JPH116452A - 筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置

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JPH116452A
JPH116452A JP16120997A JP16120997A JPH116452A JP H116452 A JPH116452 A JP H116452A JP 16120997 A JP16120997 A JP 16120997A JP 16120997 A JP16120997 A JP 16120997A JP H116452 A JPH116452 A JP H116452A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの暖機途中の低水温時に燃料噴射時
期を通常暖機後より遅く設定して噴霧が混合気塊を作る
前に直に噴霧に着火し、またさらに、点火時期と燃料噴
射時期の時間差を狭め、燃料供給圧力を通常暖機後の燃
料供給圧力より高く設定して燃料噴霧の微粒化を促進す
ることにより、エンジン性能の劣化を防止する。 【解決手段】 筒内に直接燃料を噴射する直接噴射式内
燃機関に於いて、機関の運転状態を検出する機能を有
し、機関が暖機途中と判断したときに、燃料噴射時期を
暖機後の燃料噴射時期より遅らせ、噴射時期と点火時期
の時間差を狭め、また、同時に燃料噴射圧力を暖機後の
燃料噴射圧力より上昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 この発明は、筒内直接噴射
式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】 従来の筒内直接噴射式内燃機関の燃料
噴射制御としては、例えば、特開平4−241754号
公報記載の技術、図8〜図10に示すようなものがあ
る。筒内に臨むように取付けられた燃料噴射弁(1)か
ら噴射された燃料は、周辺空気に拡散を行いながらも混
合気の塊を保ちつつ筒内の気流(5)にのり、ピストン
冠面に設けられたボール(4)上の窪みの中を旋回しな
がら圧縮上死点付近で点火プラグ(2)近傍に到達し、
ここで点火され燃焼に適した混合気濃度の部分が燃焼を
行い、ピストン(3)を押し下げ、機関を運動させる図
1の様な成層燃焼方式がエンジンが暖機終了した後の基
本的な燃焼方式である。この成層燃焼方式の要点は、噴
射弁からの噴霧の拡散を抑制し、点火するまで燃焼の良
い濃度の混合気の塊を保つことにある。このため、噴
霧、燃焼室形状、気流、燃料噴射圧力が広い運転領域で
適するように設定されるものである。しかし、暖機中の
ように水温が低い条件下ではピストンや燃焼室温が低い
ため混合気の生成が遅く成層混合気が充分に形成されな
いためエミッションが悪化し、煤が発生し易いため、燃
焼室温度が低い条件下では成層燃焼を均質燃焼に切り換
えて、図9に示すように成層燃焼時より噴射時期早め、
図8に示すように燃焼室全体に均質な混合気を作成し、
エミッション、スモークの発生を抑えることが出来ると
いうものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、この
ような従来の筒内直接噴射式内燃機関にあっては、燃料
噴射時期を早め、燃焼室全体に均質な混合気を作るた
め、図10に示す様にシリンダボアに接触する混合気部
分が未燃焼部分となり、エミッション特にHCの低減が
充分に行えない、また、燃焼室全体を可燃混合気濃度に
しなければならないため燃費が悪化する、また、混合気
がシリンダボアのオイルに溶け込み、潤滑性の悪化やオ
イル劣化という問題が生じる。
【0004】また、均質燃焼を行わず、成層燃焼で対応
するために、特開昭60−30420号公報に示す様
に、軽負荷時に圧縮行程の後半に燃料を供給すると同時
に噴射弁近傍に取付けた空気噴射弁からの空気供給によ
り燃料噴霧の霧化と気化を促進して燃焼させる方式もあ
るが、この方式に於いては、空気噴射により筒内の気流
に外乱が生じるため、噴霧の流動が空気噴射前後で異な
り、混合気形成状態が変化することにより燃焼が制御し
にくいという問題が生じる他に、噴射時期の制御を負荷
によって行っているため、噴射時期が、混合気塊に着火
する成層燃焼の方式を採れば、暖機中のエミッションが
高くなり、一方、混合気塊ができる前に点火する方式を
採れば、混合気塊に着火する成層燃焼の燃費の良さを暖
機後に活かせない、即ち、水温によってエミッションと
燃費から見た最適噴射時期が変わることに対応が取れな
いという問題と共に、燃焼室の限られた壁面に最適な方
向に燃料噴射弁と空気噴射弁、2個を取付ける必要があ
るため、構造が非常に複雑になるという問題がある。こ
の発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、エンジンの暖機途中の低水温時に燃料噴射時期
を通常暖機後より遅く設定して噴霧が混合気塊を作る前
に直に噴霧に着火し、またさらに、点火時期と燃料噴射
時期の時間差を狭め、燃料供給圧力を通常暖機後の燃料
供給圧力より高く設定して燃料噴霧の微粒化を促進する
ことにより、上記問題点によるエンジン性能の劣化を防
止することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】 このため、本発明によ
れば、筒内に直接燃料を噴射する直接噴射式内燃機関に
於いて、機関の運転状態を検出する機能と、機関の運転
状態に応じて作動する燃料噴射圧力の可変機能を有し、
機関が暖機途中では、燃料噴射時期を暖機後の燃料噴射
時期より遅らせ、また同時に燃料噴射圧力を暖機後の燃
料噴射圧力より上昇させる機能を有する構成とする。
【0006】
【作用】 従って、請求項1記載の発明では、噴霧の微
粒化を促進して噴霧の燃焼を促進できる。また、請求項
2記載の発明によれば、請求項1記載の発明に於いて、
燃料噴射圧力が高められた時の燃料噴射がより筒内圧力
の高い条件下で行われるため、噴霧の拡散が抑制され、
空間的にコンパクトな噴霧形状が形成され、着火後の燃
焼が更に安定する。また、請求項3記載の発明によれ
ば、請求項2記載の発明に於いて、噴射圧が高められた
運転が終了した後の噴射圧力と噴射時期の変更を徐々に
行うことにより切り替えによる運転性への影響を小さく
することが可能になる。
【0007】
【発明の実施の形態】 以下、この発明を図面に基づい
て説明する。図1は、この発明の一実施の形態の燃焼室
内における燃料噴霧の状態を示す図である。図中1は燃
料噴射弁、2は点火プラグ、3はピストン、4はボー
ル、5は気流である。また、図2は、本発明によるエン
ジン水温と噴射時期補正係数の関係を示す。図3は、本
発明によるエンジン水温が異なるときの燃料噴射から点
火に至る噴霧と混合気挙動の説明図である。
【0008】次に作用を説明する。図1に示すように、
本発明による燃料噴射は圧縮行程に行われ、混合気は燃
焼室内に均一に分散されない。図6の原理図に示すよう
に、エンジンの運転状態(水温)を検出(sl)して、
暖機中であるかが判定され、条件に適合していると判断
された場合(s2)、燃料噴射時期を暖機後より遅らせ
る(s3)。一方、予め定めた高い圧力に燃料供給圧を
設定(s4)され、燃料は噴射圧と噴射時期を変更され
エンジンに供給される(s5)。
【0009】図2にエンジン水温と燃料噴射時期の関係
を示す。エンジン水温に対し、燃料噴射時期算出の際に
補正係数として演算される噴封時期補正係数が、水温が
低いと噴射時期が遅れるように設定される。
【0010】図4にエンジン水温と燃料噴射圧力の関係
を示す。エンジンの始動後、燃料噴射圧力は暖機後の燃
料噴射圧力より高い圧力に設定され、水温が設定温度に
達すると燃料噴射圧力は低下される。燃料噴射圧力を上
昇させるため、図示しないポンプや燃料供給系の操作指
示を発し、燃料噴射パルス幅は噴射圧の上昇に伴う噴射
パルス幅縮小補正をかけられる。噴射圧力変化が確認さ
れると同時に、燃料噴射補正パルスが使用され、燃料噴
射は噴射圧力変更前から連続的に行われる。
【0011】図5は、燃料供給圧力と噴霧粒径の関係を
示す。燃料噴射圧力がA〜Bに高くなると噴霧粒径は
A’〜B’へと小さくなる。噴霧粒径が小さいと燃料粒
子の蒸発は早くなり、また、蒸発途中であっても着火が
おこなわれ燃焼が始まっても、その燃焼は噴霧粒径が大
きな場合に比べても、HC、煤とも低くなる。
【0012】図3に本発明による筒内における噴霧と混
合気挙動の様子を示す。暖機中の低水温時には燃料噴射
が暖機後に比べ遅く開始され、噴射が終了する直前もし
くは直後でも殆ど時間をおかずに点火が行われる。即
ち、燃料噴霧は殆ど気化を終了しないうちに燃焼を始め
る。
【0013】図7により、本発明の他の実施の形態と作
用を説明する。この実施の形態では、噴射時期と燃料供
給圧の復帰時期のデレイ(τ)が設定され、機関の運転
性が良好に維持される方法を示す。水温が上昇して、暖
気が終了したと判断されると、先ず、燃料供給圧を高く
設定したまま噴射時期(θ)が早められる。これによ
り、筒内の燃焼は、燃料噴霧が蒸発し、混合気塊を作っ
てから点火されるため、燃焼速度が早まり、燃焼効率が
上昇する。このため、同一負荷の場合燃料噴射量は減ず
る方向になる。噴射時期が早められた後、燃料供給圧が
下げられ、噴射パルス幅はそれに応じて拡げられる。
【0014】図2の実施の形態は、パルス幅の変化率が
所定値より大きい場合に、噴射圧力を上昇させ、パルス
幅を補正すると同時に、燃料噴射時期を早める。噴射時
期と噴射圧力の切り替えの順序は、両パラメータのエン
ジン運転性に与える影響度合から判断され、上記説明と
逆の順序であっても問題はない。
【0015】(実施の形態の効果)次に、一連の本実施
の形態の作用を説明すると、請求項1記載の発明では、
燃料噴射時期の遅角化により、燃焼室内での燃焼状態
が、噴霧が拡散しながら燃焼するという、噴霧が混合気
塊を作ってから燃焼する場合に比べて、燃焼速度が小さ
く、燃焼効率が低いが、極めてHC排出少ない燃焼が実
現できる。
【0016】また、請求項2記載の発明によれば、請求
項1に於いて、燃料噴射がより高い燃料噴射圧力で行わ
れるため、燃料噴霧の粒径が小さくなるため更に良好な
燃焼が実現できる。
【0017】また、請求項3記載の発明によれば、請求
項2に於いて、噴射圧が高められ、燃料噴射時期の遅角
化した運転が、水温上昇により終了と判断されたとき、
暖機後の噴射時期、噴射圧力に復元する際に、運転性へ
の影響を少なくすることができる効果を有する。尚、全
実施の形態に共通して、機関の暖機状態を検定する場合
に、水温の代わりに、オイル温度を用いることも、その
両方を用いる事も可能である。
【0018】
【発明の効果】 以上説明してきたように、この発明に
よれば、筒内直接噴射式内燃機関に於いて、エンジンが
暖機途中である場合、燃料噴射時期を遅角化する事によ
り排出HCのより少ない燃焼を実現できると言う効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態の燃焼室内における燃
料噴霧の状態を示す図である。
【図2】 本発明によるエンジン水温と噴射時期補正係
数の関係を示す図である。
【図3】 本発明によるエンジン水温が異なるときの燃
料噴射から点火に至る噴霧と混合気挙動の説明図であ
る。
【図4】 本発明による実施の形態のエンジン水温と燃
料供給圧力の関係を示す図である。
【図5】 本発明による実施の形態の燃料供給圧力と噴
霧粒径の関係を示す図である。
【図6】 本発明の原理図である。
【図7】 本発明の他の実施の形態によるエンジン水温
と燃料供給圧力の関係を示す図である。
【図8】 従来噴射方式による筒内直接噴射式内燃機関
の低水温時の燃焼室内の混合気形態を示す図である。
【図9】 従来噴射方式による水温と噴射時期の関係を
示す図である。
【図10】 従来噴射方式による筒内における噴霧と混
合気の挙動を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02D 43/00 301 F02D 43/00 301G

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒内に直接燃料を噴射する直接噴射式内
    燃機関に於いて、 機関の運転状態を検出する機能を有し、 機関が暖機途中と判断したときに、燃料噴射時期を暖機
    後の燃料噴射時期より遅らせ、噴射時期と点火時期の時
    間差を狭める事を特徴とする直接噴射式内燃機関の燃料
    噴射制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の直接噴射式内燃機関の燃
    料噴射制御装置に於いて、 機関の運転状態に応じて作動する燃料噴射圧力の可変機
    能を有し、 機関が暖機途中と判断したときに、燃料噴射圧力を暖機
    後の燃料噴射圧力より上昇させる事を特徴とする直接噴
    射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の直接噴射式内燃機関に於
    いて、 機関が暖機途中と判断したときに、燃料噴射時期を暖機
    後の燃料噴射時期より遅らせ、 機関が暖機終了したと判断して燃料供給圧力もしくは燃
    料供給圧力と燃料噴射時期を変更する際、燃料供給圧力
    もしくは燃料噴射時期のいずれか一方を他方に先行させ
    変更することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃
    料噴射制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005042575A (ja) * 2003-07-24 2005-02-17 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2006083834A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Mazda Motor Corp 筒内噴射式ガソリンエンジンの制御装置

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JP2005042575A (ja) * 2003-07-24 2005-02-17 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
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