JPH11101143A

JPH11101143A - 筒内噴射式エンジン

Info

Publication number: JPH11101143A
Application number: JP9264465A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Kudo; 秀俊工藤; Muneyuki Oota; 統之太田; Masashi Maruhara; 正志丸原; Hiroyuki Yamashita; 洋幸山下
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンが高負荷高回転の運転領域にある場
合に燃費を改善して高出力が得られるようにする。【解決手段】燃料を直接燃焼室内に噴射するインジェ
クタを備え、エンジンが高負荷の運転領域にあるときに
吸気行程で燃料を噴射することにより、混合気を均一化
させた状態で均一燃焼させるように構成された筒内噴射
式エンジンにおいて、上記均一燃焼を実行する領域でエ
ンジンが高回転の運転領域にあるときに、燃料の噴射開
始時期を排気行程の後半に設定するように燃料の噴射状
態を制御する燃料制御手段１８を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を直接燃焼室
内に噴射するインジェクタを備えた筒内噴射式エンジン
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平７−１１９５０７号
公報に示されるように、エンジンの低負荷時に圧縮行程
の後半から燃料の噴射を開始して成層燃焼を実行し、か
つエンジンの高負荷時に吸気行程の前半から燃料の噴射
を開始して均一燃焼を実行するように構成された筒内噴
射式エンジンにおいて、上記均一燃焼を実行するエンジ
ンの運転領域における低回転時、つまり高負荷低回転時
に、吸気行程で燃料を複数回に分割して噴射することに
より、一回当りに噴射される燃料の噴射量を少なくして
この燃料を効果的に霧化拡散させ、良好に均一燃焼させ
てスモークの発生を防止することが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載された
エンジンは、高負荷低回転の運転領域で吸気行程の前半
から必要燃料量の半分を噴射し、残りの半分を吸気行程
の末期に噴射することにより、燃料を良好に均一燃焼さ
せて排気ガス中にスモークが発生するのを防止すること
ができるが、高負荷高回転の運転領域においてエンジン
の出力を増大させるという点について考慮されておら
ず、燃費を改善して高出力が得られるようにする上で改
良の余地がある。

【０００４】すなわち、エンジンが上記高負荷高回転の
運転領域にある場合には、燃料の噴射量が著しく多いと
ともに、燃料の噴射時点から点火時点までの時間が極め
て短いため、吸気行程の早い時期から燃料の噴射を開始
したとしても、燃料を充分に気化および霧化させること
が困難となる。そして、燃料の気化が不充分となること
により、燃料の気化熱に応じて燃料室内における吸気の
温度を低下させる効果が困難となって吸気の充填量が低
下するため、エンジン出力を効果的に増大することがで
きないという問題があった。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑み、エンジ
ンが高負荷高回転の運転領域にある場合に燃費を改善し
て高出力が得られる筒内噴射式エンジンを提供するもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
燃料を直接燃焼室内に噴射するインジェクタを備え、エ
ンジンが高負荷の運転領域にあるときに吸気行程で燃料
を噴射することにより、混合気を均一化させた状態で均
一燃焼させるように構成された筒内噴射式エンジンにお
いて、上記均一燃焼を実行する領域内でエンジンが高回
転の運転領域にあるときに、排気行程の後半から燃料の
噴射を開始するように燃料の噴射状態を制御する燃料制
御手段を備えたものである。

【０００７】上記構成によれば、均一燃焼を実行する高
負荷の運転領域において、エンジン回転数が高回転の運
転領域にあるときに、排気行程の後期から燃料の噴射が
開始されることにより、燃料の噴射時点から点火時点ま
での時間が充分に確保され、燃料が確実に気化および霧
化した状態で、上記均一燃焼が適正に実行されることに
なる。

【０００８】請求項２に係る発明は、上記請求項１記載
の筒内噴射式エンジンにおいて、燃焼室周縁の吸気ポー
ト側から燃焼室内に燃料が噴射されるようにインジェク
タを設置したものである。

【０００９】上記構成によれば、インジェクタの噴射口
が燃焼室周縁の吸気ポート側に設置されているため、エ
ンジンの高負荷高回転領域で、排気行程の後期から噴射
された燃料が排気ポートに到達するまでに所定の時間が
経過して排気ポートが閉止されることになる。

【００１０】請求項３に係る発明は、上記請求項２記載
の筒内噴射式エンジンにおいて、燃焼室内の斜め下方に
向けて燃料が噴射されるようにインジェクタを設置した
ものである。

【００１１】上記構成によれば、燃料の噴射方向が斜め
下方に向けられているため、インジェクタから燃焼室内
に噴射された燃料が排気ポートに到達するまでの時間が
長くなり、この排気ポートに燃料が到達する前に、排気
ポートが閉止されることになる。

【００１２】請求項４に係る発明は、上記請求項３記載
の筒内噴射式エンジンにおいて、燃料の噴射角度を水平
方向に対して３０°以上傾斜させたものである。

【００１３】上記構成によれば、燃料の噴射方向が３０
°以上傾斜しているため、インジェクタから噴射された
燃料が排気ポートに到達するまでの時間がさらに長くな
り、この排気ポートに燃料が到達する前に、排気ポート
が確実に閉止されることになる。

【００１４】請求項５に係る発明は、上記請求項１〜請
求項４のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンにおい
て、上記均一燃焼を実行する領域内で、エンジンが低回
転の運転領域にあるときに、吸気行程で燃料を分割して
噴射するように構成したものである。

【００１５】上記構成によれば、均一燃焼を実行する高
負荷の運転領域において、エンジン回転数が低い運転領
域にある場合には、吸気行程の前期から中期等にかけて
の範囲内で燃料が複数回に分割されて噴射されることに
より、吸気の充填量が充分に確保されるとともに、混合
気が効果的に均一化された状態で適正に燃焼することに
なる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明に係る
筒内噴射式エンジンの実施形態を示している。このエン
ジンは、シリンダヘッド１およびシリンダブロック２に
よって構成された複数のシリンダを有し、各シリンダ内
にピストン３がそれぞれ嵌挿されるとともに、その上方
に燃焼室４が形成されている。上記シリンダヘッド１に
は、燃焼室４に連通する吸気ポート５および排気ポート
６と、これらのポート５，６を開閉する吸気弁７および
排気弁８と、火花を発生して燃料を燃焼させる点火プラ
グ９と、上記燃焼室４内に直接燃料を噴射するインジェ
クタ１０とが設置されている。

【００１７】上記シリンダヘッド１の下面には、燃焼室
４を形成するペントルーフ型の凹部が設けられ、このペ
ントルーフ型凹部の傾斜面に上記吸気ポート５および排
気ポート６がそれぞれ開口している。そして、上記吸気
弁７および排気弁８が図外の動弁機構によって駆動され
ることにより、上記吸気ポート５および排気ポート６が
所定のタイミングで開閉されるようになっている。

【００１８】図１には上記吸気ポート５および排気ポー
ト６が１個ずつ表示されているが、これらの吸気ポート
５および排気ポート６は、図１の紙面と直交する方向に
それぞれ２個ずつ並列に配設されている。そして、上記
両吸気ポート５の一方には吸気の流れを制御する制御弁
が設けられ、この制御弁がステップモータ等からなるア
クチュエータにより駆動されて全閉または部分開放され
ることにより、両吸気ポート５の一方における吸気の流
通が制限された状態で、両吸気ポート５の他方に多く流
される吸気によって図２の破線で示すように、燃焼室４
の内周面に沿ったスワール（水平方向の渦流）が生成さ
れるようになっている。

【００１９】また、上記吸気ポート５は、その下流側部
が斜め下方に伸びるように形成され、この吸気ポート５
から燃焼室４内に流入する吸気によってタンブル（垂直
方向の渦流）が形成されるように構成されている。した
がって、上記制御弁の全閉時もしくは部分開放時には、
上記スワールとタンブルとが合成されることにより、斜
めスワールが燃焼室４内に生成されることになる。

【００２０】上記点火プラグ９は、燃焼室４の略中央部
に配設され、そのプラグ先端が燃焼室４に臨むように取
り付けられている。また、上記インジェクタ１０は、吸
気ポート５の設置部側に位置する燃焼室４の周縁部に取
り付けられるとともに、水平面に対して所定角度θ、例
えば２５〜５０°の範囲内で傾斜して設置されることに
より、このインジェクタ１０から燃焼室４内の斜め下方
に向けて燃料を噴射するように構成されている。

【００２１】上記インジェクタ１０は、図示を省略した
ニードル弁およびソレノイドを内蔵し、このソレノイド
に後述する燃料制御手段から出力されたパルス信号の入
力時点で、この信号のパルス幅に対応した量の燃料を、
例えば４０°以上に設定された比較的広い噴霧角度をも
って３〜１５ＭＰａの圧力で噴射するように構成されて
いる。

【００２２】ピストン３の頂部には、上記インジェクタ
１０の設置部側に位置する周縁部から、上記点火プラグ
９の設置部に対向する中央部にかけてキャビティ１１が
形成されている。そして、ピストン３が上昇する圧縮行
程の所定時期に噴射された燃料が上記キャビティ１１に
捕集されて点火プラグ９の周囲に運ばれるように、イン
ジェクタ１０の設置位置および傾斜角度と、キャビティ
１１の形成範囲と、点火プラグ９の設置位置との関係が
予め設定されている。

【００２３】上記エンジンには、図３に示すように、ク
ランク角を検出するクランク角センサ１２、アクセルペ
ダルの踏込量を検出するアクセルセンサ１３、吸入空気
量を検出するエアフローメータ１４およびエンジンの冷
却水温度を検出する水温センサ１５等からなる各種のセ
ンサ類が装備され、これらのセンサ類から出力された検
出信号がＥＣＵ１６に入力されるようになっている。こ
のＥＣＵ１６には、エンジンの運転状態判定手段１７
と、インジェクタ１０から噴射される燃料の噴射状態を
制御する燃料制御手段１８とが設けられている。

【００２４】上記運転状態判定手段１７は、各センサ類
の検出手段に応じてエンジンが図４に示す各運転領域の
いずれの領域に属するかを判定し、この判定信号を上記
燃料制御手段１８に出力するように構成されている。上
記運転領域は、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジントル
クＰｅに基づいて設定され、燃料の噴射量の少ない低負
荷低回転の運転領域Ａと、この低負荷低回転の運転領域
Ａ内で負荷および回転が比較的高い運転領域Ａ１と、燃
料噴射量が中程度である中負荷中回転領域の運転Ｂと、
この中負荷中回転の運転領域Ｂ内で負荷および回転が比
較的高い運転領域Ｂ１と、燃料の噴射量が多い高負荷の
運転領域Ｃと、この高負荷の運転領域Ｃ内において、負
荷が最大（アクセル開度が全開）で回転が低い運転領域
Ｃ１と、高負荷の運転領域Ｃ内において、負荷が最大で
回転が中程度の運転領域Ｃ２と、高負荷の運転領域Ｃ内
で、負荷および回転がそれぞれ最大である運転領域Ｃ３
とに区画されている。

【００２５】燃料噴射量の少ない上記低回転低負荷の運
転領域Ａにおいて負荷および回転が比較的高い運転領域
Ａ１以外の領域では、図５の（Ｉ）に示すように、圧縮
行程の中期から後期にかけての範囲内の所定時期、具体
的にはＢＴＤＣ３０°〜１２０°ＣＡ（圧縮上死点前の
クランク角３０°〜１２０°）の範囲内における所定時
期に、上記インジェクタ１０から燃焼室４内に燃料を一
括して噴射し、混合気をリーン状態で成層化して燃焼さ
せる成層燃焼を上記燃料制御手段１８において実行する
ように構成されている。上記運転領域Ａにおける成層燃
焼は、スロットル開度を大きくして吸気量を増大させ、
理論空燃比に比べて大幅なリーン状態とすることによっ
て実行される。

【００２６】また、上記低負荷低回転の運転領域Ａ内に
おいて負荷および回転が比較的高い領域Ａ１では、図５
の（II）に示すように、圧縮行程の前期から中期にかけ
ての所定範囲（ＢＴＤＣ６０°〜１８０°ＣＡ）内の時
期と、圧縮行程の中期から後期にかけて所定範囲（ＢＴ
ＤＣ３０°〜１２０°ＣＡ）内の時期とに分割して燃料
ａ，ｂを噴射し、かつスロットル開度を大きくすること
により、混合気をリーン状態で成層化して燃焼させる成
層燃焼を上記燃料制御手段１８において実行するように
構成されている。

【００２７】また、燃料の噴射量が中程度である上記中
負荷中回転の運転領域Ｂにおいて負荷および回転が比較
的高い運転領域Ｂ１以外の領域では、図５の（III）に
示すように、吸気行程の所定範囲（ＢＴＤＣ２００°〜
３６０°ＣＡ）内の時期と、圧縮行程の所定範囲（ＢＴ
ＤＣ３０°〜１２０°ＣＡ）内の時期とに分割して燃料
を噴射し、かつスロットル開度を大きくすることによ
り、混合気をリーン状態で弱成層化して燃焼させるよう
に構成されている。

【００２８】また、上記中負荷中回転の運転領域Ｂ内で
負荷および回転が比較的高い運転領域Ｂ１では、図５の
（IV）に示すように、吸気行程の所定範囲（ＢＴＤＣ２
００°〜３６０°ＣＡ）内の時期に燃料を一括して噴射
し、かつスロットル開度を大きくすることにより、混合
気をリーン状態で均一化して燃焼させる均一燃焼を上記
燃料制御手段１８において実行するように構成されてい
る。

【００２９】また、燃料の噴射量が多い上記高負荷の運
転領域Ｃにおいて負荷が最大となる運転領域Ｃ１〜Ｃ３
以外の領域では、上記運転領域Ｂ１と同様に、吸気行程
の所定時期に燃料を一括して噴射し、かつ空気過剰率が
１である理論空燃比下で燃料を均一化して燃焼させる均
一燃焼を上記燃料制御手段１８において実行するように
構成されている。

【００３０】さらに、高負荷の運転領域Ｃ内において、
負荷が最大で回転が低い運転領域Ｃ１では、図５の
（Ｖ）に示すように、吸気行程の前期から中期かけての
所定範囲（ＢＴＤＣ２２０°〜３６０°ＣＡ）内の時期
と、吸気行程の前期から中期かけての所定範囲（ＢＴＤ
Ｃ２４０°〜３６０°ＣＡ）内の時期とに分割して燃料
ａ，ｂを噴射し、混合気をエンリッチ状態で均一化して
燃焼させるように構成されている。上記領域Ｃ１で燃料
を分割して噴射する際には、後に噴射される燃料ｂの噴
射量が、総噴射量の４〜６割の範囲内となるように燃料
の噴射量が制御され、好ましくは先に噴射される燃料ａ
の噴射量が、後に噴射される燃料ｂの噴射量に比べて大
きな値に設定されるようになっている。

【００３１】また、エンジンが高負荷の運転領域Ｃ内に
おいて、負荷が最大で回転が中程度の運転領域Ｃ２で
は、上記領域Ｂ１および領域Ｃと同様に、吸気行程の所
定時期に燃料を一括して噴射し、かつ混合気をエンリッ
チ状態で均一化して燃焼させるように構成されている。

【００３２】さらに、高負荷の運転領域Ｃ内で、負荷お
よび回転がそれぞれ最大である運転領域Ｃ３では、図５
の（VI）に示すように、排気行程の後半（ＢＴＤＣ３６
０°〜４４０°ＣＡ）の所定時期から燃料の噴射を開始
し、燃料を一括して噴射することにより、混合気をエン
リッチ状態で均一化して燃焼させる均一燃焼を上記燃料
制御手段１８において実行するように構成されている。

【００３３】上記燃料制御手段１８において実行される
制御動作を図６および図７に示すフローチャートに基づ
いて説明する。上記制御動作がスタートすると、まず水
温センサ１５によって検出されたエンジンの冷却水温度
に応じ、排気通路に設けられた排気ガス浄化用の触媒が
非活性化状態にある可能性が高い冷間運転状態にあるか
否かを判定し（ステップＳ１）、ＹＥＳと判定された場
合には、上記触媒の暖機を促進する冷間時の燃焼制御を
実行する（ステップＳ２）。

【００３４】すなわち、上記冷間運転状態において触媒
温度が低いことが確認された場合に、燃料を吸気行程と
圧縮行程とに分割して噴射し、点火プラグ周囲の混合気
を理論空燃比またはこれよりもリッチな状態とするとと
もに、燃焼室４の全体を略理論空燃比とすることによ
り、触媒による排気ガスの浄化作用が充分に得られない
エンジンの冷間運転時に、ＨＣ、ＮＯｘの排出量を低減
しつつ、排気ガス温度を上昇させて上記触媒の暖機を促
進するように燃料の噴射状態を制御する。

【００３５】また、上記ステップＳ１でＮＯと判定さ
れ、エンジンが冷間運転状態にないことが確認された場
合には、上記アクセルセンサ１３の検出信号に応じてエ
ンジンが所定の加速運転状態にあるか否かを判定し（ス
テップＳ３）、ＹＥＳと判定された場合には、アクセル
ペダルが急激に大きく踏み込まれて吸入空気量が増大す
ることに起因した失火の発生を防止する加速時の燃焼制
御を実行する（ステップＳ４）。

【００３６】すなわち、吸気行程で燃料の噴射が行われ
る均一燃焼領域を有する筒内噴射式エンジンにおいて、
燃料噴射の開始時点における前後で吸入空気量の検出値
に基づく吸気充填量の演算を行い、噴射開始時点で算出
された吸気充填量に応じて上記燃料の噴射量を決定する
とともに、噴射前の時点で算出された吸気充填量よりも
噴射後の時点で算出された吸気充填量が多い場合に、そ
の増大分に見合う量の燃料を圧縮行程の前半中に追加噴
射するように構成することにより、吸気充填量の増大に
起因する空燃比の過大化を防ぎ、ひいてはエンジンの失
火等を防止するように燃焼状態を制御する。

【００３７】また、上記ステップＳ３でＮＯと判定さ
れ、エンジンが通常運転状態にあることが確認された場
合には、エンジン回転数とアクセル開度とをパラメータ
とするマップから読出されたエンジンの出力軸トルク、
つまりエンジントルクＰｅが、予め設定された第１基準
値Ｐ１よりも小さいか否かを判定することにより、燃料
噴射量の少ない低負荷低回転の運転領域Ａにあるか否か
を判別する（ステップＳ５）。

【００３８】上記ステップＳ５でＹＥＳと判定された場
合には、エンジントルクＰｅが、上記第１基準値Ｐ１以
下の範囲内で予め設定された第２基準値Ｐ２よりも大き
いか否かを判定することにより、上記低負荷低回転の運
転領域Ａでエンジンの負荷および回転が比較的高い運転
領域Ａ１にあるか否かを判別する（ステップＳ６）。上
記ステップＳ６でＮＯと判定され、エンジンが低負荷低
回転の運転領域Ａ内で上記領域Ａ１以外の運転領域にあ
ることが確認された場合には、図５の（Ｉ）に示すよう
に、圧縮行程の中期から後期にかけての範囲内の所定時
期に、上記インジェクタ１０から燃焼室４内に燃料を一
括して噴射し、混合気をリーン状態で成層化して燃焼さ
せる成層燃焼を実行する（ステップＳ７）。

【００３９】また、上記ステップＳ６でＹＥＳと判定さ
れ、エンジンが低負荷低回転の運転領域Ａ内で負荷およ
び回転が比較的高い運転領域Ａ１にあることが確認され
た場合には、図５の（II）に示すように、圧縮行程の前
期から中期にかけての範囲内の所定時期と、圧縮行程の
中期から後期にかけての範囲内の所定時期とに分割して
燃料ａ，ｂを噴射し、混合気をリーン状態で成層化して
燃焼させる成層燃焼を実行する（ステップＳ８）。

【００４０】上記ステップＳ５でＮＯと判定され、エン
ジントルクＰｅが上記第１基準値Ｐ１よりも大きいこと
が確認された場合には、エンジントルクＰｅが、上記第
１基準値Ｐ１よりも大きな値に設定された第４基準値Ｐ
４よりも小さいか否かを判定することにより、燃料噴射
量が中程度である中負荷中回転の運転領域Ｂにあるか否
かを判定する（ステップＳ９）。

【００４１】上記ステップＳ９でＹＥＳと判定された場
合には、エンジントルクＰｅが、上記第１基準値Ｐ１よ
りも大きく、かつ第４基準値Ｐ４よりも小さな値に予め
設定された第３基準値Ｐ３よりも大きいか否かを判定す
ることにより、エンジンが中負荷中回転の運転領域Ｂ内
で負荷および回転が比較的高い運転領域Ｂ１にあるか否
かを判別する（ステップＳ１０）。上記ステップＳ１０
でＮＯと判定され、エンジンが中負荷中回転の運転領域
Ｂで上記領域Ｂ１以外の運転領域にあることが確認され
た場合には、図５の（III）に示すように、圧縮行程の
所定時期と、吸気行程の所定時期とに分割して燃料を噴
射し、混合気をリーン状態で弱成層化して燃焼させる弱
成層化燃焼を実行する（ステップＳ１１）。

【００４２】また、上記ステップＳ１０でＹＥＳと判定
され、エンジンが上記中負荷中回転の運転領域Ｂ内で負
荷および回転が比較的高い運転領域Ｂ１にあることが確
認された場合には、図５の（IV）に示すように、吸気行
程の所定時期に燃料を一括して噴射し、かつ空燃比を理
論空燃比よりもリーン状態とするように燃料噴射量およ
びスロットル開度を制御することにより、混合気をリー
ン状態で均一化して燃焼させる均一燃焼を上記燃料制御
手段１８において実行する（ステップＳ１２）。

【００４３】また、上記ステップＳ９でＮＯと判定さ
れ、エンジントルクＰｅが上記第４基準値Ｐ４よりも大
きい高負荷の運転領域Ｃにあることが確認された場合に
は、上記アクセルセンサ１３の検出信号に応じてアクセ
ルが全開状態にあるか否か、つまりエンジン負荷が最大
領域にあるか否かを判定する（ステップＳ１３）。この
ステップＳ１３でＮＯと判定され、高負荷の運転領域Ｃ
内においてアクセル開度が全開状態にないことが確認さ
れた場合には、吸気行程の所定時期に燃料を一括して噴
射し、かつ理論空燃比とするように燃料噴射量およびス
ロットル開度を制御することにより、空気過剰率が１で
ある理論空燃比下で燃料を均一化して燃焼させる均一燃
焼制御を実行する（ステップＳ１４）。

【００４４】また、上記ステップＳ１３でＹＥＳと判定
され、アクセル開度が全開状態であることが確認された
場合には、エンジン回転数Ｎｅが予め設定された第１基
準値Ｎ１、例えば３０００ｒｐｍ未満か否かを判定する
（ステップＳ１５）。このステップＳ１５でＹＥＳと判
定され、エンジンの高負荷領域Ｃ内において、負荷が最
大で回転が低い運転領域Ｃ１にあることが確認された場
合には、図５の（Ｖ）に示すように、吸気行程の前期か
ら中期かけての範囲内の所定時期に燃料を分割して噴射
し、かつ空燃比を理論空燃比よりもリッチ状態とするよ
うに燃料の噴射量を制御することにより、混合気をエン
リッチ状態で均一化して燃焼させるように燃焼状態を制
御する（ステップＳ１６）。

【００４５】上記ステップＳ１５でＮＯと判定され、エ
ンジン回転数Ｎｅが上記第１基準値Ｎ１以上であること
が確認された場合には、エンジン回転数Ｎｅが、上記第
１基準値Ｎ１よりも大きな値に設定された第２基準値Ｎ
２、例えば５５００ｒｐｍよりも大きい高回転の運転状
態にあるか否かを判定する（ステップＳ１７）。このス
テップＳ１７でＮＯと判定され、高負荷の運転領域Ｃ内
において、負荷が最大で回転が中程度の運転領域Ｃ２に
あることが確認された場合には、吸気行程の所定時期に
燃料を一括して噴射し、かつ空燃比を理論空燃比よりも
リッチ状態とするように燃料の噴射量を制御することに
より、混合気をエンリッチ状態で均一化して燃焼させる
ように制御する（ステップＳ１８）。

【００４６】また、上記ステップＳ１７でＹＥＳと判定
され、高負荷の運転領域Ｃ内で、負荷および回転がそれ
ぞれ最大である運転領域Ｃ３にあることが確認された場
合には、図５の（VI）に示すように、排気行程の後半の
所定時期から燃料の噴射を開始するとともに、吸気行程
の前半に亘る範囲内で燃料を一括して噴射し、かつ空燃
比を理論空燃比よりもリッチ状態とするように燃料の噴
射量を制御することにより、混合気をエンリッチ状態で
均一化して燃焼させる均一燃焼制御を上記燃料制御手段
１８において実行する（ステップＳ１９）。

【００４７】上記のように燃料を直接燃焼室４内に噴射
するインジェクタ１０を備え、エンジンが高負荷の運転
領域Ｃにあるときに吸気行程で上記インジェクタ１０か
ら燃料を噴射することにより、混合気を均一化させた状
態で均一燃焼させるように構成された筒内噴射式エンジ
ンにおいて、上記均一燃焼を実行する領域Ｃでエンジン
が高回転の運転領域Ｃ３にあるときに、燃料の噴射開始
時期を排気行程の後半に設定し、この排気行程の後半か
ら燃料の噴射を開始するように構成したため、燃料の噴
射時点から点火時点までの時間を充分に確保し、燃料を
確実に気化および霧化した状態で燃焼させることによ
り、燃費を改善しつつ、エンジン出力を効果的に増大す
ることができる。

【００４８】すなわち、エンジンの高負荷領域Ｃで均一
燃焼を実行する際には、図８に示すように、エンジン回
転数Ｎｅが増大するのに伴い、吸気の充填効率Ｃｅが最
大（Ｃｅベスト）となる燃料の噴射時期と、上記混合気
の均一度および燃焼速度に基づいて特定されるエンジン
トルクが最大（Ｐｅベスト）となる燃料の噴射時期が早
くなる傾向がある。そして、エンジン回転数Ｎｅが５５
００ｒｐｍを越えた状態では、圧縮トップ前のクランク
角が３６０°以前の時期、つまり排気行程の後半から燃
料の噴射を開始し、燃料を充分に気化および霧化させる
ことにより、この燃料の気化熱に応じて燃料室４内にお
ける吸気の温度を低下させ、吸気の充填効率Ｃｅを最大
にしてエンジン出力を増大させることができる。

【００４９】また、エンジン回転数が６０００ｒｐｍの
領域では、図９の（Ｉ），（II）に示すように、排気行
程の後半（圧縮トップ前のクランク角が３６０°以前）
から燃料の噴射を開始することにより、吸気の充填効率
ＣｅおよびエンジントルクＰｅの両方を最大にすること
ができるとともに、図９の（III），（IＶ）に示すよう
に、排気ガス中のＣＯ量およびＨＣ量を低減することが
でき、かつ図９の（Ｖ）に示すように、排気ガス中のス
モーク量が増大することもない。

【００５０】なお、排気弁８の閉止時期が吸気トップ以
降に設定された通常のエンジンにおいて、エンジンの高
負荷領域Ｃ内における回転が低い運転領域で、排気行程
の後半から燃料の噴射を開始するように構成した場合に
は、燃料が排気ポート６に吹き抜ける虞があるが、上記
のようにエンジンが高回転の運転領域Ｃ３では、ピスト
ン３の昇降速度が極めて早いため、排気行程の後半から
燃料の噴射を開始するように構成した場合においても、
インジェクタ１０から噴射された燃料が排気ポート６に
到達する前に、排気ポート６が排気弁８により閉止され
て燃料の吹き抜けが防止されることになる。

【００５１】特に、上記実施形態に示すように、燃焼室
４の周縁の吸気ポート５側から燃焼室４内に燃料が噴射
されるようにインジェクタ１０を設置した場合には、エ
ンジンの高負荷高回転領域Ｃ３で、排気行程の後半から
噴射された燃料が排気ポート６に到達するまでの時間を
充分に確保することができるため、上記燃料の吹き抜け
を、さらに効果的に防止することができる。なお、上記
燃料の吹き抜けを確実に防止するためには、燃焼室４内
の斜め下方に向けて燃料が噴射されるようにインジェク
タ１０を設置し、かつ燃料の噴射角度θを水平方向に対
して３０°以上傾斜させることが望ましい。

【００５２】また、上記実施形態では、上記均一燃焼を
実行する領域Ｃでエンジンが高回転の運転領域Ｃ３にあ
るときに、燃料の噴射開始時期を排気行程の後半に設定
し、この排気行程の後半から燃料の噴射を開始するよう
に構成するとともに、上記均一燃焼を実行する領域Ｃ内
において、エンジンが低回転の運転領域Ｃ１にあるとき
に、吸気行程の前期から中期にかけての範囲内で燃料を
分割して噴射するように構成したため、上記運転領域Ｃ
１で吸気の充填量を充分に確保するとともに、混合気を
効果的に均一化させた状態で燃焼させることにより、燃
費を低減しつつ、エンジン出力を効果的に増大させるこ
とができる。

【００５３】すなわち、上記高負荷低回転の運転領域Ｃ
１において、吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化
して燃焼させる場合、図１０の（Ｉ）に示すように、吸
気の充填量が燃料の噴射時期に応じて変化するととも
に、図１０の（II）に示すように、混合気の均一度が燃
料の噴射時期に応じて変化し、この混合気の均一度が最
適となる燃料の噴射時期と、上記吸気の充填量が最大と
なる燃料の噴射時期とが相違しているとともに、吸気の
充填効率が最大となる時期および混合気の均一度が最適
となる噴射時期は、それぞれ吸気行程の前期から中期に
かけての範囲内において生じる。このため、上記吸気行
程の前期から中期にかけての範囲内で燃料を複数回に分
割して噴射することにより、吸気の充填量が最大となる
時期と、混合気の均一度が最適となる時期とに対応させ
てそれぞれ燃料を噴射することができ、これによって燃
費を悪化させることなく、エンジン出力を効果的に増大
させることができる。

【００５４】上記混合気の均一度が最適となる噴射時期
は、混合気が弱成層化される時期を挟む２つのポイント
α，βに形成されることになるが、図１０の（III）燃
料の噴射時期が遅くなるのに従って燃料の燃焼時間が短
くなる傾向があるため、上記ポイントα，βのうち遅い
方のポイントβに合わせて燃料を噴射することにより、
燃焼時間を短くしてエンジン出力を効果的に増大させる
ことができる。

【００５５】また、上記実施形態では、エンジンが低負
荷低回転の運転領域Ａにあって上記圧縮行程で燃料を噴
射する領域内で、エンジンの負荷および回転が比較的高
い運転領域Ａ１にあるときに、燃料を圧縮行程で複数回
に分割して噴射するように構成したため、先に噴射され
た燃料ａを適度に拡散させてその気化および霧化を促進
することにより、燃費を効果的に改善することができる
とともに、後に噴射された燃料を点火プラグ９の周囲に
集中させて燃焼安定性を確保することができる。これに
よって圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させることに
より、燃費を改善できる領域を従来よりも広げることが
できる。

【００５６】何故なら、上記圧縮行程で燃料を噴射する
運転領域Ａ内で、エンジンの負荷および回転が比較的高
い運転領域Ａ１にある場合には、燃料の噴射量が比較的
多くなるとともに、燃料の噴射時点から点火時期までの
時間が短くなるため、燃料を一括して噴射するように構
成すると、点火プラグ９の周囲に燃料が過度に集中して
空気とのミキシング性が低下することにより、燃焼効率
が悪化する傾向が生じるとともに、燃料を気化および霧
化させるための時間が不足することにより、不完全燃焼
が引き起こされて燃焼安定性が損なわれる傾向がある。

【００５７】これに対して上記のように圧縮行程で燃料
を分割して噴射するように構成した場合には、先に噴射
された燃料を適度に拡散させることができるため、点火
プラグ９の周囲に燃料が過度に集中するのを防止して空
気とのミキシング性を維持しつつ、燃料を気化および霧
化させるための時間を適度に確保することにより、燃焼
効率を効果的に改善することができる。また、後に噴射
された燃料を点火プラグ９の周囲に集中させて適度の空
燃比を有する混合気を形成することができるため、燃焼
室４内の成層度を適正に維持することにより、燃料が不
完全燃焼するのを防止して燃焼安定性を効果的に向上さ
せることができる。

【００５８】なお、図１１に示すように、燃焼室４の周
辺部から、燃焼室４の上部中央に臨むように設置された
点火プラグ９に向けて燃料が噴射されるようにインジェ
クタ１０を１０〜２５°の傾斜角度で設置してなるエン
ジンにおいて、均一燃焼を実行する運転領域Ｃ内で、エ
ンジンが高回転の運転領域Ｃ３にあるときに、排気行程
の後半から燃料の噴射を開始するように構成してもよ
い。この場合には、上記吸気ポート５の設置部側にイン
ジェクタ１０を配設することにより、排気ポート６から
の燃料の吹き抜けを防止し、かつ燃料の噴霧角度を２０
°〜４０°程度の比較的狭い噴霧角度で噴霧するととも
に、ピストン３の頂部において排気ポート６の設置部
側、つまりインジェクタ１０の設置部と反対側の部位
に、ピストン３の周面に燃料が付着するのを防止するた
めのキャビティ１１を形成することが望ましい。

【００５９】さらに、図１２に示すように、燃焼室４の
上部中央に臨むように点火プラグ９およびインジェクタ
１０が設置されるとともに、ピストン３の頂部中央にキ
ャビティ１１が形成されてなる中心噴射型のエンジンに
おいても、本発明を適用することができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、燃料を
直接燃焼室内に噴射するインジェクタを備え、エンジン
が高負荷の運転領域にあるときに吸気行程で上記インジ
ェクタから燃料を噴射することにより、混合気を均一化
させた状態で均一燃焼させるように構成された筒内噴射
式エンジンにおいて、上記均一燃焼を実行する領域でエ
ンジンが高回転の運転領域にあるときに、燃料の噴射開
始時期を排気行程の後半に設定し、この排気行程の後半
から燃料の噴射を開始するように構成したため、燃料の
噴射時点から点火時点までの時間を充分に確保し、燃料
を確実に気化および霧化した状態で燃焼させることによ
り、燃費を改善しつつ、エンジン出力を効果的に増大で
きるという利点がある。

【図面の簡単な説明】【符号の説明】

【図１】本発明に係る筒内噴射式エンジンの実施形態を
示す説明図である。

【図２】上記エンジンのピストン頂部を示す平面図であ
る。

【図３】上記エンジンの制御部を示すブロック図であ
る。

【図４】上記エンジンの運転領域を示すマップである。

【図５】燃料の噴射時期を示すタイムチャートである。

【図６】燃料の噴射制御動作の第１行程を示すフローチ
ャートである。

【図７】燃料の噴射制御動作の第２行程を示すフローチ
ャートである。

【図８】ＣｅベストおよびＰｅベストとなるエンジンの
作動条件を示すグラフである。

【図９】噴射タイミングに対応した充填効率等の変化状
態を示すグラフである。

【図１０】吸気の充填量、空燃比および燃焼時間の変化
状態を示すグラフである。

【図１１】本発明に係る筒内噴射式エンジンの別の実施
形態を示す説明図である。

【図１２】本発明に係る筒内噴射式エンジンのさらに別
の実施形態を示す説明図である。

【符号の説明】

３ピストン４燃焼室９点火プラグ１０インジェクタ１１キャビティ１８燃料制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ (72)発明者山下洋幸広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を直接燃焼室内に噴射するインジェ
クタを備え、エンジンが高負荷の運転領域にあるときに
吸気行程で燃料を噴射することにより、混合気を均一化
させた状態で均一燃焼させるように構成された筒内噴射
式エンジンにおいて、上記均一燃焼を実行する領域内で
エンジンが高回転の運転領域にあるときに、排気行程の
後半から燃料の噴射を開始するように燃料の噴射状態を
制御する燃料制御手段を備えたことを特徴とする筒内噴
射式エンジン。
【請求項２】燃焼室周縁の吸気ポート側から燃焼室内
に燃料が噴射されるようにインジェクタを設置したこと
を特徴とする請求項１記載の筒内噴射式エンジン。
【請求項３】燃焼室内の斜め下方に向けて燃料が噴射
されるようにインジェクタを設置したことを特徴とする
請求項２記載の筒内噴射式エンジン。
【請求項４】燃料の噴射角度を水平方向に対して３０
°以上傾斜させたことを特徴とする請求項３記載の筒内
噴射式エンジン。
【請求項５】上記均一燃焼を実行する領域内で、エン
ジンが低回転の運転領域にあるときに、吸気行程で燃料
を分割して噴射するように構成したことを特徴とする請
求項１〜請求項４のいずれかに記載の筒内噴射式エンジ
ン。