JP2001263143A

JP2001263143A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2001263143A
Application number: JP2000074318A
Authority: JP
Inventors: Tei Someno; 禎染野; Masami Nagano; 正美永野; Yuzo Kadomukai; 裕三門向; Yoshio Okamoto; 良雄岡本
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-26
Also published as: US20010023681A1; US6536412B2; DE10111484A1; DE10111484B4

Abstract

(57)【要約】【課題】マルチポイントインジェクションシステム化
された燃料噴射方式において、気筒内の混合気の質・形
成状態の向上を図るとともに、噴射燃料の粒径の微粒化
による時間的な遅れの解消を図ることができる内燃機関
の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の吸気ポートに配設され、該吸
気ポートから前記内燃機関の各気筒に向けて燃料を噴射
する燃料噴射弁と、前記吸気ポートの空気流速を促進さ
せる空気流速促進手段とを有する内燃機関の制御装置で
あって、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を前記内燃機関
の吸気行程に同期させるとともに、前記燃料噴射弁の噴
口部を、前記空気流速促進手段により形成される空気流
部又は空気流部に近接するところに設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の制御装
置に係り、特に、吸気ポートに配設された燃料噴射弁
に、微粒化された燃料を吸気行程中に噴射供給させる内
燃機関の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車を取り巻く環境保護要求
は、排気ガス規制及び燃費規制等を始めとして強化の一
途を辿っていることから、排気ガス性能及び燃費の向上
を図るために、リーンバーンエンジン、ダイレクトイン
ジェクションエンジン等の各種内燃機関が提案されてい
る。

【０００３】ここで、前記ダイレクトインジェクション
エンジンは、ピストンヘッドに特有の形状を有すること
のほか、周辺デバイスを要すること等、ベースエンジン
に対する変更が多くなって製造コストの面で問題がある
ことから、前記リーンバーンエンジンによる内燃機関の
燃焼の改善が現在も続けられている。

【０００４】該リーンバーンエンジンは、混合気をリー
ン化して燃焼させるエンジンであり、該エンジンに、各
気筒毎に備えられた燃料噴射弁から燃料噴射を行うマル
チポイントインジェクションシステム（ＭＰＩ）化され
た燃料噴射方式を採って吸気行程に同期した燃料噴射を
行うことにより、混合気のリーン化を図る一方で、点火
プラグ周りにのみ着火可能な濃い混合気を集めて、内燃
機関の排気ガス性能の向上及び燃費の向上を図るもので
ある。

【０００５】そして、前記内燃機関の排気ガス性能及び
燃費の向上を達成するためには、気筒内の混合気の質・
形成状態の向上を図る必要があり、燃料噴射弁による噴
射燃料の粒径を約７０μｍ以下に微粒化すること、又は
燃料噴射弁の噴口部を多孔化して噴射燃料の粒径を微粒
化するとともに、前記噴口部を前出し（ロングノズル
化）して吸気ポートの中心部で噴射することで内燃機関
の燃焼の改善を図る技術が各種提案されている（例え
ば、特開平１１−１３５８５号公報、特開平１１−１５
９４２４号公報等参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
技術は、吸気ポート、気筒等における噴射燃料の付着が
排気ガス性能の悪化を招くことを鑑み、いわゆる燃料ウ
エット性を解消するために、噴射燃料の粒径を微粒化、
さらには噴口部の前出しを行って内燃機関の排気ガス性
能及び燃費の向上を図るものである。

【０００７】しかし、前記噴射燃料の粒径の微粒化を行
うことは、気筒等に対する噴射燃料の付着による排気ガ
ス性能の悪化については解消することができるものの、
該微粒化された噴射燃料は、通常の粒径の噴射燃料に比
して運動エネルギが小さいことから、燃料噴射弁から噴
射されて気筒内に達するまでのいわゆる噴射燃料の貫通
力も小さくなる等、到達までの時間的な遅れがあるとい
う問題を残している。

【０００８】そこで、本発明者は、この時間的な遅れが
ＭＰＩ化された燃料噴射方式における前記吸気行程に同
期した噴射を困難にするので、これを解消する何等かの
措置が必要であるとの新たな知見を得たが、前記従来の
技術は、上記のように燃料ウエット性の解消のみが示さ
れており、前記時間的な遅れの解消についてはいずれも
格別の配慮がなされていない。

【０００９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、ＭＰＩ化さ
れた燃料噴射方式において、気筒内の混合気の質・形成
状態の向上を図るとともに、噴射燃料の粒径の微粒化に
よる時間的な遅れの解消を図ることができる内燃機関の
制御装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係る内燃機関の制御装置は、基本的には、内燃
機関の吸気ポートに配設され、該吸気ポートから前記内
燃機関の各気筒に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポートの空気流速を促進させる空気流速促進手
段とを有する内燃機関の制御装置であって、前記燃料噴
射弁の燃料噴射時期を前記内燃機関の吸気行程に同期さ
せるとともに、前記空気流速促進手段により形成される
空気流部又は該空気流部に近接するところに前記燃料噴
射弁の噴口部を設け、噴射された燃料の時間的な遅れの
解消を図ることを特徴としている。

【００１１】前記の如く構成された本発明の内燃機関の
制御装置は、ＭＰＩの燃料噴射方式によって噴射された
燃料が、空気流速促進手段による空気流速を利用すると
ともに、内燃機関の吸気行程に確実に同期されるように
噴射時期の設定がなされるので、例えば、燃料噴射弁の
設計・取付け位置等に制約がある場合にも、噴射燃料の
微粒化による時間的な遅れの解消を図ることができると
ともに、気筒内の混合気の質・形成状態の向上を図るこ
とができ、排気ガス性能及び燃費の向上を達成すること
ができる。

【００１２】また、本発明に係る内燃機関の制御装置の
具体的態様は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期は、前記
吸気行程中の燃料噴射開始時期又は燃料噴射終了時期を
設定すること、より具体的には、前記燃料噴射開始時期
又は燃料噴射終了時期で最適な混合気が形成されるよう
に噴射の開始を制御すること、若しくは前記吸気ポート
における空気流速が大きい場合には、最大流速発生時期
の近傍の時期に設定されること、又は前記吸気ポートに
おける空気流速が小さい場合には、最大流速発生時期よ
りも早い時期に設定されることを特徴としている。

【００１３】前記の如く構成された本発明の内燃機関の
制御装置は、吸気ポートの空気流速に応じて燃料噴射時
期の設定を変更しているので、エンジン回転数及びエン
ジン負荷による燃焼の変動が生じても最適な混合気形成
区間内の燃料噴射を実現することができ、噴射燃料の粒
径の微粒化による輸送遅れの解消を図るとともに、気筒
内の混合気の質・形成状態の一層の向上を図ることがで
きる。

【００１４】また、本発明に係る内燃機関の制御装置の
他の具体的態様は、前記内燃機関の燃焼安定性を示す回
転変動指標を演算する手段を備え、該回転変動指標を演
算する手段の演算結果に基づいて前記燃料噴射弁の燃料
噴射時期の設定を補正していることを特徴としている。

【００１５】前記の如く構成された本発明の内燃機関の
制御装置は、回転変動指標演算手段等からの信号に基づ
いて駆動されることにより、最適な混合気を形成するた
めの噴射時期がずれた場合にもこれを補正して内燃機関
の信頼性の確保を図ることができる。

【００１６】さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置
の他の具体的態様は、前記燃料噴射弁が、前記噴口部か
ら噴射された燃料が前記気筒内に全て供給されるよう
に、長くされた弁本体部を有すること、前記噴口部から
噴射された燃料の噴霧粒径に応じて、前記噴口部から前
記各気筒までの距離が設定されること、前記噴口部から
噴射される燃料の微粒化の促進を図るように、前記燃料
噴射弁の弁体を高速で駆動すること、又は前記噴口部か
ら噴射される噴き始めと噴き終わりの燃料粒径がほぼ同
一となるように、前記弁体を高速で駆動することを特徴
とし、さらに、前記燃料の粒径は、約７０μｍ以下であ
ることを特徴としている。

【００１７】前記の如く構成された本発明の内燃機関の
制御装置は、前記の如くの燃料噴射弁の構成と相俟っ
て、内燃機関の性能等によって粒径が異なる場合にも十
分に対応することができ、噴射燃料の微粒化による輸送
遅れのより一層の解消を図ることができる。さらに、前
記燃料噴射の時期と相俟って、微粒化された燃料の短時
間噴射を最適なタイミングで行い、噴射燃料の粒径の微
粒化等による噴射燃料到達までの時間的な遅れの解消を
図るとともに、気筒内の混合気の質・形成状態のより一
層の向上を図ることができる。そして、前記の如くの燃
料噴射弁の構成にしたことによって、ベースエンジン等
の変更を少なくし、製造コストの低減を図ることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明に係る内
燃機関の制御装置の一実施形態について詳細に説明す
る。図１は、本実施の形態の制御装置１１を備えたエン
ジン制御システムの全体構成を示したものである。多気
筒からなる内燃機関１００の多弁式の各気筒９、９…に
は、点火プラグ１２が配置されるとともに、吸気弁６及
び排気弁７と、気筒９内を往復動するピストン８とで燃
焼室を構成している。また、各気筒９、９…には、前記
吸気弁６及び排気弁７によってそれぞれ開閉される吸気
管１８及び排気管１９が設置されており、前記吸気管１
８は、二つの吸気ポートを有する分岐した吸気管として
構成されている。また、該吸気管１８には、吸気の質量
流量を計測する吸入空気量センサ２、及びスロットルバ
ルブ３の開度を計測するスロットルセンサ４が各々の適
宜位置に配置され、さらに、エンジン冷却水温を計測す
る冷却水温センサ１４、及びエンジン回転数を計測する
クランク角センサ１３が各々の適宜位置に配置されてい
る。

【００１９】吸気管１８の上流部に設けられたエアクリ
ーナ２０から流入された空気は、スロットルバルブ３で
流量を調節された後、燃料噴射弁（インジェクタ）１か
ら所定の角度で噴射されたガソリンと混合されて各気筒
９、９…に供給される。該インジェクタ１は、前記内燃
機関１００の各気筒９、９…の上流側に一つずつ配設さ
れ、マルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）システ
ム化された燃料噴射方式を採用している。

【００２０】一方、燃料タンク２１からの燃料は、燃料
ポンプ２２によって吸引・加圧された後、プレッシャレ
ギュレータ１５を備えた燃料管２３を通って前記インジ
ェクタ１の燃料入口に導かれ、余分な燃料は、前記燃料
タンク２１に戻されている。なお、燃料タンク２１から
蒸発する燃料は、キャニスタ１６によって大気中への放
出が抑制されている。

【００２１】前記気筒９、９…で燃焼した排ガスは、前
記排気管１９を通じて触媒コンバータ（図示省略）に導
かれ、浄化された後に排出される。排気管１９には、排
ガス中の酸素濃度に比例して広域でかつリニアな空燃比
信号を出力する空燃比センサ１７が適宜位置に配置され
ている。

【００２２】前記吸入空気量センサ２から得られる吸入
空気量を示す出力信号と、前記スロットルセンサ４から
の出力信号と、冷却水温センサ１４、クランク角センサ
１３、及び空燃比センサ１７等からの各出力信号は、制
御装置（コントロールユニット）１１に入力される。

【００２３】該コントロールユニット１１は、車体ある
いはエンジンルーム内に配置され、前記種々のセンサか
ら出力される内燃機関１００の運転状態を示す電気的な
信号に基づいて、所定の演算処理を行ない、運転状態に
最適な制御を行うべく、燃料を噴射供給する前記インジ
ェクタ１の開閉、点火プラグ１２の駆動、及びアイドル
時のエンジン回転数が目標回転数になるようにコントロ
ールするアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳ
Ｃ）５の開閉を行う信号を各々出力するとともに、前記
燃料ポンプ２２のほか、スワールコントロールバルブ駆
動手段１０を制御する。そして、前記コントロールユニ
ット１１は、各気筒９、９…の吸気行程とインジェクタ
１の燃料噴射のタイミングとを合わせて各気筒９毎に燃
料噴射を行っている。

【００２４】また、前記コントロールユニット１１の内
部は、入出力インターフェイスとしてのＩ／Ｏ、演算処
理装置ＭＰＵ、多数の制御プログラムを記憶させた記憶
装置ＲＡＭ及びＲＯＭ、タイマーカウンター等により構
成されている。

【００２５】具体的には、燃料噴射量設定手段（図示省
略）が、検出された吸入空気量及び設定された空燃比に
基づいてインジェクタ１から気筒９に供給すべき要求燃
料量を算出するとともに、該要求燃料量と、インジェク
タ１の噴射量特性である流量傾斜及び無効噴射パルス幅
とに基づいて要求噴射パルス幅（インジェクタ１の開弁
時間）を演算し、該要求噴射パルス幅に基づいてインジ
ェクタ１に該噴射パルスの時間分の開弁を行う。また、
燃料噴射時期設定手段（図示省略）が、吸入空気量及び
エンジン回転数等に基づいてインジェクタ１の噴射時期
を演算し、内燃機関１００の吸気行程に同期させるとと
もに、該吸気行程中の燃料噴射時期を後述する最適なタ
イミングに設定し、該タイミングに基づいてインジェク
タ１、点火プラグ１２のほか、スワールコントロールバ
ルブ駆動手段１０であるアクチュエータに駆動信号を出
力する。なお、前記コントロールユニット１１は、前記
エンジン制御システムのロバスト性向上のために、後述
する前記内燃機関１００の燃焼安定性を示す回転変動指
標を演算する回転変動指標演算手段（図示省略）を備え
ている。

【００２６】前記スワールコントロールバルブ駆動手段
１０は、タンブル流（タンブルスワール）を発生させる
空気流速促進手段たるスワールコントロールバルブ１０
ａの開閉を行うものであり、インジェクタ１よりも上流
側に設けられている。前記スワールコントロールバルブ
１０ａは、その閉方向への駆動により吸気管１８の通路
面積を狭くし、前記タンブル流（タンブルスワール）に
よって空気の流速を上げて、吸気管１８等の壁面に付着
する壁面付着燃料を減少させるとともに、後述するよう
に、インジェクタ１からの噴射燃料の気筒９への輸送を
促進させる。

【００２７】ここで、前記ＭＰＩシステムで最適な混合
気を形成し、前記インジェクタ１を備えた内燃機関１０
０の燃焼の改善とは、第一に、噴射された燃料が気筒９
内に供給されるまでの時間的な遅れを解消することであ
り、第二に、気筒９内の混合気の質・形成状態の向上を
図ることである。

【００２８】第一の前記噴射された燃料の気筒９内に供
給されるまでの時間的な遅れとは、燃料がインジェクタ１から噴射され、気筒９に実際に
吸入されるまでの噴射燃料の輸送遅れと、吸入空気量
センサ２から検出された吸入空気量等から要求燃料量を
演算し、インジェクタ１から燃料が噴射されるタイミン
グまでの計算遅れ及び行程遅れとがある。そして、噴射
された燃料の時間的な遅れを解消するためには、吸入空
気量センサ２の最新のデータに基づいて気筒９の吸気行
程に同期した噴射を行うこと、及び前記インジェクタ１
から噴射された燃料は、前記吸気行程で気筒９内に全て
吸入されることを要する。

【００２９】したがって、これを達成するには、気筒９
の吸気行程内の所定タイミングでインジェクタ１の燃料
噴射が終了していなければならない。すなわち前記イン
ジェクタ１から噴射された全ての燃料が、吸気弁６の開
弁時から閉弁時までの短時間内に気筒９内に全て吸入さ
れることを要し、この場合に、燃料噴射時間（噴射パル
ス幅）があることを考慮すると、前記インジェクタ１
は、通常よりも多くの燃料量（要求燃料量）を通常より
も短時間で噴射しなければならないことになる。

【００３０】図２は、前記要求燃料量を短時間で噴射す
る前提として、インジェクタ１の噴射量を増加し、所定
の運転条件で気筒９の吸気行程における燃料噴射の終了
角度とリーン燃焼限界との関係について示したものであ
り、該リーン燃焼限界は、炭化水素（ＨＣ）の排出量及
び回転変動によって評価している。図２に示すように、
所定の燃料噴射終了角度の範囲内において、リーン燃焼
限界を空燃比約２２から２９付近に広げて最適な混合気
形成区間を達成できることが分かり、噴射量を増加して
もリーン燃焼による内燃機関１００の燃焼の改善を図る
ことができる。

【００３１】ここで、インジェクタ１の噴射量を増加す
るには、インジェクタ１の噴口部の径を大きくするこ
と、燃料の燃圧を増加すること、インジェクタ１の
弁体を高速で駆動することがある。このうち、単純に噴
射量を増加する前記の方法は、アイドル時又は減速
時の低噴射パルス側の流量においても要求噴射量を満足
できないと、空燃比がオーバーリッチとなる問題が発生
するので採用するには検討が必要である。

【００３２】したがって、本実施形態では、後述するよ
うに、前記の方法であるインジェクタ１の弁体を高速
で駆動する手段を設けることによって、吸気行程での前
記要求燃料量の短時間噴射を達成することを容易にし、
前記時間的な遅れを解消して内燃機関１００の燃焼の改
善を図っている。さらに、この弁体を高速で駆動する場
合には開弁初期から前記燃料の微粒化の促進を図ること
もできる。

【００３３】次に、第二の前記気筒９内の混合気の質・
形成状態の向上とは、混合気のリーン化を図る一方で、
点火プラグ１２周りにのみ着火可能な濃い混合気を集め
ることであり、噴射燃料の粒径の微粒化を行うことが有
効な手段の一つである。一方、微粒化された噴射燃料
は、通常の粒径の噴射燃料に比して運動エネルギが小さ
く、気筒９内に達するまでに時間を要するという前記時
間的な遅れがあることから、本実施形態では、後述する
ように、前記インジェクタ１の燃料の微粒化の促進を図
るとともに、前記インジェクタ１の噴口部を吸気弁６側
に前出しし、さらに、前記スワールコントロールバルブ
１０ａにより形成される空気流部又は該空気流部に近接
するところに前記噴口部を設けることによって、例え
ば、インジェクタ１のロングノズル化若しくは取付け位
置の制約等があっても前記時間的な遅れを解消できる。
そして、前記燃料噴射時期設定手段と相俟って、吸気行
程中の燃料噴射時期のうち、最適な混合気を形成するた
めの噴射タイミングを設定し、点火プラグ１２周りにの
み着火可能な濃い混合気を集めて、混合気の質・形成状
態の向上を図っている。

【００３４】図３は、前記インジェクタ１の縦断面図で
あり、該インジェクタ１は、図３（ａ）に示すように、
通常の電磁式の噴射弁として構成され、弁体５０、燃料
微粒化手段の一つであるスワーラ（燃料旋回素子swirle
r）５３、ソレノイドコイル５５、弁閉付勢ばね５６、
プランジャロッド５７、噴口部５２及びバルブシート面
５１を有する弁本体５８等から構成される。

【００３５】コントロールユニット１１からの駆動信号
に基づいてソレノイドコイル５５に通電が行われると、
プランジャロッド５７が、吸引されて弁体ガイド部５４
ａ、５４ｂ間を移動し、前記プランジャロッド５７と一
体の弁体５０が、バルブシート面５１から離れて噴口部
５２を開くものである。

【００３６】前記スワーラ５３は、図３（ｂ）に示すよ
うに、該スワーラ５３の下面側に弁体５０に向う４本の
燃料旋回溝５３ａ…が設けられ、向かい合う前記各燃料
旋回溝５３ａが、同一直線上に配置されないように設け
られるとともに、弁体５０に向って傾斜されるように構
成される。

【００３７】そして、弁本体５８内を通るインジェクタ
１内の燃料は、燃料旋回溝５３ａ…を通って噴口部５２
に向って旋回し、微粒化されて気筒９に向けて二方向に
噴射されることで、弁体５０の開弁初期からの噴射燃料
の粒径の微粒化を図っている。一方、通電が停止される
と、プランジャロッド５７は、弁閉付勢ばね５６の付勢
力によって移動し、弁体５０がバルブシート面５１と接
触して噴口部５２を閉じるものである。

【００３８】さらに、前記インジェクタ１は、スワーラ
５３による微粒化のほか、弁体高速駆動手段として、前
記ソレノイドコイル５５の吸引力を増すことによって弁
体５０を高速で開弁駆動させるとともに、前記弁閉付勢
ばね５６の強化を図ることによって弁体５０を高速で閉
弁駆動させており、インジェクタ１内の圧力及び前記弁
体５０の高速駆動による噴口部５２の開口面積を短時間
で確保し、通常よりも多くの燃料量（要求燃料量）を通
常よりも短時間で噴射する短時間噴射化と、開弁初期か
らの微粒化の促進とを図っている。これは、弁体５０を
高速駆動させると、該弁体５０のリフト速度が速まるの
で、燃料旋回溝５３ａの深さ方向の通路面積が短時間で
確保され、該燃料旋回溝５３ａを通過する微粒化に必要
な強い旋回流れが、通常よりも短時間で得られるためで
ある。

【００３９】図４乃至図１０は、前記インジェクタ１の
噴射量特性を示しており、まず、図４は、噴射パルス幅
と１０００回噴射分の動的燃料噴射量との関係を示し、
図５は、噴射経過時間と弁体５０のリフト量及び噴射燃
料の粒径との関係を示し、図６は、該噴射燃料の粒径の
分布を示している。

【００４０】図４に示すように、同一の噴射パルスにお
いて、前記した弁体５０を高速で駆動するインジェクタ
１（破線で示す。）は、従来型のインジェクタ（点線で
示す。）、及びスワーラ５３を有するが弁体５０を高速
で駆動させない場合の微粒化改良インジェクタ（実線で
示す。）に比して、流量傾斜はそのままで、無効噴射パ
ルス幅Ｔを約０．６ｍｓから約０．２ｍｓに小さくする
ことができ、静的流量を変えずに動的燃料噴射量を多く
することができる。

【００４１】該弁体５０を高速で駆動するインジェクタ
１による前記無効噴射パルス幅Ｔ及び動的燃料噴射量
が、従来型インジェクタよりも優れていることについて
は、図５に示すように、前記弁体５０を高速で駆動する
インジェクタ１（破線で示す。）が、従来型のインジェ
クタ（点線で示す。）に比して、弁体５０の立上がりま
での時間を短くできるとともに、弁体５０の立上がりか
ら立ち下がるまでの時間が長いことからも分かる。

【００４２】さらに、噴射経過時間に対する粒径につい
ては、前記図５に示すように、前記弁体５０を高速で駆
動するインジェクタ１（破線で示す。）、及び前記従来
型インジェクタ（点線で示す。）、さらにスワーラ５３
の改良で弁体５０の開弁初期から噴射燃料の粒径の微粒
化を図った場合の前記微粒化改良インジェクタ（実線で
示す。）ともに、ザウダ平均粒径（ＳＭＤ：Sauter's m
ean diameter）で、平均約３０μｍの粒径になるもの
の、噴き始めからの所定時間（例えば約０．５ｍｓ程
度）の粒径は、前記従来型インジェクタが約１００μｍ
であるのに対し、前記弁体高速駆動インジェクタ１及び
前記微粒化改良インジェクタでは、約７０μｍ以下にな
り、スワーラ５３と弁体５０の高速駆動、あるいはスワ
ーラ５３により、弁体５０の開弁初期から噴射燃料の粒
径の微粒化が図られ、さらに、前記弁体高速駆動インジ
ェクタ１及び前記微粒化改良インジェクタは、図６に示
すように、ともに前記従来型インジェクタに比して約３
０μｍの粒径のものが多く、噴霧粒径の一層の均一化が
図られているのが分かる。

【００４３】一方、噴霧粒径と噴霧流速との関係は、図
７及び図８に示すように、一般に、吸気管１８内の空気
流速が一定の場合には、噴霧粒径が小さくなる程、噴霧
流速は低下するものであり（図７参照）、すなわち前記
弁体高速駆動インジェクタ１及び前記微粒化改良インジ
ェクタは、噴き始めの噴霧流速が約６ｍ／ｓであり、前
記従来型インジェクタの噴き始めの噴霧流速（１０ｍ／
ｓ）よりも低下する（図８参照）。これは、特に、吸気
管１８内の空気流速が小さく、噴霧の到達時間が該空気
流速よりも噴霧自身の流速の影響を受ける場合には、図
９の噴霧到達時間と噴霧点距離及びクランク角度との関
係に示すように、噴霧到達時間が、前記インジェクタ１
が前記従来型インジェクタよりも長くなることを示して
おり、具体的には、噴口部５２である噴霧点から吸気弁
６までの直線距離（噴霧点距離）が９０ｍｍの場合にお
いて、前記従来型インジェクタの噴き始めの噴霧流速
（１０ｍ／ｓ）では到達時間が約９ｍｓであるが、前記
インジェクタ１の噴き始めの噴霧流速（５ｍ／ｓ）では
到達時間が約１８ｍｓになることからも分かる。なお、
同一のエンジン回転数の間においても同様である。

【００４４】したがって、前記インジェクタ１は、スワ
ーラ５３、弁体５０の高速駆動のほか、噴口部５２から
吸気弁６までの直線距離を前記従来型インジェクタの約
半分程に短くすることによって、従来型インジェクタと
同等の噴霧到達時間にすることができ、前記噴射燃料の
輸送遅れの解消に繋がることになる。そこで、本実施形
態のインジェクタ１は、気筒９と噴口部５２との距離を
短くする手段の一つとして、弁本体５８をロングノズル
化している。なお、前記インジェクタ１の噴射開始時及
び噴射終了時の噴霧流速は、前記図８に示すように、前
記従来型インジェクタの噴射開始時及び噴射終了時の噴
霧流速に比して差異が少ないことから、噴射開始から噴
射終了に至るまで同様な補正をして前記噴射燃料の輸送
遅れを含む時間的な遅れの解消をすることができるの
で、噴き始めから噴き終わりに至るまでリニアな補正を
要する前記従来型インジェクタよりも容易に制御できる
ものである。

【００４５】また、前記噴口部５２から吸気弁６までの
直線距離である噴霧距離Ｌは、図１０に示すように、噴
射された燃料の粒径に基づいて設定することができる
が、運転領域を鑑みると、比較的低回転低負荷側等の運
転領域では、噴霧の到達時間が空気流速よりも噴霧自身
の流速の影響を受けるので、上記のように設定できるも
のの、その他の運転領域ではインジェクタの構造及び取
付け位置等から制限を受けることがある。例えば、前記
のようなインジェクタ１のロングノズル化は、従来型と
同様の流量精度を満足しつつ、弁体５０の移動時のガタ
等を低減するためのガイド部材等を取付けたとしても、
約３０〜５０ｍｍ程度が限界になることがある。また、
インジェクタの取付け位置を気筒９のヘッド側に近づけ
れば、ロングノズル化の制約を解消することも可能であ
るが、前記気筒９のヘッド側には吸気弁６の摺動部、及
び気筒９周辺の構造物との干渉等の問題があり、これを
解決するための特別な構造を要し、製造コストの面で問
題がある。

【００４６】よって、本実施形態の前記インジェクタ１
は、該インジェクタ１の吸気管１８に対する取付け位置
を従来と同様の位置にしつつも、噴射燃料の噴射流速を
上げるための手段として、上記したスワールコントロー
ルバルブ１０ａを利用し、前記噴射燃料の時間的な遅れ
の解消を図っている。図１１は、吸気管１８にスワール
コントロールバルブ１０ａが配設されている場合の気流
の流れ（空気流速）をシミュレーションしたものであ
る。

【００４７】従来型インジェクタ（図１１（ａ））は、
該従来型インジェクタの噴口部がスワール流から離れた
流速の低い位置で噴射され、噴霧ａをスワール流に殆ど
乗せることができない一方で、前記インジェクタ１（図
１１（ｂ））は、噴口部５２がスワール流による流速の
速い空気流部若しくはその近傍で噴射され、噴霧ｂをス
ワール流に乗せることができ、例え、噴霧距離Ｌが理想
的な位置よりも遠くならざるを得ない場合においても、
前記噴射燃料の時間的な遅れの解消を達成できることが
分かる。

【００４８】また、図１９（ａ）は、噴霧粒径と空気流
速との関係について示したものであり、前記インジェク
タ１のロングノズル化を所定位置とした場合に、所定の
運転条件（例えば、エンジン回転数８００ｒ／ｍｉｎ、
エンジン負荷３４．６ｋＰａ）において、前記吸気行程
中の噴射燃料が前記気筒９内に全て吸入される領域、及
び排気ガス排出量が要求される排気ガス量を満足できる
領域について示したものである。

【００４９】ここで、前記従来型インジェクタにおい
て、噴霧粒径が大きい、すなわち貫通力が大きく、空気
流速が小さいａ点（例えば、通常状態の空気流速）と空
気流速の大きいｃ点（例えば、スワールコントロールバ
ルブ等を配設することにより流速を上げた場合）と、前
記インジェクタ１において、噴霧粒径が小さい、すなわ
ち貫通力が小さく、空気流速が小さいｂ点と空気流速の
大きいｄ点とすると、前記噴霧粒径と空気流速との関係
は、吸気行程中の噴射燃料が前記気筒９内に全てを吸入
できない領域I、排気ガス排出量が要求される排気ガス
量を満足できない領域IIと、前記吸気行程中の噴射燃料
が前記気筒９内に全て吸入され、かつ排気ガス排出量を
満足できる領域IIIの三つの領域を設けることができる
（図１９（ａ）参照）。

【００５０】まず、前記領域Iについて、吸気行程中の
噴射燃料が前記気筒９内に全て吸入できるか否かは、噴
霧粒径が大きいときには、空気流速よりも噴霧自身の流
速による影響に支配され、逆に噴霧粒径が小さいときに
は、噴霧自身の流速が低下するために空気流速による影
響に支配されるので、領域Iのほぼ比例的な境界線が得
られる。

【００５１】一方、前記領域IIについて、排気ガス排出
量は、図１９（ｂ）に示すように、前記ａ〜ｄの４点に
ついて、例えば北米の排気ガス測定モードのフェーズ１
を想定した、ＨＣ排出量を例にとって比較してみると、
従来のＬＥＶ規制レベルの目標ＨＣ排出量０．２（ｇ／
ｍｉｌｅ）を満足できるのは、前記ａ、ｃ点でも可能で
あるが、さらに厳しいＵＬＥＶ規制の目標ＨＣ排出量
０．１（ｇ／ｍｉｌｅ）を満足できるのは、前記ｄ点の
噴霧粒径と空気流速の場合であることが分かり、粒径が
小さく、その噴霧自身の流速で支配できない場合には、
空気流速に乗せなければ性能を達成できないので、領域
IIの境界線が得られる。

【００５２】したがって、噴霧自身の流速よりも空気流
速に支配される場合には、排気ガス排出量等の要求性能
を満足するために、噴射された燃料が気筒９内に全て供
給されるまでの時間的な遅れを吸気弁６までの直線距離
のみでは補償できない場合があることから、このときに
も前記インジェクタ１の噴口部５２を吸気弁６側に前出
しし、前記空気流速促進手段である前記スワールコント
ロールバルブ１０ａにより形成される空気流部又は該空
気流部に近接するところに前記噴口部５２を設けて、前
記時間的な遅れを解消している。次に、前記燃料噴射時
期設定手段による前記気筒９内の混合気の質・形成状態
の向上について説明する。

【００５３】本実施形態の前記燃料噴射時期設定手段
は、上記のように、吸気行程に同期させる燃料噴射を行
って、前記時間的な遅れの解消を図るとともに、吸入空
気量及び空燃比から求められた前記要求燃料量と、イン
ジェクタ１の噴射量特性とに基づいて要求噴射パルス幅
Tloutを演算し、クランク角センサ１３で検出された各
気筒９、９…毎に定められた位置で発生する基準信号角
度（ΘSTD）と、エンジン回転数及びエンジン負荷等の
マップ等によって予め設定される噴き終わり角度（ΘIJ
ED）との間の時間（ΘTlend）から前記要求噴射パルス
幅Tloutを減算して、前記基準信号位置（ΘSTD）から噴
き始めまでの時間（ΘTlstt）を算出するいわゆる噴き
終わり制御を行うことにより、前記吸気行程のうち、前
記燃料噴射終了時期（角度）で最適な混合気が形成され
るように噴射の開始を制御しており、さらに、より最適
な混合気が形成されるように、以下に示すような吸気管
１８の空気流速の最大値に応じてインジェクタ１の燃料
噴射時期の設定を変更している。

【００５４】図１２は、吸気行程における空気流速の変
化について、吸気開始付近のＴＤＣを基準としたクラン
ク角度と空気流速との関係を示し、エンジン回転数２０
００ｒ／ｍｉｎ、エンジン負荷（吸気管絶対圧力）７
４．７ｋＰａの運転条件Ａを実線で、エンジン回転数８
００ｒ／ｍｉｎ、エンジン負荷（吸気管絶対圧力）３
４．６ｋＰａの運転条件Ｂを点線で示している。なお、
対象エンジンは、排気量２リットルの６気筒エンジンで
ある。

【００５５】インジェクタ１から噴射された燃料による
点火プラグ１２周りまで移動する距離は、エンジン回転
数で多少の影響を受けるものの、ほぼ一定である。一
方、空気流速は、エンジン回転数及びエンジン負荷によ
る影響を受け、エンジン回転数が高く、エンジン負荷も
高い方が大きな最大流速値を得ることから、インジェク
タ１の噴射タイミングは、この空気流速の影響を受ける
ことになる。

【００５６】よって、前記図２のような燃料噴射の終了
角度とリーン燃焼限界について最適な混合気形成区間の
評価をすると、最適な混合気形成区間である燃料噴射タ
イミング（角度）の最適値は、吸気行程中の噴射を確保
するために、吸気ポートの流速が大きい場合（例えば、
エンジン回転数２０００ｒ／ｍｉｎ、前記エンジン負荷
７４．７ｋＰａの運転条件Ａで吸気ポートの流速が４０
〜５０ｍ／ｓに達する場合）には、最大流速が検出され
た時期を含む近傍の時期Ｔｍａ側に発生し、一方、吸気
ポートの流速が小さい場合（例えば、エンジン回転数８
００ｒ／ｍｉｎ、前記エンジン負荷３４．６ｋＰａの運
転条件Ｂで吸気ポートの流速が２０ｍ／ｓに満たない場
合）には、最大流速が検出された時期よりも早い時期Ｔ
ｍｂ側に発生することが分かる。したがって、この運転
条件Ｂの最大流速値を生じる時期の燃料噴射では、最適
な混合気形成区間を生じないことがあることが分かり、
前記燃料噴射時期設定手段は、エンジン負荷及びエンジ
ン回転数に基づいて最大流速値を測定し、該最大流速値
に基づいてコントロールユニット１１のＲＡＭ及びＲＯ
Ｍのマップから、空気流速に応じて燃料噴射時期の設定
の変更を行っている。

【００５７】図１３は、エンジン負荷及びエンジン回転
数に基づいて、前記燃料噴射時期設定手段が、前記燃料
噴射タイミングの最適値を求めるための３次元マップで
あり、本図は、エンジン負荷及びエンジン回転数から前
記最適値である燃料噴射の終了クランク角度が予め設定
されている。なお、本実施形態では、吸気弁６の開閉時
期が変化しない場合について設定しているが、吸気弁６
の開閉時期が連続的、あるいは段階的に変化する場合に
は、吸気弁６の開閉時期に応じて複数の３次元マップを
設定する、又は補正項を持つことによって対応させるこ
ともできる。

【００５８】ところで、前記したようにインジェクタの
取付け位置の制約等からスワールコントロールバルブ１
０ａを利用して前記噴射燃料の時間的な遅れの解消を図
る場合には、吸気行程中の吸気管１８における空気流速
が最大になるバルブの開度を求める必要があり、図１４
は、エンジン回転数２０００ｒ／ｍｉｎ、前記エンジン
負荷７４．７ｋＰａの運転条件において、スワールコン
トロールバルブ１０ａの開度と吸気行程中の空気流速と
の関係を示している。なお、スワールコントロールバル
ブ１０ａの開度は、その値が大きくなるにつれて吸気管
１８を閉じることを意味する。

【００５９】図１４に示すように、スワールコントロー
ルバルブ１０ａの開度は、約５０度で空気流速を最大に
することが分かり、この約５０度が最適なスワールコン
トロールバルブ開度になる。そして、図１５は、前記燃
料噴射時期設定手段による最適なスワールコントロール
バルブ開度を求めるための３次元マップであり、本実施
形態では、前記エンジン負荷及びエンジン回転数によっ
て前記最適値であるスワールコントロールバルブ開度が
予め設定され、運転条件に応じて吸気行程中の吸気管１
８の空気流速が最大になるように予め該バルブの開度を
設定しておくことで、噴射燃料の微粒化による輸送遅れ
を補正し、前記時間的な遅れの解消を図ることができ
る。

【００６０】なお、本実施形態における前記最適なスワ
ールコントロールバルブ開度は、最大流速を確保するた
めに行っているが、吸気管１８、ピストン８及び気筒９
のヘッドの形状のほか、点火プラグ１２の位置等によ
り、必ずしも吸気管１８で最大流速となる点が、最適な
混合気を形成できる点と一致しないこともあるので、気
筒９内の混合気の形成状態を最適にするには、前記燃料
噴射終了時期の最適値をエンジン試験の結果から決定し
てもよいものである。

【００６１】また、図１６は、前記回転変動指標演算手
段による内燃機関１００の燃焼安定性について示したも
のであり、エンジン回転数２０００ｒ／ｍｉｎ、前記エ
ンジン負荷７４．７ｋＰａ、空燃比２９の運転条件にお
いて、吸気開始付近のＴＤＣを基準とした吸気行程中に
おける噴射の終了角度と回転変動指標ＣＰｉとの関係を
示したものである。

【００６２】該回転変動指標ＣＰｉは、内燃機関１００
の燃焼安定性を示す指標（例えば、エンジン振動、回転
変動成分）であり、燃料の噴射終了角度を変更すること
により変化し、該回転変動指標ＣＰｉの数値が小さくな
るにつれて、燃焼安定性が高くなるものである。よっ
て、図１６から分かるように、前記運転条件の下では、
噴射終了角度が約８０〜１００度付近において、燃焼安
定性を高くすることができ、この角度が最適噴射終了角
度になる。したがって、定常運転状態で吸気行程中の噴
射終了時期を変化させ、回転変動指標ＣＰｉが最小にな
る点を見つけることにより、予め設定した燃料噴射時期
が、必ずしも実際の燃料噴射時期と一致しないというエ
ンジン機差等がある場合にも最適な混合気を形成するた
めの噴射時期を補正することができ、前記エンジン制御
システムのロバスト性の向上を達成できる。

【００６３】図１７は、前記回転変動指標演算手段によ
る回転変動指標ＣＰｉの最小値を見つける動作のフロー
チャートである。本ルーチンは、例えば１０ｍｓ毎の周
期等で繰り返し演算されている。ステップ１０００で
は、エンジン回転数、エンジン負荷等の運転状態パラメ
ータの変化幅及び変化率等により、定常状態が所定時間
継続しているか否かを判定し、継続していると判定され
た場合、すなわちＹＥＳのときにはステップ１１００に
進み、継続していないと判定されたときには本ルーチン
を終了する。

【００６４】ステップ１１００では、前記吸気行程のＴ
ＤＣ位置を基準とした噴射終了角度（噴射終了タイミン
グ）ΘINJとして、予め３次元マップＲＯＭの記憶値に
より設定されている噴射終了角度の当該運転領域のΘIN
J初期値を読み出してステップ１２００に進む。なお、
ここでは、噴射終了角度の最小あるいは最大のどちらか
一方から、順次設定する方法も考えられるが、予め設定
されている値との偏差が大きいと、大きな回転変動が発
生する可能性があるため、本実施形態では採用していな
い。

【００６５】ステップ１２００では、前記噴射終了角度
ΘINJが吸気行程に相当する角度ΘINJMinとΘINJMaxと
の範囲内にあるか否かを判定し、この上下限範囲内にあ
る場合、すなわちＹＥＳのときにはステップ１３００に
進み、この上下限範囲外のときにはステップ１９００に
進む。

【００６６】ステップ１３００では、噴射終了角度ΘIN
Jを設定してから、実際に回転数変動として現れるまで
のディレー時間が経過しているか否かを判定し、所定時
間が経過している場合、すなわちＹＥＳのときにはステ
ップ１４００に進んで回転変動指標ＣＰｉの平均値ＣＰ
ｉMeanを計算してステップ１５００に進む。

【００６７】一方、所定時間経過していないときにはス
テップ１９００に進む。ステップ１９００では、ステッ
プ１２００又はステップ１３００の各判定が噴射終了角
度ΘINJの計算が初回であるか否かを判定し、初回と判
定された場合、すなわちＹＥＳのときにはそのまま本ル
ーチンを終了し、初回でないときにはステップ２０００
に進む。

【００６８】ステップ１５００では、ステップ１４００
で計算された回転変動指標ＣＰｉの平均値ＣＰｉMeanが
記憶されている回転変動指標ＣＰｉMinよりも大きいか
否かを判定し、平均値ＣＰｉMeanの方が大きい場合、す
なわちＹＥＳのときにはステップ１７００に進み、平均
値ＣＰｉMeanの方が小さいときにはステップ１６００に
進んで、その時点の噴射終了角度ΘINJをバックアップ
されている噴射終了角度ΘINJＢＵに、平均値ＣＰｉMea
nを記憶されている回転変動指標ＣＰｉMinに更新した後
にステップ１７００に進む。

【００６９】ステップ１７００では、前記平均値ＣＰｉ
Meanが予め設定された最大値ＣＰｉMaxよりも小さいか
否かを判定し、平均値ＣＰｉMeanの方が小さい場合、す
なわちＹＥＳのときにはステップ１８００に進み、ステ
ップ１７００で極端に大きな回転変動を伴わなければ、
噴射終了角度ΘINJを更新し、ステップ１２００に戻
る。この更新は、予め設定された値を噴射終了角度ΘIN
Jの初期値として所定量毎に加算する一方、最大角度ま
で達した場合には、所定量毎に減算して最小角度まで求
めることにより行う。なお、この場合に直ちに初期値ま
で戻すことは、回転変動が大きくなる可能性があるた
め、噴射終了角度ΘINJをステップ的に初期値に戻して
から、最少角度側に減算側していくのが望ましく、ま
た、定常状態の期間が短いと、全ての噴射終了角度ΘIN
Jで平均値ＣＰｉMeanを求めることができないので、運
転領域及び噴射終了角度をどの範囲で求めたかを数値、
若しくはビットマップ等で記憶し、一旦定常状態を外れ
ても、再度同一の運転領域で定常状態となった場合に
は、一度最小値ＣＰｉMinを算出した領域を除き、残り
の噴射終了角度の範囲でタイミングを振って最小値ＣＰ
ｉMinを算出するとよい。

【００７０】また、ステップ１７００で前記平均値ＣＰ
ｉMeanが予め設定された最大値ＣＰｉMaxよりも大きい
ときにはステップ２０００進み、前記噴射終了角度ΘIN
Jの更新を行わずに噴射タイミングを振る操作を中止す
ることにより、運転性に影響が大きく跳ね返る場合にも
運転性の確保が図れるようにされている。

【００７１】ステップ２０００では、ステップ１９００
の時点で計算された最小値ＣＰｉMin及びバックアップ
されている噴射終了角度ΘINJＢＵの記憶が初回である
か否かを判定し、初回である場合、すなわちＹＥＳのと
きには、ステップ２２００に進み、初回でないときに
は、ステップ２１００に進んで今回の最小値ＣＰｉMin
が記憶されている最小値ＣＰｉMinｂよりも大きいか否
かを判定し、今回の最小値ＣＰｉMinの方が大きい場
合、すなわちＹＥＳのときには記憶値のまま本ルーチン
を終了し、今回の最小値ＣＰｉMinの方が小さいときに
はステップ２２００に進む。

【００７２】ステップ２２００では、バックアップされ
ている噴射終了角度ΘINJＢＵを記憶されている噴射終
了角度ΘINJｂに、最小値ＣＰｉMinを記憶されている最
小値ＣＰｉMinｂに更新した後にステップ３０００に進
み、前記ΘINJ初期値と記憶されている噴射終了角度ΘI
NJｂとから、当該運転領域の補正量ＤΘINJｎを求めて
本ルーチンを終了する。なお、前記記憶されている噴射
終了角度ΘINJｂは、各運転領域毎に求める必要がある
が、実際には運転領域の全てで求めることはできないた
め、予め設定した噴射終了角度の修正値として、設定値
より粗い分割運転領域でマップあるいは記憶しておくと
よい。また、計算の初回からこのステップ１７００から
２０００を通るような状況にあれば、もともと内燃機関
１００の燃焼状態が何等かの理由で悪いと判断されるた
め、このルーチン以外で、空燃比をリッチ化するなどの
処置がなされる。

【００７３】以上のように、本発明の前記実施形態は、
上記の構成としたことによって次の機能を奏するもので
ある。内燃機関１００は、吸気管１８の空気流速を促進
させるスワールコントロールバルブ１０ａを有し、イン
ジェクタ１は、噴口部５２を吸気管１８における速度が
促進された空気流部又は該空気流部に近接配置して該空
気流速を利用することにより、燃料の微粒化による輸送
遅れを解消することができる。

【００７４】そして、コントロールユニット１１は、イ
ンジェクタ１による燃料噴射を内燃機関１００の吸気行
程に同期させ、さらに該吸気行程中の燃料噴射終了時期
で最適な混合気が形成されるように噴射の開始を制御す
る燃料噴射時期設定手段を備え、該燃料噴射時期設定手
段は、吸気管１８の空気流速が大きい場合には、最大流
速発生時期を含む近傍の時期に燃料噴射時期を設定する
一方で、吸気管１８の空気流速が小さい場合には、最大
流速発生時期よりも早い時期に燃料噴射時期を設定し、
すなわち吸気管１８の空気流速に応じて燃料噴射時期の
設定を変更しているので、エンジン回転数及びエンジン
負荷による燃焼の変動が生じても最適な混合気形成区間
における燃料噴射を実現することができ、噴射燃料の粒
径の微粒化による時間的な遅れの解消を確実に図るとと
もに、気筒９内の混合気の質・形成状態の向上をも確実
に図ることができる。

【００７５】さらに、コントロールユニット１１は、内
燃機関１００の燃焼安定性を示す回転変動指標を演算す
る回転変動指標演算手段を備え、前記燃料噴射時期設定
手段は、前記回転変動指標演算手段の演算結果に基づい
て燃料噴射時期を設定しているので、万一最適な混合気
を形成するための噴射時期がずれた場合にもその補正を
することができ、前記制御システムのロバスト性の向上
を図り、内燃機関１００の信頼性を高めることができ
る。

【００７６】さらにまた、ＭＰＩ化された前記インジェ
クタ１は、弁体５０、スワーラ５３、ソレノイドコイル
５５、弁閉付勢ばね５６、プランジャロッド５７、噴口
部５２及びバルブシート面５１を有する弁本体５８等か
ら構成され、コントロールユニット１１からの駆動信号
に基づいて通電されると、弁体５０を高速で開弁及び閉
弁駆動させるとともに、スワーラ５３を通ったインジェ
クタ１内の燃料をインジェクタ１内の圧力及びスワーラ
５３の形状等と前記弁体５０の高速駆動による噴口部５
２の瞬時の開口面積の確保によって、噴口部を多孔化若
しくは噴霧を衝突させることなく、弁体５０の開弁初期
から噴射燃料の微粒化を行うことができ、気筒９内の混
合気の質・形成状態の一層の向上を図ることができる。

【００７７】そして、前記インジェクタ１は、弁体５０
を高速で開弁及び閉弁駆動させることにより、吸気行程
中の最適な位置で要求燃料量を短時間に噴射し、静的流
量すなわち連続時の流量を変えずに、動的流量も従来型
のインジェクタよりも多くすることができる。

【００７８】さらに、前記インジェクタ１は、噴口部５
２から各気筒９，９…までの距離を短くする噴霧距離短
縮手段として、弁本体５８をロングノズル化しているの
で、噴射燃料の微粒化による輸送遅れを解消することが
でき、また、噴口部５２から各気筒９，９…までの距離
を噴霧粒径に応じて設定することにより、エンジン性能
等によって粒径が異なる場合にも十分に対応させること
ができる。

【００７９】以上、本発明の一実施形態について詳説し
たが、本発明は前記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発明の精神を逸脱しな
い範囲で、設計において種々の変更ができるものであ
る。例えば、前記実施形態では、吸入空気量センサ２か
ら検出された吸入空気量から要求燃料量を演算している
が、圧力センサから検出された吸気管圧力から要求燃料
量を演算してもよい。

【００８０】また、前記燃料噴射時期設定手段は、制御
の容易さ等から前記噴き終わり制御によって時間的な遅
れの解消及び混合気の質・形成状態の向上を図っている
が、燃料噴射開始時期（角度）によるいわゆる噴き始め
制御によって時間的な遅れの解消を図ってもよく、この
場合には、クランク角センサ１３で検出された各気筒
９、９…毎に定められた位置で発生する基準信号角度
（ΘSTD）からエンジン回転数及びエンジン負荷等のマ
ップ等によって予め設定される噴き始め角度（ΘIJST）
までの時間（ΘTlstt）を算出することにより、燃料噴
射開始時期で最適な混合気が形成されるように噴射の開
始が制御される。

【００８１】さらに、前記回転変動指標演算手段による
回転変動指標ＣＰｉの最小値を見つける場合にも、噴射
開始角度でもよく、また、吸気弁６の開閉タイミングが
可変の場合には、前記噴射開始角度を振る場合の基準角
度範囲を可変タイミングに応じて変更してもよいもので
ある。

【００８２】さらにまた、前記吸気管１８は、二つの吸
気ポートを有する分岐した吸気管として構成され、前記
ロングノズル化されたインジェクタ１は、微粒化した燃
料を気筒９に向けて二方向に噴射しているが、一方向に
噴射するインジェクタでもよく、図１８に示すように、
該ロングノズル化された一方向に噴射するインジェクタ
（実線で示す。）が前記二つの吸気ポートのうち片側の
ポートにのみ燃料を噴射する場合には、吸気管に対する
該インジェクタの取付け位置を隔壁の影響を受けずに吸
気弁側に近付けて前記噴霧距離Ｌをさらに短くさせるこ
ともでき、この場合にも前記噴射燃料の時間的な遅れの
解消を図ることができる。

【００８３】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気行程に同期
させ、該内燃機関が、吸気管の空気流速を促進させる手
段を有し、燃料噴射弁は、該燃料噴射弁の噴口部を吸気
管における速度が促進された空気流部に配置又は近接配
置され、空気流速を利用することにより、燃料の微粒化
による時間的な遅れを解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の制御装置を備えたエンジン制御シ
ステムの全体構成図。

【図２】図１の制御装置における燃料噴射の終了角度と
リーン燃焼限界との関係図。

【図３】（ａ）は、図１の燃料噴射弁の縦断面図、
（ｂ）は、図３（ａ）の燃料噴射弁のIII−III断面図。

【図４】図３の燃料噴射弁の噴射パルス幅と１０００回
噴射分の動的燃料噴射量との関係図。

【図５】図３の燃料噴射弁の噴射経過時間と弁体のリフ
ト量及び噴射燃料の粒径との関係図。

【図６】図３の燃料噴射弁の噴射燃料粒径の分布図。

【図７】図３の燃料噴射弁の噴霧粒径と噴霧流速との関
係図。

【図８】図３の燃料噴射弁の噴霧粒径と噴霧流速との関
係図。

【図９】図３の燃料噴射弁の噴霧到達時間と噴霧点距離
及びクランク角度との関係図。

【図１０】図３の燃料噴射弁の噴霧粒径と噴霧距離との
関係図。

【図１１】（ａ）は、従来の燃料噴射弁を備えた吸気管
にスワールコントロールバルブを設けた場合、（ｂ）は
図３の燃料噴射弁を備えた吸気管にスワールコントロー
ルバルブを設けた場合における空気流速のシミュレーシ
ョン図。

【図１２】図１の制御装置における燃料噴射時期設定手
段のクランク角度と空気流速との関係図。

【図１３】図１の制御装置における燃料噴射時期設定手
段の燃料噴射終了時期の最適値を求めるための３次元マ
ップ。

【図１４】図１の制御装置における燃料噴射時期設定手
段におけるスワールコントロールバルブの開度と空気流
速との関係図。

【図１５】図１の制御装置における燃料噴射時期設定手
段の最適なスワールコントロールバルブ開度を求めるた
めの３次元マップ。

【図１６】図１の制御装置における回転変動指標演算手
段の内燃機関の燃焼安定性を示す図。

【図１７】図１の制御装置における回転変動指標演算手
段による回転変動指標の最小値を見つけるフローチャー
ト。

【図１８】他の燃料噴射弁を吸気管に対して取付けた
図。

【図１９】図３の燃料噴射弁の噴霧粒径と空気流速との
関係において、噴射燃料が気筒内に全て吸入され、排気
ガス排出量が要求される排気ガス量を満足できる領域を
示した図。

【符号の説明】

１燃料噴射弁（インジェクタ）９気筒１０ａ空気流速促進手段（スワールコントロールバル
ブ）１１制御装置（コントロールユニット）１８吸気ポート（吸気管）５２噴口部５８弁本体部１００内燃機関

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５ＪＦ０２Ｍ 69/00 ３１０Ｆ０２Ｍ 69/00 ３１０Ｕ３１０Ｚ 69/04 Ｒ 69/04 69/00 ３５０Ｔ３５０Ｑ (72)発明者永野正美茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グル─プ内 (72)発明者門向裕三茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者岡本良雄茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内Ｆターム(参考） 3G301 HA01 HA17 JA12 LA04 LA05 LB02 MA18 NE11 PA01Z PA11Z PD03Z PE01Z PE02Z PE03Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の吸気ポートに配設され、該吸
気ポートから前記内燃機関の各気筒に向けて燃料を噴射
する燃料噴射弁と、前記吸気ポートの空気流速を促進さ
せる空気流速促進手段とを有する内燃機関の制御装置に
おいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を前記内燃機関の吸気行
程に同期させるとともに、前記燃料噴射弁の噴口部を、
前記空気流速促進手段により形成される空気流部又は空
気流部に近接するところに設けたことを特徴とする内燃
機関の制御装置。
【請求項２】前記燃料噴射弁の燃料噴射時期の設定
は、前記吸気行程中の燃料噴射開始時期又は燃料噴射終
了時期を設定していることを特徴とする請求項１記載の
内燃機関の制御装置。
【請求項３】前記燃料噴射弁の燃料噴射時期の設定
は、前記吸気ポートにおける空気流速が大きい場合に
は、最大流速発生時期の近傍の時期に前記燃料噴射時期
の設定を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の内
燃機関の制御装置。
【請求項４】前記燃料噴射弁の燃料噴射時期の設定
は、前記吸気ポートにおける空気流速が小さい場合に
は、最大流速発生時期よりも早い時期に前記燃料噴射時
期の設定を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の
内燃機関の制御装置。
【請求項５】前記制御装置は、前記内燃機関の燃焼安
定性を示す回転変動指標を演算する手段を備え、該回転
変動指標を演算する手段の演算結果に基づいて前記燃料
噴射弁の燃料噴射時期の設定を補正していることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関
の制御装置。
【請求項６】前記燃料噴射弁は、該燃料噴射弁の噴口
部から噴射された燃料が前記気筒内に供給されるよう
に、前記燃料噴射弁の弁本体部が長くされていることを
特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃
機関の制御装置。
【請求項７】前記燃料噴射弁は、該燃料噴射弁の燃料
の噴霧粒径に応じて、前記噴口部から前記各気筒までの
距離を設定していることを特徴とする請求項１乃至６の
いずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】前記燃料噴射弁は、該燃料噴射弁の弁体
を高速で駆動して、該燃料噴射弁の噴口部から噴射され
る燃料の微粒化の促進を図るように構成したことを特徴
とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関
の制御装置。
【請求項９】前記燃料噴射弁の弁体は、該燃料噴射弁
の噴き始めと噴き終わりの燃料粒径がほぼ同一となるよ
うに、駆動されることを特徴とする請求項１乃至８のい
ずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】前記燃料噴射弁により形成される燃料
の粒径は、７０μｍ以下であることを特徴とする請求項
１乃至９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。