JP3663776B2 - 筒内直接噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒内直接噴射式火花点火内燃機関としては、例えば図６に示す特開平７−８３１３４号公報に開示されたものがある。図６において、番号１は燃料噴射弁、１Ａは燃料ギャラリ、２は燃料タンク、３は燃料通路、３Ａはフィード配管、３Ｂはリターン配管、４は低圧燃料ポンプ、５は高圧燃料ポンプ、６，７は燃料フィルタ、８，１２は逆止弁、９Ａは第１低圧レギュレータ、９Ｂは第２低圧レギュレータ、１０は高圧レギュレータ、１１Ａは第１バイパス通路、１１Ｂは第２バイパス通路、１４は開閉弁（電磁切替弁）、１７はイグニッションキースイッチ、１８は電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ここで、該高圧燃料ポンプは効率とコストの面からエンジン駆動式、該低圧燃料ポンプは安定した吐出圧力の確保の面から電動式のものである。
【０００３】
この従来例で示された機関は、燃料噴射弁１と燃料タンク２との間に設けられ、燃料タンク２から燃料噴射弁１に至り、更に、燃料噴射弁１から再び燃料タンク２に戻る循環回路として構成された燃料通路３と、この燃料通路３の上流部分に設けられた低圧燃料ポンプ４と、燃料通路３における低圧燃料ポンプ４と燃料噴射弁との間に設けられた高圧燃料ポンプ５とを備え、高圧燃料ポンプ５の上流側の燃料通路と下流側の燃料通路部分とを接続する第１バイパス通路１１Ａと、第１バイパス通路１１Ａに設けられて燃料通路３の上流側から下流側へのみ燃料を通過させる逆止弁１２と、高圧燃料ポンプ５の下流側の燃料通路部分に設けられ該高圧燃料ポンプ５から吐出された燃料圧力を制御する高圧レギュレータ１０と、高圧レギュレータ１０の上流側の燃料通路部分と下流側の燃料通路部分とを接続する第２バイパス通路１１Ｂと、第２バイパス通路１１Ｂに設けられ該第２バイパス通路１１Ｂを開閉する開閉弁１４と、該開閉弁１４の下流の第２バイパス通路１１Ｂに設けられ該第２バイパス通路１１Ｂの開放時に該第２バイパス通路１１Ｂの上流側の燃料通路部分内の燃料圧力を該高圧レギュレータによる制御圧よりも低い一定圧力にする第２低圧レギュレータ９Ｂが設けられている。
【０００４】
該内燃機関が始動時等エンジン駆動式の高圧燃料ポンプの回転数が通常運転時よりも低く、高圧レギュレータによって設定される燃料圧力を超える吐出圧力が発生しない運転条件では、制御手段により第２バイパス通路１１Ｂを開閉する開閉弁１４を開放し、通常運転時よりも低い一定圧力で運転される。このことにより、燃料噴射弁１に供給される燃料の圧力が高圧レギュレータにより設定された圧力まで上昇していなくても、第２バイパス通路１１Ｂに設けられた第２低圧レギュレータ９Ｂにより高圧レギュレータ９Ａで設定される燃料圧力よりも低い燃料圧力まで上昇すれば燃料噴射弁に供給される燃料を一定の圧力にすることができ、所望の燃料噴射量を燃料噴射信号の時間長さで規定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直接噴射式火花点火内燃機関にあっては、低温時の機関始動時のように通常運転時に比べて機関の要求燃料噴射量が多く、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が通常運転時よりも低い圧力である場合には、燃料噴射期間が通常運転時に比べて長くなってしまい燃料噴射終了時期を遅らせるか或は燃料噴射開始時期を早める必要が生じていた。燃料噴射終了時期を遅らせ過ぎると、燃料圧力よりも筒内圧力が高くなってしまい筒内のガスが燃料噴射弁に逆流してしまい噴射弁および配管内に気泡を生成し正しく燃料を噴射することが出来なくなる。
特に、機関の始動時では通常運転時よりも燃料圧力が低い為通常運転時よりも燃料噴射終了時期の遅れ側限界が早まる。
一方、燃料噴射開始時期を早め過ぎると、筒内噴射した燃料が排気弁を閉じる前に通り抜けて排気管に排出されてしまい排気ガス中の炭化水素等の有害成分を増加させてしまう恐れがある。
これらの燃料噴射時期の制約に対応して、機関の始動時に充分短い噴射期間で燃料の噴射を可能とする為には、このような条件でも充分な燃料圧力を確保することが必要であり、高圧燃料ポンプを充分な回転数で駆動する手段や（例えば電動モータ等）、通常運転時に必要な容量に比べて大容量の燃料ポンプを用いることとなり、その構造が複雑になったり損失が大きくなったりした。
また、一方、筒内噴射した燃料が排気弁を閉じる前に通り抜けないように排気弁閉時期を早めると、通常運転時に不都合なバルブタイミングになってしまう。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、筒内直接噴射式火花点火内燃機関に於て冷間始動時など燃料噴射期間が通常運転時に比べて長くなるため燃料噴射開始時期を早く設定する運転条件で、筒内噴射した燃料が排気弁を通り抜けて排気管に排出されることを防止するように機関に備えられた可変動弁機構で通常運転時に比べ排気弁閉時期を早めることによって、上記問題点を解決することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の筒内直接噴射式火花点火内燃機関は、少なくとも排気弁閉時期を変更することが可能な可変動弁機構を備え、機関の運転状態に応じて決定した燃料噴射開始時期が排気弁閉時期よりも早くなったときで且つ燃料噴射終了時期が遅延不可能であるときに、可変動弁機構により排気弁閉時期を早める構成とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態における可変動弁機構を備えた筒内直接噴射式火花点火４サイクル内燃機関の例である。ここで、燃料噴射弁１は燃焼室２０内に直接燃料を噴射するように備えられている。燃料は燃料ギャラリ１Ａより各噴射弁に供給されるようになっている。吸気弁２５および排気弁２６は、各々機関のクランク軸に同期したタイミングベルト３１に噛み合って回転する吸気カムプーリ２９および排気カムプーリ３０によって駆動される吸気カムシャフト２７および排気カムシャフト２８により開閉させられる。排気カムプーリ３０と排気カムシャフト２８の間には相対位相が変化するような可変動弁機構３２を備えている。このような可変動弁機構の例を図２（ａ）に示す。また、そのバルブタイミングの例を図２（ｂ）に示す。
【００１０】
なお、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、１つの排気弁２６に対して複数のカム山２８Ａを切替えて使用するものや、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように排気カムシャフト２８に対してカム山２８Ａを相対運動させるものでも良い。
【００１１】
図４は本発明に於ける筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料配管の例である。燃料タンク２中の低圧燃料ポンプ４から燃料フィルタ６を通して燃料フィード配管３Ａに圧送された燃料は、さらに燃料フィルタ７を通って高圧燃料ポンプ５に供給される。この燃料フィルタ７は燃料フィード配管３Ａ内に入り込んだ塵が高圧燃料ポンプ５に入らないように高圧燃料ポンプ５の直前に備え付けられている。高圧燃料ポンプ５は機関のカム軸ないしはクランク軸に接続、駆動されており、始動時等で機関回転数が低い時は該ポンプの回転数も低くポンプの吐出圧力も低い。高圧燃料ポンプ５から吐出された燃料は高圧レギュレータ１０で規定の圧力に調整されて、燃料ギャラリ１Ａを通して燃料噴射弁１に供給される。余剰となった燃料は低圧レギュレータ９を介して燃料リターン配管３Ｂを通って燃料タンク２０に戻る。燃料ギャラリ１Ａには燃料圧力の変動を吸収するためのアキュムレータ１６が備え付けられる。燃料噴射弁１に供給される燃料の圧力は燃料圧力センサ１５で測定される。燃料圧力が高圧レギュレータ１０の規定圧に満たない場合には、切替弁１４を開放し低圧レギュレータ９で規定される圧力の燃料を燃料噴射弁１に供給する。
【００１２】
次に作用を説明する。図５に本発明のフローチャートを示す。本発明では、通常運転時の燃料噴射信号はまず燃料噴射終了時期を決定し、それを基準に燃料噴射期間を減じて燃料噴射開始時期とした燃料噴射信号を燃料噴射弁に与えるものである。
【００１３】
ステップＳ４７で燃料噴射信号を燃料噴射終了時期基準に設定し、ステップＳ４１でバルブタイミング切替えを行う燃料噴射開始時期を読み込む。
ステップＳ４１でバルブタイミング切替えを行う燃料噴射開始時期を読み込む。この切替え設定燃料噴射時期は、基本的には通常運転時のバルブタイミングでの排気弁閉時期となるが、燃料噴射弁１に燃料噴射信号が与えられてから燃料が噴射されるまでの応答遅れ、燃料噴射弁１から噴射された燃料が排気弁に到達するまでに時間、バルブがある程度締まっていれば排気に流出しにくくなること等から、通常は実際の排気弁閉時期よりも早く設定できる。また、遅れ時間などはクランク角に相当させる際にエンジン回転数の影響が入る等、その早く設定できる程度は運転条件に因っても変わるので、ステップＳ４１で読み込むバルブタイミング切替え設定燃料噴射開始時期は、テーブルを用いたり演算をして求めたりすれば、より高精度な制御とすることができる。
【００１４】
ステップＳ４８およびステップＳ４９で、各々テーブル乃至または他の演算ルーチン（図示せず）から与えられた燃料噴射終了時期および燃料噴射期間を読み込み、ステップＳ５０で燃料噴射終了時期から燃料噴射期間を減じて燃料噴射開始時期を求める。次に、ステップＳ４３に於て、ステップＳ５０で求めた燃料噴射開始時期がステップＳ４１で読み込んだバルブタイミング切替え設定燃料噴射時期よりも早いか比較し、遅ければ（ＮＯならば）ステップＳ４４で通常運転に適したバルブタイミングを設定する。早ければ（ＹＥＳならば）ステップＳ５１で燃料噴射終了時期の遅延が可能か判断し、遅延が可能ならば（ＹＥＳならば）ステップＳ５２で燃料噴射終了時期を遅延再設定し、再びステップＳ５０からの手続きに戻る。ステップＳ５１で遅延が不可能と判断された場合には（ＮＯならば）ステップＳ４５で排気弁の閉時期を早めるバルブタイミングに可変動弁を設定する。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明よれば、その構成を筒内直接噴射式火花点火内燃機関に於て、少なくとも排気弁閉時期を変更することが可能な可変動弁機構を備え、運転状態に応じて決定した燃料噴射開始時期で燃料を筒内噴射すると噴射された燃料が排気弁を通り抜けて排出されそうな場合、該可変動弁機構により排気弁閉時期を早めるようにしたことによって他の性能を犠牲にすることなく、排気ガス中の炭化水素等有害成分の増加を防止できるという効果が得られる。
【００１６】
本発明の実施の形態では、燃料の噴射終了時期を基準に燃料噴射信号の設定ができ、また、可能な限り広範囲で通常運転時に近いバルブタイミングとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の例を示す図である。
【図２】 （ａ）は可変動弁機構の例を示す図であり、（ｂ）はバルブタイミングの例を示す図である。
【図３】 （ａ）は可変動弁機構の例を示す図であり、（ｂ）はバルブタイミングの例を示す図である。
【図４】 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料配管の一例を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態のフローチャートである。
【図６】 従来の筒内直接噴射式火花点火内燃機関を示す図である。
【図７】 （ａ）は可変動弁機構の例を示す斜視図であり、（ｂ）はバルブタイミングの例を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁
１Ａ 燃料ギャラリ
２ 燃料タンク
３ 燃料通路
３Ａ 燃料フィード配管
３Ｂ 燃料リターン配管
４ 低圧燃料ポンプ
５ 高圧燃料ポンプ
６，７ 燃料フィルタ
８，１２，１３ 逆止弁
９ 低圧レギュレータ
９Ａ 第１低圧レギュレータ
９Ｂ 第２低圧レギュレータ
１０ 高圧レギュレータ
１１ バイパス通路
１１Ａ 第１バイパス通路
１１Ｂ 第２バイパス通路
１４ 電磁切替弁
１５ 燃料圧力センサ
１６ アキュムレータ
１７ イグニッションキースイッチ
１８ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１９ 燃料
２０ 燃焼室
２１ ピストン
２２ 点火栓
２３ 吸気ポート
２４ 排気ポート
２５ 吸気弁
２６ 排気弁
２７ 吸気カムシャフト
２８ 排気カムシャフト
２８Ａ カム山
２９ 吸気カムプーリ
３０ 排気カムプーリ
３１ タイミングベルト
３２ 可変動弁機構
Ｓ４０，Ｓ４１，Ｓ４３〜Ｓ５２ 制御ステップ

Claims (1)

1. 少なくとも排気弁閉時期を変更することが可能な可変動弁機構を備え、
   機関の運転状態に応じて決定した燃料噴射開始時期が排気弁閉時期よりも早くなったときで且つ燃料噴射終了時期が遅延不可能であるときに、該可変動弁機構により排気弁閉時期を早める
   ことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関。

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