JPH0979081A

JPH0979081A - 筒内噴射型火花点火式内燃機関

Info

Publication number: JPH0979081A
Application number: JP7233091A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ichimoto; 和宏一本; Hiromitsu Ando; 弘光安東
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】低回転域において十分な充填効率を得なが
ら、高回転域においても良好な混合気を得ると共に、特
に前期噴射モードと後期噴射モードとに切り換えるもの
では、燃費が悪化しないように適正な噴射時期を設定す
ることができるようにした筒内噴射型火花点火式内燃機
関を提供する。【解決手段】燃料噴霧８１がピストン７に付着しない
ためには、垂直方向距離Ｄが正の値でなければならない
ため、その最小値をＤminとすると、式（Ｄmin＝Ｄx）
が成立するように燃料噴射開始時期ｔxを設定する。こ
こで、Ｄxは製造誤差等を見込んだマージンである。こ
のようにして決定した燃料噴射開始時期ｔxに基づき燃
料噴射弁４を駆動すれば、低回転時においても、高回転
時においても、燃料噴霧８１がピストン７に付着しない
範囲で燃料を早期に噴射することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載さ
れる筒内噴射型火花点火式内燃機関に係り、詳しくは前
期噴射モードにおける燃料噴射時期をエンジン回転速度
に応じて適切に設定する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車等に搭載される燃料噴射火
花点火式内燃機関では、有害排出ガス成分の低減や燃費
の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃焼
室に直接燃料を噴射する筒内噴射型のもの（以下、筒内
噴射ガソリンエンジン）が種々提案されている。

【０００３】筒内噴射ガソリンエンジンでは、例えば、
燃料噴射弁からピストン頂部に設けたキャビティ内に燃
料を噴射することで、点火時点において点火プラグの周
囲に理論空燃比に近い空燃比の混合気を生成させてい
る。これにより、全体に希薄な空燃比でも着火が可能と
なり、ＣＯやＨＣの排出量が減少すると共に、アイドル
運転時や低負荷走行時の燃費を大幅に向上させることが
できる。また、燃料噴射量を増減させる際にも吸気管に
よる移送遅れがないため、加減速レスポンスも非常によ
くなる。ところが、キャビティ内に燃料を噴射する方法
では、要求燃料噴射量が増大する高負荷運転時に点火プ
ラグの近傍の空燃比がオーバリッチとなり失火が生じる
ため、安定した運転領域が狭いという問題がある。これ
は、燃料噴射弁の単位時間あたりの噴射量や噴射方向を
可変にすることが難しいために、点火プラグ近傍の空燃
比をエンジンの全作動領域に亘って最適値に保つことが
できないこと等に起因する。

【０００４】このような問題を解決するため、特開平５
−７９３７０号公報や特開平７−１０２９７６号公報等
では、負荷に応じて圧縮行程噴射モード（後期噴射モー
ド）と吸気行程噴射モード（前期噴射モード）とを切り
換えると共に、燃焼室の形状や燃料噴射弁の噴射方向等
をこれに合わせて設計したものが提案されている。これ
らのエンジンでは、低負荷運転時には、圧縮行程中にキ
ャビティ（深皿部や凹状溝）内に燃料を噴射し、点火プ
ラグの周囲やキャビティ内に理論空燃比に近い空燃比
（空気と燃料との重量比）の混合気を形成させる。これ
により、全体として希薄な空燃比でも着火が可能とな
り、ＣＯやＨＣの排出量が減少すると共に、アイドル運
転時や低負荷走行時における燃費が大幅に向上する。ま
た、高負荷走行時には、吸気行程中にキャビティ外に燃
料を噴射し、燃焼室内に均一な空燃比の混合気を形成さ
せる。これにより、吸気管噴射型のものと同様に、多量
の燃料を燃焼させることが可能となり、加速時や高速走
行時に要求される出力が確保される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、筒内噴射ガ
ソリンエンジンでは、燃料の噴射を前期噴射モードで行
う場合、噴射開始時期の設定にあたって、良好な混合気
を得ることと充填効率の向上とが相反する場合があっ
た。筒内噴射ガソリンエンジンは、吸気管内でも燃料の
霧化が進行する吸気管噴射型エンジンに対し、混合気の
生成に供される時間が絶対的に少ない。したがって、前
期噴射モードにおいては、点火時点において良好な混合
気（すなわち、燃料の完全な気化と吸入気との均一な混
合）が得られるように、噴射開始時期は早い方がよい。
特に、噴射開始時点から点火時点までの時間が短くなる
高回転域では、噴射開始時期は吸気行程のできるだけ早
い段階に設定することが望ましい。

【０００６】ところが、燃料がピストンの位置が高い時
点で噴射されてピストンの頂面に付着した場合、高温と
なっているピストンの熱を奪い、付着した燃料は瞬間的
に気化する。その結果、噴射燃料が吸気の熱を十分に奪
うことができないため、充填効率が十分に高められず、
所期の出力が得られなくなることになる。尚、燃料噴射
弁から噴射された燃料の速度が一定であるのに対し、そ
の間におけるピストンの下降量はエンジン回転速度（す
なわち、ピストンスピード）により変化するため、燃料
のピストンへの付着は低回転域において顕著となる。

【０００７】したがって、従来の筒内噴射ガソリンエン
ジンでは、低回転域での充填効率を高めようとすると、
噴射開始時期を比較的遅く設定せざるを得えず、高回転
域で良好な混合気を得ることが難しくなって、燃焼状態
の不均一に起因する燃費の悪化や有害排出ガス成分の増
加を余儀なくされていた。本発明は上記状況に鑑みなさ
れたもので、低回転域において十分な充填効率を得なが
ら、高回転域においても良好な混合気を得ると共に、特
に前期噴射モードと後期噴射モードとに切り換えるもの
では、燃費が悪化しないように適正な噴射時期を設定す
ることができるようにした筒内噴射型火花点火式内燃機
関を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１では、ピストンが吸入行程前期にあるときにその噴射
軸線が当該ピストンの頂面に向くように配設された燃料
噴射弁と、当該燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御する噴
射時期制御手段とを有し、少なくとも、主として吸気行
程で燃料噴射が行われる前期噴射モードに基づき、燃焼
室内に燃料が直接噴射される筒内噴射型火花点火式内燃
機関において、前記噴射時期制御手段は、当該前期噴射
モードでは、前記燃料噴射弁から噴射される燃料が当該
ピストンの頂面に付着しないように前記燃料噴射時期を
設定するものを提案する。

【０００９】また、請求項２では、請求項１の筒内噴射
型火花点火式内燃機関において、前記噴射時期制御手段
は、所定の負荷レベル以上の負荷領域でのみ、前期噴射
モードでの前記燃料噴射時期の設定を行う一方、前記所
定の負荷レベル未満の負荷領域では、主として圧縮行程
で燃料噴射が行われる後期噴射モードでの燃料噴射時期
の設定を行うものを提案する。

【００１０】また、請求項３では、前記噴射時期制御手
段は、エンジン回転速度が高くなる程、噴射開始時期を
早めるものを提案する。また、請求項４では、請求項２
の筒内噴射型火花点火式内燃機関において、前記噴射時
期制御手段は、前期噴射モードにおける噴射開始時期デ
ータと、後期噴射モードにおける噴射終了時期データと
を記憶する記憶手段を備え、当該噴射時期制御手段は、
前期噴射モードである場合、前記記憶手段の噴射開始時
期データに基づいて燃料噴射弁を開弁させ、後期噴射モ
ードである場合、前記記憶手段の噴射終了時期データと
燃料噴射量とにより噴射開始時期を演算し、その結果に
基づいて燃料噴射弁を開弁させるようにしたものを提案
する。

【００１１】また、請求項５では、請求項２の筒内噴射
型火花点火式内燃機関において、前記噴射時期制御手段
は、前期噴射モードおよび後期噴射モードにおける噴射
開始時期データ、あるいは噴射終了時期データの何れか
を記憶する記憶手段を備え、当該噴射時期制御手段は、
前記記憶手段が噴射開始時期データを記憶している場
合、当該噴射開始時期データに基づいて燃料噴射弁を開
弁させ、前記記憶手段が噴射終了時期データを記憶して
いる場合、当該噴射終了時期データと燃料噴射量とによ
り噴射開始時期を演算し、その結果に基づいて燃料噴射
弁を開弁させるようにしたものを提案する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明を適用した
エンジン制御システムの一実施形態を示す概略構成図で
あり、図２は実施形態に係る筒内噴射ガソリンエンジン
の縦断面図である。これらの図において、１は自動車用
の筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン（以下、単に
エンジンと記す）であり、燃焼室を始め吸気装置やＥＧ
Ｒ装置等が筒内噴射専用に設計されている。

【００１３】本実施形態の場合、エンジン１のシリンダ
ヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ３と共に電磁式の
燃料噴射弁４も取り付けられており、燃焼室５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６
に上下摺動自在に保持されたピストン７の頂面には、圧
縮行程後期に燃料噴射弁４からの燃料噴霧が到達する位
置に、半球状のキャビティ８が形成されている。また、
このエンジン１の理論圧縮比は、吸気管噴射型のものに
比べ、高く（本実施形態では、１２程度）設定されてい
る。動弁機構としてはＤＯＨＣ４弁式が採用されてお
り、シリンダヘッド２の上部には、吸排気弁９，１０を
それぞれ駆動するべく、吸気側カムシャフト１１と排気
側カムシャフト１２とが回転自在に保持されている。

【００１４】シリンダヘッド２には、両カムシャフト１
１，１２の間を抜けるようにして、略直立方向に吸気ポ
ート１３が形成されており、この吸気ポート１３を通過
した吸気流が燃焼室５内で後述する逆タンブル流を発生
させるようになっている。一方、排気ポート１４につい
ては、通常のエンジンと同様に略水平方向に形成されて
いるが、斜め下方に大径のＥＧＲポート１５（図２には
図示せず）が分岐している。図中、１６は冷却水温Ｔw
を検出する水温センサであり、１７は各気筒の所定のク
ランク位置（本実施形態では、５°BTDCおよび75°BTD
C）でクランク角信号ＳＧＴを出力するベーン型のクラ
ンク角センサであり、１９は点火プラグ３に高電圧を出
力する点火コイルである。尚、クランクシャフトの半分
の回転数で回転するカムシャフトには、気筒判別信号Ｓ
ＧＣを出力する気筒判別センサ（図示せず）が取り付け
られ、クランク角信号ＳＧＴがどの気筒のものか判別さ
れる。

【００１５】図２に示したように、吸気ポート１３に
は、サージタンク２０を有する吸気マニホールド２１を
介して、エアクリーナ２２，スロットルボディ２３，ス
テッパモータ式のＩＳＣＶ（アイドルスピードコントロ
ールバルブ）２４を具えた吸気管２５が接続している。
更に、吸気管２５には、スロットルボディ２３を迂回し
て吸気マニホールド２１に吸入気を導入する、大径のエ
アバイパスパイプ２６が併設されており、その管路には
リニアソレノイド式で大型のＡＢＶ（エアバイパスバル
ブ）２７が設けられている。尚、エアバイパスパイプ２
６は、吸気管２５に準ずる流路面積を有しており、ＡＢ
Ｖ２７の全開時にはエンジン１の低中速域で要求される
量の吸入気が流通可能となっている。尚、スロットルボ
ディ２３には、流路を開閉するバタフライ式のスロット
ルバルブ２８と共に、スロットルバルブ２８の開度θTH
を検出するスロットルセンサ２９と、全閉状態を検出す
るアイドルスイッチ３０とが備えられている。図中、３
１は吸気管圧力Ｐbを検出するブースト圧（ＭＡＰ：Man
ifold Absolute Pressure）センサであり、サージタン
ク２０に接続している。

【００１６】一方、排気ポート１４には、Ｏ₂センサ４
０が取付けられた排気マニホールド４１を介して、三元
触媒４２や図示しないマフラー等を具えた排気管４３が
接続している。また、ＥＧＲポート１５は、大径のＥＧ
Ｒパイプ４４を介して、吸気マニホールド２１の上流に
接続されており、その管路にはステッパモータ式のＥＧ
Ｒバルブ４５が設けられている。

【００１７】燃料タンク５０は、図示しない車体後部に
設置されている。そして、燃料タンク５０に貯留された
燃料は、電動式の低圧燃料ポンプ５１に吸い上げられ、
低圧フィードパイプ５２を介して、エンジン１側に送給
される。低圧フィードパイプ５２内の燃圧は、リターン
パイプ５３の管路に介装された第１燃圧レギュレータ５
４により、比較的低圧（以下、低燃圧と記す）に調圧さ
れる。エンジン１側に送給された燃料は、シリンダヘッ
ド２に取り付けられた高圧燃料ポンプ５５により、高圧
フィードパイプ５６とデリバリパイプ５７とを介して、
各燃料噴射弁４に送給される。本実施形態の場合、高圧
燃料ポンプ５５は斜板アキシャルピストン式であり、排
気側カムシャフト１２により駆動され、エンジン１のア
イドル運転時にも50〜60kg/mm²以上の吐出圧を発生す
る。デリバリパイプ５７内の燃圧は、リターンパイプ５
８の管路に介装された第２燃圧レギュレータ５９によ
り、比較的高圧（以下、高燃圧と記す）に調圧される。
図中、６０は第２燃圧レギュレータ５９に取付けられた
電磁式の燃圧切換弁であり、オン状態で燃料をリリーフ
して、デリバリパイプ５７内の燃圧を低燃圧に低下させ
る。また、６１は高圧燃料ポンプ５５の潤滑や冷却等を
行った燃料を燃料タンク５０に還流させるリターンパイ
プである。

【００１８】車室内には、図示しない入出力装置，制御
プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置
（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等），中央処理装置（Ｃ
ＰＵ），タイマカウンタ等を具えた、ＥＣＵ（エンジン
制御ユニット）７０が設置されており、エンジン１の総
合的な制御を行う。ＥＣＵ７０の入力側には、上述した
各種のセンサ類等からの検出情報が入力する。ＥＣＵ７
０は、これらの検出情報に基づき、燃料噴射モードや燃
料噴射量を始めとして、点火時期やＥＧＲガスの導入量
等を決定し、燃料噴射弁４や点火コイル１９，ＥＧＲバ
ルブ４５等を駆動制御する。尚、ＥＣＵ７０には、その
入力側に図示しない多数のスイッチやセンサ類が接続す
る一方で、出力側にも各種警告灯や機器類等が接続して
いる。

【００１９】次に、エンジン制御の基本的な流れを説明
する。冷機時において、運転者がイグニッションキーを
オン操作すると、ＥＣＵ７０は、低圧燃料ポンプ５１と
燃圧切換弁６０をオンにして、燃料噴射弁４に低燃圧の
燃料を供給する。これは、エンジン１の停止時やクラン
キング時には、高圧燃料ポンプ５５が全くあるいは不完
全にしか作動しないため、要求燃料噴射量を低圧燃料ポ
ンプ５１の吐出圧と燃料噴射弁４の開弁時間とから得る
しかないためである。次に、運転者がイグニッションキ
ーをスタート操作すると、図示しないセルモータにより
エンジン１がクランキングされ、同時にＥＣＵ７０によ
る燃料噴射制御が開始される。この時点では、ＥＣＵ７
０は、前期噴射モードを選択し、比較的リッチな空燃比
となるように燃料を噴射する。これは、冷機時には燃料
の気化率が低いため、後期噴射モード（すなわち、圧縮
行程）で噴射を行った場合、失火や未燃燃料（ＨＣ）の
排出が避けられないからである。また、ＥＣＵ７０は、
始動時にはＡＢＶ２７を閉鎖するため、燃焼室５への吸
入気はスロットルバルブ２８の隙間やＩＳＣＶ２４から
供給される。尚、ＩＳＣＶ２４とＡＢＶ２７とは、ＥＣ
Ｕ７０により一元管理されており、スロットルバルブ２
８を迂回する吸入気（バイパスエア）の必要導入量に応
じてそれぞれの開弁量が決定される。

【００２０】始動が完了してエンジン１がアイドル運転
を開始すると、高圧燃料ポンプ５５が定格の吐出作動を
始めるため、ＥＣＵ７０は、燃圧切換弁６０をオフにし
て燃料噴射弁４に高圧の燃料を供給する。この際には、
当然のことながら、要求燃料噴射量は高圧燃料ポンプ５
５の吐出圧と燃料噴射弁４の開弁時間とから得ることが
できる。そして、冷却水温Ｔwが所定値に上昇するまで
は、ＥＣＵ７０は、始動時と同様に前期噴射モードを選
択して燃料を噴射すると共に、ＡＢＶ２７も継続して閉
鎖する。また、エアコン等の補機類の負荷の増減に応じ
たアイドル回転数の制御は、吸気管噴射型と同様にＩＳ
ＣＶ２４によって行われる。更に、所定サイクルが経過
してＯ₂センサ４０が活性化されると、ＥＣＵ７０は、
Ｏ₂センサ４０の出力電圧に応じて空燃比フィードバッ
ク制御を開始し、有害排出ガス成分を三元触媒４２によ
り浄化させる。このように、冷機時においては、吸気管
噴射型と略同様の燃料噴射制御が行われるが、吸気管１
３の壁面への燃料滴の付着等がないため、制御の応答性
や精度は高くなる。

【００２１】エンジン１の暖機が終了すると、ＥＣＵ７
０は、吸気管圧力Ｐbやスロットル開度θTH等から得た
目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとに基づき、
図３の燃料噴射制御マップから現在の燃料噴射制御領域
を検索し、燃料噴射モードと燃料噴射量と燃料の噴射時
期とを決定して燃料噴射弁４を駆動する他、ＡＢＶ２７
やＥＧＲバルブ４５の開閉制御等も行う。尚、当然のこ
とであるが、燃料噴射量は燃料噴射弁４の開弁時間幅と
比例関係にある。

【００２２】例えば、アイドル運転時や低速走行時等の
低負荷域は図３中の後期噴射リーン域となるため、ＥＣ
Ｕ７０は、後期噴射モードを選択すると共にＡＢＶ２７
を開放し、リーンな平均空燃比（本実施形態では、30〜
40程度）となるように燃料を噴射する。この時点では燃
料の気化率が上昇すると共に、図４に示したように吸気
ポート１３から流入した吸気流が矢印で示す逆タンブル
流８０を形成するため、燃料噴霧８１がピストン７のキ
ャビティ８内に保存される。その結果、点火時点におい
て点火プラグ３の周囲には理論空燃比近傍の混合気が層
状に形成されることになり、全体としてリーンな空燃比
でも着火が可能となる。これにより、ＣＯやＨＣの排出
が極く少量に抑えられると共に、ポンピングロスの低減
も相俟って燃費が大幅に向上する。そして、補機負荷等
の増減に応じたアイドル回転数の制御は、燃料噴射量を
増減させることにより行うため、制御応答性も非常に高
くなる。また、ＥＣＵ７０は、この制御領域ではＥＧＲ
バルブ４５を開放し、燃焼室５内に大量（本実施形態で
は、30％以上）のＥＧＲガスを導入することにより、Ｎ
Ｏ_Xも大幅に低減させる。

【００２３】また、定速走行時等の中負荷域は、その負
荷状態やエンジン回転速度Ｎeに応じて、図３中の前期
噴射リーン域あるいはストイキオフィードバック域とな
るため、ＥＣＵ７０は、前期噴射モードを選択すると共
に、所定の空燃比となるように燃料を噴射する。すなわ
ち、前期噴射リーン域では、比較的リーンな空燃比（本
実施形態では、20〜23程度）となるようにＡＢＶ２７の
開弁量と燃料噴射量とを制御し、ストイキオフィードバ
ック域では、ＡＢＶ２７とＥＧＲバルブ４５とを開閉制
御すると共に、Ｏ₂センサ４０の出力電圧に応じて空燃
比フィードバック制御を行う。この場合、図５に示した
ように吸気ポート１３から流入した吸気流が逆タンブル
流８０を形成するため、逆タンブル流８０による乱れの
効果により、リーンな空燃比でも着火が可能となる。
尚、ＥＣＵ７０は、この制御領域でもＥＧＲバルブ４５
を開放し、燃焼室５内に適量のＥＧＲガスを導入するこ
とにより、リーンな空燃比において発生するＮＯ_Xが大
幅に低減する。また、ストイキオフィードバック域で
は、比較的高い圧縮比により大きな出力が得られると共
に、有害排出ガス成分が三元触媒４２により浄化され
る。

【００２４】そして、急加速時や高速走行時等の高負荷
域は図３中のオープンループ制御域となるため、ＥＣＵ
７０は、前期噴射モードを選択すると共にＡＢＶ２７を
閉鎖し、スロットル開度θTHやエンジン回転速度Ｎe 等
に応じて、比較的リッチな空燃比となるように燃料を噴
射する。この際には、圧縮比が高いことや吸気流が逆タ
ンブル流８０を形成することの他、吸気ポート１３が燃
焼室５に対して略直立しているため、慣性効果によって
も高い出力が得られる。

【００２５】更に、中高速走行中の惰行運転時は図３中
の燃料カット域となるため、ＥＣＵ７０は、燃料噴射を
停止する。これにより、燃費が向上すると同時に、有害
排出ガス成分も全く排出されなくなる。尚、燃料カット
は、エンジン回転速度Ｎeが復帰回転速度より低下した
場合や、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場合には
即座に中止される。

【００２６】次に、図６，図７を参照して、前期噴射モ
ードにおける燃料噴射開始時期の設定手順を説明する。
図６の模式図において、燃料噴射弁４の噴射軸線ＬIの
シリンダ軸線ＬＣに対する傾きをα、上死点位置でのピ
ストン７（二点鎖線で示す）と燃料噴射弁４との垂直方
向距離をｄ、燃料噴霧８１の速度をＶ、クランク軸９０
の回転半径とシリンダ軸線ＬＣとの交角をそれぞれｒ，
θ、コネクティングロッド９１の長さとシリンダ軸線Ｌ
Ｃとの交角をそれぞれｌ，φ、クランク軸９０の角速度
をω、燃料噴射開始時期をｔx、λ＝ｒ／ｌとすると、
時刻ｔにおける燃料噴霧８１の先端とピストン７の頂面
との垂直方向距離Ｄは下式により得られる。尚、燃料噴
射開始時期ｔxと時刻ｔとは、共にピストン７が上死点
位置にいた時点からの経過時間である。また、同図にお
いては、演算が煩雑になることを避けるため、ピストン
７の頂面を平坦なものとした。

【００２７】Ｄ＝ｄ・cosα＋ｒ＋ｌ−ｒ（cosωｔ＋1/
λ・（１−λ²sin²ωｔ）^1/2）−cosα・Ｖ（ｔ−ｔx）燃料噴霧８１がピストン７に付着しないためには、垂直
方向距離Ｄが正の値でなければならないため、その最小
値をＤminとすると、下式が成立するように燃料噴射開
始時期ｔxを設定すればよいことになる。ここで、Ｄxは
製造誤差等を見込んだマージンである。

【００２８】Ｄmin＝Ｄx このようにして決定した燃料噴射開始時期ｔxに基づき
燃料噴射弁４を駆動すれば、図７に示すように、低回転
時（実線で示す）においても、高回転時（二点鎖線で示
す）においても、燃料噴霧８１がピストン７に付着しな
い範囲で燃料を早期に噴射することができる。これによ
り、本実施形態では、各回転域において、従来の筒内噴
射ガソリンエンジンに比べて、高い充填効率と良好な混
合気とを得ることが可能となった。

【００２９】次に、本実施形態における前期および後期
噴射モードの燃料噴射時期の制御内容について説明す
る。ＥＣＵ７０には、少なくとも前期噴射モードと後期
噴射モードとにおける噴射終了時期がそれぞれ記憶され
た記憶手段（ＲＯＭ）が設けられている。記憶手段にお
ける前期噴射モードの噴射終了時期は、上述した通り燃
料噴射弁４による燃料噴霧８１がピストン７の頂面に付
着しないように考慮された噴射時期ｔxとエンジン１の
負荷状態および回転速度により予め決まる噴射時間（燃
料噴射弁４の開弁時間）に基づいて設定されている。ま
た、後期噴射モードの噴射終了時期はピストン７の頂面
に形成されたキャビティ８に供給される燃料噴霧が点火
までの間に十分霧化されるように設定されている。エン
ジン１の負荷状態および回転速度によりその運転状態が
低負荷域か中負荷域かが判定され、低負荷域であれば後
期噴射モードにおける噴射終了時期が、中負荷域であれ
ば前期噴射モードにおける噴射終了時期が、記憶手段か
ら現在のエンジン１の運転状態に合った噴射終了時期が
読み出される。そして、その噴射終了時期と、その時の
運転状態（負荷状態や回転速度等）により噴射時間が演
算され、噴射開始時期が決まる。その噴射開始時期の出
力により燃料噴射弁４が駆動され、燃料が噴射される。

【００３０】このように、前期噴射モードおよび後期噴
射モードに合った燃料噴射時期で燃料噴射弁４を駆動す
ることで、各運転域における適切な噴射が可能となり、
出力と燃費との両立が図られる。また、各噴射モードで
は共に噴射終了時期から噴射開始時期を決めているた
め、特に特定運転状態に伴う次行程での燃料噴射が防止
され、燃費悪化等の問題も生じなくなる。更に、各噴射
モード毎に噴射時期を開始、あるいは終了と別々に設定
する制御より、各噴射モード間の燃料噴射タイミングの
切換えに伴う制御の複雑化等が防止されるという効果も
奏する。

【００３１】尚、本実施形態では、噴射終了時期から噴
射開始時期を設定する場合について言及したが、本発明
のポイントはピストンの頂面に燃料が付着しないように
前期噴射開始時期を設定することであるため、前期噴射
モードおよび後期噴射モードにおいて噴射開始時期デー
タを予め記憶手段に記憶させておき、噴射終了時期が特
定運転状態で次行程まで燃料噴射弁が開弁しない等の制
限を設けた制御を行ってもよい。これにより、上記と同
様に、各噴射モード間の燃料噴射タイミングの切換えに
伴う制御の複雑化等が防止されるという効果も奏する。
また、各噴射モード毎に記憶手段に記憶させるデータを
噴射開始時期、噴射終了時期とをそれぞれ別々に設定し
てもよい。すなわち、前期噴射モードでは、ピストンの
頂面に燃料が付着しない範囲で噴射開始時期を設定する
ことが好ましいため、噴射開始時期データを予め記憶手
段に記憶させておき、後期噴射モードでは、噴射燃料が
十分に霧化するための時間を噴射終了後に確保すること
が好ましいため、噴射終了時期データを予め記憶手段に
記憶させておき、エンジンの運転状態が前期噴射モード
であれば、記憶手段の噴射開始時期データに基づいて燃
料噴射弁を開弁させ、後期噴射モードであれば、記憶手
段の噴射終了時期データとその時の運転状態で決まる燃
料噴射量とから噴射開始時期を演算し、その結果に基づ
いて燃料噴射弁を開弁させるようにしてもよい。これに
より、各噴射モードにおける燃料噴射時期を適正化する
ことができ、燃費を向上させることが可能となる。

【００３２】以上で、具体的実施形態の説明を終える
が、本発明の態様はこの実施形態に限るものではない。
例えば、上記実施形態は本発明を直列４気筒の筒内噴射
ガソリンエンジンに適用したものであるが、単気筒エン
ジンやＶ型６気筒エンジン等、気筒数やその配列が異な
る種々のエンジンに適用してもよいし、メタノール等の
ガソリン以外の燃料を使用するエンジンに適用してもよ
いし、後期噴射モードを備えない筒内噴射ガソリンエン
ジンに適用してもよい。更に、制御システムの具体的構
成等については、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更
することが可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明の請求項１によれば、ピストンが
吸入行程前期にあるときにその噴射軸線が当該ピストン
の頂面に向くように配設された燃料噴射弁と、当該燃料
噴射弁の燃料噴射時期を制御する噴射時期制御手段とを
有し、少なくとも、主として吸気行程で燃料噴射が行わ
れる前期噴射モードに基づき、燃焼室内に燃料が直接噴
射される筒内噴射型火花点火式内燃機関において、前記
噴射時期制御手段は、当該前期噴射モードでは、前記燃
料噴射弁から噴射される燃料が当該ピストンの頂面に付
着しないように前記燃料噴射時期を設定するようにした
ため、燃料の気化に起因する充填効率の低下がなくな
り、所期の出力を確保できる。

【００３４】また、請求項２によれば、請求項１の筒内
噴射型火花点火式内燃機関において、前記噴射時期制御
手段は、所定の負荷レベル以上の負荷領域でのみ、前期
噴射モードでの前記燃料噴射時期の設定を行う一方、前
記所定の負荷レベル未満の負荷領域では、主として圧縮
行程で燃料噴射が行われる後期噴射モードでの燃料噴射
時期の設定を行うようにしたため、出力と燃費とを両立
させることができる。

【００３５】また、請求項３によれば、前記噴射時期制
御手段は、エンジン回転速度が高くなる程、噴射開始時
期を早めるようにしたため、充填効率の低下を防ぎつ
つ、良好な混合気が生成される時間を確保できる。ま
た、請求項４によれば、請求項２の筒内噴射型火花点火
式内燃機関において、前記噴射時期制御手段は、前期噴
射モードにおける噴射開始時期データと、後期噴射モー
ドにおける噴射終了時期データとを記憶する記憶手段を
備え、当該噴射時期制御手段は、前期噴射モードである
場合、前記記憶手段の噴射開始時期データに基づいて燃
料噴射弁を開弁させ、後期噴射モードである場合、前記
記憶手段の噴射終了時期データと燃料噴射量とにより噴
射開始時期を演算し、その結果に基づいて燃料噴射弁を
開弁させるようにしたため、各噴射モードにおいて適正
な燃料噴射時期を設定することができ、燃焼状態を向上
させることができる。

【００３６】また、請求項５によれば、請求項２の筒内
噴射型火花点火式内燃機関において、前記噴射時期制御
手段は、前期噴射モードおよび後期噴射モードにおける
噴射開始時期データ、あるいは噴射終了時期データの何
れかを記憶する記憶手段を備え、当該噴射時期制御手段
は、前記記憶手段が噴射開始時期データを記憶している
場合、当該噴射開始時期データに基づいて燃料噴射弁を
開弁させ、前記記憶手段が噴射終了時期データを記憶し
ている場合、当該噴射終了時期データと燃料噴射量とに
より噴射開始時期を演算し、その結果に基づいて燃料噴
射弁を開弁させるようにしたため、各噴射モード間の燃
料噴射タイミングの切換えによる制御の複雑化を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジン制御システムの一実施形
態を示す概略構成図である。

【図２】実施形態に係る筒内噴射ガソリンエンジンの縦
断面図である。

【図３】実施形態に係る燃料噴射制御マップである。

【図４】実施形態における後期噴射モード時の燃料噴射
形態を示す説明図である。

【図５】実施形態における前期噴射モード時の燃料噴射
形態を示す説明図である。

【図６】燃料噴霧とピストンの運動とを示す模式図であ
る。

【図７】燃料噴霧の先端とピストンの頂面との位置関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１エンジン２シリンダヘッド４燃料噴射弁５燃焼室６シリンダ７ピストン８１燃料噴霧ＬI 噴射軸線Ｄ燃料噴霧の先端とピストンの頂面との垂直方向距
離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンが吸入行程前期にあるときにそ
の噴射軸線が当該ピストンの頂面に向くように配設され
た燃料噴射弁と、当該燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御
する噴射時期制御手段とを有し、少なくとも、主として
吸気行程で燃料噴射が行われる前期噴射モードに基づ
き、燃焼室内に燃料が直接噴射される筒内噴射型火花点
火式内燃機関において、前記噴射時期制御手段は、当該前期噴射モードでは、前
記燃料噴射弁から噴射される燃料が当該ピストンの頂面
に付着しないように前記燃料噴射時期を設定することを
特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関。
【請求項２】前記噴射時期制御手段は、所定の負荷レ
ベル以上の負荷領域でのみ、前期噴射モードでの前記燃
料噴射時期の設定を行う一方、前記所定の負荷レベル未
満の負荷領域では、主として圧縮行程で燃料噴射が行わ
れる後期噴射モードでの燃料噴射時期の設定を行うこと
を特徴とする、請求項１記載の筒内噴射型火花点火式内
燃機関。
【請求項３】前記噴射時期制御手段は、エンジン回転
速度が高くなる程、噴射開始時期を早めることを特徴と
する、請求項１記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関。
【請求項４】前記噴射時期制御手段は、前期噴射モー
ドにおける噴射開始時期データと、後期噴射モードにお
ける噴射終了時期データとを記憶する記憶手段を備え、当該噴射時期制御手段は、前期噴射モードである場合、
前記記憶手段の噴射開始時期データに基づいて燃料噴射
弁を開弁させ、後期噴射モードである場合、前記記憶手
段の噴射終了時期データと燃料噴射量とにより噴射開始
時期を演算し、その結果に基づいて燃料噴射弁を開弁さ
せるようにしたことを特徴とする、請求項２記載の筒内
噴射型火花点火式内燃機関。
【請求項５】前記噴射時期制御手段は、前期噴射モー
ドおよび後期噴射モードにおける噴射開始時期データ、
あるいは噴射終了時期データの何れかを記憶する記憶手
段を備え、当該噴射時期制御手段は、前記記憶手段が噴射開始時期
データを記憶している場合、当該噴射開始時期データに
基づいて燃料噴射弁を開弁させ、前記記憶手段が噴射終
了時期データを記憶している場合、当該噴射終了時期デ
ータと燃料噴射量とにより噴射開始時期を演算し、その
結果に基づいて燃料噴射弁を開弁させるようにしたこと
を特徴とする、請求項２記載の筒内噴射型火花点火式内
燃機関。