JP2013194664A

JP2013194664A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2013194664A
Application number: JP2012064484A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sato; 正博佐藤
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】所用の機関冷却効果に対する潤滑オイルの過不足を、筒内に直接噴射する燃料によって相殺する。
【解決手段】筒内に燃料を直接噴射供給する燃料供給装置と、燃料供給装置の噴射動作を制御する燃料噴射制御装置と、ピストンの温度状態を検出する温度状態検出装置と、機関運転状態を検出する運転状態検出装置と、を設け、燃料噴射制御装置において、機関運転状態に応じた燃料噴射量を設定し、噴射した燃料の噴霧貫徹力に関わる燃料供給装置の作動条件をピストンの温度状態に応じて設定し（Ｓ１１０〜１２０）、燃料噴射量の燃料を設定作動条件下で噴射させる、燃料供給装置に対する制御指令を発生する（Ｓ１２２）。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関に関し、詳細には、筒内直噴機関において、機関冷却を考慮して燃料噴射を行う技術に関する。

ピストン等を含む機関内部の冷却は、エンジン冷却水によるほか、潤滑用途に用いられるエンジンオイル（以下「潤滑オイル」という）を兼用して行うのが一般的である。潤滑オイルは、機関出力を受けて作動するオイルポンプによって加圧され、例えば、オイルジェット機構により、ピストンに対してその裏面に向けて供給される。下記特許文献１は、オイルポンプを可変容量式とし、この可変容量オイルポンプの吐出量を機関運転状態に応じて変更する技術を開示している。

特開２００３−２６９１６３号公報

しかし、前掲特許文献１に記載の技術のように可変容量オイルポンプを採用しても、潤滑オイルによる機関冷却効果がピストン、特にその冠面部分に現れるまでには時間的な遅れが存在するため、機関運転状態の変化によってピストンに対する冷却要求が急変した場合は、この要求に追随することが困難であった。

近年の更なる燃費改善に伴うダウンサイジングターボの採用及び高圧縮比化の進展により、筒内温度環境は益々厳しくなっており、これに伴ってより高度かつ緻密な機関冷却が求められている。ここで、より大型の可変容量オイルポンプを採用したり、潤滑オイルの噴出量を多段階に切替可能なオイルジェット機構を採用したりすることでこれに対処することが考えられるが、前者にはオイルポンプの作動応答性の点で、後者には噴出量変化の線形性の点で問題があり、ノッキング及びプレイグニッションを回避するうえでいずれも充分であるとはいい難いのが実状である。

以上に鑑み、本発明は、潤滑オイルによって機関内部を冷却する内燃機関において、所要の機関冷却効果に対する潤滑オイルの過不足を、筒内に直接噴射する燃料によって補い、的確な機関冷却効果を達成することを目的とする。

本発明に係る内燃機関は、筒内に燃料を直接噴射供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置の噴射動作を制御する燃料噴射制御装置と、ピストンの温度状態を検出する温度状態検出装置と、機関運転状態を検出する運転状態検出装置と、を含んで構成され、前記燃料噴射制御装置は、前記機関運転状態に応じた燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定部と、噴射した燃料の噴霧貫徹力に関わる前記燃料供給装置の作動条件を、前記温度状態検出装置が検出した前記ピストンの温度状態に応じて設定する作動条件設定部と、前記燃料噴射量の燃料を設定作動条件下で噴射させる、前記燃料供給装置に対する制御指令を発生する制御指令発生部と、を含んで構成される。

本発明によれば、機関運転状態に応じた量の燃料が筒内に直接噴射されるとともに、燃料供給装置の作動条件の設定により、噴射燃料の貫徹力（噴霧貫徹力）がピストンの温度状態に応じて調整される。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の構成図同上内燃機関における混合気形成を概念的に示す説明図燃料噴射分割回数と機関冷却効果との関係を示す説明図燃料噴射時期と機関冷却効果との関係を示す説明図燃料噴射圧力と機関冷却効果との関係を示す説明図可変容量ポンプを採用した機関冷却装置の構成及びその動作を示す説明図機関冷却要求の変化に対する可変容量オイルポンプの動作遅れを示す説明図燃料噴射制御（多段噴射）の流れを示すフローチャート燃料噴射制御（噴射時期変更）の流れを示すフローチャート燃料噴射制御（噴射圧力変更）の流れを示すフローチャート複数のオイルジェットを備える機関冷却装置の構成及びその動作を示す説明図オイルジェット作動数の切替前後に生じるオイル噴出量の過不足を示す説明図本発明の他の実施形態に係る内燃機関要部の構成図同上実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の機能ブロック図燃料機関冷却の禁止を概念的に示す説明図（低負荷低回転域における禁止）燃料機関冷却の禁止を概念的に示す説明図（高負荷高回転域における禁止）

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、本発明の一実施形態に係る内燃機関（筒内直噴機関であり、以下「エンジン」という）１０の構成を示している。

図示しないエアクリーナによって粉塵等の異物が除去された空気は、スロットル弁１２を通過した後、吸気マニホールド１４において各気筒に分配され、吸気ポート１６から対応する気筒の燃焼室１８に流入する。シリンダブロックには気筒毎に燃料インジェクタ２０が取り付けられており、燃料インジェクタ２０によって筒内に燃料が直接噴射される。筒内に供給された燃料は、吸気ポート１６を介して流入した空気との混合気を形成し、シリンダヘッドに取り付けられた点火プラグ２２によって所定の点火時期に点火され、燃焼する。燃焼後の排気は、排気ポート２４から排出され、排気マニホールド２６において他の気筒からの排気と合流した後、図示しない触媒コンバータを通過して、大気中へ放出される。

本実施形態において、エンジン１０に供給される燃料は、燃料タンク３２から電動式の燃料供給ポンプ（燃料タンク３２内に設置されている）によって吸い上げられ、高圧燃料ポンプ３４によって高圧に圧縮された後、高圧燃料管３６を介して燃料インジェクタ２０に供給される。高圧燃料ポンプ３４は、エンジン１０のカムシャフトと機械的に接続されており、その回転動力を受けて作動する。例えば、ポンプシリンダ内を往復可能にプランジャを配設し、このプランジャをカムによって直接駆動するか、ベルト等の動力媒体を介して駆動する。燃料インジェクタ２０の噴射圧力は、高圧燃料ポンプ３４の吐出量によって決定される。エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）４２から燃料インジェクタ２０に燃料噴射制御信号が出力され、燃料インジェクタ２０は、この信号が示す噴射時期に所定の噴射期間に亘って作動し、機関運転状態に見合う量の燃料を噴射する。

エンジン１０内部（具体的には、ピストン２８）の冷却は、ピストン２８の下方においてその裏面に向けて設置されたオイルジェット５２によってなされる。本実施形態では、可変容量型のオイルポンプ５４が設けられ、この可変容量オイルポンプ５４によって送出された潤滑オイルが、オイルジェット５２からピストン裏面２８ｂに噴き付けられる。

ＥＣＵ４２は、機関運転状態を示す種々の信号を入力し、燃料インジェクタ２０及び可変容量オイルポンプ５４に対して制御信号を出力する。本実施形態において、ＥＣＵ４２に入力される信号には、エアフローメータ６２の吸入空気量検出信号、冷却水温度センサ６４の冷却水温度検出信号、クランク角センサ６６のクランク角検出信号等が含まれる。ＥＣＵ４２は、クランク角検出信号をもとにエンジン１０の回転速度を算出することができる。

図２は、エンジン１０における混合気形成を概念的に示している。
本実施形態において、燃料噴射は、先端が筒内に臨む燃料インジェクタ２０によって吸気行程中の所定の噴射時期に行われる。燃料インジェクタ２０によって噴射された燃料は、図中点線Ａで示す吸入空気の流れを受けて拡散しつつ、噴射条件に応じて与えられる貫徹力（噴霧貫徹力）をもって筒内を移動し、噴射方向においてこの噴霧貫徹力に応じた距離にまで到達する。ここで、燃料インジェクタ２０の噴射条件には、燃料インジェクタ２０の噴射分割回数、噴射時期及び噴射圧力が含まれる。噴射分割回数及び噴射圧力は、噴霧貫徹力に関わる因子であり、定性的な傾向として、噴射分割回数が少ないほど噴霧に対して大きな貫徹力が与えられ、噴射圧力が大きいほど大きな噴霧貫徹力が得られる。

本実施形態では、機関内部の冷却として、先に述べたようにオイルジェット５２からピストン裏面２８ｂに潤滑オイルを噴き付けることによるほか、燃料インジェクタ２０によって噴射した燃料の一部をピストン冠面２８ｔに付着させ、この付着燃料の気化潜熱を利用して冷却する方法を採用する。具体的には、可変容量オイルポンプ５４の吐出量変化には要求吐出量に対する遅れが存在するところ、本実施形態では、この動作遅れに起因する機関冷却効果の遅れを補うように、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を調節する。

図３は、燃料噴射分割回数と燃料による機関冷却効果（以下「燃料冷却効果」という）との関係を示している。
燃料インジェクタ２０の噴射分割回数とは、エンジン１０に要求負荷を生じさせるのに必要な量の燃料を供給する際の、燃料インジェクタ２０の駆動回数（換言すれば、電磁ソレノイドに対する通電回数）であり、基本噴射（１段噴射）では要求燃料量を１回の通電動作によって噴射し、２段噴射では２回の、３段噴射では３回の通電動作によって噴射する。先に述べたように噴射分割回数が少ないほど大きな噴霧貫徹力が得られ、他の噴射条件が一定であれば、多段噴射をしない、即ち１段噴射による場合に燃料インジェクタ２０の噴口から最も遠い位置にまで燃料を到達させることができる。従って、噴射分割回数を変更することで、噴霧貫徹力を変化させ、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を調節することができる。本実施形態に関する説明では、噴射分割回数が１である場合が１段噴射に相当するものとする。

図４は、燃料噴射時期と機関冷却効果との関係を示している。
本実施形態では、燃料噴射を吸気行程中の所定の噴射時期に行う。従って、他の噴射条件、即ち噴射分割回数及び次に述べる噴射圧力が一定であれば、ピストン２８が上死点に近い位置にあるときほどより多くの量の燃料をピストン冠面２８ｔに付着させ、より大きな燃料冷却効果を得ることができる。

図５は、燃料噴射圧力と機関冷却効果との関係を示している。
噴射分割回数が一定（例えば、１回）であれば、当然のことながら噴射圧力が高いときほど大きな噴霧貫徹力が得られ、より多くの量の燃料をピストン冠面２８ｔに付着させ、燃料冷却効果を高めることが可能である。噴射圧力によらず、エンジン１０に対して機関運転状態に応じた一定の量の燃料を供給する必要があることから、本実施形態では、噴射圧力によらず噴射終了時期をクランク角に関して一定とし、噴射圧力の増分に対して噴射期間（電磁ソレノイドに対する通電期間）を短縮する。

図６は、本実施形態に係る機関冷却装置の構成を示している。
本実施形態では、可変容量型の機関駆動オイルポンプ５４を採用し、この可変容量オイルポンプ５４によって加圧した潤滑オイルを、１つのオイルジェット５２を介してピストン裏面２８ｂに噴き付ける。可変容量オイルポンプ５４は、エンジン１０の運転状態が高負荷かつ高回転側の領域にあるときほどオイル吐出量を増大させ、オイルジェット５２を介してより多くの量の潤滑オイルを噴き付けることができる。

図７は、機関冷却要求の変化に対する可変容量オイルポンプ５４の動作遅れを示している。
可変容量オイルポンプ５４は、その容量の大きさのため、機関運転状態に応じた冷却要求を達成するための要求吐出量の変化に対して実際のオイル吐出量に遅れが生じ、オイルジェット５２からのオイル噴出量Ｑａｃｔにおいて、要求噴出量Ｑｒｅｑの変化に対する遅れが生じる。図７は、時刻ｔ０に生じたオイル噴出量の増加要求に対して実際のオイル噴出量Ｑａｃｔに遅れ（＝ｔ１−ｔ０）が存在し、潤滑オイルによる機関冷却効果が一時的に不足することを示すとともに、時刻ｔ２に生じたオイル噴出量の減少要求に対して実際のオイル噴出量Ｑａｃｔに遅れ（＝ｔ３−ｔ２）が存在し、潤滑オイルによる機関冷却効果が一時的に超過することを示している。機関冷却効果が不足すれば、筒内温度の過度な上昇を招き、異常燃焼（例えば、ノッキング及びプレイグニッション）の原因となる一方、機関冷却効果が超過すれば、過剰冷却によって筒内温度が低下し、燃料の気化が阻害されて、失火の原因となり得る。

本実施形態では、可変容量オイルポンプ５４の動作遅れに起因して生じる、潤滑オイルによる機関冷却効果の過不足を、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量の調節によって相殺し、全体として的確な機関冷却効果を達成する。

図８は、本実施形態に係る燃料噴射制御の流れを示すフローチャートである。
本実施形態では、潤滑オイルによる機関冷却効果の過不足を、噴射分割回数の変更によって相殺する。

Ｓ１０２では、要求オイル噴出量Ｑｒｅｑを読み込む。要求オイル噴出量Ｑｒｅｑは、エンジン１０の要求負荷及び回転速度をもとに算出することができる。具体的には、機関運転状態に応じたピストン冠面２８ｔの温度を推定し、ピストン冠面２８ｔを所定の温度状態に維持するのに必要な潤滑オイルの供給量を、要求オイル噴出量Ｑｒｅｑとして算出する。

Ｓ１０４では、実オイル噴出量Ｑａｃｔを算出する。実オイル噴出量Ｑａｃｔの算出は、可変容量オイルポンプ５４の実際の作動状態（例えば、駆動ディーティ又はポンプ回転数）をもとに行うことができる。

Ｓ１０６では、オイル噴出量差分ＤＱを算出する。オイル噴出量差分ＤＱは、要求オイル噴出量に対する実オイル噴出量の過不足分の絶対値（＝｜Ｑｒｅｑ−Ｑａｃｔ｜）に相当する。

Ｓ１０８では、算出したオイル噴出量差分ＤＱが所定の値ＤＱ１以上であるか否かを判定する。所定の値ＤＱ１以上である場合は、Ｓ１１０へ進み、それ以外の場合は、Ｓ１１６へ進む。

Ｓ１１０では、実オイル噴出量Ｑａｃｔが要求オイル噴出量Ｑｒｅｑに対して不足しているか否かを判定する。不足している場合は、Ｓ１１２へ進み、超過している場合は、Ｓ１１４へ進む。

Ｓ１１２では、実オイル噴射量Ｑａｃｔの不足分に応じた噴射分割回数の減少代を算出する。不足分が大きいときほどこの減少代を大きくする。具体的には、オイル噴出量差分ＤＱ及び潤滑オイル温度（若しくは冷却水温度）をもとにピストン冠面２８ｔに対する要求燃料付着量を算出し、機関運転状態に応じた燃料噴射量のもとで要求燃料付着量を達成するための噴射分割回数の減少代を算出する。例えば、燃料噴射量に対して設定される通常の噴射分割回数が３である場合（３段噴射の場合）に、要求燃料付着量に応じて噴射分割回数の減少代を１又は２に設定する。これにより、燃料インジェクタ２０によって噴射された燃料の貫徹力を増大させ、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を増大させることができる。

Ｓ１１４では、実オイル噴射量Ｑａｃｔの超過分に応じた燃料インジェクタ２０の噴射分割回数の増加代を算出する。超過分が大きいときほどこの増加代を大きくする。先の不足冷却時の場合と同様に、オイル噴出量差分ＤＱ等をもとに要求燃料付着量を算出し、現在の機関運転状態のもとでこれを達成するための噴射分割回数の増加代を算出する。例えば、通常の噴射分割回数が１である場合（基本噴射の場合）に、要求燃料付着量に応じて噴射分割回数の増加代を１又は２に設定する。これにより、多段噴射への切替えによって噴射燃料の貫徹力を低下させ、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を減少させることができる。

Ｓ１１６では、噴射分割要求回数を読み込む。噴射分割要求回数は、エンジンの要求負荷及び回転速度等をもとに求められる燃料噴射量に対して設定される、通常の噴射分割回数である。

Ｓ１１８では、噴射分割回数の変更要求があるか否かを判定する。先に述べた噴射分割回数の減少代又は増加代が設定されている場合は、変更要求があるとしてＳ１２０へ進み、それ以外の場合は、Ｓ１２２へ進む。

Ｓ１２０では、噴射分割回数を変更する。例えば、実オイル噴射量Ｑａｃｔの不足に対して機関冷却効果を補う場合は、噴射分割回数をその分だけ減少させる。これにより、より大きな噴霧貫徹力が得られ、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を増大させて、潤滑オイルによる機関冷却効果の不足分を補うことができる。

Ｓ１２２では、燃料インジェクタ２０の噴射パルスを設定し、噴射分割回数の含む所定の噴射条件のもとで燃料噴射を実行する。
このように、本実施形態によれば、潤滑オイルによる機関冷却効果に過不足が生じた場合に、噴射分割回数を増減変更して、噴射燃料の貫徹力（噴霧貫徹力）を調整したことで、機関冷却効果の過不足を補い得るだけの量の燃料をピストン冠面２８ｔに付着させ、その気化潜熱によってピストン２８を冷却することができる。従って、潤滑オイルによる機関冷却と燃料機関冷却との併用により、全体として的確な機関冷却効果を達成することができる。

図９は、燃料噴射制御の第１変更例の流れを示すフローチャートである。図８に示す例と同様の処理を行うステップには図８におけると同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

第１変更例では、潤滑オイルによる機関冷却効果の過不足を、燃料噴射時期の変更によって相殺する。
Ｓ１１０で実オイル噴出量Ｑａｃｔが要求オイル噴出量Ｑｒｅｑに対して不足していると判定した場合に、Ｓ２１２では、実オイル噴出量Ｑａｃｔの不足分に応じて噴射時期の進角代を算出する。不足分が大きいときほどこの進角代を大きくし、燃料インジェクタ２０に対してピストン２８がより近くにある時期に燃料噴射を行うようにする。具体的には、オイル噴出量差分ＤＱ及び潤滑オイル温度（若しくは冷却水温度）をもとにピストン冠面２８ｔに対する要求燃料付着量を算出し、機関運転状態に応じた燃料噴射量のもとで要求燃料付着量を達成するための噴射時期の進角代を算出する。ここで、それに限定するものではないが、本実施形態では、実オイル噴出量Ｑａｃｔが超過している場合に、Ｓ１１０からＳ２１６へ処理を進め、噴射時期の変更を行わないこととする。噴射時期を遅角させた結果、噴射期間が圧縮行程にまで差し掛かるようになると、過剰冷却による影響よりも、寧ろ燃料と空気との混合不良による排気の悪化が懸念されるからである。

Ｓ２１６では、噴射時期を読み込む。噴射時期は、エンジン１０の要求負荷及び回転速度等の機関運転状態に応じて設定することができる。
Ｓ２１８では、噴射時期の変更要求があるか否かを判定する。先に述べた噴射時期の進角代が設定されている場合は、変更要求があるとしてＳ２２０へ進み、それ以外の場合は、Ｓ１１２へ進む。

Ｓ２２０では、噴射時期を変更する。例えば、実オイル噴射量Ｑａｃｔの不足に対して機関冷却効果を補う場合は、噴射時期をその分だけ進角させる。これにより、燃料インジェクタ２０に対してピストン２０がより近い位置にある時期に燃料が噴射されることになり、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を増大させて、潤滑オイルによる機関冷却効果の不足分を補うことができる。

図１０は、燃料噴射制御の第２変更例の流れを示すフローチャートである。図８に示す例と同様の処理を行うステップには図８におけると同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

第２変更例では、潤滑オイルによる機関冷却効果の過不足を、燃料噴射圧力の変更によって相殺する。
Ｓ１１０で実オイル噴出量Ｑａｃｔが要求オイル噴出量Ｑｒｅｑに対して不足していると判定した場合に、Ｓ３１２では、実オイル噴出量Ｑａｃｔの不足分に応じて噴射圧力の増大代を算出する。不足分が大きいときほどこの増大代を大きくし、燃料インジェクタ２０によって噴射された燃料の貫徹力を増大させて、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を増加させる。具体的には、オイル噴出量差分ＤＱ及び潤滑オイル温度（若しくは冷却水温度）をもとにピストン冠面２８ｔに対する要求燃料付着量を算出し、機関運転状態に応じた燃料噴射量のもとで要求燃料付着量を達成するための噴射圧力の増大代を算出する。

Ｓ３１４では、実オイル噴出量Ｑａｃｔの超過分に応じた噴射圧力の減少代を算出する。超過分が大きいときほどこの減少幅を大きくし、噴射燃料の貫徹力を低減させて、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を減少させる。オイル噴出量差分ＤＱ等をもとに要求燃料付着量を算出し、現在の機関運転状態のもとでこれを達成するための噴射圧力の減少代を算出する。

Ｓ３１６では、要求噴射圧力を読み込む。要求噴射圧力は、機関運転状態に応じた量の燃料を噴射するために求められる、通常の噴射圧力である。
Ｓ３１８では、噴射圧力の変更要求があるか否かを判定する。噴射圧力の増大代又は減少代が設定されている場合は、変更要求があるとしてＳ３２０へ進み、それ以外の場合は、Ｓ１１２へ進む。

Ｓ３２０では、噴射圧力を変更する。例えば、実オイル噴出量Ｑａｃｔの不足に対して機関冷却効果を補う場合は、噴射圧力をその分だけ増大させ、これに伴い、燃料噴射量自体に変動を来さないように噴射期間（噴射パルス幅）を短縮する。これにより、噴霧貫徹力を増大させ、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を増大させて、潤滑オイルによる機関冷却効果の不足分を補うことができる。

図１１は、機関冷却装置の変更例の構成を示している。
先の例（図６）では、オイルジェット５２の数を１つのみとしたが、この変更例では、可変容量オイルポンプ５４を採用する一方、オイルジェット５２ａ〜５２ｃの数を３つとし、各オイルジェット５２ａ〜５２ｃの噴出開始圧力を段階的に異ならせて設定している。第１オイルジェット５２ａが最も低い圧力で作動し、潤滑オイルの供給を開始する一方、第２オイルジェット５２ｂはこれよりも高い圧力で、第３オイルジェット５２ｃは更に高い圧力で作動し、潤滑オイルの供給を開始する。

図１２は、オイルジェット作動数の切替前後で生じる実オイル噴出量Ｑａｃｔの過不足を示している。
噴出開始圧力の異なる複数のオイルジェット５２ａ〜５２ｃを設置し、ポンプ吐出量に応じて実際に潤滑オイルを噴出するオイルジェットの数が切り替わるようにすることで、１つのオイルジェット５２のみを採用する図７の場合と比較して、要求噴出量Ｑｒｅｑの変化に対する実オイル噴出量Ｑａｃｔの遅れを縮小することができる。しかし、実オイル噴出量Ｑａｃｔの変化が段階的となることから、オイルジェット作動数の切替えに際してその前後で要求噴出量Ｑｒｅｑに対して実オイル噴出量Ｑａｃｔに過不足が生じ、機関冷却効果に一時的な過不足が生じるのを避けることまではできない。オイルジェットの数を更に増やすことで、実オイル噴出量Ｑａｃｔの変化をより線形に近付けることはできるが、その分製造コストがかさむこととなる。

そこで、オイルジェット作動数が切り替わる際に、その切替前後で機関冷却効果に生じる過不足を、ピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量を調節することによって相殺し、機関冷却効果を維持しつつ、オイルジェットの数を削減することを可能とする。燃料付着量の調節に用いる方法は、先に図８〜１０に示したいずれの方法であってもよい。例えば、オイルジェット作動数が切り替わる時刻ｔ１直前に生じる実オイル噴出量Ｑａｃｔの不足分−δｑｓに対し、噴射分割回数を減少させることで噴霧貫徹力を増大させ、不足分を補い得るだけの量の燃料をピストン冠面２８ｔに付着させる。そして、オイルジェット作動数の切替直後に生じる実オイル噴出量Ｑａｃｔの超過分＋δｑｓに対し、噴射分割回数を増大させることで噴霧貫徹力を低減させ、燃料付着量を減少させて、超過分を相殺する。

図１３は、本発明の他の実施形態に係る内燃機関（筒内直噴機関であり、以下「エンジン」という）１００要部の構成を示している。
本実施形態では、筒内に燃料を直接噴射する第１燃料インジェクタ２０に加え、シリンダヘッドに取り付けられ、吸気通路内で吸気ポート１６に向けて燃料を噴射する第２燃料インジェクタ７２が設けられる。第２燃料インジェクタ７２によって噴射された燃料と比較して、第１燃料インジェクタ２０によって噴射される燃料のピストン冠面２８ｔに対する付着量が多いことから、機関運転状態に応じた燃料噴射量における、第１及び第２燃料インジェクタ２０，７２間における噴射量配分率Ｒを変化させることで、潤滑オイルによる機関冷却効果の過不足を相殺する。

図１４は、本実施形態に係るエンジン１００に備わる燃料噴射制御装置の構成を機能ブロックによって示している。本実施形態において、燃料噴射制御装置は、独立の装置として備わるものではなく、ＥＣＵ４２が有する機能の一部として実現される。

エンジン１００の要求負荷（本実施形態では、これを示す指標として吸入空気量Ｑａｉｒを採用する）及び回転速度をもとに、機関運転状態に応じた要求出力を発生させるための燃料噴射量を算出する。算出した燃料噴射量を、噴射量配分率Ｒに応じて吸気通路内噴射量（ＭＰＩ噴射量）と筒内噴射量（ＤＩ噴射量）とに配分する。噴射量配分率Ｒは、オイル噴射量差分ＤＱに応じて補正され、オイルジェット５２からのオイル噴出量（実オイル噴出量Ｑａｃｔ）が不足している不足冷却時では、ＤＩ噴射量の配分率Ｒｄｉが増大補正され、実オイル噴出量Ｑａｃｔが過剰な過剰冷却時では、ＭＰＩ噴射量の配分率Ｒｍｐｉが増大補正される。オイル噴出量差分ＤＱの算出は、先に図８〜１０に示したＳ１０２〜１０６と同様の処理によって行うことができる。ＭＰＩ噴射量は、無効噴射分が加算された後、これに応じた幅のパルス信号に換算され、第２燃料インジェクタ７２の噴射パルスとして設定される。これに対し、ＤＩ噴射量は、噴射期間に関する補正がなされるとともに、噴射分割回数が設定された後、無効噴射分が加算され、更にこれに応じた幅のパルス信号に換算されて、第１燃料インジェクタ２０の噴射パルスとして設定される。噴射期間に関する補正は、高圧燃料管３６内の圧力Ｐｏｉｌをもとに行われ、噴射分割回数の設定には、図８に示すＳ１１０〜１２０と同様の処理によって算出した噴射分割回数の変更代が反映される。即ち潤滑オイルによる機関冷却効果が不足している場合に、ＤＩ噴射量に対して設定される通常の噴射分割回数に対し、その不足分に応じた減少変更がなされる。同様に、噴射パルスの設定では、図９に示すＳ２１２と同様の処理によって算出した噴射時期の進角代が反映され、潤滑オイルによる機関冷却効果が不足している場合に、噴射時期に対して進角補正がなされる。その一方で、オイル噴射量差分ＤＱに応じて高圧燃料ポンプ３４の吐出量が変更され、潤滑オイルによる機関冷却効果が不足している場合にこのポンプ吐出量を増大させて、第１燃料インジェクタ２０の噴射圧力を増大させる。第１燃料インジェククタ２０は、ＤＩ噴射量の燃料を吸気行程中に噴射し、第２インジェクタ７２は、ＭＰＩ噴射量の燃料を排気行程中に噴射する。

以上の説明に加え、燃料による機関冷却（燃料機関冷却）を禁止する制御を導入してもよい。
図１５は、燃料機関冷却の禁止を概念的に示す説明図であり、低負荷低回転域において禁止する場合の例を示している。

機関運転状態によっては噴射分割回数を減少させることができない場合もある。例えば、図中符号Ａで示す低負荷低回転域では、冷態始動後に暖機を促進させる必要があるが、そのような状況下で噴射分割回数を減少させたとすれば、噴霧貫徹力の増大によってピストン冠面２８ｔに対する燃料付着量は増大するが、この付着燃料の気化が進まず、排気に悪影響を及ぼすばかりでなく、暖機の促進も阻害されるからである。これに対し、暖機が完了し、ピストン冠面２８ｔからの燃料の気化が充分に期待し得るようになれば、噴射分割回数の減少によって燃料機関冷却を実現することができる。

図１６は、高負荷高回転域において燃料機関冷却を禁止する場合の例を概念的に示している。
高負荷高回転域Ｂでは、機関運転状態に対して必要な量の燃料を供給するために吸気行程全体に亘って燃料噴射を実施するので（図１６（ｂ）下側の図）、多段噴射自体の実施を禁止する。排気行程での燃料噴射は、バルブオーバーラップによって未燃燃料が排気通路に流出し、排気性状が悪化する可能性があるため、噴射期間の延長は、圧縮行程側に行うこととなる。ここで、噴射期間全体の延長によって圧縮行程に差し掛かってもなお燃料噴射を継続させたとすれば、圧縮行程中に噴射した燃料と空気との混合を充分に促進させることができず、未燃燃料成分の排出量を増大させ得るからである。これに対し、同量の燃料噴射量であってもより低回転側に属する領域Ｃにあっては多段噴射を行うだけの時間が確保されるので（同図（ｂ）上側の図）、燃料機関冷却を実施することができる。

１０，１００…エンジン、１２スロットル弁、１４吸気マニホールド、１６吸気ポート、１８燃焼室、２０燃料インジェクタ（第１燃料インジェクタ）、２２点火プラグ、２４排気ポート２６排気マニホールド、２８ピストン、２８ｔピストン冠面、２８ｂピストン裏面、３２燃料タンク、３４高圧燃料ポンプ、３６高圧燃料管、４２エンジンコントロールユニット、５２，５２ａ〜５２ｃオイルジェット、５４可変容量オイルポンプ、６２冷却水温度センサ、６４クランク角センサ、７２第２燃料インジェクタ。

Claims

筒内に燃料を直接噴射供給する燃料供給装置と、
前記燃料供給装置の噴射動作を制御する燃料噴射制御装置と、
ピストンの温度状態を検出する温度状態検出装置と、
機関運転状態を検出する運転状態検出装置と、
を含んで構成され、
前記燃料噴射制御装置は、
前記機関運転状態に応じた燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定部と、
噴射した燃料の噴霧貫徹力に関わる前記燃料供給装置の作動条件を、前記温度状態検出装置が検出した前記ピストンの温度状態に応じて設定する作動条件設定部と、
前記燃料噴射量の燃料を設定作動条件下で噴射させる、前記燃料供給装置に対する制御指令を発生する制御指令発生部と、
を含んで構成される、内燃機関。
潤滑オイルによって前記ピストンを冷却する機関冷却装置を更に含んで構成され、
前記作動条件設定部は、前記潤滑オイルによる機関冷却効果の不足に対して前記噴霧貫徹力を増大させるように、前記作動条件を設定する、請求項１に記載の内燃機関。
筒内に燃料を直接噴射する燃料インジェクタを少なくとも備える燃料供給装置と、
前記燃料供給装置の噴射動作を制御する燃料噴射制御装置と、
ピストンの温度状態を検出する温度状態検出装置と、
機関運転状態を検出する運転状態検出装置と、
を含んで構成され、
前記燃料噴射制御装置は、
前記機関運転状態に応じた燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定部と、
前記温度状態検出装置が検出した前記ピストンの温度状態に応じて前記燃料供給装置の作動条件を設定し、前記燃料インジェクタによって噴射した燃料のピストン冠面に対する付着量を増減させる作動条件設定部と、
前記燃料噴射量の燃料を設定作動条件下で噴射させる、前記燃料供給装置に対する制御指令を発生する制御指令発生部と、
を含んで構成される、内燃機関。