JP2004028027A

JP2004028027A - 筒内噴射型内燃機関とその燃焼方法

Info

Publication number: JP2004028027A
Application number: JP2002188222A
Authority: JP
Inventors: Koji Onishi; 大西　浩二; Matsuharu Abo; 阿保　松春
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】過給機構を備えた筒内噴射型内燃機関において、過給運転中に圧縮行程で噴射された燃料が、過給圧に起因する気筒内の圧力向上があっても、設定した点火タイミングに点火プラグに到達できるようにする。それにより、良好に着火および燃焼が継続した燃焼状態が得られる。
【解決手段】過給成層運転時には、過給圧に応じて燃圧の補正値を計算し、無過給運転時に対して燃圧を高めて、気筒内に供給する。それにより、燃料噴霧のペネトレーションが大きくなり、無過給時と同じ噴射タイミング、点火タイミングのもとで、過給運転で燃焼室内の圧力が上がっても燃料が点火プラグに到達できる。他に、過給圧に応じて、燃料噴射時期を早める補正あるいは点火時期を遅らせる補正であってもよく、タンブル制御弁の開度を調整する補正であってもよい。
【選択図】　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒内噴射型内燃機関とその燃焼方法に関し、特に、過給機構を備えた筒内噴射型内燃機関において、大きな負荷まで成層リーン運転の領域を拡大することを可能とした筒内噴射型内燃機関とその燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮行程中に燃料を噴射して成層燃焼を行う形態の筒内噴射型内燃機関は知られている。成層リーン運転することにより、吸気行程で燃料噴射を行う均質ストイキ運転に比べてポンプ損失や冷却損失を低減できるため、燃料消費率を低下させることができる。この形態の内燃機関において、成層リーンの状態で回転を一定に保って負荷を増加させる場合、自然吸気内燃機関では、ある負荷に到達するとスロットルを全開にしても吸入空気量が不足して、成層リーン運転を行うことができなくなる。吸入空気量が不足した状態で無理に成層運転を行うと、不完全燃焼のためにスモークの排出が急激に悪化したり、未燃炭化水素の排出量が増加する。
【０００３】
この問題の解決策として、運転条件に応じて、燃料を圧縮行程で噴射する成層燃焼モード（低負荷時）と、燃料を吸入行程で噴射する均質燃焼モード（高負荷時）を切り替えて運転すること、さらには、過給機構を備えて内燃機関に供給される空気の量を増加させ、自然吸気内燃機関に比べて大きな負荷まで成層運転モードを可能とし、結果として、均質燃焼モード運転に対して燃料消費率を低下させる方法も提案されている（例えば特開２０００−２４８９７８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような過給機構を備えた内燃機関においては、過給運転されるとき、過給圧に起因する圧縮行程における気筒内圧上昇が生じ、それにより燃料噴霧の到達距離が低下して、噴射弁から噴射された燃料が点火プラグに到達できない、あるいは点火プラグまでの到達時間に遅れが生じることが発生する。そのために、無過給運転時と同じ条件で燃焼を継続すると、失火が生じるなど安定燃焼が得られなくなることが生じる。
【０００５】
この問題について、より具体的に述べると、この種の内燃機関においては、内燃機関が過給運転されるときには、無過給運転に比べて吸入空気の量が増える。したがって圧縮行程で上昇する気筒内の圧力は、過給運転時には無過給運転時に比べてより過給圧に応じた分だけ高い圧力となる。一方、燃料消費率の低下を目的に成層リーン運転するためには、点火プラグの周辺が可燃混合比で、その外側は希薄混合比であるような層状の混合気を形成する必要がある。
【０００６】
ここで、過給運転の圧縮行程で燃料を噴射した場合、気筒内の圧力が高いため、噴射された燃料は無過給運転時に比べて到達距離が短くなる。このため、無過給運転時には十分点火プラグに到達した燃料が、過給運転時には点火プラグまで到達できず、あるいは到達したとしても無過給運転時とは時間遅れが生じて、混合気に所定の点火タイミングで着火できないことが起きる。失火が発生すると運転性の悪化、排気エミッションや燃費の悪化といった内燃機関性能の著しい低下をきたす。そのため失火発生の可能性がある運転領域では過給成層燃焼を行うことができず、結果として成層リーン運転の領域が狭くなり、燃料消費率改善の効果が小さくなってしまう。
【０００７】
本発明は、従来知られた過給機構を備えた筒内噴射型内燃機関の持つ上記のような不都合を解消することを目的としており、より具体的には、より高い負荷領域まで安定した過給成層燃焼を行うことを可能とし、それにより、燃料消費率を大きく改善することのできる筒内噴射型内燃機関とその燃焼方法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】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的に、燃料を気筒内に直接噴射する噴射機構と過給機構とを少なくとも備え、圧縮行程中に燃料を噴射して成層燃焼を行う形態の筒内噴射型内燃機関であって、前記内燃機関は、さらに、噴射燃料が点火プラグに到達する時間が過給圧に起因して無過給運転時よりも遅くなることによって生じる点火タイミングのズレを是正するための制御手段を備えているようにした。また、本発明は、そのような内燃機関の燃焼方法をも開示する。
【０００９】
前記したように、燃料を気筒内に直接噴射する噴射機構と過給機構とを備え、圧縮行程中に燃料を気筒内に噴射して成層燃焼を行う形態の筒内噴射型内燃機関においては、無過給運転時と過給運転時とで同じ条件で噴射機構から燃料を噴射すると、過給圧に起因する筒内圧力の上昇により、噴射される燃料のペネトレーションが不十分となり、点火プラグへの非到達あるいは到達遅れが生じる。そのために、燃焼条件（燃料圧力、燃料噴射時期、点火時期など）を無過給運転時と同じとして過給運転を継続すると、点火タイミングのズレが生じ、失火が生じる。本発明による内燃機関は、上記した点火タイミングのズレを是正するための制御手段を備えているので、過給運転時においても、安定した点火タイミングを得ることができ、失火が生じない条件下で燃焼を継続することが可能となる。結果として、より高い負荷領域まで安定した過給成層燃焼を行うことが可能となり、燃料消費率を大きく改善することができる。
【００１０】
本発明において、内燃機関は、少なくとも燃料を気筒内に直接噴射する噴射機構と過給機構とを備え、圧縮行程中に燃料を噴射して成層燃焼を行いうることを条件に、任意の形態の筒内噴射型内燃機関であってよい。噴射機構や過給機構も従来知られた任意のものを用いうる。ピストンヘッドの形状も任意であってよい。また、低負荷時には成層燃焼モードで運転を行い、高負荷時には均質燃焼モードで運転を行う形態の内燃機関であることは好ましいが、成層運転のみを行う形態の内燃機関であってもよい。
【００１１】
本発明の具体的な態様では、上記した点火タイミングのズレを是正するために、過給圧に応じて噴射機構からの燃料圧力を無過給運転時よりも高圧とする制御を行いうる制御手段が用いられる。そして、過給運転時には、過給圧に応じて噴射機構からの燃料圧力を無過給運転時よりも高圧とし、気筒内に噴射される燃料のペネトレーションを大きくした状態で燃焼を行う。
【００１２】
この態様によれば、過給運転時の圧縮行程噴射で気筒内の過給圧に相当する分だけ圧力が上昇しているときでも、それに相応して燃料圧力も上昇しており、噴霧のペネトレーションは大きくなる。それにより、噴射された燃料は点火プラグまで容易に到達し、点火火花によって確実に着火されるので、無過給運転時と同じ燃料噴射時期および点火時期を維持したままであっても、失火が生じる確率は大きく低減し、広い安定燃焼領域が確保される。
【００１３】
本発明の他の具体的態様において、上記した点火タイミングのズレを是正するために、過給圧に起因して生じる点火プラグへの噴射燃料の到達遅れに応じて、燃料噴射時期を無過給運転時よりも早める制御を行いうる制御手段が用いられる。そして、過給運転時には、過給圧に起因して生じる点火プラグへの噴射燃料の到達遅れに応じて、噴射機構からの燃料噴射時期を無過給運転時よりも早めた状態で燃焼を行う。
【００１４】
この態様によれば、内燃機関の過給運転時かつ圧縮行程噴射時には、過給圧に応じて燃料の噴射時期を早めるようにしたことにより、気筒内圧が比較的低い雰囲気中を燃料が移動すること、また、燃料噴射タイミングから点火タイミングまでに時間を取れることから、噴射された燃料が点火タイミングまでに確実に点火プラグに到達するようになり、点火タイミングのズレにより失火が生じるのを回避できる。
【００１５】
本発明のさらに他の具体的態様において、上記した点火タイミングのズレを是正するために、過給圧に起因して生じる点火プラグへの噴射燃料の到達遅れに応じて、点火時期を無過給運転時よりも遅らせる制御を行いうる制御手段が用いられる。そして、過給運転時には、過給圧に起因して生じる点火プラグへの噴射燃料の到達遅れに応じて、点火時期を遅らせた状態で燃焼を行うようにする。
【００１６】
この態様では、内燃機関の過給運転時かつ圧縮行程噴射時には、過給圧に応じて点火時期を遅らせるようにしたことにより、噴射された燃料が点火プラグに達したときと、点火タイミングとを容易に一致させることができ、点火タイミングのズレにより失火が生じるのを容易に回避できる。
【００１７】
本発明のさらに他の具体的態様において、上記した点火タイミングのズレを是正するために、過給器管路内に配置した適宜のタンブル制御弁を開閉する制御を行いうる制御手段が用いられる。そして、過給運転時には、該タンブル制御弁の開度を適宜調整しながら燃焼を行う。
【００１８】
この態様では、内燃機関の過給運転時かつ圧縮行程噴射時には、タンブル制御弁を、閉じるあるいは過給圧に応じて開度を適宜調整して、気筒内のタンブル強さを高め、噴射された燃料が気筒内のタンブルによって点火プラグに移送されるようにする。それにより、噴霧のペネトレーションが小さくなった分を補うことで、燃料噴霧を点火プラグに確実に到達させることができ、点火タイミングのズレにより失火が生じるのを回避できる。
【００１９】
なお、上記した各具体的態様は、１つの内燃機関において、個々に用いられてもよく、２つ以上の態様を適宜組み合わせて用いるようにしてもよい。実機に応じて、適宜選択する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面を参照しながら、いくつかの実施の形態に基づき説明する。
【００２１】
図１は、過給機を付けた筒内噴射型内燃機関を表したものである。簡単のために、多気筒機関の一つの気筒のみを図示している。ピストン１によって下部を形成される燃焼室２には、点火プラグ１０および燃料噴射弁９が取り付けられており、燃料を燃焼室２内に直接噴射できるようになっている。燃料は燃料タンク１５内の低圧ポンプ１４によって圧送され、当該内燃機関によって駆動される高圧ポンプ１３に入る。高圧ポンプ１３に入った燃料は、燃焼室２内に燃料を直接噴射し得る圧力まで昇圧されて燃料分配管１１内に送られる。燃料分配管１１には燃圧センサ１２が取り付けられている。高圧レギュレータ１６は高圧ポンプ１３から吐出された燃料の一部をリターン配管１７に戻す。
【００２２】
機関の排気系には排気タービン２７が取り付けられ、該排気タービン２７は、排気弁６、排気ポート４、排気マニホールド２６を通って燃焼室２から流出する排気ガスによって駆動される。タービン２７から流出した排気ガスは、排気管２８、触媒コンバータ２９、消音器３０を通って排出される。タービン２７と同軸にコンプレッサ２１が取り付けられており、コンプレッサ２１は機関の吸気系に配置される。
【００２３】
吸入空気はエアクリーナ２０を通った後コンプレッサ２１によって圧縮され、絞り弁２２を通って吸気コレクタ２３に流入する。吸気コレクタ２３には吸気圧センサ２５が取り付けられている。
【００２４】
吸気マニホールド２４によって分岐した流れは吸気ポート３を通ってそれぞれの気筒に流入する。吸気ポート３は吸気弁５の上流で仕切り板７によって上下に分割されており、分割された下の部分を遮断できるタンブル制御弁８が仕切り板の端部に付けられている。詳細な作動については後述する。
【００２５】
機関のクランク軸に取り付けたリングギア１８の外周部には歯が切ってあり、クランク角センサ１９でクランク軸の回転に応じたパルスを検出してコントロールユニット３１に送り、クランク角をモニターしている。
【００２６】
コントロールユニット３１が内燃機関制御パラメータを決定する手順を、図２のフローチャートを用いて説明する。本実施の形態の内燃機関は、運転条件に応じて燃料を圧縮行程で噴射する成層燃焼モードと、燃料を吸入行程で噴射する均質燃焼モードを切り替えて運転することができる。Ｓ１０１で各種センサからの信号入力を読み込む。読み込んだ信号をもとにＳ１０２で均質か成層かの燃焼モードを決定する。Ｓ１０３からＳ１０７で、燃焼モードに応じた内燃機関制御パラメータ（目標燃圧、噴射パルス幅、燃料噴射時期、点火時期、タンブル制御弁開度等）を決定する。
【００２７】
図３は、上記した形態の筒内噴射型内燃機関を無過給成層燃焼運転したときの気筒内の様子を模式的に表したものである。圧縮行程中に燃料噴射弁９から噴射された燃料噴霧３２は、噴霧自身の運動量と筒内の空気流動により、燃焼室２内を移動して点火プラグ１０に到達する。燃料噴霧３２は移動する間に気化および空気との混合が進み、プラグ電極３３の近傍に可燃混合比の混合気を形成する。図４は、圧縮行程の後期に設定された点火時期付近で、プラグ電極３３の近傍に燃料噴霧３２が到達した状態を表す。
【００２８】
図５は機関を過給して成層燃焼運転した場合の、燃料噴射時の燃焼室２内の様子を表す。圧縮行程で燃料噴射弁９から燃料が噴射されたとき、燃焼室２内の圧力は無過給運転時と比べて高くなっている。そのため、噴射された燃料の到達距離は小さくなる。また、燃料噴霧３２は無過給運転のときと比べて小さく縮まっている。図６は過給成層燃焼時の点火時期付近における燃焼室２内の様子であって、燃料が点火プラグ１０に到達していないためにプラグ電極３３の近傍に可燃混合気を形成できない。このような混合気の状態でプラグに火花を飛ばしても混合気に着火することはできず、このサイクルは失火となってしまう。失火が発生すると、燃費・排気・運転性等の内燃機関性能が著しく悪化する。
【００２９】
図７は、成層燃焼時の燃焼安定領域を示したものである。グラフの横軸は燃料噴射時期、縦軸は点火時期をそれぞれ表している。前述のように圧縮行程で噴射弁９から噴射された燃料は、ある時間が経過した後、点火プラグ１０の近傍に到達する。そのときにプラグ電極３３の回りに可燃混合比の混合気を形成し、プラグ電極３３に火花を飛ばして点火する。このような混合気の形成が安定してできる噴射時期と点火時期の領域では各サイクルで燃焼による有効な仕事が行われ、かつサイクル間の燃焼状態のばらつきが少ない、つまり燃焼安定がよい。
【００３０】
燃焼安定性を示す指標として、例えば平均有効圧の標準偏差を取り、それがある基準値以下の領域を燃焼安定領域としてグラフ中に示すものとする。内燃機関の制御パラメータとしての噴射時期と点火時期の選定に当たっては、この燃焼安定領域の中で燃費・排気エミッション等の内燃機関性能が所期の目標値を満足するように決める。内燃機関コントロールユニット３１にはこのような制御パラメータ決定手段が収められている。このようなコントロールユニット３１は知られたものであり、詳細な説明は省略する。
【００３１】
噴射された燃料はある時間が経過してから点火プラグ１０近傍に移動するから、燃焼安定領域は、噴射時期＝点火時期であるような直線３７よりも点火時期が遅れた側に存在する。図７グラフ中に無過給運転時の燃焼安定領域３４と過給運転時の燃焼安定領域３５の例を示す。同じ噴射時期で燃料を噴射した場合、過給運転では無過給運転よりも気筒内の圧力が上昇しているために、噴射された燃料の到達距離が小さくなる。したがって、無過給運転では燃料が点火プラグ１０に到達して可燃混合気を形成できた領域でも、燃料が点火プラグ１０に届かなくなり、安定した燃焼が実現できなくなる。
【００３２】
本発明の第１の実施の形態では、この問題を、燃料配管１１内の燃料の圧力を高め、それにより噴射された燃料の到達距離を大きくすることにより解決する。まず、図１を用いて燃料分配管１１内の燃料の圧力（以下燃圧）を制御する方法について述べる。コントロールユニット３１は前述のように内燃機関回転、負荷等の情報をもとに、内燃機関の運転状態に応じた目標燃圧を計算する。次に燃圧センサ１２の信号から現在の燃圧を読み取り、目標燃圧と比較する。コントロールユニット３１は現在の燃圧が目標燃圧と一致するように、高圧レギュレータ１６に信号を送り、リターン配管１７に戻す燃料の量を変化させることによって燃料分配管１１内の燃圧を目標値に合わせて制御する。
【００３３】
過給運転時に燃圧を高める制御方式を図８に示すフローチャートを用いて説明する。Ｓ２０１で吸気圧センサ２５の信号から吸気圧Ｐｍを読みこむ。次に、Ｓ２０２で燃焼モードが成層燃焼か均質燃焼かを判断する。成層燃焼であれば、Ｐｍが大気圧Ｐａよりも大きいかどうかを判断する。Ｐｍを大気との相対圧で測定する場合は、Ｐｍが正の値を取った場合にＰｍがＰａよりも大きいと判断する。ＰｍがＰａよりも大きい場合、Ｓ２０４でＰｍに応じた燃圧補正量を計算する。これで過給成層時燃圧補正量の計算ルーチンが終了し、計算された燃圧補正量は目標燃圧に加算される。
【００３４】
図７グラフ中に過給圧に応じて燃圧を上げたときの燃焼安定領域３６を示す。このように燃圧を上げた場合、気筒内の圧力が上昇していても噴射された燃料が点火プラグまで到達できるために、無過給運転時と同じ燃料噴射時期と点火時期を維持していても、燃圧を高めない場合に比べて燃焼安定領域が広くなり、内燃機関の失火発生を防止することができる。
【００３５】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この形態では、過給状態で点火プラグ１０に噴霧を届かせるための方策として、噴射時期を早めるようにしている。噴射時期を早めることにより、ピストン１がまだ下方にあり、燃焼室内の圧力が上昇する前のタイミングに燃料噴射を行うので噴射された燃料の到達距離が噴射時期を早めないときに比べて長くなるという効果がある。また、噴射時期を早めることで点火時期までに時間が取れるので、燃料が点火プラグ１０に到達できるという効果がある。この効果を燃焼室２内の噴霧の様子で示したのが図９および図１０である。図９に示すように燃料噴射時のピストン位置が、燃料噴射時期を早めないとき、例えば図５の場合と比べると下方にあるため、噴霧の到達距離が短くなりにくい。そのため、図１０に示すように点火時期付近では燃料噴霧が点火プラグに到達することができる。
【００３６】
また、この効果を燃料噴射時期−点火時期のグラフで示したのが図１１である。無過給運転時の噴射時期−点火時期の設定点Ｍ１は、過給運転したときの安定領域３５の位置が無過給運転の安定領域３４から変わるので、そのままでは安定領域から外れてしまう。過給運転時には噴射時期を早めることで設定点をＭ１からＭ２に移動させて、噴射時期−点火時期の設定点が過給運転時の安定領域３５から外れることを防止している。
【００３７】
図１２は過給成層時噴射時期補正量の計算ルーチンについて図８と同様のフローチャートに表したものである。なお、Ｓ３０１〜Ｓ３０３までは、図８におけるＳ２０１〜Ｓ２０３までと同じであり、説明は省略する。図１２において、ＰｍがＰａよりも大きい場合、Ｓ３０４でＰｍに応じた噴射時期補正量を計算する。これで過給成層時噴射時期補正量の計算ルーチンが終了し、計算された噴射時期補正量が従前の噴射時期に加算される。
【００３８】
本発明の第３の実施の形態は、過給状態では点火時期を遅らせるものである。点火時期を遅らせることで燃料噴射から点火までの時間を長く取ることができるので、噴射された燃料が点火プラグに到達して燃焼できる。図１３は、この効果を燃料噴射時期−点火時期のグラフで示したものである。無過給運転時の燃焼安定領域３４と過給運転時の燃焼安定領域３５は燃料噴射時期−点火時期グラフ上の位置が異なるため、無過給運転時の燃料噴射時期−点火時期の設定点Ｍ３では過給運転時に燃焼安定領域から外れてしまう。点火時期を遅らせることで設定点をＭ３からＭ４に移動させて、設定点が過給運転時の安定領域３５から外れることを防止するものである。
【００３９】
また、図１４は過給成層時点火時期補正量の計算ルーチンを示した図８、図１２と同様のフローチャートである。なお、Ｓ４０１〜Ｓ４０３までは、図８におけるＳ２０１〜Ｓ２０３までと同じであり、説明は省略する。図１４において、ＰｍがＰａよりも大きい場合、Ｓ４０４でＰｍに応じた点火時期補正量を計算する。これで過給成層時点火時期補正量の計算ルーチンが終了し、計算された点火時期補正量が従前の点火時期に加算される。
【００４０】
本発明の第４の実施の形態は、過給運転時に燃料噴霧３２を点火プラグ１０に到達させる手段として、燃焼室２内のタンブル流を発生させるあるいはさらに強めるようにしている。既に述べたように燃料噴射弁９から噴射された燃料は自身の運動量と気筒内の空気流動によって燃焼室内を移動していくのであるから、空気流動を強化することで燃料の移動を補助することができる。図１５、図１６はこの考えに基づいた本発明の実施の形態を示す。
【００４１】
この例において、吸気ポート３は吸気弁５の上流で仕切り板７によって上下に分割されており、分割された下の部分を遮断できるタンブル制御弁８が付けられている。タンブル制御弁８を駆動するアクチュエータ（図示しない）は、コントロールユニット３１によって制御されている。タンブル制御弁８の開度を変化させることで、吸気弁５の上部と下部を通過する空気量の比率を変えることができる。これにより、吸気ポート３から燃焼室２内に流入した空気のタンブルの強さを制御することができる。図示のタンブル制御弁８は１つの例であって、このような形態のものに限られるわけではない。
【００４２】
図１５はタンブル制御弁を閉じたときの吸気行程における燃焼室の様子を示したものである。吸気弁５は開いて、ピストン１は下降している。吸気ポート内を流れる空気は、矢印３８で表されるようにポートの上部通路から燃焼室２内に流入する。そのため、燃焼室２に流入した後で燃焼室２内に強いタンブル流３９を形成する。その後圧縮行程に燃料噴射弁９から燃料が噴射されたときの様子を図１６に示す。燃料噴霧３２は、燃焼室２内のタンブル流３９に乗って点火プラグ１０の方向へ移動する、いわゆるタンブルガイド式の筒内噴射燃焼システムをとっている。前述したように、過給運転時には噴霧のペネトレーションが小さくなって、無過給運転時と同じタンブル強度だと点火プラグ１０に届かないおそれがある。本実施例では過給運転時にタンブル制御弁８を閉じ側に制御することにより燃焼室２内のタンブルを強化して、噴霧のペネトレーションが小さくなった分を補うことで、燃料噴霧３２を点火プラグ１０に到達させるものである。
【００４３】
図１７は過給成層時タンブル制御弁開度補正量の計算ルーチンについて図８、図１２、図１４と同様のフローチャートに表したものである。なお、Ｓ５０１〜Ｓ５０３までは、図８におけるＳ２０１〜Ｓ２０３までと同じであり、説明は省略する。図１７において、ＰｍがＰａよりも大きい場合、Ｓ５０４でＰｍに応じたタンブル制御弁開度補正量を計算する。これでタンブル制御弁開度補正量の計算ルーチンが終了し、計算された補正量が従前の開度に加算される。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、筒内噴射内燃機関の過給成層運転時の失火発生を防止できるので、成層リーン燃焼が可能な領域を拡大し、燃料消費率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による筒内噴射型内燃機関の一実施の形態を説明するシステム図。
【図２】筒内噴射型内燃機関と共に用いる内燃機関コントロールユニットにおいて制御パラメータ決定する手段を示すフローチャートである。
【図３】無過給成層運転で、圧縮行程の燃料噴射タイミングにおける燃焼室周辺の縦断面図であり、燃料噴霧の様子を模式的に表している。
【図４】無過給成層運転で、点火タイミングにおける燃焼室周辺の縦断面図であり、燃料噴霧の様子を模式的に表している。
【図５】過給成層運転で、圧縮行程の燃料噴射タイミングにおける燃焼室周辺の縦断面図であり、燃料噴霧の様子を模式的に表している。
【図６】過給成層運転で、点火タイミングにおける燃焼室周辺の縦断面図であり、燃料噴霧の様子を模式的に表している。
【図７】燃料噴射時期−点火時期のグラフ上に、無過給運転時、過給運転時、過給＋燃圧上昇運転時の各々の燃焼安定領域を表した図。
【図８】過給運転時の燃圧補正量計算を示すフローチャート。
【図９】過給成層運転で燃圧を上昇させたときの、圧縮行程の燃料噴射タイミングにおける燃焼室周辺の縦断面図であり、燃料噴霧の様子を模式的に表している。
【図１０】過給成層運転で燃圧を上昇させたときの、点火タイミングにおける燃焼室周辺の縦断面図であり、燃料噴霧の様子を模式的に表している。
【図１１】燃料噴射時期−点火時期のグラフ上に無過給運転時と過給運転時の燃焼安定領域を表し、過給運転時に噴射時期を進めることの効果を示した図である。
【図１２】過給運転時の燃料噴射時期補正量計算を示すフローチャート。
【図１３】燃料噴射時期−点火時期のグラフ上に無過給運転時と過給運転時の燃焼安定領域を表し、過給運転時に点火時期を遅らせることの効果を示した図である。
【図１４】過給運転時の点火時期補正量計算を示すフローチャート。
【図１５】タンブル制御弁を閉じたときの、吸入行程における燃焼室周辺の縦断面図であり、燃焼室内の空気流動の様子を模式的に表している。
【図１６】タンブル制御弁を閉じたときの、圧縮行程における燃焼室周辺の縦断面図であり、燃焼室内の空気流動と噴霧の様子を模式的に表している。
【図１７】過給運転時のタンブル制御弁開度補正量計算を示すフローチャート。
【符号の説明】
１　　ピストン
２　　燃焼室
３　　吸気ポート
４　　排気ポート
５　　吸気弁
６　　排気弁
７　　仕切り板
８　　タンブル制御弁
９　　燃料噴射弁
１０　点火プラグ
１１　燃料分配管
１２　燃圧センサ
１３　高圧ポンプ
１４　低圧ポンプ
１５　燃料タンク
１６　高圧レギュレータ
１７　リターン配管
１８　リングギア
１９　クランク角センサ
２０　エアクリーナ
２１　コンプレッサ
２２　絞り弁
２３　吸気コレクタ
２４　吸気マニホールド
２５　吸気圧センサ
２６　排気マニホールド
２７　タービン
２８　排気管
２９　触媒コンバータ
３０　消音器
３１　内燃機関コントロールユニット
３２　燃料噴霧
３３　プラグ電極
３４　無過給運転時の燃焼安定領域
３５　過給運転時の燃焼安定領域
３６　燃圧を上げたときの燃焼安定領域
３７　噴射時期＝点火時期の直線
３８　吸気ポート内の空気の動き
３９　燃焼室内のタンブル流

Claims

燃料を気筒内に直接噴射する噴射機構と過給機構とを少なくとも備え、圧縮行程中に燃料を噴射して成層燃焼を行う形態の筒内噴射型内燃機関であって、前記内燃機関は、さらに、噴射燃料が点火プラグに到達する時間が過給圧に起因して無過給運転時よりも遅くなることによって生じる点火タイミングのズレを是正するための制御手段を備えていることを特徴とする筒内噴射型内燃機関。
前記制御手段は、過給圧に応じて噴射機構からの燃料圧力を無過給運転時よりも高圧とする制御を行いうる制御手段であることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型内燃機関。
前記制御手段は、過給圧に起因して生じる点火プラグへの噴射燃料の到達遅れに応じて、燃料噴射時期を無過給運転時よりも早める制御を行いうる制御手段であることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型内燃機関。
前記制御手段は、過給圧に起因して生じる点火プラグへの噴射燃料の到達遅れに応じて、点火時期を無過給運転時よりも遅らせる制御を行いうる制御手段であることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型内燃機関。
前記制御手段は、過給器管路内に配置した適宜のタンブル制御弁の開度調整を行いうる制御手段であることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型内燃機関。
燃料を気筒内に直接噴射する噴射機構と過給機構とを少なくとも備え、圧縮行程中に燃料を噴射して成層燃焼を行う形態の筒内噴射型内燃機関の燃焼方法であって、過給運転時に、噴射燃料が点火プラグに到達する時間が過給圧に起因して無過給運転時よりも遅くなることによって生じる点火タイミングのズレを是正するための制御を行いながら燃焼を継続することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の燃焼方法。
点火タイミングのズレを是正するために、過給運転時には、過給圧に応じて噴射機構からの燃料圧力を無過給運転時よりも高圧とし、気筒内に噴射される燃料のペネトレーションを大きくした状態で燃焼を行うことを特徴とする請求項６記載の筒内噴射型内燃機関の燃焼方法。
点火タイミングのズレを是正するために、過給運転時には、過給圧に起因して生じる点火プラグへの噴射燃料の到達遅れに応じて、噴射機構からの燃料噴射時期を無過給運転時よりも早めた状態で燃焼を行うことを特徴とする請求項６記載の筒内噴射型内燃機関の燃焼方法。
点火タイミングのズレを是正するために、過給運転時には、過給圧に起因して生じる点火プラグへの噴射燃料の到達遅れに応じて、点火時期を遅らせた状態で燃焼を行うことを特徴とする請求項６記載の筒内噴射型内燃機関の燃焼方法。
点火タイミングのズレを是正するために、過給運転時には、過給器管路内に配置した適宜のタンブル制御弁の開度を調整しながら燃焼を行うことを特徴とする請求項６記載の筒内噴射型内燃機関の燃焼方法。