JP2020133491A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】高回転・高負荷等の所定運転状態では、圧縮行程の後半にシリンダ内にωタンブルが発生するエンジンにおいて、ωタンブルによるノックの発生を抑制することを、主たる目的とする。【解決手段】エンジンは、ノック判定部と噴射装置と噴射制御部とを有する。噴射装置は、圧縮行程ｓ２の後半以降かつ点火プラグによる点火Ｉよりも前の所定のタイミングで、シリンダ内に排気方向の速度成分を含むジェットを噴射するω抑制噴射Ｆ２を、実行可能に構成されている。噴射制御部は、ノック状態ではないと判定された場合には、ω抑制噴射Ｆ２を行わず、ノック状態であると判定された場合には、ω抑制噴射Ｆ２を行うように、噴射装置を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダ内にωタンブルが発生するエンジンに関する。

エンジンの中には、シリンダ内における気体の流動性を高めて、熱効率向上を狙うものがある。その場合、高回転・高負荷等の所定運転状態では、圧縮行程の後半にωタンブルと呼ばれる気流が発生することがある。

詳しくは、吸気行程には、通常のタンブルが発生する。通常のタンブルは、シリンダ上部では吸気口側から排気口側に向かう排気方向に流れ、シリンダの下部では排気口側から吸気口側に向かう吸気方向に流れる、環状の流れである。その通常のタンブルの水平方向を向いている回転軸が、圧縮行程の後半には、２つに分かれてシリンダの軸線方向に傾くことにより、シリンダの軸線方向にみた平面視で、シリンダの中央部では吸気方向に流れ、その両側方では排気方向に流れる、ω状の流れ（ωタンブル）が発生する。なお、このようなωタンブルの発生について示す文献としては、特許文献１がある。

特許第６２０６２８５号公報

このようなωタンブルが発生した場合、点火後における火炎伝播が不均一となり、火炎伝播が遅れる箇所でノックが発生し易くなるおそれがある。詳しくは、ωタンブルにより、上記のとおり、平面視でシリンダの中央部に吸気方向の流れが発生するので、それにより、主にシリンダ内における中央部よりも排気方向部分への火炎伝播が遅れる。その排気方向部分で、混合気が圧縮熱により自着火して、ノックが発生し易くなるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高回転・高負荷等の所定運転状態では、圧縮行程の後半にシリンダ内にωタンブルが発生するエンジンにおいて、ωタンブルによるノックの発生を抑制することを、主たる目的とする。

本発明のエンジンは、シリンダと、前記シリンダ内に気体を吸入する吸気口と、前記シリンダ内で、前記気体に混合されている燃料に点火する点火プラグと、前記吸気口よりも所定方向に設けられており前記シリンダ内から前記気体を排出する排気口と、を含む。前記エンジンは、所定運転状態では、圧縮行程の後半に前記シリンダ内にωタンブルが発生する。

前記エンジンは、ノック判定部と噴射装置と噴射制御部とを有する。前記ノック判定部は、ノックが発生している状態又はノックが発生すると推定される状態としてのノック状態であるか否かを判定する。前記噴射装置は、前記圧縮行程の後半以降かつ前記点火プラグによる点火前の所定のタイミングで、前記シリンダ内に前記所定方向の速度成分を含むジェットを噴射するω抑制噴射を、実行可能に構成されている。噴射制御部は、前記ノック判定部により前記ノック状態ではないと判定された場合には、前記ω抑制噴射を行わず、前記ノック判定部により前記ノック状態であると判定された場合には、前記ω抑制噴射を行うように、前記噴射装置を制御する。

本発明の対象となるエンジンは、所定運転状態においては、圧縮行程の後半にシリンダ内にωタンブルが発生する。そのωタンブルにより、上記の課題のとおり、平面視でシリンダの中央部に吸気方向の流れが発生する。その中央部の吸気方向の流れにより、シリンダ内における中央部よりも排気方向部分にノックが発生し易くなる。

その点、本発明では、ノック判定部によりノック状態であると判定された場合には、ω抑制噴射を行う。そのω抑制噴射は、圧縮行程の後半以降かつ点火前のタイミングで、シリンダ内に上記所定方向（すなわち排気方向）の速度成分を含むジェットを噴射するものである。そのω抑制噴射により、ωタンブルによる吸気方向の気流を弱めて、シリンダ内における排気方向部分でノックが発生するのを抑制することができる。

第１実施形態のエンジンを示す正面断面図 通常制御及びω抑制制御を示すタイムチャート 図２の一部を拡大したタイムチャート ノック抑制制御を示すフローチャート 圧縮行程の前半の通常のタンブル示す平面断面図 その通常のタンブルを正面からみた正面断面図 圧縮行程の後半に発生するωタンブルを示す平面断面図 そのωタンブルを正面からみた正面断面図 ω抑制噴射を示す平面断面図 そのω抑制噴射を正面からみた正面断面図 第２実施形態のω抑制噴射を示す平面断面図 そのω抑制噴射を正面からみた正面断面図 第３実施形態のエンジンを示す正面断面図 通常制御及びω抑制制御を示すタイムチャート ノック抑制制御を示すフローチャート 第６実施形態の点火プラグを示す正面断面図 その点火プラグを下からみた底面図

次に本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態のエンジン９１を示す正面断面図である。エンジン９１は、ＥＣＵ１０とシリンダヘッド２０とシリンダ３０とを有する。ＥＣＵ１０は、ノック判定部１３、噴射制御部１４等を有する。シリンダヘッド２０には、吸気通路２１と排気通路２９とが設けられると共に、吸気弁２３と燃料噴射装置２４と点火プラグ２６と排気弁２７とが設置されている。吸気通路２１のシリンダ３０に対する開口は、吸気口２２を構成している。排気通路２９のシリンダ３０に対する開口は、排気口２８を構成している。シリンダ３０は、その内側にピストン３５とピストンロッド３６とが格納されると共に、内圧センサ３２とクランク角センサ３３とノックセンサ３４とが設置されている。

なお、以下では、図に合わせて、シリンダ３０の軸線方向を「上下方向」というが、シリンダ３０は、その軸線方向を鉛直方向に対して斜めにして設置したり、軸線方向を水平方向にして設置したりする等、軸線方向（以下でいう上下方向）を任意の方向にして設置することができる。また、以下では、シリンダ３０の軸線方向に直交する方向であって、排気口２８側から吸気口２２側に向かう側の方向（図において右方向）を「吸気方向Ｄ１」といい、その反対方向である吸気口２２側から排気口２８側に向かう側の方向（図において左方向）を「排気方向Ｄ２」という。

次に、以上に示した各部材等について説明する。エンジン９１は、吸気行程ｓ１→圧縮行程ｓ２→膨張行程ｓ３→排出行程ｓ４の４サイクルで稼働する。ＥＣＵ１０は、燃料噴射装置２４、点火プラグ２６等を制御する。ＥＣＵ１０には、内圧センサ３２、クランク角センサ３３、ノックセンサ３４等から各検出結果が入力される。

吸気弁２３は、吸気口２２を開閉する。ピストン３５は、シリンダ３０内に上下方向に往復動可能に格納されている。ピストンロッド３６は、ピストン３５の往復動を回転運動に変換してクランクシャフトに伝える。

燃料噴射装置２４は、燃料ジェットを噴射するものであり、具体的には、供給噴射Ｆ１とω抑制噴射Ｆ２との両方を実行可能に構成されている。供給噴射Ｆ１は、運転時における要求トルクを発生させるのに必要な燃料を供給することを主たる目的とする噴射であり、吸気行程ｓ１に行われる。ω抑制噴射Ｆ２は、高回転・高負荷等の所定運転状態で圧縮行程ｓ２の後半に発生するωタンブルＴ２を抑制するための噴射であり、圧縮行程ｓ２の後半以降かつ点火プラグ２６による点火Ｉよりも前の所定のタイミングで行われる。本実施形態では、燃料噴射装置２４の軸線方向は、上下方向（シリンダ３０の軸線方向）を向いている。

点火プラグ２６は、シリンダ３０内において、圧縮行程ｓ２の終わり付近に、気体に混合されている燃料に点火するものである。点火のタイミングは、上死点の前、すなわち、圧縮行程ｓ２内であってもよいし、上死点よりも後、すなわち、膨張行程ｓ３内であってもよい。

排気弁２７は、排気口２８を開閉する。内圧センサ３２は、シリンダ３０内の圧力を検出する。クランク角センサ３３は、クランクシャフトの回転角を検出する。ノックセンサ３４は、エンジン９１に発生するノック（ノッキング）を検出する。

ノック判定部１３は、ノック状態であるか否かのノック判定を行う。ノック状態は、本実施形態では、実際にノックが発生している状態であり、ノックセンサ３４によりノックが検出されるか否かにより判定する。ただし、ノック状態は、ノックが発生すると推定される状態であってもよい。その場合、ノック判定は、例えば、エンジン９１の回転数、負荷、水温等から総合的に判定することができる。また例えば、それらに燃料の性状を判定する燃料性状判定等も加えて、総合的に判定することもできる。以下では、ノック判定部１３によりノック状態ではないと判定されるときを「通常時」といい、ノック判定部１３によりノック状態であると判定されるときを「ノック時」という。

ＥＣＵ１０は、通常時には通常制御αを行い、ノック時にはノック抑制制御βを行う。ノック抑制制御βは、ω抑制制御β１と点火遅角制御β９とを含む。噴射制御部１４は、燃料噴射装置２４を制御する。詳しくは、噴射制御部１４は、通常時には、通常制御αとして、供給噴射Ｆ１は行うがω抑制噴射Ｆ２は行わないように、燃料噴射装置２４を制御する。他方、噴射制御部１４は、ノック時における所定時には、ω抑制制御β１として、供給噴射Ｆ１に加えω抑制噴射Ｆ２を行うように、燃料噴射装置２４を制御する。

図２は、ＥＣＵ１０による燃料噴射装置２４及び点火プラグ２６の制御を示すタイムチャートである。具体的には、図２（ａ）は、通常時における制御を示すタイムチャートである。通常時には、上記のとおり、噴射制御部１４は、吸気行程ｓ１に供給噴射Ｆ１を行うように、燃料噴射装置２４を制御する。そして、圧縮行程ｓ２の終わり付近に点火Ｉを行うように、点火プラグ２６を制御する。

図２（ｂ）は、ノック時（ω抑制制御β１時）におけるＥＣＵ１０による燃料噴射装置２４及び点火プラグ２６の制御を示すタイムチャートである。ノック時には、上記のとおり、噴射制御部１４は、吸気行程ｓ１に供給噴射Ｆ１を行うのに加え、圧縮行程ｓ２の後半以降かつ点火プラグ２６による点火Ｉよりも前にω抑制噴射Ｆ２を行うように、燃料噴射装置２４を制御する。その後は、通常時の場合と同様に、ＥＣＵ１０は、圧縮行程ｓ２の終わり付近に点火Ｉを行うように、点火プラグ２６を制御する。

噴射制御部１４は、通常時とノック時とで、同じ量の燃料をシリンダ３０内の気体に含ませるように、燃料噴射装置２４を制御する。詳しくは、噴射制御部１４は、ノック時には、シリンダ３０内の気体に含ませる合計の燃料量を求めると共に、ω抑制噴射Ｆ２により噴射する燃料噴射量を求める。そして、求めた合計の燃料量から、求めたω抑制噴射Ｆ２による燃料噴射量を減算したものを、供給噴射Ｆ１による噴射量とする。これにより、通常時とノック時との両方で、同じ量の燃料を混合気に含ませる。言い換えると、ω抑制噴射Ｆ２は、供給噴射Ｆ１の一部を分割して、圧縮行程ｓ２の後半に移行させたものであるといえる。なお、シリンダ３０内の気体に含ませる合計の燃料量は、アクセルペダルの踏み込み量（操作量）及びエンジン９１の回転数等に基づいて、求めることができる。

図３は、図２（ｂ）に示す圧縮行程ｓ２の後半部分を拡大したタイムチャートである。噴射制御部１４は、次のようにして、ω抑制噴射Ｆ２の開始時期Ｆ２ａと終了時期Ｆ２ｂとを求める。まず、噴射制御部１４は、ω抑制噴射Ｆ２により噴射する燃料噴射量を求める。次に、その燃料噴射量を噴射するのに必要な噴射時間ｔ１と、その燃料噴射量の燃料が蒸発するのに必要な蒸発時間ｔ２とを求める。そして、点火プラグ２６による点火時期Ｉａよりも蒸発時間ｔ２だけ前の時期を、ω抑制噴射Ｆ２の終了時期Ｆ２ｂとする。その終了時期Ｆ２ｂよりも噴射時間ｔ１だけ前の時期を、ω抑制噴射Ｆ２の開始時期Ｆ２ａとする。このように、点火時期Ｉａから順に逆算していくことにより、ω抑制噴射Ｆ２の終了時期Ｆ２ｂと開始時期Ｆ２ａとを求める。

図４は、ノック抑制制御βを示すフローチャートである。まず、ノック判定部１３がノック状態であるか否かのノック判定を行う（Ｓ１０１）。ノック状態ではないと判定した場合（Ｓ１０１：ＮＯ）には、ノック抑制制御βを終了して通常制御αを行う。他方、ノック状態であると判定した場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）には、ω抑制噴射Ｆ２により噴射すべき燃料噴射量を求める（Ｓ１０２）。その詳細は後述する。次に、求めた燃料噴射量が所定の閾値よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１０３）。その所定の閾値は、現在のシリンダ３０内の温度及びエンジン９１の回転数等の各条件において、蒸発可能な燃料量の最大値を示すものである。この所定の閾値は、当該各条件と当該最大値との関係を示すマップにより求めることができる。

Ｓ１０３において、求めたω抑制噴射Ｆ２により噴射すべき燃料噴射量が上記所定の閾値よりも大きい場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、点火遅角制御β９（Ｓ９０４，Ｓ９０５）を行う。具体的には、まず、ノックを抑制するのに必要と推定される点火角の遅角量を求める（Ｓ９０４）。次に、その求めた遅角量に基づいて、点火角を遅角させる（Ｓ９０５）。点火角を遅角させたら、Ｓ１０１に戻り、再びノック判定を行う。

他方、Ｓ１０３において、求めたω抑制噴射Ｆ２により噴射すべき燃料噴射量が上記所定の閾値よりも小さい場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ω抑制制御β１（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）を行う。具体的には、まず、供給噴射Ｆ１による燃料噴射量を、上記のとおり求める（Ｓ１０４）。また、ω抑制噴射Ｆ２の噴射タイミング（開始時期Ｆ２ａ、終了時期Ｆ２ｂ）を、上記のとおり求める（Ｓ１０５）。次に、Ｓ１０２で求めたω抑制噴射Ｆ２による燃料噴射量と、Ｓ１０４で求めた供給噴射Ｆ１による燃料噴射量と、Ｓ１０５で求めたω抑制噴射Ｆ２の噴射タイミングとに基づき、噴射制御を実行する（Ｓ１０６）。噴射制御を実行したら、Ｓ１０１に戻り、再びノック判定を行う。

詳しくは、Ｓ１０２では、本実施形態では次のようにして、ω抑制噴射Ｆ２による燃料噴射量を求める。まず、シリンダ３０内に発生するωタンブルＴ２を所定度合まで崩壊させるのに必要と推定されるジェットの運動量を求める。具体的には、その必要と推定されるジェットの運動量は、例えば、エンジン９１の回転速度及び負荷に対する、その必要と推定されるジェットの運動量の関係を規定するマップや数式に基づいて求めることができる。なお、上記及び以下の各マップは、予め実験やシミュレーション等に基づいて取得しておくことができる。

次に、その求めた運動量を与えるのに必要と推定される噴射量を求める。その噴射量は、例えば、求めたジェットの運動量と噴射速度とから算出することができる。その噴射速度は、例えば、燃料圧力と噴射速度との関係を規定するマップや数式に基づいて求めることができる。そして、求めた噴射量を、ω抑制噴射Ｆ２による燃料噴射量とする。

図５は、圧縮行程ｓ２の前半においてシリンダ３０内に通常のタンブルＴ１が発生している様子を示す平面断面図であり、図６は、そのタンブルＴ１を正面からみた正面断面図である。詳しくは、図５は、図６のV−V線の断面を示す断面図であり、図６は、図５のVI−VI線の断面を示す断面図である。吸気行程ｓ１から圧縮行程ｓ２の前半までは、シリンダ３０内に通常のタンブルＴ１が発生する。通常のタンブルＴ１は、シリンダ３０の上部では排気方向Ｄ２に流れると共に、シリンダ３０の下部では吸気方向Ｄ１に流れる環状の流れである。よって、タンブルＴ１の中心軸ｘ１は、水平方向を向いている。

図７は、圧縮行程ｓ２の後半においてシリンダ３０内にωタンブルＴ２が発生している様子を示す平面断面図であり、図８は、そのωタンブルＴ２を正面からみた正面断面図である。詳しくは、図７は、図８のVII−VII線の断面を示す断面図であり、図８、図７のVIII−VIII線の断面を示す断面図である。圧縮行程ｓ２の後半には、それまでは水平方向を向いていた通常のタンブルＴ１の中心軸ｘ１が２つに分かれて、それぞれが縦方向側に傾いた中心軸ｘ２になることにより、ωタンブルＴ２が発生する。ωタンブルＴ２は、図７に示す平面視でシリンダ３０の中央部では吸気方向Ｄ１に流れると共に、その両側では排気方向Ｄ２に流れる、双環状の流れである。このωタンブルＴ２により、シリンダ３０内における排気方向Ｄ２の端部で、点火プラグ２６による点火Ｉの火炎伝播が遅れやすくなる。それにより、排気方向Ｄ２の端部で圧縮熱により自着火が発生し易くなり、ノックが発生し易くなる。すなわち、シリンダ３０内における排気方向Ｄ２側に、ノック発生要因Ｎが発生する。

図９は、圧縮行程ｓ２の後半においてシリンダ３０内にω抑制噴射Ｆ２を行った際を示す平面断面図であり、図１０は、そのω抑制噴射Ｆ２を正面からみた正面断面図である。詳しくは、図９は、図１０のIX−IX線の断面を示す断面図であり、図１０は、図９のX−X線の断面を示す断面図である。本実施形態では、ω抑制噴射Ｆ２の各ジェットの運動量ベクトルを平均したω抑制噴射平均ベクトルＶａは、下方を向いているが、噴射範囲は水平方向に広角に広がっている。そのため、少なくとも初期速度では、ω抑制噴射Ｆ２における吸気方向Ｄ１側のジェット成分は、吸気方向Ｄ１の速度成分を含んでおり、ω抑制噴射Ｆ２における排気方向Ｄ２側のジェット成分は、排気方向Ｄ２の速度成分を含んでいる。そのうちの排気方向Ｄ２の速度成分が、ωタンブルＴ２における吸気方向Ｄ１の速度成分に対抗することにより、ωタンブルＴ２が崩壊して又は弱まって、ノック発生要因Ｎが消滅する。

本実施形態によれば、次の効果が得られる。ノック時には、ω抑制噴射Ｆ２を行い、ωタンブルＴ２を抑制することにより、シリンダ３０内の排気方向Ｄ２の端部でノックが発生するのを抑制することができる。

また、供給噴射Ｆ１を行う燃料噴射装置２４により、ω抑制噴射Ｆ２を行うので、供給噴射Ｆ１を行う燃料噴射装置２４とは別に、ω抑制噴射Ｆ２を行う噴射装置を設置する必要がない。また、シリンダ３０内に発生するωタンブルＴ２を所定度合まで崩壊させるのに必要な運動量を与えるのに必要と推定される噴射量を求め、求めた噴射量をω抑制噴射Ｆ２の噴射量とするため、運動量に基づいて、ω抑制噴射Ｆ２の噴射量を求めることができる。

また、図３に示すように、点火時期Ｉａよりも蒸発時間ｔ２だけ前の時期を、ω抑制噴射Ｆ２の終了時期Ｆ２ｂとし、終了時期Ｆ２ｂよりも噴射時間ｔ１だけ前の時期をω抑制噴射Ｆ２の開始時期Ｆ２ａとすることにより、可能な限り点火時期Ｉａの直前に、ω抑制噴射Ｆ２を行うことができる。そのため、ωタンブルＴ２の抑制を、可能な限り効果的に行うことができる。

［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、それ以前の実施形態のものと同一の又は対応する部材等は、同一の符号を付する。ただし、エンジン自体や所定のステップ等については、実施形態ごとに異なる符号を付する。本実施形態については、第１実施形態をベースに、これと異なる点を説明する。

図１１は、第２実施形態のエンジン９２を示す平面断面図であり、図１２は、そのエンジン９２を正面からみた正面断面図である。詳しくは、図１１は、図１２のXI−XI線の断面を示す断面図であり、図１２は、図１１のXII−XII線の断面を示す断面図である。ω抑制噴射平均ベクトルＶａは、燃料噴射装置２４の軸線方向（上下方向）に対して排気方向Ｄ２側に傾いた方向を向いている。そのため、ω抑制噴射平均ベクトルＶａが、排気方向Ｄ２のベクトル成分を含んでいる。

詳しくは、このような構成は、例えば、燃料噴射装置２４の噴孔を排気方向側に偏らせて設けることにより、実施することができる。具体的には、燃料噴射装置２４は下端部に燃料を噴射する複数の噴孔を備えている。そして、燃料噴射装置２４の下面の中心よりも吸気方向Ｄ１側に位置する噴孔の総断面積よりも、排気方向Ｄ２側に位置する噴孔の総断面積の方が大きくなっている。

本実施形態によれば、ω抑制噴射Ｆ２の各ジェットの運動量ベクトルを平均したω抑制噴射平均ベクトルＶａ自体が、排気方向Ｄ２のベクトル成分を含んでいる。そのため、ωタンブルＴ２の吸気方向Ｄ１の流れにより対抗して、より効率的にωタンブルＴ２を抑制することができる。

また、ω抑制噴射平均ベクトルＶａは、燃料噴射装置２４の軸線方向に対して排気方向Ｄ２側に傾いた方向を向いているため、燃料噴射装置２４の軸線方向をシリンダ３０の軸線方向（上下方向）に揃えて設置しても、ω抑制噴射平均ベクトルＶａは、真下よりも排気方向Ｄ２に傾く。そのため、燃料噴射装置２４の軸線方向自体を排気方向Ｄ２に傾ける必要がなく、ω抑制噴射平均ベクトルＶａを簡単に排気方向Ｄ２に傾けることができる。

［第３実施形態］
次に第３実施形態のエンジン９３について説明する。本実施形態については、第１実施形態をベースに、これと異なる点を説明する。

図１３は、第３実施形態のエンジン９３を示す正面図である。エンジン９３は、燃料噴射装置２４の近傍（図では手前）に、シリンダ３０内にエアジェットを噴射するエア噴射装置２５を備えている。噴射制御部１４は、燃料噴射装置２４とエア噴射装置２５との両方を制御する。燃料噴射装置２４は、ω抑制噴射Ｆ２を行わない。代わりに、エア噴射装置２５が、ω抑制噴射Ｅとしてのエア噴射を行う。

図１４（ａ）は、通常制御αを示すタイムチャートである。通常制御αについては、第１実施形態の場合と同様である。

図１４（ｂ）は、ノック抑制制御βにおけるω抑制制御β３を示すタイムチャートである。ω抑制制御β３では、噴射制御部１４は、吸気行程ｓ１に供給噴射Ｆ１を行うように、燃料噴射装置２４を制御する。また、噴射制御部１４は、圧縮行程ｓ２の後半以降にω抑制噴射Ｅを行うように、エア噴射装置２５を制御する。また、ＥＣＵ１０は、ω抑制噴射Ｅの後、圧縮行程ｓ２の終わり付近で点火Ｉを行うように、点火プラグ２６を制御する。

本実施形態では、ω抑制噴射Ｅがエア噴射であるため、供給噴射Ｆ１による燃料噴射量を、ω抑制噴射Ｅの分だけ減算することはない。他方、吸気口２２から吸気する吸気量は、次のようにして求める。まず、シリンダ内に供給すべき合計の吸気量を求める。その合計の吸気量から、ω抑制噴射Ｅにより噴射するエア噴射量の分だけ減算したものを、吸気口２２から吸気する吸気量とする。その吸気量が実際に吸気されるように、スロットルバルブ（図示略）やウェイストゲートバルブ(図示略)の開度、吸排気バルブのプロファイル等を調節する。

図１５は、ノック抑制制御βを示すフローチャートである。まず、ノック判定部１３がノック状態であるか否かのノック判定を行う（Ｓ３０１）。ノック状態ではないと判定された場合（Ｓ３０１：ＮＯ）には、ノック抑制制御βを終了して、通常制御αを行う。他方、ノック状態であると判定される場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）には、ω抑制噴射Ｅにより噴射すべきエア噴射量を求める（Ｓ３０２）。次に、求めたω抑制噴射Ｅのエア噴射量を噴射可能であるか否か判定する。具体的には、その判定は、例えば、そのエア噴射量を所定期間内に噴射するのに必要な圧力にまで、エア圧力をエアポンプ（図示略）により加圧可能であるか否かにより判定する。

Ｓ３０３において、求めたω抑制噴射Ｅのエア噴射量が閾値よりも大きい（Ｓ３０３：ＮＯ）、点火遅角制御β９（Ｓ９０４、Ｓ９０５）を行う。点火遅角制御β９は、第１実施形態の場合と同様に行う。

他方、Ｓ３０３において、求めたω抑制噴射Ｅの燃料噴射量が上記所定の閾値よりも小さい場合（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、ω抑制制御β３（Ｓ３０４〜Ｓ３０６）を行う。具体的には、まず、吸気口２２からの吸気量を、上記のとおり求める（Ｓ３０４）。また、ω抑制噴射Ｅの噴射タイミングを求める（Ｓ３０５）。その噴射タイミングは、燃料噴射である場合とは違い、噴射物の蒸発時間を確保する必要がないので、最も効率的にノックを抑制することのできると推定されるタイミングにすることができる。次に、Ｓ３０２で求めたエア噴射量、Ｓ３０４で求めた吸気量、及びＳ３０５で求めた噴射タイミングに基づき、噴射制御を実行する（Ｓ３０６）。噴射制御を実行したら、Ｓ３０１に戻り、再びノック判定を行う。

本実施形態によれば、次の効果が得られる。ω抑制噴射Ｅがエア噴射であるため、ω抑制噴射Ｅの有無により燃料の供給量が変わってしまうことがない。そのため、燃料の供給量の調整が簡単になる。また、ω抑制噴射Ｅがエア噴射であるため、燃料噴射である場合とは違い、噴射物の蒸発時間ｔ２を確保する必要がない。そのため、点火Ｉの直前にω抑制噴射Ｅを行うこともでき、噴射タイミングの自由度が上がる。

［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態のエンジン９３について説明する。本実施形態については、第１実施形態をベースに、これと異なる点を説明する。本実施形態のノック抑制制御βのフローチャートは、第１実施形態のものと同様であるため、本実施形態については、第１実施形態と同じ図４を参照しつつ説明する。

ω抑制噴射Ｆ２の噴射量を求めるステップ（Ｓ１０２）では、運動量ではなく、シリンダ３０内の燃料の濃度分布に基づいてω抑制噴射Ｆ２の噴射量を求める。具体的には、まず、ノックを抑制するのに必要と推定されるシリンダ３０内の燃料の濃度分布を求める。次に、シリンダ３０内を、その求めた濃度分布にするのに必要と推定される、燃料噴射装置２４による燃料噴射量を求める。その求めた燃料噴射量を、ω抑制噴射Ｆ２による燃料噴射量とする。具体的には、その必要な燃料の濃度分布は、ノック強度と、そのノック強度のノックを抑制するのに必要な濃度分布との関係を規定するマップや数式に基づいて求めることができる。そして、その濃度分布にするのに必要と推定される燃料噴射量は、濃度分布と燃料噴射量との関係を規定するマップや数式に基づいて求めることができる。

また、ω抑制噴射Ｆ２の噴射タイミングを算出するステップ（Ｓ１０５）では、ω抑制噴射Ｆ２により噴射した燃料が蒸発し、かつ、その噴射によりシリンダ３０内が必要な濃度分布になるまでの時間に基づいて、噴射タイミングを求める。その時間は、例えば、噴射量と噴射タイミングとの関係を規定するマップや数式によって求めることができる。

本実施形態によれば、シリンダ３０内の燃料の濃度分布に基づいて、ω抑制噴射Ｆ２による燃料噴射量を求めることができる。

［第５実施形態］
次に第５実施形態について説明する。本実施形態のエンジン９５については、第４実施形態をベースに、これと異なる点を説明する。本実施形態のエンジン９５の平面断面図及び正面断面図は、第２実施形態のものと同様であるため、第２実施形態と同じ図１１，図１２を参照しつつ、本実施形態を説明する。

本実施形態は、上記のとおりベースは第４実施形態であるが、第２実施形態の場合と同じく、ω抑制噴射平均ベクトルＶａが、燃料噴射装置２４の軸線方向（上下方向）に対して排気方向Ｄ２側に傾いた方向を向いている。そのため、ω抑制噴射平均ベクトルＶａが、排気方向Ｄ２のベクトル成分を含んでいる。

本実施形態によれば、第４実施形態の効果と第２実施形態の効果との双方を得ることができる。

［第６実施形態］
次に第６実施形態について説明する。本実施形態については、第１実施形態をベースに、これと異なる点を説明する。本実施形態では、燃料噴射装置２４は、ω抑制噴射Ｆ２を行わない。

図１６は、エンジン９６の点火プラグ２６を示す正面断面図である。点火プラグ２６は、チャンバカップ２６７を有する点で、第１実施形態と異なる。詳しくは、点火プラグ２６は、ハウジング２６１と絶縁部材２６２と中心電極２６３と接地電極２６５とチャンバカップ２６７とを有する。

ハウジング２６１の内側に、絶縁部材２６２が設置されており、その絶縁部材２６２の内側に中心電極２６３が設置されている。接地電極２６５は、ハウジング２６１の下部に取り付けられており、中心電極２６３の下方に突出している。そして、中心電極２６３と接地電極２６５との間で放電することにより、火花が発生し点火される。よって、中心電極２６３と接地電極２６５との間における放電により火花が発生する部分が、点火部２６４を構成している。

チャンバカップ２６７は、ハウジング２６１の下部に取り付けられており、点火部２６４を周囲から囲んでいる。そのチャンバカップ２６７には、一又は複数の噴射孔２６８が設けられている。そのため、点火部２６４による点火前には、噴射孔２６８からチャンバカップ２６７の内側に、燃料を含む混合気が吸入され、点火部２６４による点火後には、噴射孔２６８から火炎ジェットが噴射される。

以下では、チャンバカップ２６７に設けられている全ての噴射孔２６８から噴射される火炎ジェットの各部の運動量ベクトルを平均したものを、火炎噴射平均ベクトルＶｂとする。火炎噴射平均ベクトルＶｂは、点火プラグ２６の軸線方向及び排気方向Ｄ２の両方に直交する方向にみた正面視で、点火プラグ２６の軸線方向に対して排気方向Ｄ２に傾いた方向を向いている。

図１７は、点火プラグ２６をその軸線方向に下からみた底面図である。噴射孔２６８は、排気方向Ｄ２側に偏っている。具体的には、この底面視では、点火プラグ２６の下面の中心Ｃよりも吸気方向Ｄ１側に位置する噴射孔２６８ａの総断面積よりも、排気方向Ｄ２側に位置する噴射孔２６８ｂの総断面積の方が大きくなっている。そのため、火炎噴射平均ベクトルＶｂは、上記の正面視で、点火プラグ２６の軸線方向に対して排気方向Ｄ２に傾いた方向を向いている。

本実施形態によれば、火炎噴射平均ベクトルＶｂを、点火プラグ２６の軸線方向に対して、排気方向Ｄ２に傾かせることにより、噴射孔２６８からの噴射成分に、効率的に排気方向Ｄ２の速度成分を含ますことができる。その排気方向Ｄ２の速度成分が、ωタンブルＴ２の吸気方向Ｄ１の流れに対抗することにより、ωタンブルＴ２を崩壊又は弱体化させることができる。それにより、シリンダ３０の排気方向Ｄ２側の端部にノックが発生するのを抑えることができる。

［他の実施形態］
以上の各実施形態は、例えば次のように変更して実施できる。第１実施形態等において、シリンダ３０内に噴射を行う燃料噴射装置２４とは別に、吸気通路２１内に供給噴射Ｆ１を行う燃料噴射装置を設けて、燃料噴射装置２４はω抑制噴射Ｆ２専用にしてもよい。また、第３実施形態において、シリンダ３０内に噴射を行う燃料噴射装置２４の代わりに、吸気通路２１内に供給噴射Ｆ１を行う燃料噴射装置を設けてもよい。また、第３実施形態において、ω抑制噴射平均ベクトルＶａを、第２実施形態のように排気方向Ｄ２側に向けてもよい。

第２実施形態及び第５実施形態において、ω抑制噴射平均ベクトルＶａを、燃料噴射装置２４の軸線方向に対して排気方向Ｄ２側に傾かせるのに代えて、燃料噴射装置２４の軸線方向自体を、上下方向に対して排気方向Ｄ２に傾けてもよい。

第２実施形態及び第５実施形態において、供給噴射Ｆ１の各ジェットの運動量ベクトルを平均した供給噴射ベクトルは真下を向き、ω抑制噴射平均ベクトルＶａのみが真下よりも排気方向Ｄ２側を向くようにしてもよい。このような構成は、例えば、次のようにして実施できる。燃料噴射装置２４の下端部の相対的に低い位置には、噴孔を吸気方向Ｄ１側と排気方向Ｄ２側とで均等に設け、相対的に高い位置では、噴孔を排気方向Ｄ２側に偏らせて設ける。そして、供給噴射Ｆ１の際には、相対的に低い位置の噴孔までしか開かないように、相対的に小さくニードル弁を上昇させる。他方、ω抑制噴射Ｆ２の際には、相対的に高い位置の噴孔まで開くように、相対的に大きくニードル弁を上昇させる。

第６実施形態において、点火後に噴射孔２６８から火炎ジェットが噴射するのに加えて、点火前に、第１〜第５実施形態のいずれかと同様にω抑制噴射Ｆ２，Ｅを行うようにしてもよい。

１３…ノック判定部、１４…噴射制御部、２２…吸気口、２４…燃料噴射装置、２５…エア噴射装置、２６…点火プラグ、２８…排気口、３０…シリンダ、９１〜９６…エンジン、Ｅ…ω抑制噴射、Ｆ２…ω抑制噴射、ｓ２…圧縮行程、Ｔ２…ωタンブル。

Claims (10)

1. シリンダ（３０）と、前記シリンダ内に気体を吸入する吸気口（２２）と、前記シリンダ内において、前記気体に混合されている燃料に点火する点火プラグ（２６）と、前記吸気口よりも所定方向（Ｄ２）に設けられており前記シリンダ内から前記気体を排出する排気口（２８）と、を含み、所定運転状態では、圧縮行程（ｓ２）の後半に前記シリンダ内にωタンブル（Ｔ２）が発生するエンジン（９１〜９５）において、
   ノックが発生している状態又はノックが発生すると推定される状態としてのノック状態であるか否かを判定するノック判定部（１３）と、
   前記圧縮行程の後半以降かつ前記点火プラグによる点火前の所定のタイミングで、前記シリンダ内に前記所定方向の速度成分を含むジェットを噴射するω抑制噴射（Ｆ２，Ｅ）を、実行可能に構成されている噴射装置（２４，２５）と、
   前記ノック判定部により前記ノック状態ではないと判定された場合には、前記ω抑制噴射を行わず、前記ノック判定部により前記ノック状態であると判定された場合には、前記ω抑制噴射を行うように、前記噴射装置を制御する噴射制御部（１４）と、
   を有するエンジン。
2. 前記噴射装置は、燃料噴射装置（２４）であり、前記ω抑制噴射は、前記ジェットとして燃料ジェットを噴射するものである、請求項１記載のエンジン。
3. 前記噴射装置は、エア噴射装置（２５）であり、前記ω抑制噴射は、前記ジェットとしてエアジェットを噴射するものである、請求項１記載のエンジン。
4. 前記噴射制御部は、前記ω抑制噴射により噴射する燃料噴射量を求めると共に、前記燃料噴射量を噴射するのに必要な噴射時間（ｔ１）と、前記燃料噴射量の燃料が蒸発するのに必要な蒸発時間（ｔ２）とを求め、前記点火プラグによる点火時期（Ｉａ）よりも前記蒸発時間だけ前の時期を、前記ω抑制噴射の終了時期（Ｆ２ｂ）とし、前記終了時期よりも前記噴射時間だけ前の時期を前記ω抑制噴射の開始時期（Ｆ２ａ）とする、請求項２に記載のエンジン。
5. 前記噴射制御部は、前記噴射装置について、前記シリンダ内に発生するωタンブルを所定度合まで崩壊させるのに必要とされる運動量を与えるのに必要と推定される噴射量を求め、求めた前記噴射量を前記ω抑制噴射の噴射量とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン。
6. 前記制御部は、前記燃料噴射装置について、前記シリンダ内を、ノックを抑制するのに必要な燃料の濃度分布にするのに必要と推定される燃料噴射量を求め、求めた前記燃料噴射量を前記ω抑制噴射の噴射量とする、請求項２又は４に記載のエンジン。
7. 前記ジェットの各部の運動量ベクトルを平均したω抑制噴射平均ベクトル（Ｖａ）は、前記所定方向のベクトル成分を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジン。
8. 前記噴射装置の軸線方向及び前記所定方向の両方に直交する方向にみた正面視で、前記ω抑制噴射平均ベクトルは、前記噴射装置の軸線方向に対して、前記所定方向に傾いた方向を向いている、請求項７に記載のエンジン。
9. 前記点火プラグは、点火部を周囲から囲むチャンバカップ（２６７）を備えると共に、前記チャンバカップに一又は複数の噴射孔（２６８）が設けられており、前記点火の後に前記噴射孔から火炎ジェットを噴射するものであり、
   前記チャンバカップに設けられている全ての前記噴射孔から噴射される前記火炎ジェットの各部の運動量ベクトルを平均した火炎噴射平均ベクトル（Ｖｂ）は、前記点火プラグの軸線方向及び前記所定方向の両方に直交する方向にみた正面視で、前記点火プラグの軸線方向に対して前記所定方向に傾いた方向を向いている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のエンジン。
10. シリンダ（３０）と、前記シリンダ内に気体を吸入する吸気口（２２）と、前記シリンダ内において、前記気体に混合されている燃料に点火する点火プラグ（２６）と、前記吸気口よりも所定方向（Ｄ２）に設けられており前記シリンダ内から前記気体を排出する排気口（２８）と、を含み、所定運転状態では、圧縮行程（ｓ２）の後半に前記シリンダ内にωタンブル（Ｔ２）が発生するエンジン（９６）において、
    前記点火プラグは、点火部を周囲から囲むチャンバカップ（２６７）を備えると共に、前記チャンバカップに一又は複数の噴射孔（２６８）が設けられており、前記点火の後に前記噴射孔から火炎ジェットを噴射するものであり、
    前記チャンバカップに設けられている全ての前記噴射孔から噴射される前記火炎ジェットの各部の運動量ベクトルを平均した火炎噴射平均ベクトル（Ｖｂ）は、前記点火プラグの軸線方向及び前記所定方向の両方に直交する方向にみた正面視で、前記点火プラグの軸線方向に対して前記所定方向に傾いた方向を向いている、エンジン。

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