JP4466540B2 - 筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
また、圧縮行程噴射モードとしては、圧縮行程上死点近傍で点火プラグへ向けて燃料を噴射して、この燃料に直接点火するようにした噴射モード(スプレーガイド噴射モードという)と、圧縮行程の上死点前にピストンの頂面に向けて燃料を噴射し、ピストンの上昇により燃料を点火プラグの近傍に集めて点火するモード(ウォールガイド噴射モード)とが知られている。
なお、下記の特許文献1には、圧縮行程噴射モードとして、燃料噴射中又は燃料噴射直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第1の運転モードと、燃料噴射終了後ピストンを経由した燃料に点火する第2の運転モードとをそなえ、これらの運転モードをエンジン運転状態に応じて切り換える技術が開示されている。
しかし、スプレーガイド噴射モードでは発生可能な出力トルクが低く、全運転域でスプレーガイド噴射モードを実行することは不可能である。このため、負荷の高い運転域や回転数の高い運転域では、吸気噴射モードでの運転に切り換えが必要となる。
一方、図10に示すように、スプレーガイド噴射モードでは空燃比をリッチ化するほど、安定して燃焼する運転域が狭くなる傾向にあり、空燃比A/F25未満ではトルク低下や失火を招くおそれがある。これに対して、上述したようなストイキオモードからスプレーガイド噴射モードへの実際の切り換え時(t=t2)には空燃比A/F25未満、具体的にはA/F19〜24程度で切り換えられるので、燃料噴射タイミングの切り換え時に失火域に突入し、トルク変動が生じる恐れがある〔図8(a),(c)参照〕。また、切り換えタイミング直前においても、ストイキオモードのリーン限界を超えているため同様に失火が発生するおそれがある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードとの間の切り換え時における失火を防止して、エンジンのトルク変動又はトルク低下を防止するようにした、筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
また、該吸気行程噴射モードと該第2の燃料噴射モードとの切り換え時には、空気量の変化に合わせて該目標空燃比を滑らかに変化させるのが好ましい。
図示するように、このエンジン1の燃焼室3は、シリンダヘッド8の下面と、シリンダ7の壁面と、ピストン2の頂面とにより形成されている。また、シリンダヘッド8には燃料噴射弁(以下、単にインジェクタという)4が取り付けられている。このインジェクタ4は、その先端側が燃焼室3に臨むように配設されており、このインジェクタ4から燃焼室3内に直接燃料が噴射されるようになっている。
また、シリンダヘッド8の中央よりもやや偏倚した位置に点火プラグ5が取り付けられている。そして、インジェクタ4と点火プラグ5は、少なくともインジェクタ4から供給される燃料が直接点火プラグ5の先端に到達可能なように燃料噴射方向や点火プラグ5の突き出し量等が設定されている。
また、上記コントローラ11の入力側にはエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ15、エンジン負荷としての吸気量を検出するエアフローセンサ(AFS)16が接続されている。
ここで、図示するように、燃料噴射モード切り換え手段12には、インジェクタ4に対して吸気行程噴射に適したタイミングでインジェクタ駆動信号を出力する吸気行程噴射用インジェクタ制御手段13と、インジェクタ4に対して圧縮行程噴射に適したタイミングでインジェクタ駆動信号を出力する圧縮行程噴射用インジェクタ制御手段14とをそなえている。
また、吸気行程噴射モードが選択されると、吸気行程噴射用インジェクタ制御手段13からインジェクタ4に対する制御信号が出力されて、インジェクタ4の作動が制御される。この場合には、吸気行程にあるときに燃料噴射を行い、燃焼室内にエンジン1の運転状態に応じた空燃比の混合気を形成して燃焼を行う。
ここで、図1に示すように、圧縮行程噴射用インジェクタ制御手段14には、燃料噴射モードをスプレーガイド噴射モードに設定するスプレーガイド噴射モード設定手段(図中、S/G噴射モードと記す)14aと、燃料噴射モードをウォールガイド噴射モードに設定するウォールガイド噴射モード(同じく、図中、W/G噴射モードと記す)14bとが設けられており、圧縮行程噴射用インジェクタ制御手段14ではエンジン回転数情報及びエンジン負荷情報等に応じて、スプレーガイド噴射モードとウォールガイド噴射モードとを切り換えるようになっている。
一方、吸気行程噴射モードでは、燃料の予混合により燃焼室全体の空燃比状態を均一化しながら、安定した着火と確実な火炎伝播を実現して十分な高出力を得られるように運転を行なうことができ、空燃比を理論空燃比(ストイキオ)近傍として大きな出力を得られるようにしたストイキオモード、空燃比をストイキオよりも希薄にして燃費の向上を図るリーンモードと、急加速時等に一時的に空燃比をストイキオよりも濃化(リッチ)にするエンリッチモード等が設けられている。
次に、本発明の要部について説明すると、本装置では吸気行程噴射モード(主にリーンモード)とスプレーガイド噴射モードとの間の切り換え制御に特徴がある。すなわち、本装置では、吸気行程噴射モードからスプレーガイド噴射モードへの切り換え時及びスプレーガイド噴射モードから吸気行程噴射モードへの切り換え時には、一旦ウォールガイド噴射モードを介してから切り換えを行うように構成されている。
ここで、図4はスプレーガイド噴射モードとウォールガイド噴射モードとの燃焼特性について説明する図であって、横軸が燃料噴射時期、縦軸が点火時期を示しており、安定した燃焼を得られる領域を空燃比(A/F)毎に示している。
このようなスプレーガイド噴射モードでは空燃比が25〜40と非常にリーンであるため燃費の向上を図ることができるものの、空燃比が24以下の領域では安定した燃焼を得られず失火を生じる場合がある。
そこで、本実施形態では、エンジン回転数及びエンジン負荷情報からスプレーガイド噴射モード(又は吸気行程噴射モード)から吸気行程噴射モード(又はスプレーガイド噴射モード)への切り換えが判定されると、目標空燃比A/Fを監視して、この目標空燃比A/Fが例えば18以下であれば吸気行程噴射(リーンモード)に設定し、目標空燃比A/Fが25以上であればスプレーガイド噴射モードに設定し、目標空燃比A/Fが18〜25の領域にあるときには、制御マップ上では要求されていないウォールガイド噴射モードにあえて設定するようになっている。
まず、燃料噴射モードの切り換え中か否かを判定する(ステップS1)。具体的には、このステップS1では、吸気行程噴射モードからスプレーガイド噴射モードへの切り換え中か否か、又はスプレーガイド噴射モードから吸気行程噴射モードへの切り換え中か否かを判定する。
次に、本装置の作用を図6(a)〜(g)に示すタイムチャートを用いて説明する。なお、(a)はエンジントルク、(b)は制御A/F(目標空燃比)、(c)は点火時期、(d)は燃料噴射時期、(e)は体積効率、(f)はスロットルバルブ開度、(g)は燃料噴射モードである。
そして、図6(d)及び図7に示すように、制御A/Fが第1の所定値より大きくなると、実際の燃料噴射モードが圧縮行程噴射のうちウォールガイド噴射モードに設定される(t=t2)。なお、このときには図6(c)に示すように点火時期をいったん遅角させる。そして、このように一旦ウォールガイド噴射モードに切り換えることにより、吸気行程噴射及びスプレーガイド噴射モードにおける失火領域を回避することができる。
そして、このように吸気行程噴射モードとスプレーガイド噴射モードとを切り換える際には、一旦ウォールガイド噴射モードを介して切り換えを行うことにより、吸気行程噴射モードとスプレーガイド噴射モードとの切り換え時の失火を回避することができ、エンジンのトルク変動又はトルク低下を極力防止することができる〔図6(a)参照〕。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、第1の燃料噴射モード及び第2の燃料噴射モードはそれぞれスプレーガイド噴射モード及びウォールガイド噴射モードに限定されるものではない。
2 ピストン
3 燃焼室
4 インジェクタ(燃料噴射弁)
5 点火プラグ
6 凹部
7 シリンダ
8 シリンダヘッド
11 コントローラ(制御手段)
12 燃料噴射モード切り換え手段
13 吸気行程噴射用インジェクタ制御手段
14 圧縮行程噴射用インジェクタ制御手段
15 エンジン回転数センサ(エンジン回転数検出手段)
16 エアフローセンサ(吸気量検出手段)
Claims (3)
- 筒内に燃料を直接噴射して点火プラグにより着火する筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
該内燃機関の圧縮行程時に該燃料を噴射する圧縮行程噴射モードと、該内燃機関の吸気行程時に該燃料を噴射する吸気行程噴射モードとを切り換え可能に構成されるとともに、該圧縮行程噴射モードとして、圧縮行程上死点近傍において点火プラグに向けて燃料を噴射するとともに、該燃料に直接点火する第1の燃料噴射モードと、圧縮行程時に該第1の燃料噴射モードの燃料噴射タイミングよりも早期のタイミングで燃料を噴射するとともに、ピストンの上昇により該燃料を該点火プラグ近傍に集めて点火する第2の燃料噴射モードとを有し、
該第1の燃料噴射モードと該吸気行程噴射モードとの切り換え時には、該第2の燃料噴射モードを介して切り換えを行う
ことを特徴とする、筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 該吸気行程噴射モードと該第1の燃料噴射モードとの切り換え時には、
目標空燃比が第1の所定値以下であると該吸気行程噴射モードに設定され、
該目標空燃比が該第1の所定値よりも大きく、且つ該第1の所定値よりも希薄な第2の所定値未満であると該第2の燃料噴射モードに設定され、
該目標空燃比が該第2の所定値以上であると該第1の燃料噴射モードに設定される
ことを特徴とする、請求項1記載の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 該吸気行程噴射モードと該第2の燃料噴射モードとの切り換え時には、空気量の変化に合わせて該目標空燃比を滑らかに変化させる
ことを特徴とする、請求項2記載の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。
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