JP2007107508A - 筒内噴射型内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁の先端へのデポジットの付着を抑制しながら、安定した燃焼を行えるように運転モードを制御する筒内噴射型内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】燃焼室２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１２と、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射領域中若しくは該燃料噴射領域近傍に位置する電極部１４ａを有する点火プラグ１４とを備えた筒内噴射型内燃機関１の制御装置において、燃料噴射弁から高圧で燃料を噴射させる高圧モードおよび低圧で燃料を噴射させる低圧モードと、燃料噴射弁による燃料噴射中または燃料噴射直後に点火が行われる第１の燃焼モード（ＳＧ燃焼モード）と、第１の燃焼モードよりも燃料噴射タイミングと点火タイミングとの間隔が長い第２の燃焼モードとを有し、低圧モードで第１の燃焼モードである状態が一定期間経過すると、高圧モードで第２の燃焼モードの燃料噴射と点火を行うように制御手段５０で切換制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、筒内噴射型内燃機関の制御装置に係り、詳しくは運転状態に応じて燃焼形態を切り替え制御する技術に関する。

燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関において、燃料噴射弁を燃焼室上壁の中央部に配設するとともに、点火プラグを電極部が燃料噴射領域中または燃料噴射領域近傍に位置するよう配設し、燃料噴射弁から噴射された燃料が一部気化した燃料噴霧に直接点火して成層燃焼を行う所謂スプレーガイド方式と呼ばれる技術が知られている。

このようなスプレーガイド方式の成層希薄燃焼では、特に低負荷時において、燃料噴射量が少なく、故に噴射期間も短いため、点火のできる時期が短い期間に限られている。したがって、低負荷時では安定燃焼領域は狭く、燃焼の安定性に欠けるという問題がある。そこで、このような燃料噴射弁を燃焼室中央に配置した筒内噴射型内燃機関における他の成層燃焼の形態として、燃料噴射弁から噴射された燃料をピストン頂面に形成したキャビティにより点火プラグの近傍に案内させてから点火を行う、所謂ウォールガイド方式が知られている。

また、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたエンジンにおいては、燃料が燃料噴射弁の噴孔部に堆積したままになると、燃料中の揮発成分が燃料噴射弁の熱で蒸発し、燃料中の揮発性の低い炭化成分がデポジットとして噴孔部に堆積することが知られている。このようなデポジットの除去する技術として特許文献１では、高負荷連続運転直後の低負荷運転状態においては、所定時間だけアイドル回転数の増大、２回噴射、均質燃焼モードへの切換え、減速時燃料得カットの禁止を行うことで、デポジットの堆積を抑制している。

特開２００５−１２０９８３

スプレーガイド方式において、内燃機関のアイドル運転時は低圧での燃料噴射でも良好な燃焼を得られる燃費を効果的に向上できるが、アイドル以外の運転領域では高圧で燃料を噴射する方が良好な燃焼を行える。しかしスプレーガイド方式の場合において、低圧噴射による燃焼が継続されると、上記のデポジットが燃料噴射弁に堆積する不具合が発生し、燃料を高圧噴射すると安定燃焼を実現できる点火タイミングが狭くなってしまうという課題がある。

特許文献１においては、燃料噴射弁先端へのデポジットの堆積を抑制しているが、ここでのデポジットの堆積は、高負荷連続運転の直後に起きる燃料噴射弁の温度変化に起因するものを対象としており、低圧燃料噴射でスプレーガイド方式の燃焼を行う場合の問題は何ら考慮されていない。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、燃料噴射弁の先端へのデポジットの堆積を抑制しながら、安定した燃焼を行えるように運転モードを制御する筒内噴射型内燃機関の制御装置を提供することを、その目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明にかかる、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁から噴射される燃料噴射領域中若しくは該燃料噴射領域近傍に位置する電極部を有する点火プラグと、燃料噴射弁による燃料噴射及び点火プラグの点火時期を制御する制御手段とを備えた筒内噴射型内燃機関の制御装置では、制御手段が、燃料噴射弁から高圧で燃料を噴射させる高圧モードと低圧で燃料を噴射させる低圧モードとを切換可能であるとともに、燃料噴射弁による燃料噴射中または燃料噴射直後に点火プラグによる点火が行われる第１の燃焼モードと、燃料噴射弁による燃料噴射と点火プラグによる点火との間隔が第１の燃焼モードよりも長い第２の燃焼モードとを切換可能に構成され、低圧モードが第１の燃焼モードである状態が一定期間経過すると、高圧モードで第２の燃焼モードの燃料噴射と点火を行うことを特徴としている。

本発明にかかる筒内噴射型内燃機関の制御装置において、第２の燃焼モードでは、燃料噴射弁より噴射された燃料がピストン頂面に形成されたキャビティにより電極部近傍に案内されてきたときに点火プラグによる点火を行うことを特徴としている。

本発明にかかる筒内噴射型内燃機関の制御装置において、第２の燃焼モードでは、吸気行程で燃料噴射弁より燃料が噴射された圧縮上死点近傍で点火プラグにより点火が行われることを特徴としている。

本発明にかかる筒内噴射型内燃機関の制御装置において、第２の燃焼モードは、燃料噴射弁より噴射された燃料がピストン頂面に形成されたキャビティにより電極部近傍に案内されてきたときに点火プラグによる点火を行うウォールガイド燃焼モードと、燃料噴射弁より吸気行程で燃料が噴射された圧縮上死点近傍で点火プラグにより点火が行われる吸気噴射燃焼モードとを有し、制御手段は、低圧モードで第１の燃焼モードである状態が一定期間経過すると、第２の燃焼モードとして前記燃焼室から排出される排気ガスを浄化する触媒の温度が所定温度以上の場合はウォールガイド燃焼モードを選択し、触媒の温度が前記所定温度に満たない場合は吸気噴射燃焼モードを選択することを特徴としている。

本発明にかかる筒内噴射型内燃機関の制御装置において、制御手段は、低圧モードで第１の燃焼モードである状態が一定期間経過して高圧モードで第２の燃焼モードである状態に切換えた後は、所定車速以上の車速が検出されるまで低圧モードで第１の燃焼モードである状態での運転を禁止することを特徴としている。

本発明によれば、燃料噴射弁から高圧で燃料を噴射させる高圧モードと低圧で燃料を噴射させる低圧モードとを切換可能であるとともに、燃料噴射弁による燃料噴射中または燃料噴射直後に点火プラグによる点火が行われる第１の燃焼モードと、燃料噴射弁による燃料噴射と点火プラグによる点火との間隔が第１の燃焼モードよりも長い第２の燃焼モードとを切換可能に構成され、低圧モードが第１の燃焼モードである状態が一定期間経過すると、高圧モードで第２の燃焼モードの燃料噴射と点火を行うので、低圧噴射時に第１の燃焼モードで起こりがちな燃料噴射弁の先端へのデポジットの堆積を効果的に抑制することができるとともに、機関の燃焼の安定も確保することができる。

本発明によれば、第２の燃焼モードは、燃料噴射弁より噴射された燃料がピストン頂面に形成されたキャビティにより電極部近傍に案内されてきたときに点火プラグによる点火を行うウォールガイド燃焼モードと、燃料噴射弁より吸気行程で燃料が噴射された圧縮上死点近傍で点火プラグにより点火が行われる吸気噴射燃焼モードとを有し、制御手段は、低圧モードで第１の燃焼モードである状態が一定期間経過すると、第２の燃焼モードとして前記燃焼室から排出される排気ガスを浄化する触媒の温度が所定温度以上の場合はウォールガイド燃焼モードを選択し、触媒の温度が前記所定温度に満たない場合は吸気噴射燃焼モードを選択するので、触媒温度が所定温度に満たない場合には吸気行程で燃料噴射が行われる。このため、燃焼ガスにより触媒の温度上昇を促進させることができ、触媒温度が所定温度以上の場合には、所謂ウォールガイド方式の燃焼により安定した成層燃焼を行え、燃料消費量を抑えることができる。

本発明によれば、制御手段が、低圧モードで第１の燃焼モードである状態が一定期間経過して高圧モードで第２の燃焼モードである状態に切換えた後は、所定車速以上の車速が検出されるまで低圧モードで第１の燃焼モードである状態での運転を禁止するので、燃料噴射弁の先端へ堆積したデポジットの除去を確実に行え、安定した燃焼を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１の燃焼室２は、シリンダブロック３に形成されている円筒状のシリンダ４と、当該シリンダ４に上下摺動自在に嵌挿されているピストン６の頂面と、シリンダブロック３に載置されているシリンダヘッド８の下面とに囲まれて形成されている。燃焼室２の上壁を形成しているシリンダヘッド８の下面は、２つの斜面１０ａ，１０ｂが鈍角に向かい合った所謂ペントルーフ形状を呈している。

燃焼室２の上壁の中央部分において、一方の斜面１０ａには燃料噴射弁１２が設けられており、他方の斜面１０ｂには点火プラグ１４が設けられている。燃料噴射弁１２は真下方向よりも若干点火プラグ１４の電極部１４ａ側に燃料を噴射するよう指向して配設されている。また、燃料噴射弁１２は、当該燃料噴射弁１２から噴射される燃料が点火プラグ１４側に偏倚するよう構成されている。燃料噴射弁１２は、燃料配管６４を介してか燃料タンク６５内と接続している。燃料タンク６５内には燃料が貯留されていて、低圧ポンプ６７によって汲み上げられる。低圧ポンプ６７と燃料噴射弁１２の間の燃料配管には、燃料の圧力を可変する可変燃圧ポンプ６８が設けられている。本形態のエンジン１を４気筒とすると、燃料噴射弁１２は４つ備えることになるが、これら燃料噴射弁１２はデリバリパイプ６９にそれぞれ接続されている。

点火プラグ１４も真下方向よりも若干燃料噴射弁１２側に放電するよう指向している。そして、点火プラグ１４は、図２に示すように、電極部１４ａが燃料噴射弁１２から噴射される燃料の噴射領域すなわち燃料噴霧１５中若しくはその近傍に位置するように配設されている。また、一方の斜面１０ａには、図１、図３に示すように燃料噴射弁１２の両側に位置して２つの吸気バルブ１６ａ，１６ｂがそれぞれ設けられており、他方の斜面１０ｂには、点火プラグ１４の両側に位置して２つの排気バルブ１８ａ，１８ｂがそれぞれ設けられている。

これら吸気バルブ１６ａ，１６ｂ及び排気バルブ１８ａ，１８ｂは、上下摺動することでそれぞれシリンダヘッド８内に形成された吸気ポート２０及び排気ポート２２と燃焼室２との連通と遮断を行うよう構成されている。以下、燃焼室２において、燃料噴射弁１２の先端と点火プラグ１４の先端を含むシリンダ軸方向の平面を平面Ｐとし、燃料噴射弁１２や吸気バルブ１６ａ，１６ｂが設けられている斜面１０ａ側を吸気側、点火プラグ１４や排気バルブ１８ａ，１８ｂが設けられている斜面１０ｂ側を排気側として説明する。

燃焼室２の底面を形成しているピストン6の頂面には、図２、図４に示すように、キャビティ３０が形成されている。このキャビティ３０は、底面３２と壁面３４から構成された凹形状をなしている。詳しくは、キャビティ３０の底面３２は、全体として排気側に向かい下方に傾斜している。そして、底面３２には、当該底面３２の中央部から平面Ｐに沿い吸気側の壁面３４まで延びて周囲より盛り上がった凸部３２ａが形成されている。これにより、当該凸部３２ａを囲むようにして凹部３２ｂが形成されており、当該凹部３２ｂは上面視が略Ｕ字形状を成している。

図３に示すように、キャビティ３０は、周縁が排気側に行くにつれ平面Ｐに寄っており、開口面積が排気側に行くにつれて狭くなっている。そして、キャビティ３０の壁面３４は底面３２の周縁から滑らかに上方に傾斜した形状をなしている。図１に示すように、排気ポート２２は図示しない排気マニホールドを介して排気管と接続されており、この排気管４２には排気浄化触媒４４が設けられている。排気浄化触媒４４は、例えば、ＨＣ，ＣＯを酸化し、ＮＯｘを還元する機能を有する三元触媒である。

排気浄化触媒４４には、触媒温度を検出する触媒温度センサ４６が設けられている。触媒温度センサ４６は制御手段としてのＥＣＵ５０と電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、周知のコンピュータで構成されていて、その入力側にはエンジン水温を検出する水温センサ５２と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ５４と、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ５６と、車速を検出する車速センサ５８と、エンジン１の運転状態であるアイドル運転を検出するアイドルスイッチ６０と、エンジン１の空燃比を検出する空燃比センサ６２が電気的に接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には燃料噴射弁１２及び点火プラグ１４及び可変燃圧ポンプ６８が電気的に接続されている。

ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁１２から高圧で燃料を噴射させる高圧モードと低圧で燃料を噴射させる低圧モードとを可変燃料ポンプ６８の作動を制御することで切換可能としている。ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁１２による圧縮行程での燃料噴射中または燃料噴射直後に点火が行われる第１の燃焼モードとしてのスプレーガイド燃焼モード（以下「ＳＧ燃焼モード」と記す）と、ＳＧ燃焼モードよりも燃料噴射タイミングと点火タイミングとの間隔が長い第２の燃焼モードと、燃料噴射タイミングと点火タイミングとを制御することにより切換可能としている。本形態において、第２の燃焼モードとは、ＳＧ燃焼モード時における燃料噴射と点火の間隔よりも長い間隔で燃料噴射と点火を行うモードのことを指す。本形態では、第２の燃焼モードとして燃料噴射弁１２より圧縮行程で噴射された燃料がキャビティ３０により電極部１４ａ近傍に案内されてきたときに点火されるウォールガイド燃焼モード（以下「ＷＧ燃焼モード」と記す）と、燃料噴射弁１２より吸気行程で燃料が噴射され、圧縮上死点で点火される吸気噴射燃焼モードの２つを設定しているが、何れか一方であってもよい。

ＥＣＵ５０には、燃料カット可能な回転数情報、低圧モードの一定期間経過を判断する所定時間情報、リーン運転許可の閾値となる水温情報、所定燃圧情報、触媒温度情報、ＷＧ燃焼モードと吸気噴射燃焼モードとの切換え可能となる触媒の所定温度情報、所定車速情報とその経過時間を判断する所定時間情報がそれぞれ図示しないＲＯＭに記憶されている。

このように構成された本発明に係る筒内噴射型の火花点火式内燃機関の基本作用を先に説明し、その後にモード切換えについて説明する。図４はＳＧ燃焼モード時における燃焼室２での燃料噴射中の燃料噴霧状態を示し、図５は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図が示されており、図６はＷＧ燃焼モード時における燃料噴射後の燃料の気化が進行した混合気状態を示している。

図４，図５に示すように、ピストン６は圧縮行程後半にあるとき、燃料噴射弁１２の先端から点火プラグ１４側に偏倚して燃料が噴射される。そして、噴射された燃料は燃料噴霧１５となり点火プラグ１４の電極部１４ａの近傍を通り、ピストン６頂面のキャビティ３０内の主として排気側に進入する。ここに、燃料噴射弁１２からの燃料噴射により形成される燃料噴霧１５の形状は、中空状であるのが好ましく、例えば中空のコーン状とされるが、これに限られるものではない。

キャビティ３０内に進入した燃料噴霧１５は、キャビティ３０の底面３２が排気側に向かい下方に傾斜し、且つ当該燃料噴霧１５が点火プラグ１４側に偏倚しているため、キャビティ３０の底面３２に衝突すると排気側に良好に案内され気化が進行する。また、燃料噴霧１５は、底面３２に形成された凸部３２ａに衝突すると、当該凸部３２ａの両側または排気側へ分散させられる。

そして、図６に示すように、燃料噴霧１５は燃料の噴射力により底面３２の形状に沿い案内され、排気側の壁面３４に向かうとともに壁面３４に沿って上方に案内され、案内に伴って気化が進行し混合気１５ａとしてキャビティ３０内から離脱する。このようにキャビティ３０内を離脱した混合気１５ａは、点火プラグ１４の電極部１４ａの周りを囲むように巻き上がる。これにより、電極部１４ａの周囲には比較的濃い混合気が存在することになる。

実際には、燃料噴霧１５は、中空状態であるとともに、キャビティ３０の底面３２の凸部３２ａにより両側に分散させられ、底面３２の周縁に寄せられるようにして燃焼室２中に巻き上がるため、形成される混合気１５ａは中央部分では燃料が少なくなっている。これより、電極部１４ａ部分では、混合気１５ａが過濃な状態とならない。以上のように燃料噴射弁１２から燃料が噴射されると、点火時期としては、図４，図５に示すような燃焼噴射中の燃料噴霧１５に直接点火を行う所謂スプレーガイド方式（ＳＧ燃焼モード）と、図6に示すようなキャビティ３０から離脱して電極部１４ａ周辺に集まった混合気１５ａに点火する所謂ウォールガイド方式（ＷＧ燃焼モード）との２つ場合が考えられる。なお、上記ウォールガイド方式は、吸気流動すなわちタンブル流等に依存したものでなく燃料の噴射力により混合気を電極部１４ａ周辺に案内するものが好ましい。つまり吸入空気により生成されるタンブル流等は流動の勢いが比較的弱く、また、流動はエンジン運転条件により変化するため、タンブル流により燃料噴霧を誘導し成層燃焼を安定させるのには乏しい。

ここで図７を参照すると、本発明に係る筒内噴射型の火花点火式内燃機関における負荷条件変更時のスプレーガイド方式（ＳＧ燃焼モード）及びウォールガイド方式（ＷＧ燃焼モード）の安定燃焼領域の変化を示すグラフが示す。

図７（ａ）は低負荷時、図７（ｂ）は中負荷時、図７（ｃ）は高負荷時におけるスプレーガイド方式（ＳＧ燃焼モード）とウォールガイド方式（ＷＧ燃焼モード）の安定燃焼領域が示されており、それぞれ縦軸に点火時期、横軸に噴射時期が示されている。同図に示すように、ウォールガイド方式（ＷＧ燃焼モード）の安定燃焼領域は、負荷の変化により安定燃焼領域が変化している。このためウォールガイド方式（ＷＧ燃焼モード）では、負荷が変化する過渡時において、エンジン１の回転や負荷に応じて噴射時期、点火時期を変化させる必要が生じる。

それに対して、スプレーガイド方式（ＳＧ燃焼モード）の安定燃焼領域は、燃料噴射弁１２からの燃料噴射中または燃料噴射直後に点火を行うため、比較的負荷の変化に関わらず一定の安定燃焼領域を維持している。このため、エンジン１の回転や負荷によらず、燃料噴射時期／点火時期一定で運転できる。このように、過渡時において、スプレーガイド方式（ＳＧ燃焼モード）は燃焼が安定しているという特徴を有する。また、スプレーガイド方式での燃焼は、低負荷においては必要とする燃料量が少ないことから低燃圧でも成立し、その燃焼安定範囲は、図７（ａ）に示す如く高燃圧の場合より広い特徴を有する。

一般に吸気噴射燃焼モードにおける燃焼は、空燃比がストイキオとなる燃料噴射が吸気時に行われるとともに、エンジン回転数とアクセル開度などから得られるエンジン負荷に応じて点火時期が最適になるように制御される。このため、その時の燃焼温度は、ＳＧ燃焼モードやＷＧ燃焼モードに比べて高温となる。

次に、本発明にかかるモード切換え、特に低負荷、低回転時の１つであるアイドル回転時の制御について図８に示すフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ１では、触媒温度センサ４６から触媒温度、水温センサ５２から水温、アクセル開度センサ５４からアクセル開度θ、エンジン回転速度センサ５６からエンジン回転速度Ｎ、車速センサ５８から車速Ｖ、アイドルスイッチ６０からアイドルスイッチ情報、空燃比センサ６２から空燃比等の各種検出データを読み込む。ステップＳ２において、アイドルスイッチ６０のオン／オフが判断され、オンしている場合にはステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、燃料カット回転数情報とエンジン回転数とが比較され、現在のエンジン回転数が燃料カット回転数以下の場合には、燃料噴射可としてステップＳ４に進み、燃料カット回転数以下でない場合には、ステップＳ１３に進み燃料カットモードを設定する。

ステップＳ４ではリーン許可水温情報と水温センサ５２からの情報とが比較され、リーン許可水温情報よりも水温センサ５２で検出した水温が高い場合には、低温による失火の恐れがないものとしてステップＳ５に進み、リーン許可水温情報に満たない場合には、この制御は実行しない。

ステップＳ５では、ＳＧ圧Ｌアイドル継続フラグセットが判断され、フラグがセットされている場合には、ステップＳ６に進み、フラグがセットされていない場合にはこの制御を終える。ステップＳ６では、燃圧が所定値以下であるか否かが判断され、所定値以下の場合にはステップＳ７に進んでＳＧ圧Ｌモード（スプレーガイドモードによるリーン低圧モード）を設定し、所定値以下でない場合には、この制御を終える。また、ＳＧ圧Ｌモードが設定されると、アイドル運転時間の計測が図示しない周知のタイマーで行われる。

ステップＳ７でＳＧ圧Ｌモード（スプレーガイドモードによるリーン低圧モードステップ）が設定されると、空燃比が薄いリーン運転であり、点火プラグ１４の電極部１４ａ近傍に燃料が近接したタイミングで点火を行うスプレーガイド方式による燃焼モードを実行する。このため、アイドル運転時における燃料消費量を抑えつつも安定した燃焼を行える。

ステップＳ８では、ＳＧ圧Ｌモード（スプレーガイドモードによるリーン低圧モードステップ）によるアイドル運転の継続時間が所定時間継続したか否かが、設定された所定時間情報と計測時間とから判断される。すなわち図９に示す領域Ｘの長さが判断される。ここでＳＧ圧Ｌアイドル運転の継続時間が所定時間継続している場合には、燃料噴射弁１２の先端にデポジットが堆積し易くなると判断してステップＳ９に進み、ＳＧ圧Ｌアイドル運転の継続時間が所定時間継続していない場合には、まだデポジットが堆積しない範囲と判断して、ＳＧ圧Ｌアイドル運転継続する。

ステップＳ９では、ＳＧ圧Ｌアイドル継続フラグセットをセットして以後のＳＧ圧Ｌアイドル運転を禁止し、ステップＳ１０に進んで触媒温度を判断する。ここで、触媒温度センサ４６で検出された触媒温度が所定温度情報よりも高い場合にはステップＳ１１に進み、触媒温度が所定温度情報よりも低い場合にはステップＳ１２に進む。

ステップＳ１１では、図９に示すように高圧モードとすると共に燃焼モードをＷＧ燃焼モード設定し、リーン運転状態を維持しながらも、より燃焼の安定があり、かつ燃圧の高い噴射と点火時期となる、すなわちＳＧ圧Ｌモードよりも遅い点火タイミングで高圧の燃料噴射による燃焼が実行される。ステップＳ１２では、図１０に示すように高圧モードにすると共に燃焼モードを吸気噴射燃焼モードに設定し、リーン運転状態を解除してより燃焼が安定するとともに燃焼温度の高いストイキオでの燃焼が実行される。

一方、ステップＳ２において、アイドルスイッチ６０のオンしていなければ、ステップＳ１４に進んでオンアイドル制御となる通常の運転状況に対する点火と燃料噴射の制御が行われる。ここでは、リーン運転が可能な低負荷／低回転領域から中負荷／低回転域領域であればリーン運転が実行され、ストイキオ運転が必要な低負荷高回転や、中・高負荷／中・高回転域であればストイキオ運転か実行される。

ステップＳ１５では、現在の車速が所定車速以上で所定時間経過しているか否かが判断され、所定時間経過している場合には、ＳＧ圧Ｌアイドル継続フラグをクリアし、所定速度以上の車速が所定時間経過しない場合にはＳＧ圧Ｌアイドル継続フラグをクリアしない。

このように本発明によれば、燃料噴射弁１２から燃料を低圧で噴射させる低圧モードであると共に、燃料噴射弁１２による燃料噴射中または燃料噴射直後に点火が行われるＳＧ圧Ｌモードである状態が一定期間経過すると、燃圧を高くすると共に燃料噴射と点火の間隔がより長い第２の燃焼モードとなる吸気噴射燃焼モードやＷＧ燃焼モードに切換えられるので、燃圧が低い時に起こりがちな燃料噴射弁１２の先端へのデポジットの堆積を抑制することができるとともに、エンジン１の燃焼の安定も確保することができる。

本形態では、第２の燃焼モードとして、吸気噴射燃焼モードとＷＧ燃焼モードの２つのモードが設定され、触媒温度が所定温度（触媒活性温度）以上の場合にはＷＧ燃焼モードを選択し、触媒温度が所定温度に満たない場合は吸気噴射燃焼モードを選択される。このため、触媒温度が所定温度に満たない場合には、吸気行程で燃料噴射が行われるので、燃焼ガスにより触媒４４の温度上昇を促進させることができ、燃焼の安定化を図りながら、排気ガス浄化性能を高められると同時に、デポジットの堆積を抑制できる。また、触媒温度が所定温度以上の場合には、リーン運転であっても燃焼が安定するので、ＳＧ燃焼よりも高圧なＷＧ燃焼モードにより安定した成層燃焼を行えて燃料消費量を抑えつつもデポジットの堆積を抑制することができる。

本形態によれば、車速が、所定車速を所定時間以上経過しない場合には、第２のモードであるＷＧ燃焼モードあるいは吸気噴射燃焼モードが維持されるので、燃料噴射弁１２の先端へ堆積したデポジットの除去を確実に行え、安定した燃焼を得ることができる。

本発明に係る筒内噴射型内燃機関の概略構成図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１のピストンの上面視平面図である。 本発明に係る筒内噴射型内燃機関の燃料噴射中の燃料噴霧状態を示す燃焼室の断面図である。 図4のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明に係る筒内噴射型内燃機関の燃料噴射後の燃料噴霧状態を示す燃焼室の断面図である。 本発明に係る筒内噴射型内燃機関における負荷条件変更時のスプレーガイド方式及びウォールガイド方式の安定燃焼領域の変化を示すグラフである。 本発明に係る制御手段によるモード切換えの一形態を示すフローチャートである。 燃焼モードをウォールガイド燃焼モードに切換えたときの特性を示す線図である。 燃焼モードを吸気噴射燃焼モードに切換えたときの特性を示す線図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 燃焼室内
６ ピストン
１２ 燃料噴射弁
１４ 点火プラグ
１４ａ 電極部
３０ キャビティ
４４ 触媒
５０ 制御手段
６６ 燃料

Claims (5)

1. 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁から噴射される燃料噴射領域中若しくは該燃料噴射領域近傍に位置する電極部を有する点火プラグと、前記燃料噴射弁による燃料噴射及び前記点火プラグの点火時期を制御する制御手段とを備えた筒内噴射型内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、前記燃料噴射弁から高圧で燃料を噴射させる高圧モードと低圧で燃料を噴射させる低圧モードとを切換可能であるとともに、
   前記燃料噴射弁による燃料噴射中または燃料噴射直後に前記点火プラグによる点火が行われる第１の燃焼モードと、前記燃料噴射弁による燃料噴射と前記点火プラグによる点火との間隔が第１の燃焼モードよりも長い第２の燃焼モードとを切換可能に構成され、
   前記低圧モードが第１の燃焼モードである状態が一定期間経過すると、前記高圧モードで第２の燃焼モードの燃料噴射と点火を行うことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置において、
   第２の燃焼モードは、前記燃料噴射弁より噴射された燃料がピストン頂面に形成されたキャビティにより前記電極部近傍に案内されてきたときに前記点火プラグによる点火を行うことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。
3. 請求項１記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置において、
   第２の燃焼モードは、吸気行程で前記燃料噴射弁より燃料が噴射された圧縮上死点近傍で前記点火プラグにより点火が行われることを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。
4. 請求項１記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置において、
   第２の燃焼モードは、前記燃料噴射弁より噴射された燃料がピストン頂面に形成されたキャビティにより前記電極部近傍に案内されてきたときに前記点火プラグによる点火を行うウォールガイド燃焼モードと、前記燃料噴射弁より吸気行程で燃料が噴射された圧縮上死点近傍で前記点火プラグにより点火が行われる吸気噴射燃焼モードとを有し、
   前記制御手段は、前記低圧モードで第１の燃焼モードである状態が一定期間経過すると、第２の燃焼モードとして前記燃焼室から排出される排気ガスを浄化する触媒の温度が所定温度以上の場合は前記ウォールガイド燃焼モードを選択し、前記触媒の温度が前記所定温度に満たない場合は前記吸気噴射燃焼モードを選択することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。
5. 請求項１ないし４の何れか１つに記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、前記低圧モードで第１の燃焼モードである状態が一定期間経過して前記高圧モードで第２の燃焼モードである状態に切換えた後は、所定車速以上の車速が検出されるまで前記低圧モードで第１の燃焼モードである状態での運転を禁止することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。

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