JP4984976B2 - 筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置に関する。

筒内へ燃料を直接に噴射し点火することで駆動力を得る、筒内噴射型（直噴型）の火花点火内燃機関が知られている。そして、このタイプの内燃機関に関しては、筒内にタンブル流、スワール流などの渦気流を形成して燃焼や排気エミッションの改善を図る技術が従来から種々提案されている。筒内に適度な渦気流を形成させると、点火時期において混合気の乱れを増大させることができ、燃焼速度が向上するので良好な燃焼を実現できる。また、これにより排気エミッションの改善を図ることもできる。

ところが、筒内へ燃料を直接に噴射する直噴型の内燃機関では、噴射された燃料が点火プラグ、シリンダ、或いは筒内壁面（シリンダ壁面）などに付着する場合がある。このように噴射された燃料が筒内の種々の箇所に付着すると、燃焼性能や排気を悪化させる原因となる。そこで、特許文献１は、燃焼室形状や燃焼性能に応じて、マルチホールインジェクタの噴孔からの燃料噴射の方向、噴霧貫徹力、噴霧粒径などの特性を設定する噴霧特性設定手段を備えた内燃機関の燃焼制御装置について提案する。この燃焼制御装置は、例えば噴霧粒径を一定以下にすることで、燃料がピストンキャビティへ付着するのを低減する。よって、特許文献１の燃焼制御装置は、燃焼性能や排気の悪化を抑制できるとされている。

特開２００５−２４８８５７号公報

しかしながら、特許文献１の燃焼制御装置は、燃料がシリンダ壁面などに付着すると点火性能や排気ガスが悪化するので、付着が発生しないように噴霧方向、噴霧貫徹力、噴霧粒径などを設定する噴霧特性設定手段を設けることだけを提案するものである。すなわち、この燃焼制御装置は単に筒内での燃料付着を低減することで、燃焼及び排気が悪化することを抑制するもので、積極的に燃焼性能の向上や排気改善を意図していない。よって、特許文献１の燃焼制御装置では、内燃機関の燃焼の改善や排気エミッションの向上を図ることができない。なお、特許文献１においては、燃料噴射でタンブル流をアシストして燃焼向上を図ること、またアシストが筒内の吸気の流速の影響を受けること、更に噴霧粒径や噴射回数とアシスト強化の関係などについても何ら検討がされていない。

そこで、本発明の目的は、燃料噴射によって、筒内に形成した渦気流を確実に強化して、燃焼の改善及び排気の向上を図ることができる制御装置を提供することである。

上記目的は、筒内に形成された渦気流を噴射する燃料で強化する、筒内噴射式の火花点火内燃機関の制御装置であって、前記筒内へ吸気を導入する吸気通路に配置された前記渦気流を生成させるための弁である吸気制御弁よりも前記吸気通路の吸気の流動方向上流側に配置され、前記吸気通路内の吸気流の流速を検出する吸気流速検出手段と、燃料噴射時に前記吸気流の流速を確認して、前記流速に基づいて前記燃料の噴霧粒径を制御する燃料噴霧制御手段とを備え、前記燃料噴霧制御手段は、前記吸気流の流速が遅いほど前記噴霧粒径を小さくすることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置によって達成できる。
また、上記目的は、筒内に形成された渦気流を噴射する燃料で強化する、筒内噴射式の火花点火内燃機関の制御装置であって、前記筒内へ吸気を導入する吸気通路に配置された前記渦気流を生成させるための弁である吸気制御弁よりも前記吸気通路の吸気の流動方向上流側に配置され、前記吸気通路内の吸気流の流速を検出する吸気流速検出手段と、燃料噴射時に前記吸気流の流速を確認して、前記流速に基づいて前記燃料の噴射回数を制御する燃料噴霧制御手段とを備え、前記燃料噴霧制御手段は、前記吸気流の流速が遅いほど前記噴射回数を増加させることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置によって達成できる。

本発明によると、噴射された燃料が渦気流に乗った状態となって流れるので周辺へ付着する事態を抑制して、燃焼性能や排気が悪化することを抑制できる。しかも、このように噴射された燃料が前記渦気流に乗るような条件を満たすことは、見方を変えると、燃料噴射したときに渦気流の流れをアシストすることになるので、燃料を噴射したときに渦気流をアシストして強化する効果（以下、「噴流効果」と称する）を確実に得ることができる。よって、このような制御装置を適用した内燃機関は、燃焼の改善及び排気の向上を図ることができる。

なお、前記渦気流がタンブル流であって、前記燃料噴霧制御手段は、吸気下死点近傍で燃料を噴射させることにより前記タンブル流をアシストして強化する筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置として構成してもよい。

また、前記渦気流がスワール流であって、前記燃料噴霧制御手段は、吸気下死点近傍で燃料を噴射させることにより前記スワール流をアシストして強化する筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置として構成してもよい。

本発明によれば、燃料噴射によって、筒内に形成した渦気流を確実に強化して、燃焼の改善及び排気の向上を図ることができる制御装置を提供できる。

以下、本発明に係る好ましい形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、実施例１に係る制御装置が適用されている筒内噴射式の火花点火内燃機関５０（以下、単に内燃機関５０と称する）を含む内燃機関システム１００を模式的に示した図である。内燃機関システム１００は、内燃機関５０と、これに付属する吸気系１０、燃料噴射系２０、排気系３０などを含んで構成されている。この内燃機関システム１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａにより全体的に制御されている。そして、このＥＣＵ１Ａは、筒内へ流入する吸気流の流速（以下、吸気流速、と称する）を確認し、これに応じて燃料の噴霧粒径を変更して、筒内に形成されているタンブル流をアシストして強化する噴流効果を確実に得るための手段としても機能する。このＥＣＵ１Ａについては、後に詳述する。

まず、図１を参照して内燃機関システム１００の概略を説明する。吸気系１０は、内燃機関５０に吸気（空気）を導入するための構成である。吸気系１０は、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１、吸気量（空気の流量）を計測するエアフロメータ１２、吸気の流量を調節するスロットル弁１３、吸気を一時的に貯蔵するためサージタンク１４、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５、また内燃機関５０のシリンダヘッドに形成されている吸気ポート５２ａなどを含んで構成されている。よって、エアクリーナ１１より下流の通路、サージタンク１４、インテークマニホールド１５及び吸気ポート５２ａなど含んで、吸気通路が形成されている。

そして、本実施例ではインテークマニホールド１５内の吸気流速を検出する吸気流速検出手段として流速センサ１６が配備されている。この流速センサ１６の出力はＥＣＵ１Ａへ供給されている。なお、サージタンク１４の上流に配置した上記エアフロメータ１２は、吸気量を計測するためのセンサであるが、これには種々の形態がある。エアフロメータ１２が吸気流速を求め、これに基づいて吸気量を求める形態である場合、エアフロメータ１２の出力から吸気流速を確認するようにしてもよい。

燃料噴射系２０は、燃料ＦＥを圧送して燃焼室５７内（「筒内」とも称する）に直接噴射するための構成である。燃料噴射系２０はインジェクタ２１、このインジェクタ２１へ供給する燃料ＦＥを貯留する燃料タンク２２を含んでいる。インジェクタ２１と燃料タンク２２との間には、インジェクタ２１に向け燃料を供給する燃料フィードポンプ２３及びインジェクタ２１へ供給する燃料の圧力（以下、「燃圧」と称する）を変更する高圧ポンプ２４が配備されている。インジェクタ２１はＥＣＵ１Ａの制御下で適宜の噴射時期に開弁されて燃料ＦＥを筒内に噴射する。その燃料噴射量は、ＥＣＵ１Ａの制御の下でインジェクタ２１が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。すなわち、ＥＣＵ１Ａはインジェクタ２１の駆動を制御して、燃料噴射の回数や燃料噴射量を適宜に制御する。また、高圧ポンプ２４は噴霧粒径するための構成である。ＥＣＵ１Ａの制御下で高圧ポンプ２４を介して燃圧を制御すると、インジェクタ２１から噴射する燃料の噴射圧を変更して噴霧粒径を拡大或いは縮小できる。例えば、ＥＣＵ１Ａが燃圧を上昇させて噴霧圧を上げると、噴霧粒径はこれに比例して減少する。

排気系３０は、内燃機関５０の筒内で発生した排気ガスを機外へ排出するため構成である。排気系３０はシリンダヘッドに形成した排気ポート５２ｂ、エキゾーストマニホールド３１などを含んで構成されている。

図２は、図１で示している内燃機関５０を拡大して示した模式図である。同一の部位については、図１と同じ符号を付してある。この図２を参照して、内燃機関５０の構造をより詳細に説明する。

内燃機関５０は、一般の内燃機関と同様に、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２、ピストン５３、点火プラグ５４、吸気弁５５、及び排気弁５６などを含んで構成されている。本実施例１に示す内燃機関５０は、例えば直列４気筒の筒内噴射式火花点火内燃機関である。ただし、内燃機関５０は他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図２では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内には、ピストン５３が収容されている。

シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５７は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５７から排気するための排気ポート５２ｂが形成されている。さらに、これら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸気弁５５及び排気弁５６が配設されている。なお、内燃機関５０は１気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁５５及び５６を備えた吸排気弁構造であってもよい。

点火プラグ５４は、燃焼室５７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に固定されている。インジェクタ２１も燃焼室５７の上方で点火プラグ５４と隣り合う位置から燃焼室５７内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。

吸気ポート５２ａには、燃焼室５７内にタンブル流（縦の渦気流）Ｔを生成するための吸気制御弁５８が配設されている。吸気制御弁５８は、ＥＣＵ１Ａの制御のもと吸気ポート５２ａ内で吸気ＡＲを偏流させて燃焼室５７内にタンブル流Ｔを生成させるための構造である。

吸気制御弁５８は弁体が板状であって、吸気ポート５２ａの内壁下側に設定した支軸５９を中心に回動するように設定されている。ここでは図示を省略しているが、ＥＣＵ１Ａにより駆動が制御されるアクチュエータにより吸気制御弁５８の開度が調整される。そして、図２は、吸気制御弁５８を閉じることにより吸気ポート５２ａ内の流路を絞って筒内にタンブル流Ｔを形成するようにした様子を例示している。ここで形成するタンブル流Ｔは、燃焼室５７内で吸気弁５５側を上昇するように時計回りに旋回する順タンブル流Ｔとなっている。

そして、ＥＣＵ１Ａの制御の下で、インジェクタ２１が吸気行程下死点近傍で燃料ＦＥを噴射するように設定されている。インジェクタ２１の噴孔２１ＨＬはタンブル流Ｔの流れに沿う方向に向けられている。これにより、噴射された燃料ＦＥはタンブル流Ｔをアシストして強化する。強化されたタンブル流Ｔは点火時期まで維持される。その結果、点火時期に混合気の乱れを増大させ、燃焼速度を適度に向上させることで良好な燃焼を得ることができる。

ところで、内燃機関５０が運転状態にあるときには、燃焼室５７内（筒内）の雰囲気（気体の状態）は刻々と変化して、前述の噴射する燃料でタンブル流（渦気流）を強化するという「噴流効果」を得ることが困難となる場合がある。この点を図を参照して説明する。

図３は、筒内に流入する吸気の流速に関連して形成されるタンブル流Ｔと、インジェクタ２１から噴射される燃料ＦＥとの関係を説明するため模式的に示した図である。なお、理解を容易とするため、図３においても、図１、２で示した部位と同一部分には同じ符号を付してある。

図３（Ａ）は、吸気ＡＲの吸気流速が遅い（小さい）ときに筒内に形成されるタンブル流Ｔの様子を示した図である。なお、図３では、イメージし易いように吸気流速が遅いことを短い矢印ＡＲ−１を用いて示し、弱いタンブル流Ｔであることを細い曲線矢印Ｔ−１を用いて示している。この図３（Ａ）で示すように、吸気流速が遅い場合には、インジェクタ２１から噴射した燃料ＦＥでタンブル流Ｔの流れをアシストして強化できない場合がある。そして、このような場合には、燃料ＦＥがシリンダ５１ａの内壁に付着してしまう。これでは、前述の噴流効果が得られないというだけではなく、内燃機関の燃焼性能や排気を悪化させてしまう原因にもなる。

一方、図３（Ｂ）は、吸気ＡＲの吸気流速が速い（大きい）ＡＲ−２ときに筒内に形成されるタンブル流Ｔの様子を示した図である。この図３（Ｂ）で示す場合には、吸気流速が速いので、インジェクタ２１から噴射した燃料ＦＥによりタンブル流Ｔ−２の流れをアシストして強化できる。そして、このようにタンブル流を強化できる状態というのは、燃料ＦＥ自身がタンブル流Ｔの流れに乗る状態となるのでシリンダ５１ａの内壁に付着することも抑制できる。

ところが、上記図３（Ｂ）は例えば内燃機関５０が高負荷運転されたときの吸気流速であり、図３（Ａ）は低負荷運転されたときである。噴射した燃料ＦＥをタンブル流Ｔに乗せるため、低負荷時に吸気流速を速めるというのは非現実的である。

図３（Ｃ）は、上記の不都合を解消するため、本願発明者が案出したメカニズムについて示した図である。本願発明者は、吸気流速が相対的に遅い（小さい）場合には弱いタンブル流Ｔ−１となるが、図３（Ｃ）で示すように、噴霧粒径をこれに応じて小さくすることで噴射した燃料ＦＥでタンブル流を強化できることを確認したものである。すなわち、先に示した図３（Ａ）の場合のように遅い吸気流速ＡＲ−１であるときに、インジェクタ２１から噴射する燃料ＦＥの噴霧粒径をこれに応じて小さく変更すると、相対的に弱いタンブル流Ｔ−１であっても噴射した燃料ＦＥでこれをアシストして強化できる。

本願発明者は、以上で説明したメカニズムに着目し、筒内の吸気流速に応じて噴霧粒径を調整して噴流効果を確実に得ることができる制御装置を案出したものである。内燃機関５０の制御装置は流速センサ１６とＥＣＵ１Ａを含んで構成されている。ＥＣＵ１Ａは燃料噴霧制御手段として機能する。ＥＣＵ１Ａは、流速センサ１６の出力に基づいて吸気流速を確認し、そのときの筒内の雰囲気に適した噴霧条件を設定してインジェクタ２１から燃料ＦＥを噴射させるので形成されているタンブル流をアシストできる。

なお、図１で示すように内燃機関５０には、回転数ＮＥに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７１、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７２、アクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を検知するためのアクセルセンサ７３など各種のセンサが配設されてＥＣＵ１Ａに供給されている。よって、ＥＣＵ１Ａは内燃機関５０の運転状態も確認できる。

ＥＣＵ１Ａは、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力回路などを有して構成されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムや、プログラムで使用する一連のデータなどを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用プログラムのほか、流速センサ１６の出力から吸気流速を確認して、これに基づいて噴霧粒径を設定するプログラムなどが格納してある。

本実施例では、ＥＣＵ１Ａが高圧ポンプ２４を制御して燃圧を変更する。そして、インジェクタ２１からの燃料噴射圧を変更する。ＥＣＵ１Ａは流速センサ１６で吸気流速を確認し、この検出値に応じて燃圧を変更する。より具体的には、ＥＣＵ１Ａは、吸気流速が高くなる方へ変化した場合には、これに比例させて噴霧粒径を大きくする。これとは逆に、吸気流速が低くなる方へ変化した場合には、これに比例させて噴霧粒径を小さくする。

図４は、筒内の吸気流速と噴流効果を得るのに適した噴霧粒径との関係例を示した図である。ＥＣＵ１Ａは、図４で示すような吸気流速と好ましい噴霧粒径（目標の噴霧粒径）とを関連付けたテーブルをＲＯＭなどに格納している。よって、ＥＣＵ１Ａは前述したように流速センサ１６で吸気流速を確認したときに、目標の噴霧粒径を特定する。そして、ＥＣＵ１Ａは、インジェクタ２１からの噴霧粒径が目標の噴霧粒径となるように高圧ポンプ２４で燃圧を制御する。

図５は、上記ＥＣＵ１Ａによって実現される内燃機関５０の制御装置が実行するタンブル流強化の処理をまとめたフローチャートである。ＥＣＵ１Ａは、内燃機関５０のイグニッションスイッチがオン（ＯＮ）されたときに、このルーチンを起動する。ＥＣＵ１Ａは、図１の流速センサ１６の出力からインテークマニホールド１５内の吸気流速を確認する（Ｓ１０１）。

つぎに、ＥＣＵ１Ａは流速センサ１６で検出されている吸気流速が変化しているか否かを確認する（Ｓ１０２）。ＥＣＵ１Ａは所定周期で上記ステップＳ１０１及びＳ１０２を実行して、吸気流速の変化を周期的に監視する。そして、ＥＣＵ１Ａは、ステップＳ１０２で吸気流速の変化を確認した場合、さらにそれ以前と比較して吸気流速が増加したか否かを確認する（Ｓ１０３）。

上記ステップＳ１０３で、吸気流速が増加していると判断した場合、ＥＣＵ１Ａは噴霧粒径が吸気流速と比例して拡大するように燃圧を制御する（Ｓ１０４）。ＥＣＵ１Ａは、インジェクタ２１への燃圧を変更する高圧ポンプ２４を制御して噴霧圧を変更する。これによりインジェクタ２１からの噴霧粒径を拡大させ、噴射した燃料ＦＥがそのときに筒内に形成されているタンブル流Ｔに乗って流れるようにする。ＥＣＵ１Ａがこのように噴霧粒径を制御することは、結局、前述した噴流効果を確実に得ることになる。

一方、上記ステップＳ１０３で吸気流速が増加していないと判断されるのは、吸気流速が減少している場合である。このときには、ＥＣＵ１Ａは噴霧粒径が吸気流速と比例して縮小（減少）するように燃圧を制御する（Ｓ１０５）。この場合も同様に、ＥＣＵ１Ａはインジェクタ２１への燃圧を変更する高圧ポンプ２４を制御して噴霧圧を変更する。これによりインジェクタ２１からの噴霧粒径を小さくさせて、燃料ＦＥがそのときに筒内に形成されているタンブル流Ｔに乗るように調整する。

以上で説明した実施例１の制御装置によると、筒内の吸気流速の変化に応じてインジェクタからの噴霧粒径が調整されるので、内燃機関５０の変化に対処して燃料噴射したときにタンブル流を確実に強化できる。よって、このような制御装置を採用する内燃機関は、良好な燃焼及び排気エミッションを実現できる内燃機関として提供できる。

更に、火花点火内燃機関に適用される実施例２に係る制御装置について説明する。上記実施例１は、吸気流速の変化に応じて噴霧粒径を変更するものであった。実施例２は燃料噴射のパターンを変更することにより、筒内の吸気流速の変化に対処して確実に噴流効果が得られるように構成したものである。より具体的には、実施例１の制御装置では噴霧粒径を吸気流速と比例するように変更するものであったが、実施例２の制御装置では、吸気流速が遅くなる（小さくなる）程に噴射回数を増加させるという対処を実行する。本願発明者は、インジェクタ２１の噴射回数を変更することによっても、噴霧粒径を変更する場合と同様に吸気流速の変化に対処してタンブル流をアシストできることを確認したものである。

よって、実施例２は、制御装置となるＥＣＵによって実行される吸気流速変化への対処が、噴霧粒径による調整から噴射回数による調整に変わるだけである。よって、制御装置としてのハード構成は、実施例２の場合も実施例１と同様である。そこで、実施例２は、図１、図２を流用して説明する。ただし、実施例１の場合と実施例２の場合とでは、ＥＣＵが実行する制御内容が異なる。よって、実施例１ではＥＣＵ１Ａ、実施例２ではＥＣＵ１Ｂとして区別している。

図６は、筒内の吸気流速と噴流効果を得るのに適した噴射回数との関係を模式的に示した図である。この図６では、吸気流速が所定より速い場合は１回噴霧であるが、吸気流速が所定値より遅い程に噴射回数が増加するように設定してある。なお、ここで噴射回数を増加するというのは、１回噴霧と同じ噴射量を複数回に増加するというではなく、１回分の噴射量を複数に分割して少量ずつ噴射する操作である。ＥＣＵ１Ｂは、図６で示すような筒内の吸気流速とそのときの好ましい噴射回数（目標の噴射回数）とを関連付けたテーブルをＲＯＭなどに格納している。よって、ＥＣＵ１Ｂは流速センサ１６の出力から吸気流速を検出したときに目標の噴射回数を特定する。そして、ＥＣＵ１Ｂは、目標の噴射回数でインジェクタ２１の開弁動作を実行する。

図７は、上記ＥＣＵ１Ｂによって実現される制御装置が実行するタンブル流の強化の処理をまとめたフローチャートである。ＥＣＵ１Ｂは、内燃機関５０のイグニッションスイッチがオン（ＯＮ）されたときに、このルーチンを起動する。ＥＣＵ１Ｂは、図１の流速センサ１６の出力からインテークマニホールド１５内の吸気流速を確認する（Ｓ２０１）。更に、ＥＣＵ１Ｂは吸気流速が変化しているか否かを確認し（Ｓ２０２）、吸気流速の変化を確認した場合には、それ以前と比較して吸気流速が増加しかた否かを確認する（Ｓ２０３）。ここまでのステップＳ２０１〜Ｓ２０３は、実施例１と同様であるが、これ以後の処理が異なる。

上記ステップＳ２０３で、吸気流速が増加していると判断した場合、ＥＣＵ１Ｂは増加した吸気流速の変化とは逆に噴射回数を減少させる（Ｓ２０４）。ＥＣＵ１Ｂはインジェクタ２１の開弁動作を制御して噴射回数を減少させて、そのときに筒内に形成されているタンブル流にＴに乗って流れるようにする。ＥＣＵ１Ｂがこのように噴霧粒径を制御することは、結局、前述した噴流効果を確実に得ることになる。ただし、最も噴射回数を減少させた場合でも、１回の燃料噴射は実行する（図６参照）。

一方、上記ステップＳ２０３で吸気流速が増加していないと判断されるのは、吸気流速が減少している場合である。このときには、ＥＣＵ１Ｂは吸気流速の変化と逆に噴射回数を増加させる（Ｓ２０５）。この場合も同様に、ＥＣＵ１Ｂはインジェクタ２１の開弁動作を制御して噴射回数を増加させて、燃料ＦＥがそのときに筒内に形成されているタンブル流Ｔに乗るように調整する。

以上で説明した実施例２の制御装置によると、筒内の吸気流速の変化に対応して噴射回数が変更されるので、内燃機関５０の状態変化に対処しながら噴流効果を確実に得ることができる。

以上で説明した実施例１のＥＣＵ１Ａは、吸気流速変化に比例して噴霧粒径を調整することで、燃料の噴霧がタンブル流に乗るように調整するので、その結果としてタンブル流を確実に強化できる。また、実施例２のＥＣＵ１Ｂは、吸気流速が低いほど噴射回数を増加することで同様にタンブル流を強化できる。よって、実施例１、２の制御装置を適用した内燃機関は、筒内の状況変化に対応して形成したタンブル流を常に強化できるので燃焼及び排気の改善を図ることができる。なお、実施例１と実施例２との場合を組合せ、吸気流速の変化に対応して、噴霧粒径及び噴射回数を同時に調整する制御装置としてもよい。この場合には、それぞれの調整範囲（粒径と噴射回数）を小さくすることができる。

以上で説明した実施例１、実施例２は、筒内（燃焼室５７内）にタンブル流（縦の渦気流）を形成する場合の実施例であった。筒内にスワール流（横の渦気流）形成することによっても同様の効果を得ることができる。以下で説明する実施例３は、スワール流を形成する場合である。図８は、実施例３に係る制御装置が適用されている内燃機関１５０を含む内燃機関システム２００を模式的に示した図である。なお、図８においては、図１と同じ部位に同じ符号を付して重複する説明を省略する。

内燃機関１５０の場合には吸気ポート５２ａに、燃焼室５７内にスワール流Ｓを生成するための吸気制御弁１５８が配設されている。この吸気制御弁１５８は、ＥＣＵ１Ｃの制御のもと吸気ポート５２ａ内で吸気ＡＲを偏流させて燃焼室５７内にスワール流Ｓを生成させる。吸気制御弁１５８は板状であって、吸気ポート５２ａの内壁側部に設定した支軸１５９を中心に回動するように設定されている。上述した実施例１、２では弁体が吸気ポート５２ａ内で下側に寝るように配置され、斜めに起き上がるような姿勢を形成してタンブル流を形成していた。本実施例３では、弁体が側部から横斜めに出て吸気ポート５２ａ内を絞ることでスワール流を形成する。

内燃機関システム２００のＥＣＵ１Ｃは、実施例１のＥＣＵ１Ａのように吸気流の流速が遅いほど噴霧粒径を小さくする制御を実行でもよいし、実施例２のＥＣＵ１Ｂのように吸気流の流速が遅いほど噴射回数を増加させる制御を実行してもよい。内燃機関システム２００は内燃機関１５０の変化に対処して燃料噴射したときにスワール流を確実に強化できる。よって、このような制御装置を採用する内燃機関１５０は、良好な燃焼及び排気エミッションを実現できる内燃機関として提供できる。

また、以上で説明した実施例１、実施例２はタンブル流を形成する場合、また実施例３はスワール流を形成する場合を一例として示すものである。タンブル流とスワール流とを組合せて斜め渦気流を形成する場合にも本発明を同様に適用できる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例１に係る制御装置が適用されている筒内噴射式の火花点火内燃機関を含む内燃機関システムを模式的に示した図である。 図１で示している内燃機関を拡大して示した模式図である。 筒内に流入する吸気の流速に関連して形成されるタンブル流とインジェクタから噴射される燃料との関係を模式的に示した図である。 吸気流速と噴流効果を得るのに適した噴霧粒径との関係例を示した図である。 実施例１のＥＣＵによって実現される制御装置が実行するタンブル流強化の処理をまとめたフローチャートである。 吸気流速と噴流効果を得るのに適した噴射回数との関係を模式的に示した図である。 実施例２のＥＣＵによって実現される制御装置が実行するタンブル流の強化の処理をまとめたフローチャートである。 実施例３に係る制御装置が適用されている筒内噴射式の火花点火内燃機関を含む内燃機関システムを模式的に示した図である。

符号の説明

１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ） ＥＣＵ（燃料噴霧制御手段）
１０ 吸気系
１６ 流速センサ（吸気流速検出手段）
２０ 燃料噴射系
３０ 排気系
５０、１５０ 内燃機関
５５ 吸気弁
５８ 吸気制御弁（タンブル流を形成させる構造）
１５８ 吸気制御弁（スワール流を形成させる構造）
１００、２００ 内燃機関システム
ＦＥ 燃料
Ｔ タンブル流(渦気流)
Ｓ スワール流(渦気流)

Claims (4)

1. 筒内に形成された渦気流を噴射する燃料で強化する、筒内噴射式の火花点火内燃機関の制御装置であって、
   前記筒内へ吸気を導入する吸気通路に配置された前記渦気流を生成させるための弁である吸気制御弁よりも前記吸気通路の吸気の流動方向上流側に配置され、前記吸気通路内の吸気流の流速を検出する吸気流速検出手段と、
   燃料噴射時に前記吸気流の流速を確認して、前記流速に基づいて前記燃料の噴霧粒径を制御する燃料噴霧制御手段とを備え、
   前記燃料噴霧制御手段は、前記吸気流の流速が遅いほど前記噴霧粒径を小さくすることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
2. 筒内に形成された渦気流を噴射する燃料で強化する、筒内噴射式の火花点火内燃機関の制御装置であって、
   前記筒内へ吸気を導入する吸気通路に配置された前記渦気流を生成させるための弁である吸気制御弁よりも前記吸気通路の吸気の流動方向上流側に配置され、前記吸気通路内の吸気流の流速を検出する吸気流速検出手段と、
   燃料噴射時に前記吸気流の流速を確認して、前記流速に基づいて前記燃料の噴射回数を制御する燃料噴霧制御手段とを備え、
   前記燃料噴霧制御手段は、前記吸気流の流速が遅いほど前記噴射回数を増加させることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
3. 前記渦気流がタンブル流であって、
   前記燃料噴霧制御手段は、吸気下死点近傍で燃料を噴射させることにより前記タンブル流をアシストして強化する、ことを特徴とする請求項１または２記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
4. 前記渦気流がスワール流であって、
   前記燃料噴霧制御手段は、吸気下死点近傍で燃料を噴射させることにより前記スワール流をアシストして強化する、ことを特徴とする請求項１または２記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置。

Images