JP6300186B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、シリンダヘッドに配置された燃料噴射弁により燃料を気筒内の燃焼室に直接噴射し、圧縮自己着火燃焼を行うエンジンの制御装置に関する。

従来、ガソリン又はガソリンを主成分とする燃料を用いるエンジンでは、点火プラグによって着火する火花点火方式が広く採用されている。近年では、燃費の向上を図る観点などから、エンジンの幾何学的圧縮比として高圧縮比（例えば１４以上）を適用して、ガソリン又はガソリンを主成分とする燃料を用いつつ、所定の運転領域において、圧縮自己着火（具体的にはＨＣＣＩ（Homogeneous-Charge Compression Ignition）と呼ばれる予混合圧縮自己着火）を行う技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２４１５８９号公報

ところで、圧縮自己着火燃焼を行うエンジンでは、エンジン負荷が高まり、燃焼室内に噴射される燃料量が増大するにつれ、混合気の燃焼が極めて短期間で生じることにより筒内圧力の急上昇を招き、燃焼騒音が増大する。
一方、圧縮行程開始時における燃焼室内の温度を低下させることにより、圧縮自己着火の発生を抑制して燃焼重心位置を遅角させると、燃焼騒音を低減できることが知られているが、燃焼重心位置を遅角させると熱効率も低下するので、燃費が悪化してしまう。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、圧縮自己着火燃焼を行うエンジンにおいて、熱効率を低下させることなく燃焼騒音を低減することができる、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの制御装置は、シリンダヘッドに配置された燃料噴射弁により燃料を気筒内の燃焼室に直接噴射し、圧縮自己着火燃焼を行うエンジンの制御装置であって、吸気行程中に設定された吸気行程噴射時期、及び、圧縮行程中に設定された圧縮行程噴射時期に、燃料噴射弁により燃料を噴射させる燃料噴射制御手段を有し、圧縮行程噴射時期は、その圧縮行程噴射時期に燃料噴射弁から噴射された燃料がエンジンのピストン頂面の周縁部に直接到達可能な時期に設定されており、燃料噴射制御手段は、吸気行程噴射時期における燃料噴射により燃焼室内に均質な混合気を形成しつつ、圧縮行程噴射時期における燃料噴射により燃焼室の径方向周縁部に燃焼室の径方向中央部よりもリッチな混合気を形成することにより、燃焼室の径方向中央部における自己着火より遅れて径方向周縁部において自己着火を生じさせることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、燃料噴射制御手段は、吸気行程噴射時期における燃料噴射により燃焼室内に均質な混合気を形成しつつ、燃料噴射弁から噴射された燃料がピストン頂面の周縁部に直接到達可能な圧縮行程噴射時期における燃料噴射により、燃焼室の径方向周縁部に燃焼室の径方向中央部よりもリッチな混合気を形成することにより、燃焼室の径方向中央部における自己着火より遅れて径方向周縁部において自己着火を生じさせるので、燃焼重心位置を遅角させることなく圧縮自己着火による燃焼を緩慢化し、筒内圧の急上昇を抑制することができ、これにより、高負荷時においても、熱効率を低下させることなく燃焼騒音を低減することができる。

また、本発明において、好ましくは、圧縮行程噴射時期は、燃料噴射弁から燃料が噴射される噴射方向にピストン頂面の周縁部が位置する時期に設定されている。
このように構成された本発明においては、燃料噴射弁から噴射された燃料が気筒の内壁に衝突することを防止するとともに、圧縮行程噴射時期の後に圧縮行程の後半から膨張行程の前半にかけて圧縮自己着火が発生するまでに、燃料が燃焼室内に拡散することを抑制しつつ燃料が気化する時間を確保することができ、これにより、燃焼室の径方向周縁部に、燃焼室の径方向中央部よりもリッチな混合気を確実に形成することができ、燃焼重心位置を遅角させることなく圧縮自己着火による燃焼を確実に緩慢化することができる。

また、本発明において、好ましくは、エンジンの制御装置は、ピストン頂面の中央部に下方に凹んだキャビティが形成されたピストンを備えるエンジンの制御装置であり、圧縮行程噴射時期は、燃料噴射弁から噴射された燃料がピストン頂面におけるキャビティの外周に直接到達可能な時期に設定されている。
このように構成された本発明においては、燃焼室においてキャビティの外周上方の領域に位置する径方向周縁部に、燃焼室の径方向中央部よりもリッチな混合気を確実に形成することができ、燃焼重心位置を遅角させることなく圧縮自己着火による燃焼を確実に緩慢化することができる。

本発明によるエンジンの制御装置によれば、圧縮自己着火燃焼を行うエンジンにおいて、熱効率を低下させることなく燃焼騒音を低減することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるピストン及びシリンダヘッドなどの部分断面図である。 本発明の実施形態によるインジェクタの先端部をその長手軸線方向の下方から見た平面図である。 図４中のV−Vに沿って見た、本発明の実施形態によるインジェクタの先端部の部分断面図である。 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域がＳＩ領域である場合の、吸気行程噴射時期における燃料の噴射方向とピストン頂面との位置関係を示す部分断面図である。 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域がＣＩ領域である場合の、吸気行程噴射時期における燃料の噴射方向とピストン頂面との位置関係を示す部分断面図である。 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域がＣＩ領域である場合の、圧縮行程噴射時期における燃料の噴射方向とピストン頂面との位置関係を示す部分断面図である。 吸気行程のみにおいて燃料噴射を行った場合と、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により吸気行程噴射時期及び圧縮行程噴射時期に燃料噴射を行った場合とのそれぞれにおいて、燃焼騒音のレベルが限界値以下となるようにエンジンの充填効率を設定したときの熱発生速度の変化を解析した結果を示す線図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。

まず、図１及び図２により、本発明の実施形態によるエンジンの装置構成を説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。

図１において、符号１はエンジンを示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒２が設けられたシリンダブロック４（なお、図１では、１つの気筒２のみを図示するが、例えば４つの気筒２が直列に設けられる）と、このシリンダブロック４上に配設されたシリンダヘッド６と、シリンダブロック４の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン８とを有している。各気筒２内には、コンロッド１０を介してクランクシャフト１２と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。シリンダヘッド６と、気筒２と、ピストン１４とは、燃焼室１６を画定する。なお、燃焼室１６の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１６の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

シリンダヘッド６には、気筒２毎に、吸気ポート１８及び排気ポート２０が形成されていると共に、これら吸気ポート１８及び排気ポート２０には、燃焼室１６側の開口を開閉する吸気弁２２及び排気弁２４がそれぞれ配設されている。

シリンダヘッド６にはまた、気筒２毎に、気筒２内に燃料を直接噴射するインジェクタ２６（燃料噴射弁）が取り付けられている。インジェクタ２６は、その噴口が燃焼室１６の天井面の中央部分から、その燃焼室１６内に臨むように配設されている。インジェクタ２６は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１６内に直接噴射する。

図外の燃料タンクとインジェクタ２６との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプとコモンレールとを含みかつ、インジェクタ２６に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム２８が介設されている。燃料ポンプは、燃料タンクからコモンレールに燃料を圧送し、コモンレールは圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ２６が開弁することによって、コモンレールに蓄えられている燃料がインジェクタ２６の噴口から噴射される。

シリンダヘッド６にはまた、燃焼室１６内の混合気に強制点火する点火プラグ３０が取り付けられている。本実施形態においては、吸気弁２２と排気弁２４との間に、２つの点火プラグ３０が配置されている。

エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）３２によって制御される。ＰＣＭ３２は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ３２が制御器を構成する。

ＰＣＭ３２には、図１、２に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号、クランクシャフト１２の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２の検出信号、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３の検出信号を含む各種の信号が入力される。

ＰＣＭ３２は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ２６、点火プラグ３０、燃料供給システム２８、各種の弁（スロットル弁やＥＧＲ弁等）のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ３２は、エンジン１を運転する。詳細は後述するが、ＰＣＭ３２は、本発明におけるエンジンの制御装置に相当し、燃料噴射制御手段として機能する。

次に、図３乃至図５を参照して、本発明の実施形態によるエンジン１の燃焼室１６の構造を説明する。図３は、本発明の実施形態によるピストン１４及びシリンダヘッド６などの部分断面図であり、図４は、本発明の実施形態によるインジェクタ２６の先端部をその長手軸線方向の下方から見た平面図であり、図５は、図４中のV−Vに沿って見た、本発明の実施形態によるインジェクタ２６の先端部の部分断面図である。なお、図３は、ピストン１４が圧縮上死点に位置するときの図を示している。

本実施形態によるエンジン１では、シリンダヘッド６側の燃焼室天井１６ａが切妻型の屋根状（ペントルーフ形状）に形成された燃焼室１６が適用されている。図３は、このような燃焼室１６を構成するペントルーフ形状の稜線に直交する線分に沿った面で切断した、ピストン１４及びシリンダヘッド６などの一部分の断面図である。

ピストン１４の頂面１４ａの中央部には、下方に凹んだキャビティ３４が形成されている。キャビティ３４は、気筒２の軸線方向から見たときの平面形状がほぼ円形となるように形成されており、中央部に、山形の突起部３４ａが形成され、且つ、この突起部３４ａの径方向外側に、突起部３４ａよりも高さが低い凹部３４ｂが突起部３４ａを取り囲むように形成されている。このようなキャビティ３４の突起部３４ａの真上に、インジェクタ２６が配置されており、また、キャビティ３４の凹部３４ｂ内に、２つの点火プラグ３０が配置されている。

更に、ピストン頂面１４ａには、キャビティ３４の外縁からピストン１４の上面の外縁まで延び、キャビティ３４の径方向外側を取り囲む周縁部３６が設けられている。

インジェクタ２６は、ピストン１４の中央部に対応するシリンダヘッド６上の箇所に設けられ、具体的には当該インジェクタ２６の長手軸線が気筒２の中心軸線に沿うように設けられ、燃焼室１６内に燃料を直接噴射する。インジェクタ２６は、複数の噴口３８を有しており、これらの噴口３８から気筒２の中心軸線について軸対称に傘状に燃料を噴霧する。この場合、インジェクタ２６は、前述したＥＣＵによる制御の下で圧縮行程後半から膨張行程前半までの間（例えば上死点前６０°）に噴射した燃料が、ピストン１４のキャビティ３４内に入るように（図３の矢印参照）、言い換えるとピストン１４の周縁部３６やシリンダ側壁（例えばシリンダライナなど）に衝突しないように、各噴口３８からの燃料の噴射角θが設定されている。また、インジェクタ２６は、燃料噴射位置からキャビティ３４に燃料が衝突する位置までの噴霧衝突距離が、燃料噴射位置から燃料の初期分裂が生じる位置までの長さ（分裂長さ）よりも大きくなるように、噴射角θが設定されている。
なお、噴射角θは、インジェクタ２６の長手軸線（即ち気筒２の中心軸線）を基準にして規定された、各噴口３８からの燃料の噴射方向の傾斜角に相当する。また、インジェクタ２６には、比較的高い燃圧（例えば４０ＭＰａ〜１２０ＭＰａ）にて燃料が供給される。

点火プラグ３０は、ピストン１４の中央部よりも径方向外側で、且つピストン１４のキャビティ３４の上方に対応するシリンダヘッド６上の箇所に設けられている。つまり、点火プラグ３０は、その先端部の電極３０ａが径方向においてキャビティ３４内に含まれるような位置に設けられている。

なお、図３において、符号ＳＡを付したエリアは、ピストン１４の周縁部３６と燃焼室天井１６ａとの隙間に形成される空間である、スキッシュエリアを示している。

次に、図４及び図５により、本発明の実施形態によるインジェクタ２６について詳細に説明する。図４は、本発明の実施形態によるインジェクタ２６の先端部をその長手軸線方向の下方から見た平面図であり、図５は、図４中のV−Vに沿って見た、本発明の実施形態によるインジェクタ２６の先端部の部分断面図である。

図４及び図５に示すように、インジェクタ２６は、インジェクタ２６の長手軸線方向に延びる有底円筒状のバルブボディを備えており、このバルブボディ４０の内部に、インジェクタ２６の長手軸線方向に延びる円柱状のニードル４２が配置されている。ニードル４２は、高応答性ソレノイド（図示せず）により、インジェクタ２６の長手軸線に沿って上下に駆動される。バルブボディ４０の底面は下方に凹んだ凹球面状に形成され、この底面の外周部分には、高応答性ソレノイドにより下方に移動したニードル４２の先端部が押接されるシート部４４が形成されている。また、バルブボディ４０の内周面とニードル４２の外周面との間の空間は、燃料通路４６となっている。更に、バルブボディの底面において、シート部４４よりも先端側には、複数の噴口３８が形成されている。

各噴口３８は、インジェクタ２６の長手軸線を囲む周方向に配置され、長手軸線から所定の噴射角θ傾斜した方向へ向けて燃料を噴射するように形成されている。本実施形態では、図４に示すように、インジェクタ２６には１０個の噴口３８が、インジェクタ２６の長手軸線を囲む周方向に等角度間隔（即ち３６°間隔）で配置されている。また、図５に示すように、各噴口３８は、その中心軸線とインジェクタ２６の長手軸線との成す角がθとなるように形成される。

次に、図６を参照して、本発明の実施形態によるエンジン１の運転領域について説明する。図６は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ３０による点火を行わずに、圧縮自己着火（Compression Ignition：ＣＩ）による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そこで、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ３０を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼（Spark Ignition：ＳＩ））に切り替える。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＣＩモードと、火花点火燃焼を行うＳＩモードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

次に、図７乃至図９を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の動作を説明する。図７は、本発明の実施形態によるエンジン１の運転領域がＳＩ領域である場合の、吸気行程噴射時期における燃料の噴射方向とピストン頂面との位置関係を示す部分断面図であり、図８は、本発明の実施形態によるエンジン１の運転領域がＣＩ領域である場合の、吸気行程噴射時期における燃料の噴射方向とピストン頂面との位置関係を示す部分断面図であり、図９は、本発明の実施形態によるエンジン１の運転領域がＣＩ領域である場合の、圧縮行程噴射時期における燃料の噴射方向とピストン頂面との位置関係を示す部分断面図である。

ＰＣＭ３２は、水温センサ、クランク角センサ、アクセル開度センサ等から入力された検出信号に基づき特定したエンジン１の運転領域が、ＳＩ領域であり且つエンジン回転数が相対的に低い領域である場合、プリイグニッションなどを抑制する観点から、圧縮行程後半から膨張行程前半までの間に燃料を噴射（リタード噴射）して、圧縮上死点後に点火を行う。
すなわち、ＰＣＭ３２は、図７に示すようにピストン１４が上死点付近まで上昇した圧縮行程後半の時期（例えば６０［ｄｅｇ ＢＴＤＣ］）において、インジェクタ２６からピストン１４のキャビティ３４内に燃料を噴射させる。

インジェクタ２６から噴射された燃料は、まず、ピストン１４のキャビティ３４に衝突し（矢印Ａ１参照）、この後、当該燃料を含む混合気が、キャビティ３４の曲面３４ｃに沿って径方向外方へと移動していく（矢印Ａ２参照）。そして、混合気がキャビティ３４の曲面３４ｃに沿って径方向外方へと移動し、キャビティ３４の曲面３４ｃの縁端部３４ｄを経由して、燃焼室天井１６ａに衝突する（矢印Ａ３参照）。
燃焼室天井１６ａに衝突した混合気は、この衝突により分散されて、燃焼室天井１６ａに沿って、点火プラグ３０の方向へと移動していくと共に（矢印Ａ４参照）、スキッシュエリアＳＡの方向へと移動していく（矢印Ａ５参照）。

このように混合気を点火プラグ３０の方向に移動させることで（矢印Ａ４参照）、点火プラグ３０の先端部の電極３０ａの周辺に混合気の濃い部分を作り出すことができ、つまり点火プラグ３０の電極３０ａの周りをリッチ化することができ、点火プラグ３０による着火性を適切に確保することができる。

また、混合気をスキッシュエリアＳＡの方向に移動させることで（矢印Ａ５参照）、スキッシュエリアＳＡ内の空気を利用して、燃焼室１６内の混合気の均質性を適切に確保することができる。つまり、混合気をスキッシュエリアＳＡ内に送り込むことで、燃焼室１６内において混合気がほぼ均一な状態を速やかに作り出すことができる。これにより、未燃や後燃えによる燃費の悪化や、スモークによるエミッションの悪化を改善することが可能となる。

一方、ＰＣＭ３２は、エンジン１の運転領域がＳＩ領域であり且つエンジン回転数が相対的に高い領域である場合には、吸気行程において燃料を噴射して、燃料の気化を促進すると共に燃料を燃焼室１６内に均等に分布させることにより、未燃や後燃えによる燃費の悪化や、スモークによるエミッションの悪化を防止している。

また、ＰＣＭ３２は、エンジン１の運転領域がＣＩ領域の中でエンジン負荷が相対的に高い領域である場合、吸気行程中に設定された吸気行程噴射時期、及び、圧縮行程中に設定された圧縮行程噴射時期の２つの時期に分割して、インジェクタ２６により燃料を噴射させる。

吸気行程噴射時期は、例えば２７０［ｄｅｇ ＢＴＤＣ］付近に設定されている。この吸気行程噴射時期においては、図８に示すように、吸気バルブ２２の開弁及びピストン１４の下降に応じて吸気ポート１８から燃焼室１６内に流入した吸気により、タンブル流Ｔ（縦方向の渦流）が発生している。ＰＣＭ３２がインジェクタ２６及び燃料供給システム２８を制御して、吸気行程噴射時期に燃料をインジェクタ２６から噴射させると、インジェクタ２６から噴射された燃料は、このタンブル流Ｔに伴って燃焼室１６内を流動する。特に、吸気行程噴射時期の２７０［ｄｅｇ ＢＴＤＣ］付近はピストン１４の下降速度が最も速い時期であり、燃焼室１６内の流動が最も大きい時期なので、燃焼室１６内に噴射された燃料の気化をより促進することができる。また、この吸気行程噴射時期から点火時期が到来するまでの時間が長いので、吸気行程噴射時期に噴射された燃料が気化する時間を確保できると共に、燃料を燃焼室１６内に均等に分布させることができる。

圧縮行程噴射時期は、圧縮行程噴射時期にインジェクタ２６から噴射された燃料がエンジン１のピストン頂面１４ａの周縁部３６に直接到達可能な時期に設定されている。具体的には、図９に示すように、圧縮行程噴射時期において、インジェクタ２６の軸線方向（すなわち、インジェクタ２６から燃料が噴射される噴射方向）にピストン頂面１４ａの周縁部３６が位置するようになっている。より詳細には、圧縮行程噴射時期において、インジェクタ２６の中心軸線が、ピストン頂面１４ａの外周とキャビティ３４の外周とのおよそ中間の位置においてピストン頂面１４ａと交差するようになっている。この圧縮行程噴射時期は、クランク角としては圧縮行程の中間（本実施形態では８０［ｄｅｇ ＢＴＤＣ］）に位置している。
ＰＣＭ３２は、上記のように設定された圧縮行程噴射時期にインジェクタ２６から燃料を噴射させることにより、インジェクタ２６から噴射された燃料が気筒２の内壁に衝突することを防止するとともに、圧縮行程噴射時期の後に圧縮行程の後半から膨張行程の前半にかけて圧縮自己着火が発生するまでに、燃料が燃焼室１６内に拡散することを抑制しつつ燃料が気化する時間を確保する。これにより、燃焼室１６の径方向周縁部（燃焼室１６におけるピストン頂面１４ａの周縁部の上方の領域）に、燃焼室１６の径方向中央部（燃焼室１６におけるキャビティ３４の上方の領域）よりもリッチな混合気が形成される。

温間時の燃焼室１６における径方向の温度分布は、エンジン冷却水により冷却されているシリンダブロック４に近づくほど低温となり、径方向中央に近づくほど高温となっている。すなわち、燃焼室１６の径方向周縁部は、径方向中央部に比べて低温になっている。
このような温度分布を有する燃焼室１６において、上述したように吸気行程噴射時期における燃料噴射により燃焼室１６内に均質な混合気を形成しつつ、圧縮行程噴射時期における燃料噴射により燃焼室１６の径方向周縁部に径方向中央部よりもリッチな混合気を形成することにより、相対的に高温な燃焼室１６の径方向中央部が気化潜熱によって低温化することを防ぎ、且つ、相対的に低温な燃焼室１６の径方向周縁部を気化潜熱によってさらに低温化させる。
これにより、圧縮行程後半から膨張行程の前半において、燃焼室１６内に「高温且つリーンな径方向中央部」と「低温且つリッチな径方向周縁部」とが形成される。この場合、まず、「高温且つリーンな径方向中央部」において自己着火が生じ、それより遅れて「低温且つリッチな径方向周縁部」において自己着火が生じる。すなわち、燃焼室１６内に均質な混合気が形成されている場合と比較して、圧縮自己着火による燃焼が緩慢に（熱発生速度の立ち上がりが緩やかに）なる。

図１０は、吸気行程噴射時期及び圧縮行程噴射時期に燃料噴射を行った場合と、吸気行程のみにおいて燃料噴射を行った場合とのそれぞれにおいて、燃焼騒音のレベルが限界値以下となるようにエンジン１の充填効率を設定したときの熱発生速度の変化を解析した結果を示す線図である。図１０における実線は吸気行程噴射時期及び圧縮行程噴射時期に燃料噴射を行った場合の熱発生速度の変化を示し、一点鎖線は吸気行程のみにおいて燃料噴射を行った場合の熱発生速度の変化を示す。
この図１０に示した解析では、吸気行程噴射時期及び圧縮行程噴射時期に燃料噴射を行う場合と吸気行程のみにおいて燃料噴射を行う場合とのそれぞれについて、エンジン１の圧縮比、エンジン回転数、ＥＧＲ率、空燃比、及び、圧縮行程開始時の燃焼室１６内の温度を同一とし、圧縮行程開始時の燃料分布を均質としている。

吸気行程のみにおいて燃料噴射を行う場合には、エンジン負荷が高まり、燃焼室１６内に噴射される燃料量が増大するにつれ、混合気の燃焼が極めて短期間で生じることにより筒内圧力の急上昇を招き、燃焼騒音が増大する。したがって、燃焼騒音のレベルを限界値以下に抑制するためには筒内圧の急上昇を抑制するために充填効率を低下させなければならない。その結果、図１０に一点鎖線により示すように、圧縮自己着火が生じる時期（熱発生速度が立ち上がる時期）自体が上死点後まで遅延し、燃焼重心位置が遅角する。すなわち、吸気行程のみにおいて燃料噴射を行う場合、高負荷時に燃焼騒音を低減しようとすると、エンジン出力の低下や熱効率の低下を招く。

一方、上記のように吸気行程噴射時期及び圧縮行程噴射時期に燃料噴射を行う場合、まず、「高温且つリーンな径方向中央部」において自己着火が生じ、それより遅れて「低温且つリッチな径方向周縁部」において自己着火が生じることにより、圧縮自己着火による燃焼が緩慢化され、筒内圧の急上昇が抑制される。すなわち、燃焼騒音のレベルを限界値以下に抑制するために充填効率を低下させて燃焼重心位置を遅角させる必要がないので、図１０に実線により示すように、圧縮自己着火が生じる時期を上死点前に維持しつつ、熱発生速度の立ち上がりを緩やかに抑えることができる。したがって、高負荷時においても、エンジン出力や熱効率を低下させることなく燃焼騒音を低減することができる。

次に、上述した本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果を説明する。

まず、ＰＣＭ３２は、吸気行程噴射時期における燃料噴射により燃焼室１６内に均質な混合気を形成しつつ、インジェクタ２６から噴射された燃料がピストン頂面１４ａの周縁部３６に直接到達可能な圧縮行程噴射時期における燃料噴射により、燃焼室１６の径方向周縁部に燃焼室１６の径方向中央部よりもリッチな混合気を形成することにより、燃焼室１６の径方向中央部における自己着火より遅れて径方向周縁部において自己着火を生じさせるので、燃焼重心位置を遅角させることなく圧縮自己着火による燃焼を緩慢化し、筒内圧の急上昇を抑制することができ、これにより、高負荷時においても、熱効率を低下させることなく燃焼騒音を低減することができる。

また、圧縮行程噴射時期は、インジェクタ２６から燃料が噴射される噴射方向にピストン頂面１４ａの周縁部３６が位置する時期に設定されているので、インジェクタ２６から噴射された燃料が気筒２の内壁に衝突することを防止するとともに、圧縮行程噴射時期の後に圧縮行程の後半から膨張行程の前半にかけて圧縮自己着火が発生するまでに、燃料が燃焼室１６内に拡散することを抑制しつつ燃料が気化する時間を確保することができ、これにより、燃焼室１６の径方向周縁部に、燃焼室１６の径方向中央部よりもリッチな混合気を確実に形成することができ、燃焼重心位置を遅角させることなく圧縮自己着火による燃焼を確実に緩慢化することができる。

また、圧縮行程噴射時期は、燃料噴射弁から噴射された燃料がピストン頂面１４ａにおけるキャビティ３４の外周に直接到達可能な時期に設定されているので、燃焼室１６においてキャビティ３４の外周上方の領域に位置する径方向周縁部に、燃焼室１６の径方向中央部よりもリッチな混合気を確実に形成することができ、燃焼重心位置を遅角させることなく圧縮自己着火による燃焼を確実に緩慢化することができる。

１ エンジン（エンジン本体）
１４ ピストン
１４ａ ピストン頂面
１６ 燃焼室
２６ インジェクタ
３２ ＰＣＭ
３４ キャビティ
３６ 周縁部
ＳＡ スキッシュエリア

Claims (3)

1. シリンダヘッドに配置された燃料噴射弁により燃料を気筒内の燃焼室に直接噴射し、圧縮自己着火燃焼を行うエンジンの制御装置であって、
   吸気行程中に設定された吸気行程噴射時期、及び、圧縮行程中に設定された圧縮行程噴射時期に、上記燃料噴射弁により燃料を噴射させる燃料噴射制御手段を有し、
   上記圧縮行程噴射時期は、その圧縮行程噴射時期に上記燃料噴射弁から噴射された燃料が上記エンジンのピストン頂面の周縁部に直接到達可能な時期に設定されており、
   上記燃料噴射制御手段は、上記吸気行程噴射時期における燃料噴射により上記燃焼室内に均質な混合気を形成しつつ、上記圧縮行程噴射時期における燃料噴射により上記燃焼室の径方向周縁部に上記燃焼室の径方向中央部よりもリッチな混合気を形成することにより、上記燃焼室の径方向中央部における自己着火より遅れて径方向周縁部において自己着火を生じさせる
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記圧縮行程噴射時期は、上記燃料噴射弁から燃料が噴射される噴射方向に上記ピストン頂面の周縁部が位置する時期に設定されている請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 上記エンジンの制御装置は、上記ピストン頂面の中央部に下方に凹んだキャビティが形成されたピストンを備えるエンジンの制御装置であり、
   上記圧縮行程噴射時期は、上記燃料噴射弁から噴射された燃料が上記ピストン頂面における上記キャビティの外周に直接到達可能な時期に設定されている請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。

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