3G023 AA15 AB01 AC04 AG01 3G084 AA04 BA11 BA13 BA15 CA03 CA04 CA09 DA37 EA07 EA11 EB08 EC01 EC03 FA10 FA19 FA33 3G301 HA04 HA16 JA32 KA06 KA23 LB02 LB04 MA18 NA08 NC02 NE12 NE17 NE22 NE23 PA11Z PC00Z PE01Z PF03Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴
   射用燃料噴射弁と、同機関の吸気ポートに燃料を噴射す
   る吸気ポート噴射用燃料噴射弁とを有し、成層燃焼運転
   時には成層燃焼を行うべく前記筒内噴射用燃料噴射弁を
   駆動制御して前記気筒内に燃料噴射を行うとともに、均
   質燃焼運転時には均質燃焼を行うべく前記吸気ポート噴
   射用燃料噴射弁を駆動制御して前記吸気ポートに燃料噴
   射を行う筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置におい
   て、 前記均質燃焼運転時、前記吸気ポート噴射用燃料噴射弁
   から燃料噴射を行うことに加えて、前記筒内噴射用燃料
   噴射弁からも燃料噴射を行うように前記筒内噴射用燃料
   噴射弁を駆動制御する制御手段を備えることを特徴とす
   る筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記筒内噴射用燃料噴射
   弁の燃料噴射量を機関運転状態に基づき算出し、この算
   出した燃料噴射量に応じて前記筒内噴射用燃料噴射弁を
   駆動制御する請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃
   料噴射制御装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、前記均質燃焼運転に移行
   してから所定期間経過後に前記筒内噴射用燃料噴射弁に
   よる燃料噴射が開始されるように同筒内噴射用燃料噴射
   弁を駆動制御する請求項１または２に記載の筒内噴射式
   内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 【請求項４】前記制御手段は、前記筒内噴射用燃料噴射
   弁の燃料噴射時期を機関運転状態に基づいて算出し、こ
   の算出した燃料噴射時期に応じて前記筒内噴射用燃料噴
   射弁を駆動制御する請求項１〜３のいずれかに記載の筒
   内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。