JP2006336502A - 筒内噴射内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の噴射時期を遅角させて燃料の後燃えを生じさせる筒内噴射内燃機関において、燃焼安定性を確保するとともに、壁流の形成を抑制して、エミッションを低減させる。
【解決手段】ピストンの冠面に対向させて配置されたインジェクタにより膨張行程中に燃料を噴射させるとともに、この噴射による噴霧に対し、ピストンとの衝突前に点火を行わせる。この膨張行程中の燃料の噴射に際し、アシストエアの噴射等により圧縮上死点後の筒内におけるガスの流れを強化させる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、筒内噴射内燃機関に関し、詳細には、触媒の活性促進等を目的として、燃料の噴射時期を遅角させて燃料の後燃えを生じさせるものにおいて、燃料の過剰集中による失火を防止して、安定した燃焼を実現するための技術に関する。

筒内噴射内燃機関は、シリンダヘッドに燃料供給用のインジェクタが設置され、このインジェクタにより筒内に燃料を直接噴射することで、層状の混合気を形成するものである。この筒内噴射内燃機関によれば、燃焼の大幅な希薄化が可能であるとともに、吸気に伴うポンプロスの低減の効果も相俟って、特に低負荷域における燃料消費量を低減し得ることが知られている。

筒内噴射内燃機関として、燃料供給用のインジェクタが気筒中心軸に対して傾斜させて、シリンダヘッドの側方から気筒中心に向けて配設された、いわゆる側方噴射タイプのもののほか、このインジェクタが気筒中心軸に対して平行に、シリンダヘッドの上方からピストンの冠面に対向させて配置された中央噴射タイプのものが知られている。
前者の側方噴射タイプの筒内噴射内燃機関に関するものであるが、冷間始動時における排気浄化触媒の活性促進を目的として、排気温度を上昇させる次のような技術が知られている（特許文献１）。すなわち、燃料の噴射時期を圧縮行程中で遅角させて設定して、点火プラグの近傍に燃料の濃い混合気塊を形成するとともに、この混合気塊に対して点火を行わせることで、不完全燃焼物を発生させて、膨張行程以降におけるその後燃えの効果を得て、排気温度を上昇させるものである。
特開平１０−１６９４８８号公報（段落番号０００９）

しかしながら、前掲特許文献１に記載された公知の排気昇温技術には、次のような問題がある。すなわち、このものでは、燃料の噴射時期が遅角させて設定され、点火プラグの近傍に燃料の濃い混合気塊が形成されるため、この混合気塊に局所的な燃料過濃領域が形成され易く、燃料の過剰集中により火炎の伝播が滞ることで、局所的な失火を来して、燃焼を不安定化させる惧れがあることである。

本発明は、燃料の噴射時期を遅角させて燃料の後燃えを生じさせるものにおいて、燃料の過剰集中を回避して火炎の伝播を良好に生じさせ、燃焼安定性を確保することを目的とする。

本発明は、筒内噴射内燃機関を提供する。本発明に係る装置は、ピストンの冠面に対向させて配置され、筒内に燃料を直接噴射する燃料供給用のインジェクタと、このインジェクタに近接させて設置され、このインジェクタにより噴射された噴霧に点火する点火プラグとを含んで構成される。インジェクタによる燃料の噴射時期として、膨張行程中に燃料が噴射される時期が設定される。この膨張行程中の噴射に際し、圧縮上死点後の筒内におけるガスの流れが強化される。

本発明によれば、膨張行程中に燃料を噴射させるとともに、圧縮上死点後の筒内におけるガスの流れを強化させることとしたので、燃料の過剰集中を回避して、燃焼中に火炎の伝播を良好に生じさせることができ、失火を防止して、燃焼を安定させることができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る筒内噴射内燃機関（以下「エンジン」という。）１の構成を、気筒中心軸ｍを含む平面による断面で示している。エンジン１は、いわゆる中央噴射タイプの筒内噴射内燃機関である。
シリンダブロック１１には、ピストン１２が挿入されており、ピストン１２の冠面１２１とシリンダヘッド１３の下面１３１との間に形成される空間１４が燃焼室となる。気筒中心軸ｍを基準としたシリンダヘッド１３の一側には、吸気ポート１５が形成され、吸気ポート１５は、図示しない吸気マニホールドと接続されて、吸気通路を形成している。吸気ポート１５は、吸気弁１６により開閉される。シリンダヘッド１３の他側には、排気ポート１７が形成され、排気ポート１７は、排気マニホールド１８と接続されて、排気通路を形成している。排気ポート１７は、排気弁１９により開閉される。本実施形態において、吸気弁１６及び排気弁１９は、各弁１６，１９の上方に配置された、図示しない吸気カム又は排気カムにより夫々開方向に駆動される。

また、シリンダヘッド１３には、気筒中心軸ｍ上に、ピストン１２の冠面に対向させて燃料供給用のインジェクタ（以下、単に「インジェクタ」という。）２１が設置されるとともに、インジェクタ２１に対して排気ポート１７側に隣接させて、点火プラグ２５が設置されている。本実施形態において、インジェクタ２１は、いわゆる二流体噴射弁であり、燃料が供給されるほか、筒内におけるガスの流れを強化させるための空気（以下「アシストエア」という。）が供給される。

インジェクタ２１には、本体先端の噴孔に連通させて、アシストエアを流通させる通路（以下「空気通路」という。）２１１が形成されており、空気通路２１１を介して噴孔にアシストエアを送り込むことで、燃料とアシストエアとを混合させ、筒内に噴射することができる。また、インジェクタ２１は、このように燃料及びアシストエアを同時に噴射するほか、流れの強化のため、燃料及びアシストエアを各別に噴射することもできる。アシストエアの噴射時期を制御するため、インジェクタ２１には、空気通路２１１を開閉させる遮断弁２１２が付設されている。インジェクタ２１には、燃料ポンプ２２により所定の圧力に調整された燃料が燃料配管２３を介して供給されるとともに、アシストエアが図示しないコンプレッサにより圧縮された後、空気配管２４を介して供給される。インジェクタ２１により噴射された燃料は、ピストン１２の冠面に向かって気筒中心軸ｍ上を進む中空円錐状の噴霧を形成する。なお、本実施形態では、インジェクタ２１に燃料供給用のインジェクタとしての機能と「筒内流動制御手段」として機能とを兼ねさせているが、インジェクタ２１を燃料供給のための専用のインジェクタとする一方、「筒内流動制御手段」をこれとは別のエンジン部品により構成することもできる。この専用のインジェクタ２１として、ホールノズルタイプ、アウトワードタイプ（ポペットタイプの弁体を外向きに駆動して噴射を行う。）及びスワールタイプ等のいずれのインジェクタを採用することもできる。インジェクタ２１の弁体を駆動するアクチュエータには、ソレノイドタイプのほか、ピエゾタイプのものを採用することができる。

インジェクタ２１（遮断弁２１２を含む。）及び点火プラグ２５の動作は、エンジンコントロールユニット３１により制御される。インジェクタ２１は、エンジンコントロールユニット３１により定められる所定の時期に作動して、筒内に燃料を直接噴射する。他方、点火プラグ２５は、エンジンコントロールユニット３１により定められる所定の時期に点火を行う。

燃焼後の排気は、排気弁１９の開期間に排気ポート１７から排気通路に排出される。排気通路には、排気マニホールド１８の下流に排気浄化触媒（以下、単に「触媒」という。）２０が設置されており、排気は、触媒２０を通過した後、大気中に放出される。
エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）３１へは、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ４１の検出信号、エンジン１に対する要求負荷に相関するアクセル開度を検出するアクセルセンサ４２の検出信号、クランクシャフト（図示せず。）の基準位置及び単位位置を検出するクランク角センサ４３の検出信号（これをもとに、エンジン１の回転速度を算出することができる。）、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ４４の検出信号、燃料配管２３内の燃料の圧力（以下「燃圧」という。）を検出する燃圧センサ４５の検出信号、触媒２０への流入前の排気の空燃比を検出する排気センサ４６の検出信号、及び触媒２０の温度（以下「触媒温度」という。）を検出する温度センサ４７等が入力される。ＥＣＵ３１は、入力した各種の検出信号をもとに、インジェクタ２１及び点火プラグ２５等のエンジン制御デバイスに対する制御信号を形成する。

本実施形態では、エンジン１の運転状態に応じ、均質燃焼と成層燃焼との間で燃焼形態を切り換える。均質燃焼では、目標とする空燃比が理論値に設定されるとともに、燃料の噴射時期が吸気行程中に設定され、燃焼室１４の全体に噴霧を拡散させた状態で燃焼を行わせる。他方、成層燃焼では、目標とする空燃比が理論値よりも大きな値に設定されるとともに、燃料の噴射時期が圧縮行程中に設定され、燃焼室１４のうち点火プラグ２５の近傍に噴霧を集中させた状態で燃焼を行わせる。この通常運転時における燃焼形態の切り換えは、ＥＣＵ３１により判断される。また、本実施形態では、後者の成層燃焼として、噴霧に対してピストン１２との衝突前に点火が行われる形態のもの（「スプレーガイド方式」と一般的に呼ばれる。）が採用される。また、エンジン１の冷間始動時における触媒２０の活性促進のため、及び一旦活性したものの、低排温運転の継続により不活性化の惧れがある場合の活性維持のため、成層燃焼の形態で燃料の後燃えを生じさせる排気昇温制御を行わせる。

この排気昇温制御では、燃料の噴射時期として、通常の成層燃焼時に設定されるものよりも遅い、膨張行程中の時期が設定されるとともに、点火時期として、噴霧に対してピストン１２との衝突前に点火が行われる時期が設定される。また、この噴霧により点火プラグ２５の近傍に形成される混合気塊の空燃比が、理論値よりも小さな値（９〜１２程度）の可燃空燃比に調整されるとともに、燃焼室１４の全体に亘る平均空燃比が理論値又はこれよりも大きな値（１４．４〜１８程度）に調整された状態で燃焼を行わせる。この平均空燃比の調整は、吸気通路の導入部に設置されたスロットル弁５１の操作により行われる。

次に、ＥＣＵ３１が行う制御の内容について、フローチャートにより説明する。
図２は、燃焼制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンにより、通常運転時における燃焼形態の切り換えが判断されるとともに、触媒２０の状態が判断され、触媒２０が低活性（未活性を含む。）の状態にあるときに、排気昇温制御によりその活性促進又は維持が図られる。

Ｓ１０１では、エンジン１の運転状態として、吸入空気量ＱＭ、エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＰＯ、燃圧Ｐｆ及び触媒温度Ｔｃａｔ等を読み込む。
Ｓ１０２では、読み込んだＡＰＯに基づいてエンジン１の目標トルクＴＴＣを算出する。目標トルクＴＴＣの算出は、ＴＴＣの値をＡＰＯに対応させて割り付けたエンジン回転数ＮＥ毎のマップデータの検索により行われる。

Ｓ１０３では、エンジン１の運転状態が成層燃焼域にあるか否かを判定する。成層燃焼域にあるときは、Ｓ１０４へ進み、成層燃焼域にない（すなわち、均質燃焼域にある）ときは、Ｓ１０８へ進む。エンジン１の運転領域全体のうち、成層燃焼域は、比較的に低負荷側の領域として設定され、均質燃焼域は、成層燃焼域以外の高負荷側の領域として設定される。このＳ１０３の処理において、燃圧Ｐｆが所定の圧力Ｐｆ１未満であるときは、成層燃焼域にあるとの判断を禁止し、処理をＳ１０８へ進ませる。低燃圧時には、噴射圧力の不足により噴霧が点火プラグ２５の位置にまで到達せず、失火を来す惧れがあるからである。

Ｓ１０４では、成層燃焼のための目標燃空比（ここでは、空気過剰率の逆数をいうものとする。）ＴＦＢＹＡを算出する。目標燃空比ＴＦＢＹＡの算出は、ＴＦＢＹＡの値をエンジン回転数ＮＥ及び目標トルクＴＴＣに対応させて割り付けたマップデータの検索により行われる。
Ｓ１０５では、触媒温度Ｔｃａｔが、触媒２０が低活性であることを示す所定の温度ＴｃａｔH以上であるか否かを判定する。ＴｃａｔＨ以上であるときは、Ｓ１０６へ進み、ＴｃａｔＨ未満であるときは、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０６では、通常の成層燃焼により運転を行わせる。吸入空気量ＱＭ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて算出される理論値相当の基本噴射量（＝Ｋ×ＱＭ／ＮＥ：Kを係数とする。）に算出したＴＦＢＹＡを乗算し、更に冷却水温度Ｔｗ等による各種の補正を施して、最終的な燃料噴射量Ｑｆｃｏを算出する。エンジン回転数ＮＥ及び目標トルクＴＴＣに対応させて割り付けたマップデータの検索により、燃料の噴射時期として、圧縮行程中の時期ＩＴｃｏを算出するとともに、点火時期ＡＤＶを次のように算出する。すなわち、燃圧ＰｆのもとでＱｆｃｏを噴射するのに必要な期間の長さをクランク角換算値Ｔ１として算出し（式（１））、算出したＴ１を次式（２）に代入する。

Ｔ１＝｛（Ｑｆｃｏ／ｄＱｆ）×３６０×ＮＥ／６０｝×Ｃ ・・・（１）
ＡＤＶ＝ＩＴｃｏ＋Ｔ１−Ｔｄ ・・・（２）
なお、単位時間当たりの燃料噴射量（燃圧Ｐｆにより変化する。）をｄＱｆ、単位換算係数をＣ、噴霧の後尾部分に点火を行うための適合係数（実験により設定することができる。）をＴｄとする。

Ｓ１０７では、触媒２０が低活性であるとして、その早期促進又は維持のため、図３のフローチャートに従い排気昇温制御を実行する。
図３のフローチャートにおいて、Ｓ２０１では、膨張行程中に燃料を噴射するための燃料の噴射時期ＩＴｅｘを算出する。噴射時期ＩＴｅｘの算出は、ＩＴｅｘの値をエンジン回転数ＮＥ及び目標トルクＴＴＣに対応させて割り付けたマップデータの検索により行われる。ＩＴｅｘは、通常の成層燃焼時に設定される噴射時期ＩＴｃｏよりも遅角させて設定される。本実施形態では、噴射された燃料のうち比較的に高い割合のものがエンジン１の仕事として消費されることとなる圧縮行程後期から膨張行程中期までの間の時期に設定される。

Ｓ２０２では、修正噴射量Ｑｆｅｘを算出する。修正噴射量Ｑｆｅｘの算出に際し、目標燃空比ＴＦＢＹＡが修正され、０．８〜１．０（既述の平均空燃比で１４．４〜１８程度）の範囲で設定される。修正噴射量Ｑｆｅｘの算出は、図２のＳ１０６におけると同様に理論値相当の基本噴射量に冷却水温度Ｔｗ等による各種の補正を施したものに、修正したＴＦＢＹＡを乗算し、更に燃焼効率を考慮した係数Ｋｃｏ（＞１）を乗算することにより行われる（式（３））。膨張行程中に燃料を噴射する場合は、噴射された燃料の全てがエンジン１の仕事として消費されるのではなく、その一部が熱に変換される。ＱｆｃｏにＫｃｏを乗算することで、この熱に変換される分の燃料量を補い、出力の変動を抑制するのである。係数Ｋｃｏは、Ｋｃｏの値をエンジン回転数ＮＥ及び目標トルクＴＴＣに対応させて割り付けたマップデータ（図４）の検索により行われる。この検索により、Ｋｃｏは、ＮＥが低いときほど、及びＴＴＣが大きいときほど、大きな値に設定される。ＮＥが低いときは、点火までの時間が長く確保される傾向にあり、ＩＴｅｘを積極的に遅角させることができ、他方、ＴＴＣが大きいときは、燃料噴射量が多く、ＩＴｅｘを安定して遅角させることができるからである。

Ｑｆｅｘ＝Ｑｆｃｏ×Ｋｃｏ ・・・（３）
また、算出したＱｆｅｘのもとで目標燃空比ＴＦＢＹＡを実現し、後燃えのために生じさせるＣＯ，Ｈ２等の不完全燃焼物の量と、残存させる酸素の量とを均衡させるため、スロットル弁５１を制御して、吸入空気量を調整する。
Ｓ２０３では、点火時期ＡＤＶを算出する。このＡＤＶは、通常の成層燃焼時（図２のＳ１０６）に設定される点火時期ＡＤＶよりも遅角させて設定される。本実施形態では、図２のＳ１０６におけると同様に、燃料の噴射時期ＩＴｅｘ及び修正噴射量Ｑｆｅｘに基づいて式（１）及び（２）により算出される。

Ｓ２０４では、アシストエアの噴射時期（すなわち、遮断弁２１２の開時期）ＩＴａを算出する。このＩＴａは、ＩＴａに開始するアシストエアの噴射期間の長さが予め設定されている場合に、この期間を燃料の噴射開始後の膨張行程のうち点火時期ＡＤＶを除く期間とする時期として設定される。点火時期ＡＤＶを外し、アシストエアの影響による点火不良を防止するためである。図５は、排気昇温制御を行う際に設定される燃料の噴射時期ＩＴｅｘ、点火時期ＡＤＶ及びアシストエアの噴射時期ＩＴａの関係を示すタイミングチャートである。本実施形態において、ＩＴａは、ＡＤＶ後（詳細には、点火終了後）の時期として設定される。また、アシストエアの噴射期間の長さＴ２は、修正噴射量Ｑｆｅｘに比例させて延長される。

Ｓ１０３の処理で成層燃焼域にないと判定したときは、Ｓ１０８において、均質燃焼により運転を行わせる。吸入空気量ＱＭ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて算出される理論値相当の基本噴射量（＝Ｋ×ＱＭ／ＮＥ）に、冷却水温度Ｔｗ等による各種の補正を施して、燃料噴射量Ｑｆｉｎを算出する。吸気行程中の燃料の噴射時期を設定するとともに、点火時期をＭＢＴ（Minimum Advance For Best Torque）に設定する。

本実施形態に関し、噴射時期設定手段、点火時期設定手段、筒内流動制御手段及び運転条件判定手段としての機能は、ＥＣＵ３１により提供され、図３に示すフローチャートのＳ２０１の処理が「噴射時期設定手段」に、同フローチャートのＳ２０３の処理が「点火時期設定手段」に、同フローチャートのＳ２０４の処理が「筒内流動制御手段」に、図２に示すフローチャートのＳ１０５の処理が「運転条件判定手段」に相当する。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
本実施形態では、触媒２０の低活性時において、膨張行程中に燃料を噴射させるとともに、噴射された噴霧に対し、ピストン１２との衝突前に点火を行わせることで、燃料の後燃えの効果を得て、排気温度を上昇させることができるとともに、ピストン１２上での壁流による未燃ＨＣの発生を抑制し、エミッションを低減させることができる。また、特にこの排気昇温制御において、アシストエアの噴射により圧縮上死点後の筒内におけるガスの流れを強化させることで、噴霧における燃料の過剰集中を回避して、燃焼中に火炎の伝播を良好に生じさせることができ、失火を防止して、安定した燃焼を実現することができる。

図６は、本実施形態に係る排気昇温制御による燃焼安定の効果を説明するものである。本実施形態では、点火時期ＡＤＶ後の時期ＩＴａにアシストエアＡを噴射したことで、アシストエアＡの噴射による点火不良を確実に回避しつつ、流れを強化させることができ、かつ遅角化により比較的に緩慢になり易い燃焼後期における燃焼を改善し、燃焼を良好に終了させることができる。なお、アシストエアの噴射によれば、所望の強さの流れを比較的に容易に形成することができ、また、二流体噴射弁の採用により、エンジン１を纏まりよく構成することができる。

アシストエアの噴射時期ＩＴａは、以上のように点火時期ＡＤＶ後に設定するに限らず、ＡＤＶ前に設定することもできる（図５は、この場合の噴射信号を二点鎖線で示す。）。この設定によれば、流れの強化により燃焼を安定させる上記同様の効果に加え、燃料の微粒化を促進させる二流体噴射弁本来の効果を得て、スモークの発生を抑制することができる（図７）。

以下に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、アシストエアの噴射によるもの以外の「筒内流動制御手段」を提供するものである。第１の実施形態におけると同様の構成には、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図８，９は、本発明の第２の実施形態に係る「筒内流動制御手段」の構成及び動作を示している。

本実施形態では、吸気弁１６及び排気弁１９の動弁装置として、カムに代え、電磁アクチュエータ６１，６２等による可変タイプのものが採用される。ＥＣＵ３１からの信号に基づいて電磁アクチュエータ６１，６２を作動させ、膨張行程中に各弁１６，１９の少なくとも１つを吸気のための通常の動作におけるよりも小さなリフト量で開弁させる。この開弁により発生する圧力の変動を燃焼室１４の中程の噴霧Ｓが存在する領域に及ぼさせることで、流れを強化し（矢印Ｆ１，Ｆ２）、燃焼を安定させることができる。この場合の開時期は、比較的に高い圧力が筒内に残る圧縮上死点後の早い時期に設定される。図８は、吸気弁１６及び排気弁１９の双方を開弁させる場合を、図９は、排気弁１９のみを開弁させる場合を示している。インジェクタ２１を基準として点火プラグ２５の後方の排気弁１９を開弁させることで、流れの強化による燃焼安定の効果に加え、噴霧Ｓを点火プラグ２５の方向に誘導し、着火を確実なものとすることができる。また、排気弁１９を開弁させることで、排気弁１９の後方の排気通路内における乱れを促し、筒内に限らず、排気通路内でも後燃えを良好に継続させることができる。なお、点火プラグ２５の方向に誘導される噴霧は、噴射により付与された運動量が比較的に小さい微小な液滴又は蒸発した燃料からなるため、インジェクタ２１自体を点火プラグ２５に指向させる場合に対し、燻り等を生じさせずに噴霧を誘導することができる。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係る「筒内流動制御手段」の構成及び動作を示している。
本実施形態では、吸気通路に吸気制御弁（又はスワール制御弁）７１が設置されており、ＥＣＵ３１からの信号に基づいて吸気制御弁７１を閉弁させ、気筒配列方向に並ぶ２つの吸気ポート１５のうち一方を閉塞させることで、筒内に吸入される空気のスワール流Ｆ３を強化させる。このスワール流Ｆ３は、いわゆるタンブル流とは異なり上死点経過後も比較的に強さが維持されるので、圧縮上死点後の筒内で流れＦ３’が強化され、燃焼を安定させることができる。なお、本実施形態では、触媒２０の不活性時にのみ吸気制御弁７１を閉弁させ、それ以外の通常の成層燃焼時には、吸気制御弁７１を開弁させる。ポンプロスの低減という筒内噴射方式本来の利点のためである。この吸気制御弁７１の開閉は、ダイヤフラムアクチュエータ７２により行われる。

なお、以上では、暖気後の通常運転時において、運転状態に応じて成層燃焼と均質燃焼との間で燃焼形態を切り換えてエンジン１を運転させる場合を例に説明したが（図２のＳ１０６，Ｓ１０８）、これに限らず、通常運転時において、原則として常に均質燃焼によることとし、冷間始動時等の昇温要求時にのみ成層燃焼を選択して、排気昇温制御を行わせることとしてもよい。三元触媒の併用により良好な排気浄化性能が得られる均質燃焼を最大限に活用しつつ、噴霧に対してピストン１２との衝突前に点火を行う燃焼制御による壁流抑制の効果を獲得するためである。

また、以上では、成層燃焼に際し、ピストン１２との衝突前の噴霧に対して点火を行わせる場合を例に説明したが、ピストン１２の冠面に噴霧案内用のキャビティが形成されたものでは、通常運転時において、このキャビティにより案内された噴霧（点火プラグ２５の近傍に理論値に近い空燃比の混合気塊を形成する。）に対して点火を行わせることとしてもよい。負荷又は燃料噴射量に応じて最適な大きさ及び空燃比の混合気塊を形成可能とし、成層燃焼の実用領域を拡大させるためである。

本発明の第１の実施形態に係る筒内噴射内燃機関の構成 同上実施形態に係る燃焼制御ルーチンのフローチャート 同上実施形態に係る排気昇温制御ルーチンのフローチャート 燃焼効率係数Ｋｃｏのマップデータ 排気昇温制御で設定される燃料の噴射時期ＩＴｅｘ、点火時期ＡＤＶ及びアシストエアの噴射時期ＩＴａのタイミングチャート 点火時期後にアシストエアを噴射した場合の燃焼の概念 点火時期前にアシストエアを噴射した場合の燃焼の概念 本発明の第２の実施形態に係る筒内流動制御手段の構成及び動作 同上筒内流動制御手段の他の例の構成及び動作 本発明の第３の実施形態に係る筒内流動制御手段の構成及び動作

符号の説明

１…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…ピストン、１３…シリンダヘッド、１４…燃焼室、１５…吸気ポート、１６…吸気弁、１７…排気ポート、１８…排気マニホールド、１９…排気弁、２０…排気浄化触媒、２１…インジェクタ、２１１…空気通路、２１２…遮断弁、２２…燃料ポンプ、２３…燃料配管、２４…空気配管、２５…点火プラグ、３１…エンジンコントロールユニット、４１…エアフローメータ、４２…アクセルセンサ、４３…クランク角センサ、４４…冷却水温度センサ、４５…燃圧センサ、４６…排気センサ、４７…触媒温度センサ、６１，６２…電磁アクチュエータ、７１…吸気制御弁、７２…ダイヤフラムアクチュエータ、Ａ…アシストエア、Ｓ…噴霧。

Claims (13)

1. ピストンの冠面に対向させて配置され、筒内に燃料を直接噴射する燃料供給用のインジェクタと、
   このインジェクタに近接させて設置され、このインジェクタにより噴射された噴霧に点火する点火プラグと、
   前記インジェクタによる燃料の噴射時期として、膨張行程中に燃料が噴射される時期を設定する噴射時期設定手段と、
   この手段による噴射時期の設定と関連させて、圧縮上死点後の筒内におけるガスの流れを強化させる筒内流動制御手段と、を含んで構成される筒内噴射内燃機関。
2. 前記点火プラグによる点火時期として、前記噴射時期設定手段により設定された噴射時期に噴射された噴霧に対して前記ピストンとの衝突前に点火が行われる時期を設定する点火時期設定手段を更に含んで構成される請求項１に記載の筒内噴射内燃機関。
3. 排気温度を上昇させる特定の運転条件にあるか否かを判定する運転条件判定手段を更に含んで構成され、
   この運転条件判定手段により前記特定の運転条件にあると判定されたときに、前記各手段により前記噴射時期を設定し、及び前記筒内におけるガスの流れを強化させる請求項１又は２に記載の筒内噴射内燃機関。
4. 排気浄化用の触媒を更に含んで構成され、
   前記運転条件判定手段は、前記触媒の不活性時に前記特定の運転条件にあると判定する請求項３に記載の筒内噴射内燃機関。
5. 前記インジェクタに供給される燃料の圧力を検出する手段と、
   この手段により検出された燃料の圧力が所定の圧力未満であるときに、前記運転条件判定手段による前記特定の運転条件にあるとの判定を禁止する手段と、を更に含んで構成される請求項３又は４に記載の筒内噴射内燃機関。
6. 前記筒内流動制御手段は、筒内に空気を噴射して、前記筒内におけるガスの流れを強化させるものである請求項１〜５のいずれかに記載の筒内噴射内燃機関。
7. 前記筒内流動制御手段は、１つの噴孔から燃料及び空気の双方を噴射可能な二流体噴射弁であり、前記インジェクタを兼ね、燃料を前記噴射時期に開始する第１の期間に噴射するとともに、空気をこの第１の期間とは異なる第２の期間に噴射する請求項６に記載の筒内噴射内燃機関。
8. 前記第２の期間が前記点火プラグによる点火時期後に設定された請求項７に記載の筒内噴射内燃機関。
9. 前記筒内流動制御手段は、機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を膨張行程中に開弁させて、前記筒内におけるガスの流れを強化させるものである請求項１〜５のいずれかに記載の筒内噴射内燃機関。
10. 前記筒内流動制御手段は、吸気弁又は排気弁のうち前記インジェクタとともに前記点火プラグを挟む位置の弁を開弁させる請求項９に記載の筒内噴射内燃機関。
11. 前記筒内流動制御手段は、筒内に吸入される空気のスワール流を強化させるものである請求項１〜５のいずれかに記載の筒内噴射内燃機関。
12. 前記噴射時期に噴射された噴霧により、前記点火プラグによる点火時期において、前記点火プラグの近傍に理論値よりも低い値の可燃空燃比の混合気塊が形成される請求項１〜１１のいずれかに記載の筒内噴射内燃機関。
13. 前記インジェクタにより、燃焼室の全体に亘る平均空燃比が理論値又はこれよりも大きな値となる量の燃料が噴射される請求項１〜１２のいずれかに記載の筒内噴射内燃機関。

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