JP3870692B2 - 筒内噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

筒内噴射式火花点火内燃機関 Download PDF

Info

Publication number
JP3870692B2
JP3870692B2 JP2000358181A JP2000358181A JP3870692B2 JP 3870692 B2 JP3870692 B2 JP 3870692B2 JP 2000358181 A JP2000358181 A JP 2000358181A JP 2000358181 A JP2000358181 A JP 2000358181A JP 3870692 B2 JP3870692 B2 JP 3870692B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
cylinders
cylinder
combustion
injected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000358181A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2002161779A (ja
Inventor
茂樹 宮下
豊一 梅花
卓 ▲角▼岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2000358181A priority Critical patent/JP3870692B2/ja
Priority to KR10-2001-0033122A priority patent/KR100403683B1/ko
Priority to US09/988,344 priority patent/US6478007B2/en
Priority to EP01127846A priority patent/EP1209334B1/en
Priority to DE60101889T priority patent/DE60101889T2/de
Publication of JP2002161779A publication Critical patent/JP2002161779A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3870692B2 publication Critical patent/JP3870692B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0087Selective cylinder activation, i.e. partial cylinder operation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/104Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3011Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3023Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode
    • F02D41/3029Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode further comprising a homogeneous charge spark-ignited mode
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3011Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3076Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special conditions for selecting a mode of combustion, e.g. for starting, for diagnosing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧縮行程後半において気筒内へ直接的に燃料を噴射することによって着火性の良好な可燃混合気を点火プラグ近傍だけに形成し、気筒内全体としてはリーンな混合気を燃焼可能な成層燃焼を実現する筒内噴射式火花点火内燃機関が公知である。このような筒内噴射式火花点火内燃機関において、各気筒の燃料噴射弁は、蓄圧室内の高圧燃料を噴射するものであり、それにより、圧縮行程後半の高圧となった気筒内へ燃料を噴射することが可能となる。
【0003】
蓄圧室内の燃料は機関駆動式の高圧ポンプによって昇圧される。それにより、機関始動時においては、高圧ポンプが良好に作動せず、蓄圧室内の燃料は十分に昇圧されない。従って、一般的な筒内噴射式火花点火内燃機関では、機関始動時において、高圧の気筒内への燃料噴射は無理であるとして、成層燃焼ではなく、気筒内圧力が低い吸気行程で燃料を噴射する均質燃焼を実施するようになっている。
【0004】
ところで、特開2000−80942号公報には、気筒毎に燃料噴射弁を有する内燃機関において、機関始動時に、気筒全体からの未燃燃料の排出量を低減することを意図して、一部気筒へだけ燃料を噴射する一部気筒運転により機関始動を完了することが開示されている。
【0005】
こうして機関始動が完了すれば、高圧ポンプは比較的良好に作動して蓄圧室内の燃料圧力はある程度高くなる。それにより、圧縮行程での燃料噴射が可能となるために、全気筒運転は燃料消費率の低減に有利な成層燃焼により開始される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
成層燃焼の全気筒運転は、確かに燃料消費率の低減に有効である。しかしながら、均質燃焼を実施していた一部気筒では、吸気行程で噴射された燃料の一部がシリンダボア壁面やピストン頂面等に付着しており、全気筒運転開始時において、この付着燃料の一部が蒸発して気筒内周辺部に非常に希薄な混合気を形成することとなり、成層燃焼のために点火プラグ近傍に形成された可燃混合気は比較的良好に着火燃焼しても、この火炎は気筒内周囲部の希薄な混合気へ伝播せず、この希薄な混合気はそのまま排出されることにより、未燃燃料の排出量が非常に増大してしまう。
【0007】
また、一部気筒運転中に停止していた気筒では、全気筒運転開始時において成層燃焼によって良好な着火性が確保される。しかしながら、一部気筒に比較して気筒内温度が低いために、燃焼が不完全となって比較的多量のスモークを発生する。このように、一部気筒運転後に成層燃焼により全気筒運転を開始すると、全気筒の排気エミッションが悪化してしまう。
【0008】
従って、本発明の目的は、少なくとも吸気行程で一部気筒へだけ燃料を噴射することにより一部気筒で運転して機関始動を開始し、一部気筒での運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降に全気筒運転が開始される筒内噴射式火花点火内燃機関において、全気筒運転の燃料消費率を低減すると共に、全気筒運転開始時の排気エミッション悪化を改善することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、少なくとも吸気行程において一部気筒へだけ燃料を噴射することにより前記一部気筒で運転して機関始動を開始し、前記一部気筒での運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降に全気筒運転が開始される筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記全気筒運転の開始当初、前記一部気筒は、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する第一燃焼方式により運転した後に、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼により運転することを特徴とする。
【0010】
本発明による請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、少なくとも吸気行程において一部気筒へだけ燃料を噴射することにより前記一部気筒で運転して機関始動を開始し、前記一部気筒での運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降に全気筒運転を開始する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記全気筒運転の開始当初、前記一部気筒以外の気筒は、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する第一燃焼方式により運転した後に、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼により運転することを特徴とする。
【0011】
本発明による請求項3に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記全気筒運転の開始当初、一部気筒以外の前記気筒は、前記第一燃焼方式による運転に先立って少なくとも一回だけ少なくとも圧縮行程で燃料を噴射する第二燃焼方式により運転することを特徴とする。
【0012】
また、本発明による請求項4に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項3に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記第二燃焼方式は、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼又は吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射する弱成層燃焼であることを特徴とする。
【0013】
また、本発明による請求項5に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、少なくとも吸気行程において一部気筒へだけ燃料を噴射することにより前記一部気筒で運転して機関始動を開始し、前記一部気筒運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降に全気筒運転を開始する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記全気筒運転の開始当初、全気筒は、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する第一燃焼方式により運転した後に、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼により運転し、前記一部気筒は、前記一部気筒以外の気筒より早く前記成層燃焼を開始することを特徴とする。
【0014】
また、本発明による請求項6に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項1から5のいずれかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記第一燃焼方式は、吸気行程でのみ燃料を噴射する均質燃焼又は吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射する弱成層燃焼であることを特徴とする。
【0015】
また、本発明による請求項7に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項1から6のいずれかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記全気筒運転は、機関回転数を考慮して開始されることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内概略縦断面図であり、図2は図1のピストン平面図である。これらの図において、1は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、2は気筒上部周囲から気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。また、3はピストンであり、その頂面には凹状のキャビティ4が形成されている。燃料噴射弁2は、燃料のベーパを防止するために、気筒内において吸気流により比較的低温度となる吸気ポート側に配置されている。
【0017】
また、燃料噴射弁2は、スリット状の噴孔を有し、燃料を厚さの薄い扇状に噴射するものである。成層燃焼を実施するためには、図1に示すように、圧縮行程後半において燃料をピストン3の頂面に形成されたキャビティ4内へ噴射する。噴射直後の燃料は液状であるが、キャビティ4の底壁4aに沿って進行して幅方向に拡がる際に底壁4aの広範囲部分から熱吸収するために気化し易い。こうして気化しつつある燃料は、対向側壁4bによって上方向に偏向させられる。
【0018】
図2に示すように、対向側壁4bは、平面視において円弧形状を有している。それにより、キャビティ4の底壁4a上を進行して気化しつつある燃料は、対向側壁4bの円弧形状によって中央部へ集合し、点火プラグ1近傍において一塊の可燃混合気となる。こうして、この可燃混合気を着火燃焼させることにより成層燃焼が実現可能である。
【0019】
本筒内噴射式火花点火内燃機関は、このような必要量の燃料を圧縮行程でのみ噴射する成層燃焼だけでなく、必要量の燃料を吸気行程でのみ噴射することにより、点火時点において気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を着火燃焼させる均質燃焼も実施可能である。このような均質燃焼は、燃料噴射期間が圧縮行程後半に限られる成層燃焼とは異なり、多量の燃料噴射が可能となるために、主には高回転高負荷時に実施される。また、必要量の燃料の一部を吸気行程で噴射することにより、多少希薄な均質混合気を気筒内に形成すると共に、必要量の燃料の残りを圧縮行程で噴射することにより、点火プラグ1近傍に着火性の良好な可燃混合気を形成し、この可燃混合気を着火燃焼させてその火炎を均質混合気に伝播させることにより、前述の成層燃焼よりは高出力を得ることが可能な弱成層燃焼も実施可能である。
【0020】
図1に示すように、各気筒の燃料噴射弁1は、成層燃焼時において、圧縮行程後半の高圧となった気筒内への燃料噴射を可能とするために、高圧の燃料を蓄える蓄圧室5へ燃料配管5aを介して接続されている。この蓄圧室5内の燃料の昇圧には、一般的に、機関駆動式の高圧ポンプが使用される。高圧ポンプは、例えば、連続する二気筒の燃料噴射毎に噴射で使用された分の燃料を蓄圧室5へ調量して圧送するか、又は、連続する二気筒の燃料噴射毎に所定量の燃料を蓄圧室5へ圧送して必要以上の燃料を蓄圧室5に設けられたリリーフ弁(図示せず)によって燃料タンクへ戻すようになっており、いずれにしても、高圧ポンプが良好に作動すれば、蓄圧室5内は設定高燃料圧力近傍に維持される。6は蓄圧室5内の燃料圧力を監視するための圧力センサである。
【0021】
蓄圧室5内の燃料圧力は、機関運転中において前述のように設定高燃料圧力近傍に維持されるが、機関停止によって高圧ポンプが停止すると、高圧ポンプを介しての燃料漏れ等によって、徐々に低下して、遂には大気圧となる。それにより、本実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関は、機関始動開始時において、高圧ポンプと直列に配置された電気駆動式の低圧ポンプによって大気圧から僅かに昇圧された蓄圧室5内の燃料圧力では圧縮行程での燃料噴射は無理であるとして、均質燃焼での機関始動を行うようになっている。
【0022】
本筒内噴射式火花点火内燃機関は、図3に示すタイムチャートのように機関始動を行う。すなわち、一部気筒(例えば、点火順序が連続しない半数の気筒)だけへ吸気行程でのみ燃料を噴射し、これら一部気筒だけで均質燃焼を実施することにより、機関始動を開始する。一部気筒運転は、一部気筒以外の他気筒で非運転により未燃燃料を全く排出することがないために、気筒全体から排出される未燃燃料量を低減することができる。
【0023】
蓄圧室内の燃料圧力は、低圧ポンプによって僅かに昇圧された後に、一部気筒運転によって機関駆動式の高圧ポンプが比較的良好に作動することにより、ある程度高められてP1となる。この燃料圧力P1は圧縮行程での燃料噴射を可能とする燃料圧力である。この時、機関回転数はN1に高められ、ほぼ始動完了であるとされ、全気筒運転が開始される。
【0024】
本実施形態のように吸気行程でのみ燃料を噴射する均質燃焼又は吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射する弱成層燃焼によって一部気筒運転を開始すると、吸気行程で噴射された燃料の一部がシリンダボア壁面やピストン頂面等に付着する。図3のタイムチャートに示すように、機関始動開始当初は気筒内温度が低く、燃料噴射毎において新たに付着する燃料量が蒸発する燃料量よりかなり多く、この付着燃料量は急激に増加する。運転によって気筒内温度が上昇すると、新たに付着する燃料量を蒸発する燃料量が上回り、付着燃料量は徐々に減少するが、全気筒運転開始時点では、付着燃料量は比較的多い。
【0025】
それにより、一部気筒において成層燃焼により全気筒運転を開始すると、付着燃料の一部が蒸発して気筒内周辺部に非常に希薄な混合気を形成することとなり、成層燃焼のために点火プラグ近傍に形成された可燃混合気は比較的良好に着火燃焼しても、この火炎は気筒内周囲部の希薄な混合気へ伝播せず、この希薄な混合気がそのまま排出されることにより、未燃燃料の排出量が非常に増大してしまう。
【0026】
この問題を解決するために、本実施形態では、全気筒運転開始時において蓄圧室内の燃料圧力は圧縮行程噴射による成層燃焼を可能とするほど高まっているが、一部気筒においては、均質燃焼をしばらく継続した後、筒内温度の上昇に伴って燃料付着量が十分に低減した時に圧縮行程噴射による成層燃焼を実施するようになっている。
【0027】
均質燃焼は、気筒内に均質混合気を形成するものであるために、付着燃料の一部が蒸発して気筒内周囲部に留まったとしても、混合気の気筒内周囲部が多少濃厚となるだけであり、このような混合気は十分に燃焼可能であり、未燃燃料の排出量が増大することはない。燃料付着量が十分に低減すれば、蒸発燃料も非常に僅かであり、成層燃焼を開始して、これが未燃燃料として排出されても特に問題とはならない。もちろん、一部気筒において、全気筒運転開始の少なくとも一回だけ均質燃焼を実施しても、最も燃料付着量が多い時であるために、蒸発燃料も最も多く、これを未燃燃料として排出させないこととなり、全気筒運転開始時の排気エミッションの改善に有効である。
【0028】
また、一部気筒運転中に停止していた他気筒では、成層燃焼により全気筒運転を開始すれば、点火プラグ近傍に形成される可燃混合気によって良好な着火性が確保される。しかしながら、一部気筒に比較して筒内温度が低いために、燃焼が不完全となって比較的多量のスモークが発生してしまう。それにより、本実施形態では、全気筒運転開始時において蓄圧室内の燃料圧力は圧縮行程噴射による成層燃焼を可能とするほど高まっているが、この他気筒においては、均質燃焼により全気筒運転を開始し、均質燃焼をしばらく継続した後、筒内温度の上昇に伴って、成層燃焼を実施してもスモークを発生せず、また、一部気筒と同様に均質燃焼に伴う燃料付着量が十分に低減した時に、圧縮行程噴射による成層燃焼を実施するようになっている。こうして、他気筒においても、スモーク及び付着燃料からの未燃燃料の排出による全気筒運転時の排気エミッションの悪化を改善することができる。
【0029】
他気筒の均質燃焼における燃料付着量に関して、筒内温度的には、一部気筒の機関始動開始時と同様であるが、一部気筒運転によって初回の均質燃焼から吸気管内の負圧は高まっているために、一部気筒の機関始動開始時に比較して付着燃料は蒸発し易い。それにより、一部気筒に比較して低い筒内温度でも付着燃料は十分に低減され、一部気筒に比較して短い均質燃焼運転時間で成層燃焼を開始することができる。しかしながら、機関始動開始から運転している一部気筒より前に他気筒で成層燃焼を開始することは、他気筒の筒内温度が付着燃料を十分に低減させる温度に達していないことがあり、図3のフローチャートに示すように、一部気筒で成層燃焼を開始した後に他気筒で成層燃焼を開始することが好ましい。
【0030】
このように、一部気筒及び他気筒において、均質燃焼によって全気筒運転を開始した後に成層燃焼を開始することにより、成層燃焼によって全気筒運転の燃料消費率を低減すると共に、全気筒運転開始時の排気エミッション悪化を改善することができる。
【0031】
本筒内噴射式火花内燃機関を含めて一般的な内燃機関では、機関排気系に排気ガス中の有害成分を浄化するための触媒装置、例えば、未燃燃料を酸化浄化可能な三元触媒装置が配置されている。機関始動中及び機関始動直後における大気中への未燃燃料の放出量を低減するためには、前述のようにして、一部気筒運転により気筒全体からの未燃燃料の排出量を低減すると共に全気筒運転開始時の排気エミッションの悪化を改善することが効果的であるが、それと同時に、触媒装置を早期に暖機して活性化することが好ましい。触媒装置が活性化されれば、それ以降は、未燃燃料だけでなく、他の有害物質、例えば、CO及びNOX等も同時に浄化することが可能となる。
【0032】
成層燃焼は、点火プラグ近傍に可燃混合気を形成するものであるために、点火時期を大幅に遅角しても確実な着火が可能である。それにより、一部気筒及び他気筒で成層燃焼が開始されれば、大幅に点火時期を遅角させて排気ガス温度を十分に高めることにより、触媒装置を早期に活性化させることが可能となる。
【0033】
図4は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関のもう一つの実施形態における機関始動時のタイムチャートである。図3に示すタイムチャートとの違いについてのみ以下に説明する。
【0034】
本実施形態では、一部気筒は、吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射する弱成層燃焼により全気筒運転を開始した後に、成層燃焼を開始するようになっている。弱成層燃焼は、前述したように、気筒内に多少希薄ではあるが燃焼可能な均質混合気を形成するものであるために、付着燃料の一部が蒸発しても、均質燃焼と同様に、蒸発燃料を均質混合気に混入させて燃焼させることができる。それにより、一部気筒での全気筒運転時における排気エミッションの悪化を改善することができる。
【0035】
弱成層燃焼は、必要量の燃料の一部を圧縮行程で噴射するものであるために、吸気行程での燃料噴射量が均質燃焼に比較して少なく、それにより、シリンダボア壁面等へ新たに付着する燃料量が少なくなる。こうして、一部気筒において、均質燃焼で全気筒運転を開始する場合に比較して、低い筒内温度で燃料付着量を十分に低減することができるために、成層燃焼を早期に開始することが可能となり、全気筒運転の燃料消費率をさらに低減することができる。また、前述したように、成層燃焼と共に大幅な点火時期の遅角も早期に開始することも可能となり、触媒装置をさらに早く活性化することができる。
【0036】
一方、他気筒では、全気筒運転開始当初、少なくとも一回だけ成層燃焼を実施してから均質燃焼を開始するようになっている。初爆は特に失火が発生し易く、均質燃焼の初爆が失火したりすると、非常に多量の未燃燃料が排出されることとなる。成層燃焼は着火性に優れているために、初爆時の失火を確実に防止することができ、非常に多量の未燃燃料排出の危険を回避することができる。
【0037】
図3及び図4に示すタイムチャートのような一部気筒の運転制御以外にも、例えば、一部気筒において、均質燃焼によって全気筒運転を開始し、次いで、弱成層燃焼を実施し、燃料付着量を十分に低減させた時に、成層燃焼を開始するようにしても良く、また、弱成層燃焼によって全気筒運転を開始した後に均質燃焼を実施し、その後に成層燃焼を開始するようにしても良く、すなわち、一部気筒では、全気筒運転開始当初、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する燃焼方式により運転した後に成層燃焼により運転すれば良い。
【0038】
また、図3に示すタイムチャートでは、他気筒において、均質燃焼によって全気筒運転を開始するようにしたが、この均質燃焼を、筒内温度が低くても成層燃焼に比較してスモークが発生し難い弱成層燃焼としても良く、また、一部気筒で説明したと同様な均質燃焼と弱成層燃焼との組み合わせとしても良く、すなわち、一部気筒以外の気筒では、全気筒運転開始当初、成層燃焼以前に、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する燃焼方式を採用すれば良い。
【0039】
また、図4に示すタイムチャートでは、他気筒において、全気筒運転開始当初、均質燃焼による運転に先立って少なくとも一回だけは成層燃焼により運転するようにしたが、この成層燃焼を、均質燃焼に比較して着火性の良好な弱成層燃焼としても良く、すなわち、少なくとも圧縮行程で燃料を噴射する燃焼方式を採用すれば良い。
【0040】
また、図4に示すタイムチャートでは、成層燃焼の後に、スモーク発生防止のために、均質燃焼を実施するようにしたが、この均質燃焼を、筒内温度が低くても成層燃焼に比較してスモークが発生し難い弱成層燃焼としても良く、また、一部気筒で説明したと同様な均質燃焼と弱成層燃焼との組み合わせとしても良く、すなわち、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する燃焼方式とすれば良い。
【0041】
前述した二つの実施形態では、蓄圧室内の燃料圧力が、圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力P1となった時に全気筒運転を開始するようにしたが、これは本発明を限定するものではなく、例えば、この燃料圧力P1となっても、機関回転数が依然として低い時には、機関始動は完了していないとして一部気筒運転を続けるようにしても良い。また、一部気筒運転によって機関回転数が依然として上昇している時にも、機関始動は完了していないとして一部気筒運転を続けるようにしても良い。
【0042】
すなわち、一部気筒運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降において、機関回転数が設定回転数を超えた時、又は、機関回転数があまり上昇しなくなる時に、一部気筒運転による機関始動はほぼ完了したとして、全気筒運転を開始するようにしても良い。
【0043】
これまで説明した筒内噴射式火花点火内燃機関は、ピストン頂面にキャビティを有して成層燃焼を可能とするものであるが、成層燃焼を実施しない筒内噴射式火花点火内燃機関の場合において、一部気筒運転及び全気筒運転は全て均質燃焼となるが、一部気筒以外の気筒(他気筒)では、全気筒運転開始当初、一部の燃料を圧縮行程後半で噴射することによって着火性を向上させ、初爆の失火を防止することにより、多量の未燃燃料排出の危険を回避することが可能である。
【0044】
【発明の効果】
本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、少なくとも吸気行程において一部気筒へだけ燃料を噴射することにより一部気筒で運転して機関始動を開始し、一部気筒での運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降に全気筒運転が開始される筒内噴射式火花点火内燃機関において、全気筒運転の開始当初、一部気筒は、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する第一燃焼方式により運転した後に、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼により運転するようになっている。
【0045】
一部気筒運転中における吸気行程の燃料噴射によって、全気筒運転開始時点では一部気筒の気筒内にはシリンダボア壁面等に燃料が付着しており、この付着燃料の一部が蒸発して気筒周囲部に非常に希薄な混合気を形成するが、全気筒運転開始当初、一部気筒においては、吸気行程で燃料を噴射する燃焼方式が採用され、それにより気筒内に形成された均質混合気が気筒周囲部の非常に希薄な混合気を取り込んで燃焼するために、成層燃焼を実施した場合のように気筒周囲部の非常に希薄な混合気へ火炎伝播せず、この混合気が多量の未燃燃料として排出されるようなことはなく、全気筒運転開始時の排気エミッション悪化を改善することができる。また、その後は、成層燃焼が開始され、全気筒運転の燃料消費率を低減することができる。
【0046】
また、本発明によるもう一つの筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、少なくとも吸気行程において一部気筒へだけ燃料を噴射することにより一部気筒で運転して機関始動を開始し、一部気筒での運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降に全気筒運転を開始する筒内噴射式火花点火内燃機関において、全気筒運転の開始当初、一部気筒以外の気筒は、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する第一燃焼方式により運転した後に、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼により運転するようになっている。
【0047】
全気筒運転開始時点で一部気筒以外の気筒では、これまで燃焼が行われていないために筒内温度が低く、成層燃焼を実施すると、不完全燃焼によってスモークが発生してしまう。それにより、全気筒運転開始当初、一部気筒においては、吸気行程で燃料を噴射する燃焼方式が採用され、筒内温度が低くても成層燃焼に比較してスモークが発生し難い均質燃焼又は弱成層燃焼が実施されるために、スモークの発生が防止され、全気筒運転開始時の排気エミッション悪化を改善することができる。また、その後は、成層燃焼が開始され、全気筒運転の燃料消費率を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の概略気筒内縦断面図である。
【図2】図1の筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン頂面図である。
【図3】機関始動時の制御を示すタイムチャートである。
【図4】機関始動時の制御を示すもう一つのタイムチャートである。
【符号の説明】
1…点火プラグ
2…燃料噴射弁
3…ピストン
4…キャビティ
5…蓄圧室

Claims (7)

  1. 少なくとも吸気行程において一部気筒へだけ燃料を噴射することにより前記一部気筒で運転して機関始動を開始し、前記一部気筒での運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降に全気筒運転が開始される筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記全気筒運転の開始当初、前記一部気筒は、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する第一燃焼方式により運転した後に、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼により運転することを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
  2. 少なくとも吸気行程において一部気筒へだけ燃料を噴射することにより前記一部気筒で運転して機関始動を開始し、前記一部気筒での運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降に全気筒運転を開始する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記全気筒運転の開始当初、前記一部気筒以外の気筒は、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する第一燃焼方式により運転した後に、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼により運転することを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
  3. 前記全気筒運転の開始当初、一部気筒以外の前記気筒は、前記第一燃焼方式による運転に先立って少なくとも一回だけ少なくとも圧縮行程で燃料を噴射する第二燃焼方式により運転することを特徴とする請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
  4. 前記第二燃焼方式は、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼又は吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射する弱成層燃焼であることを特徴とする請求項3に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
  5. 少なくとも吸気行程において一部気筒へだけ燃料を噴射することにより前記一部気筒で運転して機関始動を開始し、前記一部気筒運転により蓄圧室内が圧縮行程噴射を可能とする燃料圧力となった以降に全気筒運転を開始する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記全気筒運転の開始当初、全気筒は、少なくとも吸気行程で燃料を噴射する第一燃焼方式により運転した後に、圧縮行程でのみ燃料を噴射する成層燃焼により運転し、前記一部気筒は、前記一部気筒以外の気筒より早く前記成層燃焼を開始することを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
  6. 前記第一燃焼方式は、吸気行程でのみ燃料を噴射する均質燃焼又は吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射する弱成層燃焼であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
  7. 前記全気筒運転は、機関回転数を考慮して開始されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
JP2000358181A 2000-11-24 2000-11-24 筒内噴射式火花点火内燃機関 Expired - Fee Related JP3870692B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000358181A JP3870692B2 (ja) 2000-11-24 2000-11-24 筒内噴射式火花点火内燃機関
KR10-2001-0033122A KR100403683B1 (ko) 2000-11-24 2001-06-13 실린더내 분사식 스파크 점화 내연 기관
US09/988,344 US6478007B2 (en) 2000-11-24 2001-11-19 In-cylinder-injection internal combustion engine and method of controlling in-cylinder-injection internal combustion engine
EP01127846A EP1209334B1 (en) 2000-11-24 2001-11-22 In-cylinder-injection internal combustion engine and method of controlling in-cylinder-injection internal combustion engine
DE60101889T DE60101889T2 (de) 2000-11-24 2001-11-22 Brennkraftmaschine mit Zylinderdirekteinspritzung und Verfahren zur Steuerung einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000358181A JP3870692B2 (ja) 2000-11-24 2000-11-24 筒内噴射式火花点火内燃機関

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002161779A JP2002161779A (ja) 2002-06-07
JP3870692B2 true JP3870692B2 (ja) 2007-01-24

Family

ID=18830131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000358181A Expired - Fee Related JP3870692B2 (ja) 2000-11-24 2000-11-24 筒内噴射式火花点火内燃機関

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6478007B2 (ja)
EP (1) EP1209334B1 (ja)
JP (1) JP3870692B2 (ja)
KR (1) KR100403683B1 (ja)
DE (1) DE60101889T2 (ja)

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6712037B2 (en) * 2002-01-09 2004-03-30 Visteon Global Technologies, Inc. Low pressure direct injection engine system
JP4472932B2 (ja) * 2003-02-07 2010-06-02 いすゞ自動車株式会社 エンジンの燃焼制御装置
JP4085901B2 (ja) * 2003-07-08 2008-05-14 日産自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関の始動制御装置
JP4269825B2 (ja) * 2003-07-30 2009-05-27 日産自動車株式会社 筒内直接噴射式エンジンの燃料噴射制御装置
JP2005351200A (ja) * 2004-06-11 2005-12-22 Toyota Motor Corp 筒内噴射式火花点火内燃機関
JP4581586B2 (ja) * 2004-09-17 2010-11-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関システム及びこれを搭載する自動車並びに内燃機関の始動方法
JP4853439B2 (ja) * 2007-09-25 2012-01-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US8225768B2 (en) 2008-01-07 2012-07-24 Mcalister Technologies, Llc Integrated fuel injector igniters suitable for large engine applications and associated methods of use and manufacture
US8387599B2 (en) 2008-01-07 2013-03-05 Mcalister Technologies, Llc Methods and systems for reducing the formation of oxides of nitrogen during combustion in engines
US8365700B2 (en) 2008-01-07 2013-02-05 Mcalister Technologies, Llc Shaping a fuel charge in a combustion chamber with multiple drivers and/or ionization control
US8733331B2 (en) 2008-01-07 2014-05-27 Mcalister Technologies, Llc Adaptive control system for fuel injectors and igniters
WO2011025512A1 (en) 2009-08-27 2011-03-03 Mcallister Technologies, Llc Integrated fuel injectors and igniters and associated methods of use and manufacture
US8413634B2 (en) 2008-01-07 2013-04-09 Mcalister Technologies, Llc Integrated fuel injector igniters with conductive cable assemblies
US8561598B2 (en) 2008-01-07 2013-10-22 Mcalister Technologies, Llc Method and system of thermochemical regeneration to provide oxygenated fuel, for example, with fuel-cooled fuel injectors
US7628137B1 (en) 2008-01-07 2009-12-08 Mcalister Roy E Multifuel storage, metering and ignition system
US8074625B2 (en) 2008-01-07 2011-12-13 Mcalister Technologies, Llc Fuel injector actuator assemblies and associated methods of use and manufacture
US7561957B1 (en) * 2008-02-27 2009-07-14 Gm Global Technology Operations, Inc. Spark-ignition direct-injection cold start strategy using high pressure start
US8408176B2 (en) * 2009-01-09 2013-04-02 Ford Global Technologies, Llc System and method for reducing hydrocarbon emissions in a gasoline direct injection engine
CN102712540B (zh) 2009-08-27 2014-12-17 麦卡利斯特技术有限责任公司 陶瓷绝缘体及其使用和制造方法
CA2772044C (en) 2009-08-27 2013-04-16 Mcalister Technologies, Llc Shaping a fuel charge in a combustion chamber with multiple drivers and/or ionization control
CN102859176B (zh) 2009-12-07 2016-01-20 麦卡利斯特技术有限责任公司 适于大型发动机应用的集成式燃料喷射器点火器以及使用和制造的相关方法
US20110297753A1 (en) 2010-12-06 2011-12-08 Mcalister Roy E Integrated fuel injector igniters configured to inject multiple fuels and/or coolants and associated methods of use and manufacture
CN102844540A (zh) 2010-02-13 2012-12-26 麦卡利斯特技术有限责任公司 用于自适应地冷却发动机中的燃烧室的方法和系统
WO2011100701A2 (en) 2010-02-13 2011-08-18 Mcalister Roy E Fuel injector assemblies having acoustical force modifiers and associated methods of use and manufacture
US8192327B2 (en) 2010-02-17 2012-06-05 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for assisted direct start control
US9416742B2 (en) * 2010-02-17 2016-08-16 Ford Global Technologies, Llc Method for starting an engine
US7931002B1 (en) 2010-02-17 2011-04-26 Ford Global Technologies, Llc Method for starting an engine
US8528519B2 (en) 2010-10-27 2013-09-10 Mcalister Technologies, Llc Integrated fuel injector igniters suitable for large engine applications and associated methods of use and manufacture
US8091528B2 (en) 2010-12-06 2012-01-10 Mcalister Technologies, Llc Integrated fuel injector igniters having force generating assemblies for injecting and igniting fuel and associated methods of use and manufacture
US8820275B2 (en) 2011-02-14 2014-09-02 Mcalister Technologies, Llc Torque multiplier engines
CN103890343B (zh) 2011-08-12 2015-07-15 麦卡利斯特技术有限责任公司 用于改进的发动机冷却及能量产生的系统和方法
WO2013025626A1 (en) 2011-08-12 2013-02-21 Mcalister Technologies, Llc Acoustically actuated flow valve assembly including a plurality of reed valves
US8851047B2 (en) 2012-08-13 2014-10-07 Mcallister Technologies, Llc Injector-igniters with variable gap electrode
US9169821B2 (en) 2012-11-02 2015-10-27 Mcalister Technologies, Llc Fuel injection systems with enhanced corona burst
US9169814B2 (en) 2012-11-02 2015-10-27 Mcalister Technologies, Llc Systems, methods, and devices with enhanced lorentz thrust
US8752524B2 (en) 2012-11-02 2014-06-17 Mcalister Technologies, Llc Fuel injection systems with enhanced thrust
US9200561B2 (en) 2012-11-12 2015-12-01 Mcalister Technologies, Llc Chemical fuel conditioning and activation
US20140131466A1 (en) 2012-11-12 2014-05-15 Advanced Green Innovations, LLC Hydraulic displacement amplifiers for fuel injectors
US9309846B2 (en) 2012-11-12 2016-04-12 Mcalister Technologies, Llc Motion modifiers for fuel injection systems
US9115325B2 (en) 2012-11-12 2015-08-25 Mcalister Technologies, Llc Systems and methods for utilizing alcohol fuels
US8800527B2 (en) 2012-11-19 2014-08-12 Mcalister Technologies, Llc Method and apparatus for providing adaptive swirl injection and ignition
US9194337B2 (en) 2013-03-14 2015-11-24 Advanced Green Innovations, LLC High pressure direct injected gaseous fuel system and retrofit kit incorporating the same
US8820293B1 (en) 2013-03-15 2014-09-02 Mcalister Technologies, Llc Injector-igniter with thermochemical regeneration
US9562500B2 (en) 2013-03-15 2017-02-07 Mcalister Technologies, Llc Injector-igniter with fuel characterization
JP5987765B2 (ja) * 2013-04-15 2016-09-07 マツダ株式会社 火花点火式エンジンの制御装置
JP5987763B2 (ja) * 2013-04-15 2016-09-07 マツダ株式会社 火花点火式エンジンの制御装置
US9567934B2 (en) 2013-06-19 2017-02-14 Enviro Fuel Technology, Lp Controllers and methods for a fuel injected internal combustion engine

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1136685B1 (en) * 1993-12-28 2004-06-16 Hitachi, Ltd. Apparatus for and method of controlling an internal combustion engine
JP3223802B2 (ja) * 1996-08-09 2001-10-29 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の燃料制御装置
JP3843501B2 (ja) 1996-09-27 2006-11-08 マツダ株式会社 筒内噴射型エンジンの燃料噴射時期制御装置
JP3317228B2 (ja) * 1998-01-29 2002-08-26 トヨタ自動車株式会社 成層燃焼内燃機関の燃焼制御装置
JPH11229926A (ja) 1998-02-13 1999-08-24 Unisia Jecs Corp 直噴ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置
DE19823280C1 (de) * 1998-05-25 1999-11-11 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine während des Starts
DE19827609A1 (de) * 1998-06-20 1999-12-23 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
JP3783425B2 (ja) 1998-09-04 2006-06-07 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の始動制御装置
JP3805574B2 (ja) * 1999-09-06 2006-08-02 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE60101889T2 (de) 2004-10-21
US6478007B2 (en) 2002-11-12
US20020062813A1 (en) 2002-05-30
KR100403683B1 (ko) 2003-10-30
KR20020040534A (ko) 2002-05-30
EP1209334B1 (en) 2004-01-28
EP1209334A2 (en) 2002-05-29
DE60101889D1 (de) 2004-03-04
EP1209334A3 (en) 2003-05-14
JP2002161779A (ja) 2002-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3870692B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
US5207058A (en) Internal combustion engine
JP3337931B2 (ja) 筒内噴射式エンジン
KR100272024B1 (ko) 기통내분사형 내연기관의 배기승온장치
JP3613018B2 (ja) 筒内噴射式エンジンの制御装置
US20060075741A1 (en) Exhaust emission control apparatus and method for internal combustion engine
JP4085900B2 (ja) 筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置
KR100474127B1 (ko) 통내 분사식 불꽃 점화 내연 기관
JP6549551B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5321844B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射制御装置
JP3257430B2 (ja) 排気昇温装置
JP3894058B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置
JP4432667B2 (ja) 筒内直接噴射式内燃機関
JPH10141124A (ja) ディーゼルエンジン
JP3843732B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
JP3747519B2 (ja) 直接筒内噴射式火花点火機関
JP4386081B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
JPH10212986A (ja) 筒内噴射式エンジン
JP2002089339A (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
RU2435065C2 (ru) Двигатели с высокими эксплуатационными характеристиками и малыми выбросами, многоцилиндровые двигатели и способы их эксплуатации
JP4396038B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
JP2024050166A (ja) エンジン
JP2001090591A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2002138882A (ja) 多気筒火花点火内燃機関
JP6172018B2 (ja) 圧縮着火式エンジンの始動装置

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051206

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060926

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061009

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091027

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101027

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees