JP3608307B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気筒内に臨む燃料噴射弁によって気筒内へ燃料を直接的に供給する筒内噴射式火花点火内燃機関が公知である。このような内燃機関は、例えば、特開昭６０−３０４２０号公報に記載されているように、一般的に、機関低負荷時において、圧縮行程で燃料を噴射して点火プラグ近傍に燃料を集中させることにより低燃費の成層燃焼を実現し、機関高負荷時において、吸気行程で燃料噴射して点火までに気筒内に均一混合気を形成することにより高出力が得られる均一燃焼を実現するものである。
【０００３】
この従来技術において、機関高負荷時の均一燃焼における燃料噴射開始時期は、吸気行程初期に設定されている。それにより、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンの熱によって良好に気化し、燃料噴射終了から点火までの比較的長い時間によって気筒内に十分に均一化された混合気が形成されるために、良好な燃焼を実現することができる。さらに、ピストンに付着した燃料が気化する際にピストンより気化熱をうばうことによりピストン温度が低下するために、ノッキングを発生し難くすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術によって、確かに、機関高負荷時の均一燃焼は比較的良好なものとなるものの、機関回転数、ノック頻度等の機関運転状態により燃料の気化度合い、吸気充填効率等がさまざまに変化することを考慮しておらず、一律に機関高負荷時は燃料噴射時期を吸気行程初期にすることのみにより制御しており機関出力を最大限に高めることができないという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、機関高負荷時の燃焼における機関出力を従来に比較して改善することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半に設定する第１設定手段と、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程後半に設定する第２設定手段と、ノッキングの発生頻度が所定値以下となるように点火時期を最適化する点火時期制御手段と、機関高負荷時の各運転状態において機関出力が高くなるように、前記第１設定手段及び前記第２設定手段のいずれかを選択する選択手段とを具備し、前記選択手段は、機関高負荷時における高回転時には前記第１設定手段を選択し、機関高負荷時における低回転時には前記第２設定手段を選択することを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関の制御装置によれば、第１設定手段によって機関高負荷時における燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンから熱を奪って気化し、点火までの比較的長い時間によって気筒内に十分に均一化された混合気が形成されるために燃焼が良好となって機関出力を高めることができ、一方、第２設定手段によって機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程後半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着することなく気筒内に分散して気筒内の吸気から熱を奪って気化するために、気筒内の吸気温度が低下し、この時の吸気充填効率が向上して機関出力を高めることができ、選択手段は、機関高負荷時の各運転状態において機関出力が高くなるように、第１設定手段及び第２設定手段のいずれかを選択する。
【０００９】
そして、機関高負荷時における高回転時には、燃料噴射終了からの混合気の均一化時間を確保するために、第１設定手段が選択されて吸気行程前半の燃料噴射が実施され、機関高負荷時における低回転時には、混合気の均一化時間は確保されているとして、吸気充填効率を向上させるために、第２設定手段が選択されて吸気行程後半の燃料噴射が実施される。
【００１０】
請求項２に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定する設定手段と、機関高負荷時に点火時期を進角する点火時期制御手段と、機関高負荷時における各運転状態において機関出力を高めるように、前記設定手段により設定された二回の燃料噴射開始時期における燃料噴射量を調節する調節手段とを具備し、前記調節手段は、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、吸気行程前半の燃料噴射量を増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を減少させ、前記点火時期進角手段は、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、点火時期を大きく進角することを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関の制御装置によれば、機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定され、吸気行程前半の燃料噴射によってピストン温度を低下させて点火時期の進角が可能となり、吸気行程後半の燃料噴射によって気筒内の吸気温度を低下させて吸気充填効率を向上させることができる。
【００１３】
また、二回に設定された吸気行程前半及び吸気行程後半の燃料噴射開始時期における燃料噴射量が、機関出力を高めるように調節される。
【００１５】
さらに、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、吸気行程前半の燃料噴射量が増加されると共に吸気行程後半の燃料噴射量が減少され、吸気充填効率は低下するが、混合気の均一化が良好となると共にピストン温度が低下され、点火時期の大きな進角が可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記調節手段は、機関高負荷時における機関回転数が高いほど、吸気行程前半の燃料噴射量を大きく増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を大きく減少させ、前記点火時期進角手段は、機関高負荷時における機関回転数が高いほど、点火時期を大きく進角することを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関の制御装置によれば、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、機関高負荷時において機関回転数が高いほど、吸気行程前半の燃料噴射量を大きく増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を大きく減少させ、吸気充填効率は低下するが、混合気の均一化が良好となると共にピストン温度が低下され、それに合わせて点火時期が大きく進角される。
【００１８】
請求項４に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半に設定する第１設定手段と、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程後半に設定する第２設定手段と、前記第１設定手段及び前記第２設定手段のいずれかを選択する選択手段、とを具備し、前記選択手段は、機関高負荷時において、通常、前記第２設定手段を選択し、ノッキングの発生頻度が所定値より大きくなった時には前記第１設定手段を選択することを特徴とする。
【００１９】
この内燃機関の制御装置によれば、第１設定手段によって機関高負荷時における燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンから熱を奪って気化し、ピストン温度を低下させノッキングを発生し難くすることができ、一方、第２設定手段によって機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程後半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着することなく気筒内に分散して気筒内の吸気から熱を奪って気化するために、気筒内の吸気温度が低下し、この時の吸気充填効率が向上して機関出力を高めることができる。通常、この第２設定手段が選択され吸気充填効率を向上させることができ、ノッキングの発生頻度が所定値より大きくなった時には、第１設定手段が選択され、ノッキングが抑制される。
【００２０】
請求項５に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定する設定手段と、機関高負荷時にノッキング発生頻度が所定値より大きくならないようにして吸気行程前半の燃料噴射量を可能な限り少なくする調節手段、とを具備することを特徴とする。
【００２１】
この内燃機関の制御装置によれば、機関高負荷時における燃料噴射開始時期が吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定され、ノッキング発生頻度が所定値より大きくならないようにして吸気行程前半の燃料噴射量を可能な限り少なくするために、ノッキング発生頻度を所定値以下とする範囲で、吸気行程後半の燃料噴射により可能な限り吸気充填効率を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による制御装置が取り付けられた内燃機関の概略縦断面図である。同図において、１は吸気弁２を介して気筒内へ通じる吸気ポートであり、３は排気弁４を介して気筒内へ通じる排気ポートである。５はピストン、６は点火プラグ、７は気筒内に臨む燃料噴射弁である。
【００２３】
２０は、点火プラグ６を介しての点火時期制御と、燃料噴射弁７を介しての燃料噴射時期及び燃料噴射量制御とを担当する制御装置である。制御装置２０には、機関回転数を検出するための回転センサ（図示せず）、機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルストロークセンサ（図示せず）、及び機関温度としての冷却水温を検出するための冷却水温センサ（図示せず）等の機関運転状態を把握するための各センサと、気筒内の温度を検出するための温度センサ２１等とが接続されている。
【００２４】
制御装置２０による機関低負荷時の燃料噴射時期及び燃料噴射量制御は、一般的に行われているように、圧縮行程後半から燃料噴射弁７によって必要量の燃料を気筒内に噴射するようになっている。それにより、この時に噴射された燃料は、点火プラグ６回りに集中して着火性の良好な混合気を形成するために、確実な着火性が確保される成層燃焼を実現することができる。この時の必要燃料量は、成層燃焼が気筒内全体としては理論空燃比よりリーンな空燃比での燃焼が可能であることを考慮し、前述の各センサにより把握される現在の機関運転状態に基づき決定されるために、この成層燃焼によって燃費低減が可能である。
【００２５】
機関低負荷時において、機関負荷の増加に伴い必要燃料量が増加すると、点火プラグ６回りの混合気が濃厚になり過ぎるために、必要燃料量の一部を吸気行程に噴射し、点火プラグ６回りに着火性の良好な混合気を形成すると共に、その回りに希薄な混合気を形成し、比較的高出力の成層燃焼を実施するようになっている。制御装置２０による機関低負荷時の点火時期制御は、現在の機関運転状態における最適な成層燃焼が実現されるように制御される。
【００２６】
制御装置２０による機関高負荷時の燃料噴射時期及び燃料噴射量制御は、燃料噴射弁７の燃料噴射開始時期が吸気行程中に設定され、必要量の燃料が噴射されるようになっている。それにより、この時には、点火までに気筒内に均一混合気を形成し、成層燃焼より高出力が得られる均一燃焼を実施することが意図されている。
【００２７】
図２の実線は、機関高負荷時の特定回転数における均一燃焼において、燃料噴射開始時期を変化させた時の機関出力の変化を示すグラフである。このグラフから分かるように、燃料噴射開始時期が吸気行程前半である場合及び吸気行程後半である場合のそれぞれに機関出力のピークが存在する。図２の点線は、燃料噴射開始時期に対する点火時期の進角量を示すグラフである。
【００２８】
燃料噴射開始時期を吸気行程前半にした場合には、噴射された燃料の多くがピストン頂面に付着しピストン５の熱によって気化するために、ピストン温度が低下してノッキングが発生し難くなり、図２に点線で示すようにノッキングを発生させることなく点火時期を進角させることができる。それにより、機関出力を高めることが可能となる。燃料噴射開始時期を吸気行程前半にした場合における機関出力のピークは、燃料噴射開始時期を吸気上死点直後に設定した時であり、この時には、噴射された燃料のほぼ全てをピストン頂面に付着させピストン温度を最大に低下させることができ、それにより、点火時期をかなり進角させることが可能となるためである。また、この時には、燃料噴射終了時期から点火までに十分な時間が確保され、これは良好な均一混合気の形成に有利である。
【００２９】
燃料噴射開始時期を吸気行程後半にした場合には、噴射された燃料の多くが気筒内空間に噴射され、気筒内の吸気の熱によって気化するために、気筒内の吸気温度が低下して吸気充填効率を向上させることができる。それにより、機関出力を高めることが可能となる。
【００３０】
図３は、燃料噴射開始時期に対する吸気充填効率の変化を示すグラフである。このグラフから分かるように、燃料噴射開始時期を吸気上死点から遅らせるほど、ピストン５は下降して、噴射された燃料はピストン頂面に付着し難くなって気筒内空間に分散し、気化するのに気筒内の吸気から多量の熱を奪うために、吸気充填効率は向上する。燃料噴射開始時期を吸気下死点より少し前とした時には、燃料噴射終了時点で吸気行程が持続していると共に、噴射された燃料のほぼ全てをピストン頂面に付着させず、気筒内の吸気の熱によって気化させるために、吸気行程中において気筒内の吸気温度を最大に低下させることができ、それにより、最大に充填効率を向上させることが可能となる。従って、図２において、燃料噴射開始時期を吸気下死点より少し前にした時が、機関出力のピークとなる。また、高出力を実現するためには、良好に均一化された混合気が必要であり、噴射された燃料の気化及び気化した燃料が吸気と十分に混合して良好な均一混合気を形成するのに必要とされる時間を確保することが重要となる。従って機関出力がピークとなる燃料噴射時期は、機関回転数が高くなるほど吸気上死点側に移動する。このように、燃料噴射開始時期が吸気行程後半とされる時には、ピストン頂面温度は低下されないために、相対的にノッキングが発生し易く図２に点線で示すように点火時期の進角量は少なくされる。
【００３１】
図２は、機関高負荷時における特定回転数の時の機関出力の変化であるが、この時には、燃料噴射開始時期を吸気行程前半にした時のピーク機関出力より燃料噴射開始時期を吸気行程後半にした時のピーク機関出力の方が高くなっている。しかしながら、図２に示すような機関出力のグラフは、機関回転数毎に存在し、機関回転数によっては、燃料噴射開始時期を吸気行程前半にして点火時期を進角した方が高い機関出力を得られる場合がある。
【００３２】
図４は、点火時期に対する機関出力の変化を示すグラフである。同図において、左側の実線及び点線のグラフは、燃料噴射開始時期を、吸気下死点より少し前に設定した場合、すなわち、吸気行程後半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した場合であり、右側の実線及び点線のグラフは、燃料噴射開始時期を、吸気上死点直後に設定した場合、すなわち、吸気行程前半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した場合である。また、各実線は機関低回転時における特定回転数の場合であり、各点線は機関高回転時における特定回転数の場合である。
【００３３】
図４の四つのグラフにおいて、点火時期を早めれば機関出力は徐々に上昇し、その後に下降する。各グラフの最大機関出力を与える点火時期は、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｐａｒｋ Ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）と呼ばれ、実際の点火時期ＴＫはノッキングを確実に発生させないように、ＭＢＴより余裕を見て遅らされる。この点火時期ＴＫは、吸気行程後半に燃料噴射開始時期を設定する時には、ピストン温度が比較的高いために、ＭＢＴからの余裕は比較的大きくされ、吸気行程前半に燃料噴射開始時期を設定する時には、ピストン温度が低くされるために、ＭＢＴからの余裕は比較的小さくされる。
【００３４】
図４において、機関低回転時のグラフ（実線）で実際の点火時期ＴＫにおける機関出力を比較すれば、この時には、燃料噴射開始時期を吸気行程後半としても均一混合気形成の時間が十分に確保されるために、ピストン温度を低下させて点火時期を大きく進角するより、吸気充填効率を向上させたほうが有利であり、燃料噴射開始時期を吸気行程後半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した方が高い機関出力を得ることができる。一方、機関高回転時のグラフ（点線）で実際の点火時期ＴＫにおける機関出力を比較すれば、この時には、燃料噴射開始時期を吸気行程後半とすると、均一混合気形成の時間が確保できないために、吸気充填効率の向上よりピストン温度を低下させて点火時期を大きく進角させた方が有利であり、燃料噴射開始時期を吸気行程前半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した方が高い機関出力を得ることができる。
【００３５】
図５は、機関回転数に対する機関出力の変化を示すグラフであり、実線は燃料噴射開始時期を吸気行程後半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した場合であり、点線は燃料噴射開始時期を吸気行程前半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した場合である。両グラフは、所定回転数Ｎで交差し、所定回転数Ｎより機関回転数が低い低回転時には、吸気行程後半の燃料噴射が有利であり、所定回転数Ｎより機関回転数が高い高回転時には、吸気行程前半の燃料噴射が有利である。このように、所定回転数Ｎにより燃料噴射開始時期を切り換えることで、機関高負荷時における均一燃焼の機関出力を効果的に高めることができる。
【００３６】
本実施形態において、機関高負荷時における燃料噴射開始時期は、吸気行程の前半又は吸気行程後半としたが、必要燃料量を吸気行程前半と吸気行程後半とに別けて噴射するようにしても良い。それにより、吸気行程前半に噴射された燃料によってピストン温度が低下するために点火時期を大きく進角することができ、それと同時に、吸気行程後半に噴射された燃料によって気筒内の吸気温度が低下するために吸気充填効率を向上させることができ、機関出力を良好に高めることができる。
【００３７】
また、このように吸気行程前半と吸気行程後半とに別けて燃料を噴射する場合には、機関高負荷時における各機関回転数の機関出力を高めるように、それぞれの燃料噴射量を調節することが好ましい。図６は、このような燃料噴射量の調節の例を示す図である。機関回転数がかなり低い領域は、必要燃料量の１００％が吸気行程後半に噴射され、機関回転数がかなり高い領域は、必要燃料量の１００％が吸気行程前半に噴射されるが、これらの間の機関回転数領域においては、機関回転数が高いほど吸気行程前半の燃料噴射割合が大きく増加されると共に吸気行程後半の燃料噴射割合が大きく減少されるようになっている。それにより、各機関回転数において、噴射された燃料による均一混合気形成の時間が確保されると共に、この時間が確保される範囲で可能な限り多量の吸気行程後半の燃料噴射を実施するために、吸気充填効率を可能な限り高めた良好に均一化された混合気の燃焼を実現でき、機関高負荷時における各運転状態において機関出力をかなり高めることができる。
【００３８】
点火時期の制御は、機関回転数が高くなるほど、点火時期を大きく進角させＭＢＴに近づかせることが好ましく、それにより、このような燃料噴射量の調節に適合して機関出力を最大に高めることができる。また、高負荷時の各燃料噴射量及び点火時期を機関回転数に応じて徐々に変化させなくても、例えば、高回転時には、低回転時に比較して、吸気行程前半の燃料噴射量を増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を減少させるようにし、高回転時には低回転時に比較して点火時期を大きく進角するようにすれば、比較的良好に機関出力を高めることができる。
【００３９】
制御装置２０によるこれまでの点火時期制御は、成層燃焼及び均一燃焼にかかわらず、前述したように、各機関運転状態において、ノッキングを発生させないようにＭＢＴより余裕を見て遅らされた点火時期ＴＫが選択されるようになっている。しかしながら、機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半と吸気行程後半に切り換えることは、少なくとも機関高負荷時における点火時期を各機関運転状態に適した時期に固定した場合にも有効であり、これを以下に説明する。
【００４０】
このように点火時期が固定される場合には、機関高負荷時における燃料噴射開始時期は、通常、吸気行程後半に設定し、吸気充填効率を高めて機関出力を向上させる。しかしながら、吸気行程後半の燃料噴射では、ピストン温度を効果的に低下させることができないために、運転状態によってはノッキングが発生し、この運転状態の維持及びさらなる加速が困難となる。従って、内燃機関のシリンダブロック等に振動感知式等のノッキングセンサを配置してノッキングを検出するようにし、吸気行程後半の燃料噴射による運転において、ノッキングの発生頻度が所定値以上となれば、燃料噴射開始時期を吸気行程後半から吸気行程前半に切り換えるようにすることで、吸気行程前半の燃料噴射により効果的にピストン温度を低下させ、点火時期を遅角することなくノッキングを防止することができる。これは、ノッキング防止のために点火時期が遅角された時に比較して機関出力を向上させることができる。
【００４１】
また、点火時期が固定される場合において、図７に示すように、必要燃料量を吸気行程前半と吸気行程後半に別けて噴射するようにしても良い。このような燃料噴射制御は、ノッキングセンサによりノッキングを検出し、ノッキングの発生頻度が所定値以上とならないように、最小限の燃料量を吸気行程前半に噴射してピストン温度を低下させ、残りの燃料量を吸気行程後半に噴射して可能な限り吸気充填効率を高めるようになっている。すなわち、ノッキングの発生し易い運転状態ほど、吸気行程前半の燃料噴射量割合が増加されると共に吸気行程後半の燃料噴射割合が減少されるようになっている。このような燃料噴射制御により、ノッキング発生に伴う点火時期の遅角の必要性が低減され、機関高負荷時の各運転状態における機関出力を向上させることができる。
【００４２】
ノッキングの発生し易さは、ピストン温度を監視することによっても把握することができる。従って、ノッキングセンサを使用することなく、ピストン温度に基づいて吸気行程前半及び後半の燃料噴射量割合を決定することもできる。ピストン温度は、直接的に検出し難いために、前述した温度センサ２１によって気筒内の温度を検出し、それに基づきピストン温度を推測するようにしても良い。
【００４３】
図８は、本発明による制御装置が取り付けられた図１とは異なる内燃機関の概略縦断面図である。図１との違いは、燃料噴射弁７’が吸気ポート１に配置されていることである。但し、この燃料噴射弁７’は、吸気弁２の開弁時に燃料を噴射すれば、燃料を直接的に気筒内へ供給可能なものである。このような燃料噴射弁７’を使用しても前述したような機関高負荷時における燃料噴射時期及び燃料噴射量制御を実施することができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、第１設定手段によって機関高負荷時における燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンから熱を奪って気化し、点火までの比較的長い時間によって気筒内に十分に均一化された混合気が形成されるために燃焼が良好となって機関出力を高めることができ、一方、第２設定手段によって機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程後半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着することなく気筒内に分散して気筒内の吸気から熱を奪って気化するために、気筒内の吸気温度が低下し、この時の吸気充填効率が向上して機関出力を高めることができ、選択手段は、機関高負荷時の各運転状態において機関出力が高くなるように、第１設定手段及び第２設定手段のいずれかを選択するために、機関高負荷時の各運転状態において高い機関出力を得ることができる。
【００４５】
また、機関高負荷時における高回転時には、燃料噴射終了からの混合気の均一化時間を確保するために、第１設定手段が選択されて吸気行程前半の燃料噴射が実施され、機関高負荷時における低回転時には、混合気の均一化時間は確保されているとして、吸気充填効率を向上させるために、第２設定手段が選択されて吸気行程後半の燃料噴射が実施されるために、機関高負荷時の各運転状態において高い機関出力を得ることができる。
【００４６】
請求項２に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定され、機関高負荷時の各運転状態において、吸気行程前半の燃料噴射によってピストン温度を低下させて点火時期の進角が可能となって機関出力を向上させることができ、吸気行程後半の燃料噴射によって気筒内の吸気温度を低下させて吸気充填効率を高めることによっても機関出力を向上させることができる。
【００４７】
また、二回に設定された吸気行程前半及び吸気行程後半の燃料噴射開始時期における燃料噴射量が、機関出力を高めるように調節されるために、機関高負荷時の各運転状態において、機関出力を良好に向上させることができる。
【００４８】
さらに、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、吸気行程前半の燃料噴射量が増加されると共に吸気行程後半の燃料噴射量が減少され、吸気充填効率は低下するが、混合気の均一化が良好となると共にピストン温度が低下され、点火時期の大きな進角が可能となるために、機関高負荷時の各運転状態において、機関出力を良好に向上させることができる。
【００４９】
請求項３に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、機関高負荷時において機関回転数が高いほど、吸気行程前半の燃料噴射量を大きく増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を大きく減少させ、吸気充填効率は低下するが、混合気の均一化が良好となると共にピストン温度が低下され、それに合わせて点火時期が大きく進角されるために、機関高負荷時の各運転状態において、機関出力を良好に向上させることができる。
【００５０】
請求項４に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、第１設定手段によって機関高負荷時における燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンから熱を奪って気化し、ピストン温度を低下させノッキングを発生し難くすることができ、一方、第２設定手段によって機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程後半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着することなく気筒内に分散して気筒内の吸気から熱を奪って気化するために、気筒内の吸気温度が低下し、この時の吸気充填効率が向上して機関出力を高めることができる。通常、この第２設定手段が選択され吸気充填効率を向上させることができ、ノッキングの発生頻度が所定値より大きくなった時には、第１設定手段が選択されてノッキングが抑制されるために、点火時期を遅角した時に比較して機関出力を向上させることができ、機関高負荷時の各運転状態において機関出力を向上させることができる。
【００５１】
請求項５に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、機関高負荷時における燃料噴射開始時期が吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定され、ノッキング発生頻度が所定値より大きくならないようにして吸気行程前半の燃料噴射量を可能な限り少なくするために、ノッキング発生頻度を所定値以下とする範囲で、吸気行程後半の燃料噴射により可能な限り吸気充填効率を向上させることができ、点火時期の遅角が不要で機関出力が向上すると共に吸気充填効率が高まることにより機関出力が向上し、機関高負荷時の各運転状態において機関出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御装置が取り付けられた内燃機関の概略縦断面図である。
【図２】燃料噴射開始時期に対する点火時期の変化と機関出力の変化とを示すグラフである。
【図３】燃料噴射開始時期に対する吸気充填効率の変化を示すグラフである。
【図４】点火時期に対する機関出力の変化を示すグラフである。
【図５】機関回転数に対する機関出力の変化を示すグラフである。
【図６】機関回転数に対する吸気行程前半と後半の燃料噴射量割合を示すマップである。
【図７】ノッキングの発生し易さに対する吸気行程前半と後半の燃料噴射量割合を示すマップである。
【図８】本発明による制御装置が取り付けられた図１とは別の内燃機関の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１…吸気ポート
３…排気ポート
５…ピストン
６…点火プラグ
７，７’…燃料噴射弁
２０…制御装置
２１…温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気筒内に臨む燃料噴射弁によって気筒内へ燃料を直接的に供給する筒内噴射式火花点火内燃機関が公知である。このような内燃機関は、例えば、特開昭６０−３０４２０号公報に記載されているように、一般的に、機関低負荷時において、圧縮行程で燃料を噴射して点火プラグ近傍に燃料を集中させることにより低燃費の成層燃焼を実現し、機関高負荷時において、吸気行程で燃料噴射して点火までに気筒内に均一混合気を形成することにより高出力が得られる均一燃焼を実現するものである。
【０００３】
この従来技術において、機関高負荷時の均一燃焼における燃料噴射開始時期は、吸気行程初期に設定されている。それにより、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンの熱によって良好に気化し、燃料噴射終了から点火までの比較的長い時間によって気筒内に十分に均一化された混合気が形成されるために、良好な燃焼を実現することができる。さらに、ピストンに付着した燃料が気化する際にピストンより気化熱をうばうことによりピストン温度が低下するために、ノッキングを発生し難くすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術によって、確かに、機関高負荷時の均一燃焼は比較的良好なものとなるものの、機関回転数、ノック頻度等の機関運転状態により燃料の気化度合い、吸気充填効率等がさまざまに変化することを考慮しておらず、一律に機関高負荷時は燃料噴射時期を吸気行程初期にすることのみにより制御しており機関出力を最大限に高めることができないという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、機関高負荷時の燃焼における機関出力を従来に比較して改善することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半に設定する第１設定手段と、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程後半に設定する第２設定手段と、ノッキングの発生頻度が所定値以下となるように点火時期を最適化する点火時期制御手段と、機関高負荷時の各運転状態において機関出力が高くなるように、前記第１設定手段及び前記第２設定手段のいずれかを選択する選択手段とを具備し、前記選択手段は、機関高負荷時における高回転時には前記第１設定手段を選択し、機関高負荷時における低回転時には前記第２設定手段を選択することを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関の制御装置によれば、第１設定手段によって機関高負荷時における燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンから熱を奪って気化し、点火までの比較的長い時間によって気筒内に十分に均一化された混合気が形成されるために燃焼が良好となって機関出力を高めることができ、一方、第２設定手段によって機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程後半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着することなく気筒内に分散して気筒内の吸気から熱を奪って気化するために、気筒内の吸気温度が低下し、この時の吸気充填効率が向上して機関出力を高めることができ、選択手段は、機関高負荷時の各運転状態において機関出力が高くなるように、第１設定手段及び第２設定手段のいずれかを選択する。
【０００９】
そして、機関高負荷時における高回転時には、燃料噴射終了からの混合気の均一化時間を確保するために、第１設定手段が選択されて吸気行程前半の燃料噴射が実施され、機関高負荷時における低回転時には、混合気の均一化時間は確保されているとして、吸気充填効率を向上させるために、第２設定手段が選択されて吸気行程後半の燃料噴射が実施される。
【００１０】
請求項２に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定する設定手段と、機関高負荷時に点火時期を進角する点火時期制御手段と、機関高負荷時における各運転状態において機関出力を高めるように、前記設定手段により設定された二回の燃料噴射開始時期における燃料噴射量を調節する調節手段とを具備し、前記調節手段は、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、吸気行程前半の燃料噴射量を増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を減少させ、前記点火時期進角手段は、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、点火時期を大きく進角することを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関の制御装置によれば、機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定され、吸気行程前半の燃料噴射によってピストン温度を低下させて点火時期の進角が可能となり、吸気行程後半の燃料噴射によって気筒内の吸気温度を低下させて吸気充填効率を向上させることができる。
【００１３】
また、二回に設定された吸気行程前半及び吸気行程後半の燃料噴射開始時期における燃料噴射量が、機関出力を高めるように調節される。
【００１５】
さらに、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、吸気行程前半の燃料噴射量が増加されると共に吸気行程後半の燃料噴射量が減少され、吸気充填効率は低下するが、混合気の均一化が良好となると共にピストン温度が低下され、点火時期の大きな進角が可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記調節手段は、機関高負荷時における機関回転数が高いほど、吸気行程前半の燃料噴射量を大きく増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を大きく減少させ、前記点火時期進角手段は、機関高負荷時における機関回転数が高いほど、点火時期を大きく進角することを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関の制御装置によれば、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、機関高負荷時において機関回転数が高いほど、吸気行程前半の燃料噴射量を大きく増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を大きく減少させ、吸気充填効率は低下するが、混合気の均一化が良好となると共にピストン温度が低下され、それに合わせて点火時期が大きく進角される。
【００１８】
請求項４に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半に設定する第１設定手段と、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程後半に設定する第２設定手段と、前記第１設定手段及び前記第２設定手段のいずれかを選択する選択手段、とを具備し、前記選択手段は、機関高負荷時において、通常、前記第２設定手段を選択し、ノッキングの発生頻度が所定値より大きくなった時には前記第１設定手段を選択することを特徴とする。
【００１９】
この内燃機関の制御装置によれば、第１設定手段によって機関高負荷時における燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンから熱を奪って気化し、ピストン温度を低下させノッキングを発生し難くすることができ、一方、第２設定手段によって機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程後半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着することなく気筒内に分散して気筒内の吸気から熱を奪って気化するために、気筒内の吸気温度が低下し、この時の吸気充填効率が向上して機関出力を高めることができる。通常、この第２設定手段が選択され吸気充填効率を向上させることができ、ノッキングの発生頻度が所定値より大きくなった時には、第１設定手段が選択され、ノッキングが抑制される。
【００２０】
請求項５に記載の本発明による内燃機関の制御装置は、少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定する設定手段と、機関高負荷時にノッキング発生頻度が所定値より大きくならないようにして吸気行程前半の燃料噴射量を可能な限り少なくする調節手段、とを具備することを特徴とする。
【００２１】
この内燃機関の制御装置によれば、機関高負荷時における燃料噴射開始時期が吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定され、ノッキング発生頻度が所定値より大きくならないようにして吸気行程前半の燃料噴射量を可能な限り少なくするために、ノッキング発生頻度を所定値以下とする範囲で、吸気行程後半の燃料噴射により可能な限り吸気充填効率を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による制御装置が取り付けられた内燃機関の概略縦断面図である。同図において、１は吸気弁２を介して気筒内へ通じる吸気ポートであり、３は排気弁４を介して気筒内へ通じる排気ポートである。５はピストン、６は点火プラグ、７は気筒内に臨む燃料噴射弁である。
【００２３】
２０は、点火プラグ６を介しての点火時期制御と、燃料噴射弁７を介しての燃料噴射時期及び燃料噴射量制御とを担当する制御装置である。制御装置２０には、機関回転数を検出するための回転センサ（図示せず）、機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルストロークセンサ（図示せず）、及び機関温度としての冷却水温を検出するための冷却水温センサ（図示せず）等の機関運転状態を把握するための各センサと、気筒内の温度を検出するための温度センサ２１等とが接続されている。
【００２４】
制御装置２０による機関低負荷時の燃料噴射時期及び燃料噴射量制御は、一般的に行われているように、圧縮行程後半から燃料噴射弁７によって必要量の燃料を気筒内に噴射するようになっている。それにより、この時に噴射された燃料は、点火プラグ６回りに集中して着火性の良好な混合気を形成するために、確実な着火性が確保される成層燃焼を実現することができる。この時の必要燃料量は、成層燃焼が気筒内全体としては理論空燃比よりリーンな空燃比での燃焼が可能であることを考慮し、前述の各センサにより把握される現在の機関運転状態に基づき決定されるために、この成層燃焼によって燃費低減が可能である。
【００２５】
機関低負荷時において、機関負荷の増加に伴い必要燃料量が増加すると、点火プラグ６回りの混合気が濃厚になり過ぎるために、必要燃料量の一部を吸気行程に噴射し、点火プラグ６回りに着火性の良好な混合気を形成すると共に、その回りに希薄な混合気を形成し、比較的高出力の成層燃焼を実施するようになっている。制御装置２０による機関低負荷時の点火時期制御は、現在の機関運転状態における最適な成層燃焼が実現されるように制御される。
【００２６】
制御装置２０による機関高負荷時の燃料噴射時期及び燃料噴射量制御は、燃料噴射弁７の燃料噴射開始時期が吸気行程中に設定され、必要量の燃料が噴射されるようになっている。それにより、この時には、点火までに気筒内に均一混合気を形成し、成層燃焼より高出力が得られる均一燃焼を実施することが意図されている。
【００２７】
図２の実線は、機関高負荷時の特定回転数における均一燃焼において、燃料噴射開始時期を変化させた時の機関出力の変化を示すグラフである。このグラフから分かるように、燃料噴射開始時期が吸気行程前半である場合及び吸気行程後半である場合のそれぞれに機関出力のピークが存在する。図２の点線は、燃料噴射開始時期に対する点火時期の進角量を示すグラフである。
【００２８】
燃料噴射開始時期を吸気行程前半にした場合には、噴射された燃料の多くがピストン頂面に付着しピストン５の熱によって気化するために、ピストン温度が低下してノッキングが発生し難くなり、図２に点線で示すようにノッキングを発生させることなく点火時期を進角させることができる。それにより、機関出力を高めることが可能となる。燃料噴射開始時期を吸気行程前半にした場合における機関出力のピークは、燃料噴射開始時期を吸気上死点直後に設定した時であり、この時には、噴射された燃料のほぼ全てをピストン頂面に付着させピストン温度を最大に低下させることができ、それにより、点火時期をかなり進角させることが可能となるためである。また、この時には、燃料噴射終了時期から点火までに十分な時間が確保され、これは良好な均一混合気の形成に有利である。
【００２９】
燃料噴射開始時期を吸気行程後半にした場合には、噴射された燃料の多くが気筒内空間に噴射され、気筒内の吸気の熱によって気化するために、気筒内の吸気温度が低下して吸気充填効率を向上させることができる。それにより、機関出力を高めることが可能となる。
【００３０】
図３は、燃料噴射開始時期に対する吸気充填効率の変化を示すグラフである。このグラフから分かるように、燃料噴射開始時期を吸気上死点から遅らせるほど、ピストン５は下降して、噴射された燃料はピストン頂面に付着し難くなって気筒内空間に分散し、気化するのに気筒内の吸気から多量の熱を奪うために、吸気充填効率は向上する。燃料噴射開始時期を吸気下死点より少し前とした時には、燃料噴射終了時点で吸気行程が持続していると共に、噴射された燃料のほぼ全てをピストン頂面に付着させず、気筒内の吸気の熱によって気化させるために、吸気行程中において気筒内の吸気温度を最大に低下させることができ、それにより、最大に充填効率を向上させることが可能となる。従って、図２において、燃料噴射開始時期を吸気下死点より少し前にした時が、機関出力のピークとなる。また、高出力を実現するためには、良好に均一化された混合気が必要であり、噴射された燃料の気化及び気化した燃料が吸気と十分に混合して良好な均一混合気を形成するのに必要とされる時間を確保することが重要となる。従って機関出力がピークとなる燃料噴射時期は、機関回転数が高くなるほど吸気上死点側に移動する。このように、燃料噴射開始時期が吸気行程後半とされる時には、ピストン頂面温度は低下されないために、相対的にノッキングが発生し易く図２に点線で示すように点火時期の進角量は少なくされる。
【００３１】
図２は、機関高負荷時における特定回転数の時の機関出力の変化であるが、この時には、燃料噴射開始時期を吸気行程前半にした時のピーク機関出力より燃料噴射開始時期を吸気行程後半にした時のピーク機関出力の方が高くなっている。しかしながら、図２に示すような機関出力のグラフは、機関回転数毎に存在し、機関回転数によっては、燃料噴射開始時期を吸気行程前半にして点火時期を進角した方が高い機関出力を得られる場合がある。
【００３２】
図４は、点火時期に対する機関出力の変化を示すグラフである。同図において、左側の実線及び点線のグラフは、燃料噴射開始時期を、吸気下死点より少し前に設定した場合、すなわち、吸気行程後半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した場合であり、右側の実線及び点線のグラフは、燃料噴射開始時期を、吸気上死点直後に設定した場合、すなわち、吸気行程前半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した場合である。また、各実線は機関低回転時における特定回転数の場合であり、各点線は機関高回転時における特定回転数の場合である。
【００３３】
図４の四つのグラフにおいて、点火時期を早めれば機関出力は徐々に上昇し、その後に下降する。各グラフの最大機関出力を与える点火時期は、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｐａｒｋ Ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）と呼ばれ、実際の点火時期ＴＫはノッキングを確実に発生させないように、ＭＢＴより余裕を見て遅らされる。この点火時期ＴＫは、吸気行程後半に燃料噴射開始時期を設定する時には、ピストン温度が比較的高いために、ＭＢＴからの余裕は比較的大きくされ、吸気行程前半に燃料噴射開始時期を設定する時には、ピストン温度が低くされるために、ＭＢＴからの余裕は比較的小さくされる。
【００３４】
図４において、機関低回転時のグラフ（実線）で実際の点火時期ＴＫにおける機関出力を比較すれば、この時には、燃料噴射開始時期を吸気行程後半としても均一混合気形成の時間が十分に確保されるために、ピストン温度を低下させて点火時期を大きく進角するより、吸気充填効率を向上させたほうが有利であり、燃料噴射開始時期を吸気行程後半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した方が高い機関出力を得ることができる。一方、機関高回転時のグラフ（点線）で実際の点火時期ＴＫにおける機関出力を比較すれば、この時には、燃料噴射開始時期を吸気行程後半とすると、均一混合気形成の時間が確保できないために、吸気充填効率の向上よりピストン温度を低下させて点火時期を大きく進角させた方が有利であり、燃料噴射開始時期を吸気行程前半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した方が高い機関出力を得ることができる。
【００３５】
図５は、機関回転数に対する機関出力の変化を示すグラフであり、実線は燃料噴射開始時期を吸気行程後半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した場合であり、点線は燃料噴射開始時期を吸気行程前半におけるピーク機関出力が得られる時期に設定した場合である。両グラフは、所定回転数Ｎで交差し、所定回転数Ｎより機関回転数が低い低回転時には、吸気行程後半の燃料噴射が有利であり、所定回転数Ｎより機関回転数が高い高回転時には、吸気行程前半の燃料噴射が有利である。このように、所定回転数Ｎにより燃料噴射開始時期を切り換えることで、機関高負荷時における均一燃焼の機関出力を効果的に高めることができる。
【００３６】
本実施形態において、機関高負荷時における燃料噴射開始時期は、吸気行程の前半又は吸気行程後半としたが、必要燃料量を吸気行程前半と吸気行程後半とに別けて噴射するようにしても良い。それにより、吸気行程前半に噴射された燃料によってピストン温度が低下するために点火時期を大きく進角することができ、それと同時に、吸気行程後半に噴射された燃料によって気筒内の吸気温度が低下するために吸気充填効率を向上させることができ、機関出力を良好に高めることができる。
【００３７】
また、このように吸気行程前半と吸気行程後半とに別けて燃料を噴射する場合には、機関高負荷時における各機関回転数の機関出力を高めるように、それぞれの燃料噴射量を調節することが好ましい。図６は、このような燃料噴射量の調節の例を示す図である。機関回転数がかなり低い領域は、必要燃料量の１００％が吸気行程後半に噴射され、機関回転数がかなり高い領域は、必要燃料量の１００％が吸気行程前半に噴射されるが、これらの間の機関回転数領域においては、機関回転数が高いほど吸気行程前半の燃料噴射割合が大きく増加されると共に吸気行程後半の燃料噴射割合が大きく減少されるようになっている。それにより、各機関回転数において、噴射された燃料による均一混合気形成の時間が確保されると共に、この時間が確保される範囲で可能な限り多量の吸気行程後半の燃料噴射を実施するために、吸気充填効率を可能な限り高めた良好に均一化された混合気の燃焼を実現でき、機関高負荷時における各運転状態において機関出力をかなり高めることができる。
【００３８】
点火時期の制御は、機関回転数が高くなるほど、点火時期を大きく進角させＭＢＴに近づかせることが好ましく、それにより、このような燃料噴射量の調節に適合して機関出力を最大に高めることができる。また、高負荷時の各燃料噴射量及び点火時期を機関回転数に応じて徐々に変化させなくても、例えば、高回転時には、低回転時に比較して、吸気行程前半の燃料噴射量を増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を減少させるようにし、高回転時には低回転時に比較して点火時期を大きく進角するようにすれば、比較的良好に機関出力を高めることができる。
【００３９】
制御装置２０によるこれまでの点火時期制御は、成層燃焼及び均一燃焼にかかわらず、前述したように、各機関運転状態において、ノッキングを発生させないようにＭＢＴより余裕を見て遅らされた点火時期ＴＫが選択されるようになっている。しかしながら、機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半と吸気行程後半に切り換えることは、少なくとも機関高負荷時における点火時期を各機関運転状態に適した時期に固定した場合にも有効であり、これを以下に説明する。
【００４０】
このように点火時期が固定される場合には、機関高負荷時における燃料噴射開始時期は、通常、吸気行程後半に設定し、吸気充填効率を高めて機関出力を向上させる。しかしながら、吸気行程後半の燃料噴射では、ピストン温度を効果的に低下させることができないために、運転状態によってはノッキングが発生し、この運転状態の維持及びさらなる加速が困難となる。従って、内燃機関のシリンダブロック等に振動感知式等のノッキングセンサを配置してノッキングを検出するようにし、吸気行程後半の燃料噴射による運転において、ノッキングの発生頻度が所定値以上となれば、燃料噴射開始時期を吸気行程後半から吸気行程前半に切り換えるようにすることで、吸気行程前半の燃料噴射により効果的にピストン温度を低下させ、点火時期を遅角することなくノッキングを防止することができる。これは、ノッキング防止のために点火時期が遅角された時に比較して機関出力を向上させることができる。
【００４１】
また、点火時期が固定される場合において、図７に示すように、必要燃料量を吸気行程前半と吸気行程後半に別けて噴射するようにしても良い。このような燃料噴射制御は、ノッキングセンサによりノッキングを検出し、ノッキングの発生頻度が所定値以上とならないように、最小限の燃料量を吸気行程前半に噴射してピストン温度を低下させ、残りの燃料量を吸気行程後半に噴射して可能な限り吸気充填効率を高めるようになっている。すなわち、ノッキングの発生し易い運転状態ほど、吸気行程前半の燃料噴射量割合が増加されると共に吸気行程後半の燃料噴射割合が減少されるようになっている。このような燃料噴射制御により、ノッキング発生に伴う点火時期の遅角の必要性が低減され、機関高負荷時の各運転状態における機関出力を向上させることができる。
【００４２】
ノッキングの発生し易さは、ピストン温度を監視することによっても把握することができる。従って、ノッキングセンサを使用することなく、ピストン温度に基づいて吸気行程前半及び後半の燃料噴射量割合を決定することもできる。ピストン温度は、直接的に検出し難いために、前述した温度センサ２１によって気筒内の温度を検出し、それに基づきピストン温度を推測するようにしても良い。
【００４３】
図８は、本発明による制御装置が取り付けられた図１とは異なる内燃機関の概略縦断面図である。図１との違いは、燃料噴射弁７’が吸気ポート１に配置されていることである。但し、この燃料噴射弁７’は、吸気弁２の開弁時に燃料を噴射すれば、燃料を直接的に気筒内へ供給可能なものである。このような燃料噴射弁７’を使用しても前述したような機関高負荷時における燃料噴射時期及び燃料噴射量制御を実施することができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、第１設定手段によって機関高負荷時における燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンから熱を奪って気化し、点火までの比較的長い時間によって気筒内に十分に均一化された混合気が形成されるために燃焼が良好となって機関出力を高めることができ、一方、第２設定手段によって機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程後半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着することなく気筒内に分散して気筒内の吸気から熱を奪って気化するために、気筒内の吸気温度が低下し、この時の吸気充填効率が向上して機関出力を高めることができ、選択手段は、機関高負荷時の各運転状態において機関出力が高くなるように、第１設定手段及び第２設定手段のいずれかを選択するために、機関高負荷時の各運転状態において高い機関出力を得ることができる。
【００４５】
また、機関高負荷時における高回転時には、燃料噴射終了からの混合気の均一化時間を確保するために、第１設定手段が選択されて吸気行程前半の燃料噴射が実施され、機関高負荷時における低回転時には、混合気の均一化時間は確保されているとして、吸気充填効率を向上させるために、第２設定手段が選択されて吸気行程後半の燃料噴射が実施されるために、機関高負荷時の各運転状態において高い機関出力を得ることができる。
【００４６】
請求項２に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定され、機関高負荷時の各運転状態において、吸気行程前半の燃料噴射によってピストン温度を低下させて点火時期の進角が可能となって機関出力を向上させることができ、吸気行程後半の燃料噴射によって気筒内の吸気温度を低下させて吸気充填効率を高めることによっても機関出力を向上させることができる。
【００４７】
また、二回に設定された吸気行程前半及び吸気行程後半の燃料噴射開始時期における燃料噴射量が、機関出力を高めるように調節されるために、機関高負荷時の各運転状態において、機関出力を良好に向上させることができる。
【００４８】
さらに、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、吸気行程前半の燃料噴射量が増加されると共に吸気行程後半の燃料噴射量が減少され、吸気充填効率は低下するが、混合気の均一化が良好となると共にピストン温度が低下され、点火時期の大きな進角が可能となるために、機関高負荷時の各運転状態において、機関出力を良好に向上させることができる。
【００４９】
請求項３に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、機関高負荷時において機関回転数が高いほど、吸気行程前半の燃料噴射量を大きく増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を大きく減少させ、吸気充填効率は低下するが、混合気の均一化が良好となると共にピストン温度が低下され、それに合わせて点火時期が大きく進角されるために、機関高負荷時の各運転状態において、機関出力を良好に向上させることができる。
【００５０】
請求項４に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、第１設定手段によって機関高負荷時における燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程前半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着してピストンから熱を奪って気化し、ピストン温度を低下させノッキングを発生し難くすることができ、一方、第２設定手段によって機関高負荷時において燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が吸気行程後半に設定される時には、噴射された燃料の多くは、ピストン頂面に付着することなく気筒内に分散して気筒内の吸気から熱を奪って気化するために、気筒内の吸気温度が低下し、この時の吸気充填効率が向上して機関出力を高めることができる。通常、この第２設定手段が選択され吸気充填効率を向上させることができ、ノッキングの発生頻度が所定値より大きくなった時には、第１設定手段が選択されてノッキングが抑制されるために、点火時期を遅角した時に比較して機関出力を向上させることができ、機関高負荷時の各運転状態において機関出力を向上させることができる。
【００５１】
請求項５に記載の本発明による内燃機関の制御装置によれば、機関高負荷時における燃料噴射開始時期が吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定され、ノッキング発生頻度が所定値より大きくならないようにして吸気行程前半の燃料噴射量を可能な限り少なくするために、ノッキング発生頻度を所定値以下とする範囲で、吸気行程後半の燃料噴射により可能な限り吸気充填効率を向上させることができ、点火時期の遅角が不要で機関出力が向上すると共に吸気充填効率が高まることにより機関出力が向上し、機関高負荷時の各運転状態において機関出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御装置が取り付けられた内燃機関の概略縦断面図である。
【図２】燃料噴射開始時期に対する点火時期の変化と機関出力の変化とを示すグラフである。
【図３】燃料噴射開始時期に対する吸気充填効率の変化を示すグラフである。
【図４】点火時期に対する機関出力の変化を示すグラフである。
【図５】機関回転数に対する機関出力の変化を示すグラフである。
【図６】機関回転数に対する吸気行程前半と後半の燃料噴射量割合を示すマップである。
【図７】ノッキングの発生し易さに対する吸気行程前半と後半の燃料噴射量割合を示すマップである。
【図８】本発明による制御装置が取り付けられた図１とは別の内燃機関の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１…吸気ポート
３…排気ポート
５…ピストン
６…点火プラグ
７，７’…燃料噴射弁
２０…制御装置
２１…温度センサ
Claims (5)
- 少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半に設定する第１設定手段と、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程後半に設定する第２設定手段と、ノッキングを発生させないように点火時期を制御する点火時期制御手段と、機関高負荷時の各運転状態において機関出力が高くなるように、前記第１設定手段及び前記第２設定手段のいずれかを選択する選択手段とを具備し、前記選択手段は、機関高負荷時における高回転時には前記第１設定手段を選択し、機関高負荷時における低回転時には前記第２設定手段を選択することを特徴とする内燃機関の制御装置。
- 少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定する設定手段と、機関高負荷時に点火時期を進角する点火時期制御手段と、機関高負荷時における各運転状態において機関出力を高めるように、前記設定手段により設定された二回の燃料噴射開始時期における燃料噴射量を調節する調節手段とを具備し、前記調節手段は、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、吸気行程前半の燃料噴射量を増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を減少させ、前記点火時期進角手段は、機関高負荷時における高回転時には機関高負荷時における低回転時に比較して、点火時期を大きく進角することを特徴とする内燃機関の制御装置。
- 前記調節手段は、機関高負荷時における機関回転数が高いほど、吸気行程前半の燃料噴射量を大きく増加させると共に吸気行程後半の燃料噴射量を大きく減少させ、前記点火時期進角手段は、機関高負荷時における機関回転数が高いほど、点火時期を大きく進角することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
- 少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半に設定する第１設定手段と、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程後半に設定する第２設定手段と、前記第１設定手段及び前記第２設定手段のいずれかを選択する選択手段、とを具備し、前記選択手段は、機関高負荷時において、通常、前記第２設定手段を選択し、ノッキングの発生頻度が所定値より大きくなった時には前記第１設定手段を選択することを特徴とする内燃機関の制御装置。
- 少なくとも吸気行程中に気筒内に直接的に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を具備する内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁の機関高負荷時における燃料噴射開始時期を吸気行程前半及び吸気行程後半の少なくとも二回に設定する設定手段と、機関高負荷時にノッキング発生頻度が所定値より大きくならないようにして吸気行程前半の燃料噴射量を可能な限り少なくする調節手段、とを具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
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