JP2008180087A - 筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寒冷地で正常に燃料を燃焼させる。
【解決手段】本発明は、ピストン１６と、燃焼室１８上部に配置された点火プラグ２２と、燃焼室側方部から燃料を噴射するインジェクタ２０とを有する筒内噴射式エンジンにＥＧＲを実行する筒内噴射式エンジン１０の排気ガス還流装置であって、インジェクタの燃料の噴射と点火プラグの燃料への点火とを制御する燃料燃焼制御手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ手段３６、３８を制御するＥＧＲ制御手段とを有し、燃料燃焼制御手段はエンジンが冷間にあるときは燃料噴射を圧縮行程中に実行し、ＥＧＲ制御手段はエンジンが冷間にあって吸気温度が所定の温度以下であるときは排気ガスの一部を吸気系に還流し、インジェクタは燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する第１の噴射口と、第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第２の噴射口とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気筒内に直接燃料を噴射し、吸気系に排気ガスの一部を還流する筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置に関し、燃料の燃焼を制御することによってエンジンを制御するエンジン制御の技術分野に属する。

従来、筒内噴射式エンジンでは、燃料は、吸気行程において燃料噴射弁（インジェクタ）によって気筒とピストンとが協働して形成する燃焼室にその側方から噴射され、燃焼室頂部に配置された点火プラグの２つの電極間に起こされる火花放電により点火されて燃焼される。

このとき、インジェクタによる燃料の噴射方向は、吸気行程中の気筒全体に燃料がいきわたるように、空気が流入する吸気弁の方向に設定されている。

ところが、このような場合、エンジンが冷間状態にあり、触媒を暖機するための点火リタードタイミングでは、点火プラグの電極周辺に燃料が不足（混合気の希薄化）し、火花放電を起こしても着火しないことがあった。

この対処として、例えば特許文献1に記載するようなマルチホールインジェクタと呼ばれる、燃料を噴射する噴射口を複数有するインジェクタが考えられている。これは、複数の噴射口それぞれが異なる方向に燃料を噴射するように構成されており、少なくとも１つの噴射口が点火プラグの２つの電極間に向かって燃料を直接噴射するように設定されている。これにより、点火プラグの電極周辺に十分な燃料を供給し、混合気の希薄化を抑制している。

特表２００４−５１９６１７公報

しかしながら、上述のマルチホールインジェクタを用いた場合、寒冷地において、具体的に言うとエンジンが冷間状態にあるとき、または冷温の吸気がエンジンに流入してエンジンが冷却されたとき、点火プラグの電極に向かって直接噴射された燃料が液状のまま該電極に付着することがある。いわゆる点火プラグがぬれる状態になり、或いは付着燃料に起因するカーボンのいわゆるくすぶりが発生し、正常な火花放電を起こすことができない状態になることがある。また、これに起因し、スモークも生成しやすくなる。これは、点火プラグや気筒内の温度が低いために、燃料が点火プラグの電極に到達するまでの間に十分に気化することができない、または細かい粒子状にならないことによる。

そこで、本発明は、寒冷地であっても、確実に燃料を燃焼させることができる筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置を提供することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、気筒と協働して燃焼室を形成するピストンと、燃焼室上部に配置された点火プラグと、燃焼室側方部から燃料を噴射するインジェクタとを有する筒内噴射式エンジンにＥＧＲを実行する筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置であって、インジェクタの燃料の噴射と点火プラグの燃料への点火とを制御する燃料燃焼制御手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ手段と、前記ＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段とを有し、前記燃料燃焼制御手段は、エンジンが冷間状態にあるときは燃料噴射を圧縮行程中に実行するように構成されており、前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンが冷間状態にあって吸気温度が所定の吸気温度以下であるときは前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流し、前記インジェクタは、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する第１の噴射口と、前記第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第２の噴射口とを備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置において、前記燃料燃焼制御手段は、エンジンが冷間状態にあってエンジンの温度が所定のエンジン温度より高いときは前記圧縮行程中の燃料噴射を一括して行い、前記所定のエンジン温度より低いときは少なくとも１回圧縮行程中に実行する分割噴射を実行するように構成されており、前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンの温度が所定のエンジン温度以下のときは前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流することを制限することを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は請求項１または２に記載の筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置において、排気ガスを浄化する触媒を有し、前記燃料燃焼制御手段は、点火プラグに点火タイミングをリタードさせて排気ガスを高温にし、高温の排気ガスにより触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇制御を実行するように構成されており、前記ＥＧＲ制御手段は、前記燃料燃焼制御手段が前記触媒温度上昇制御を実行中は前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流することを制限することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、インジェクタの第１の噴射口が、点火プラグの電極に向かって直接噴射するのではなく、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する。また、エンジンが冷間状態にあるとき、燃料噴射は、圧縮行程において実行する。これらにより、点火プラグの電極に液状の燃料が付着することによる該電極のぬれやカーボンのくすぶり等を抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない適度な量の燃料を供給すること（混合気の弱成層化）ができ、触媒暖機を早めるためのリタード点火タイミングにおいても着火性が向上する。

さらに、インジェクタの第２の噴射口が、第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散させることができると共に、噴射時期を早めて十分な気化時間を確保することが可能となることにより、混合気過濃部の不完全燃焼によるスモークの発生が抑制されることになる。

さらにまた、エンジンが冷間状態にあって吸気が所定の吸気温度以下であるとき、吸気に高温の排気ガスの一部を流入させることにより、エンジンに流入するガス温を上げ、プラグ温度の低下を抑制してプラグくすぶりを防止するとともに、燃焼室を噴射された燃料が気化しやすい状態で維持している。これらにより、寒冷地であっても、確実に燃料を着火することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、エンジンが冷間状態にあってエンジンの温度が所定のエンジン温度以下のとき（以下、「極冷間状態」と称する。）、少なくとも１回圧縮行程中に行う分割噴射を実行する。これは、エンジン温度が所定の温度以下であるとき、圧縮行程中に一括して燃料を噴射すると、気化時間が足らずに燃料の一部が気化できず、燃焼室の表面などに液状の燃料が付着することがある。燃料を分割して噴射する場合、最初に噴射された燃料が十分な時間をもって気化できるため、噴射された燃料全体をみれば、気化できない量は一括噴射に比べて少なくなり、その結果液状の燃料の付着やくすぶりの発生が抑制される。また、エンジンが極冷間状態にあるとき、ＥＧＲの実行を制限する。これは、エンジンが冷間状態にあってエンジンの温度が所定のエンジン温度以下のときは正常な燃焼が実行しにくく、その上に燃焼を抑制するＥＧＲを実行すると、燃焼変動が増大するためである。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、点火タイミングをリタードさせて排気ガスを高温にし、高温の排気ガスにより触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇制御を実行する。その間、ＥＧＲの実行が制限される。これは、点火タイミングをリタードすると、完全な異常ではないが正常な燃焼が実行されなくなり、その上に燃焼を抑制するＥＧＲを実行すると、燃焼変動が増大するためである。

図１は本発明の一実施形態に係る排気ガス還流装置と該装置が取り付けられたエンジンの構造を概略的に示している。

図１に符号１０で示す、その出力軸１２と直行する断面で示されているエンジンは、多筒式のエンジンであって、筒内噴射式エンジンである。エンジン１０は、気筒１４とピストン１６とが協働して形成する燃焼室１８に燃料を噴射するインジェクタ２０と、燃焼室１８内の燃料を燃焼させるための点火プラグ２２と、燃焼室１８に空気を供給する吸気路２４と、燃焼室１８内の排気ガスを排気する排気路２６とを有する。

また、エンジン１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる燃焼サイクルを実行するための吸気弁２８と排気弁３０とを有する。

吸気量を調節するためのスロットル弁３２に対して下流側の吸気路２４の部分と、排気を浄化するための触媒３４に対して上流側の排気路２６の部分とがＥＧＲ通路３６によって連絡されている。また、ＥＧＲ通路３６上にはＥＧＲバルブ３８が配置されている。このＥＧＲ３８が開弁すると、排気路２６を流れる排気の一部が吸気路２４に還流される。

図２に燃焼室１８の拡大図を示し、図３にインジェクタ２０の先端の断面図を示す。

図２に示すように、インジェクタ２０は、燃焼室１８にその側方から燃料を噴射するようにエンジン１０に配置されている。

また、図２や図３に示すように、インジェクタ２０は、燃焼室２０の中心部に向けて、複数の方向Ａ、Ｂの方向に燃料を噴射するように構成されている。

具体的には、図３に示すように、インジェクタ２０は、その先端に設けられたインジェクタヘッド５０に形成された、噴射方向Ａに燃料を噴射するための噴射口（特許請求の範囲に記載の第１の噴射口に対応。）５２と、噴射方向Ｂに燃料を噴射するための噴射口（特許請求の範囲に記載の第２の噴射口に対応。）５４とを有する。

インジェクタ２０は、インジェクタヘッド５０内の空間５８に燃料ポンプ（図示せず）から供給される高圧の燃料を蓄え、空間５８と噴射口５２、５４との連絡を遮断するニードル弁６０がその中心軸ＣＬ方向に後退する（点線の位置に移動する）ことによって該噴射口と該空間を連絡することにより、燃料を噴射するように構成されている。また、燃料ポンプから出力される燃料の圧力(燃圧)を変えることにより、インジェクタ２０から噴射される燃料の量が変更できるように構成されている。

複数の噴射方向Ａ、Ｂは、ニードル弁の中心軸ＣＬを基準軸としてその角度が設定されている。噴射方向Ａは、基準軸ＣＬに対して点火プラグ２２側の角度αの方向に設定されている。また、噴射方向Ｂは、基準軸ＣＬ方向に略一致するように設定されている。

異なる観点から見れば、噴射方向Ｂは噴射方向Ａに対してピストン１８側の角度αの方向に設定されている。

図２に戻って、２つの噴射方向がピストン１６側に向くようにインジェクタ２０はエンジン１０に配置されており、噴射口５２の噴射方向Ａは、図２に示すように、噴射方向Ｂに比べて点火プラグ２２側に燃料を噴射する方向である。

また、図２に示すように、噴射口５２の噴射方向Ａ軸と点火プラグ２２の電極７２ｂとの間の最短距離が所定距離Ｌになるように設定されている。

所定距離Ｌについて説明する。一般に噴射口から噴射された燃料は噴射方向に移動しつつ、噴射方向軸を中心として放射状に拡散する。したがって、噴射口５２については、噴射方向Ａ軸が直接電極７２ｂを指向していなくても、エンジン１０が冷間状態であるときに液状の燃料噴霧が電極７２ｂに付着することがある。このことを考慮し、前記所定距離Ｌは、液状の燃料噴霧が電極７２ｂに付着しないように求められた距離である。

噴射方向Ｂは、噴射口５４から噴射された燃料がピストン１６の頭頂面７４に形成された凹部(キャビティ)７６に向かう方向に設定されている。キャビティ７６は、キャビティ７６に移動してきた燃料を点火プラグ２２に向かう方向にその移動方向を変更するガイドとして機能するものである。これにより、噴射口５４から噴射された燃料が点火プラグ２２の電極７２ａ、７２ｂに向かって移動される。

さらに、噴射口５４の噴射方向Ｂが燃焼室１８の中心線に直交する平面Ｐｈに対して点火プラグ２２側に角度θで交差するように、インジェクタ２０はエンジン１０に配置されている。

角度θは、圧縮行程中に燃料を噴射したときの燃焼安定性と発生するスモーク量を考慮して決定される。図４（ａ）に、圧縮行程中に燃料を噴射したときの燃焼安定性、発生するスモーク量と角度θとの関係を示す。

燃焼安定性は、図４（ａ）に示すように、角度θが小さくなると低下し（失火が起こりやすくなり）、大きくなりすぎても低下する。燃料が燃焼室１８の側方の所定位置から噴射されるとすると、角度θが小さくなればなるほど、キャビティ７６で燃料を点火プラグ２２に向かわせるには噴射タイミングが遅角側（ピストン位置が上死点側）となり、噴射方向Ｂに噴射口５４から噴射された燃料は、点火プラグ２２の２つの電極７２ａと７２ｂの間、すなわち火花放電が起こる位置に早く到達することになる。早く到達すればするほど噴射されて気化するまでの時間が短くなり、そのために電極７２ａ，７２ｂに到達した燃料に液状の燃料が多く含まれることになる。その結果、電極７２ａ、７２ｂの表面が液状の燃料に覆われ、火花放電が確実に実行できず、失火しやすくなる。

一方、角度θが大きくなればなるほど、噴射方向Ｂに噴射口５４から噴射された燃料は、点火プラグ２２の２つの電極７２ａと７２ｂの間に到達するまでに方向を変えつつ長距離を移動するために、その量が減少する。その結果、点火プラグ２２の電極７２ａ、７２ｂの間を中心とする所定の領域内の燃料が希薄となり、確実に着火できなくなる。所定の領域とは、電極近傍の領域であって、燃料の着火性に影響を与える領域である。

また、スモーク量は、角度θが大きくなればなるほどその発生量が減少する。スモークは、燃料が不完全に燃焼されることにより発生し、それは点火プラグ２２の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする所定の領域に過剰に燃料が供給されることを原因とする。角度θが小さくなればなるほど、噴射タイミングが遅角側となり、気化不足の多くの燃料が点火プラグ２２の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする領域に到達するため、スモーク量が増加する。

これらのことを考慮して、角度θは、図４（ａ）で斜線で示す範囲、すなわち、燃焼安定性が高く、発生するスモーク量が許容できる範囲内で決定される。

また、角度θは、圧縮行程において、燃料を噴射するタイミング、言い換えるとピストン１６の位置に基づいて決定される。

角度θと、ピストン１６の位置と、点火プラグ２２の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする所定の領域（電極の近傍）内の空燃比（Ａ／Ｆ）との示す図４（ｂ）に示す。図に示すように、角度θの噴霧をキャビティにてプラグに向けるには、角度θが小さくなると、噴射タイミングが遅角側となるため、所定の領域内の空燃比は過濃となる。逆に、角度θが大きくなると、噴射タイミングが進角側となり、所定の領域内の空燃比はリーンとなる。これにより、いずれも、点火プラグ２２の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする所定の領域内の空燃比が正常に燃料の燃焼が実行できる点火の範囲、図においては斜線で示す範囲が小さくなる。よって、この着火可能な点火タイミング（ピストンの位置）の範囲が大きくなるように、角度θが決定される。

まとめると、噴射方向Ａ、Ｂに噴射する噴射口５２、５４が点火プラグの電極に直接液状の燃料が付着することを抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない十分量の燃料を供給している。これらにより、安定な着火が実行可能となる。

ここからは、エンジン１０の制御系について説明する。

図５に、エンジン１０を制御するとともにＥＧＲを実行するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）を中心とするエンジン１０の制御系を示す。

ＥＣＵ１００は、インジェクタ２０と、点火プラグ２２と、ＥＧＲバルブ３８に制御信号を出力し、燃料の噴射量と噴射タイミング、燃料への点火タイミング、ＥＧＲ実行のタイミングを制御するように構成されている。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ１０２と、吸気の温度を検出する吸気温センサ１０４と、触媒の温度を検出する触媒温度センサ１０６と、スロットル弁３２の開度を検出するスロットル開度センサ１０８と、エンジン１０の出力軸１２の回転数を検出する回転数センサ１１０からの信号を受け取るように構成されている。ＥＣＵ１００は、これらのセンサからの信号に基づいてエンジン１０の状態を検出し、検出したエンジン１０の状態に基づいて、燃料の噴射量と噴射タイミング、燃料への点火タイミング、ＥＧＲ実行のタイミングを制御するように構成されている。

次に、ＥＣＵ１００について具体的に説明する。

まず、ＥＣＵ１００は、水温センサ１０２からの信号に基づいて、エンジン１０の冷却水の温度を検出する、言い換えると間接的にエンジン１０の温度状態を検出するように構成されている。ＥＣＵ１００は、水温が所定の上側規定温度以上（例えば、６０℃以上）であるときに、エンジン１０が温間状態であると検出し、水温が所定の上側規定温度以下であるときは冷間状態であると検出するように構成されている。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０の２つ温度状態、すなわち温間状態と冷間状態に応じた燃料噴射制御を実行する。ＥＣＵ１００は、エンジン１０が温間状態であるときは、吸気行程において燃料を一括噴射する制御を実行する。

一方、エンジン１０が冷間状態であるときは、ＥＣＵ１００は、圧縮行程中に燃料を噴射する。すなわち、一括噴射するときは圧縮行程で行い、分割噴射するときは、少なくとも１回の噴射は圧縮行程中に行う。エンジン１０が冷間状態であるとき、圧縮行程中に燃料を噴射する理由は、エンジン１０が冷間状態であるときに、プラグ周りに着火しやすい混合気を集め、ＥＧＲ導入時の燃焼安定性を確保するためで、その対処として吸気行程に比べて燃料が弱成層化しやすい圧縮行程で燃料を噴射している。

なお、エンジンが冷間状態にあって水温が所定の下側規定水温（例えば、２０℃）以下であるとき（エンジンが極冷間状態にあるとき）は、少なくとも１回の噴射は圧縮行程中に行う分割噴射を実行するのが好ましい。

これは、エンジンが極冷間状態にあるとき、一度に燃料を噴射すると、燃料の一部が気化できないことがあるためである。具体的に説明すると、エンジンが極冷間状態にあるとき、一括して燃料を噴射すると、気化時間が足らずに燃料の一部が気化できず、燃焼室の表面などに液状の燃料が付着することがある。燃料を分割して噴射する場合、最初に噴射された燃料が十分な時間をもって気化できるため、噴射された燃料全体をみれば、気化できない量は一括噴射に比べて少なくなり、その結果、液状の燃料の付着やくすぶりの発生が抑制される。このことは、分割噴射の噴射間隔が大きければ大きいほど確実なものとなる。すなわち、吸気行程と圧縮行程に行う分割噴射と、圧縮行程中に２度噴射する分割噴射を比べた場合、前者の方がより噴射間隔を長く設定することができるため、水温が非常に低い場合は後者より前者の方が適する。

また、ＥＣＵ１００は、触媒温度センサ１０６からの信号に基づいて、触媒３４が活性状態であるかまたは不活性状態であるかを検出し、不活性状態が検出されたとき、触媒３４を活性させるための制御を実行するように構成されている。

具体的には、ＥＣＵ１００は、触媒３４が不活性状態であることを検出したとき、点火タイミングをリタードして排気ガスの温度を上昇させる制御実行する。高温の排気ガスにより触媒３４の温度を上昇させ、触媒３４を活性状態にする。

なお、触媒を活性状態にするまでの間、エンジンがアイドリング中であるときは、ＥＣＵは、触媒を早く活性状態にするために、規定のアイドリング回転数より大きい回転数でエンジンを駆動制御してもよい。例えば規定のアイドリング回転数が６００ｒｐｍである場合、回転数を１，２００ｒｐｍにしてもよい。

さらに、ＥＣＵ１００は、吸気温センサ１０４からの信号に基づいて、吸気の温度を検出する。ＥＣＵ１００は、検出した吸気温度が所定の吸気温度（例えば、−１０〜０℃)以下であってエンジン１０が冷間状態であるとき、ＥＧＲバルブ３８を開弁してＥＧＲを実行するように構成されている。これにより、所定の吸気温度以下の吸気に高温の排気ガスを流入させ、吸気によってエンジン１０、特に点火プラグが冷却されることを抑制している。すなわち、プラグ温低下によるプラグくすぶりを抑制するとともに、ガス温上昇によって燃料が気化しやすい環境を維持している。その結果、吸気の温度が所定の吸気温度以下になるような寒冷地であっても、点火プラグがくすぶらず、燃料が気化して確実に該燃料を着火し、燃焼させることができる。

なお、ＥＧＲは、触媒を活性状態にしている間は実行しないほうが好ましい。上述したように、触媒を活性状態にしている間は、点火タイミングを正常な燃焼が実行されるタイミングよりリタードさせているため、正常な燃焼が実行されていない。その上で、燃焼を抑制するＥＧＲを実行すると、燃焼変動が増大する可能性がある。したがって、不安定な燃焼が起こることを抑制するために、ＥＧＲは触媒を活性状態にしている間は実行しないほうが好ましい。

また、ＥＧＲは、エンジンが極冷間状態にあるときは、実行しないほうが好ましい。エンジンが極冷間状態にあるときは、正常な燃焼が起こりにくい。その上で、燃焼を抑制するＥＧＲを実行すると、燃焼変動が増大する可能性がある。したがって、不安定な燃焼が起こることを抑制するために、ＥＧＲは水エンジンが極冷間状態にあるときは実行しないほうが好ましい。

これらのことを踏まえたＥＣＵ１００が行う制御の流れの一例を図６と図７にそれぞれ示す２つのフローを参照しながら説明する。

図６に示すフローは燃焼制御フローであり、図７に示すフローはＥＧＲ実行判定フローである。ＥＣＵ１００は、２つのフローに示す制御を並行して実行する。

図６に示すフローを説明する。図６に示すフローは、エンジン１０が始動（クランキング）したときから始まる燃焼制御フローである。

まず、Ｓ２００において、ＥＣＵ１００は、最初の燃料噴射が実行されたか否かを判定する。最初の燃料噴射が実行されていない場合はＳ２１０に進む。実行された場合はＳ２３０に進む。

Ｓ２１０において、ＥＣＵ１００は、エンジン１０が始動されて最初の燃料噴射を実行する。ここでは、エンジン１０が冷間状態にあって水温が所定の温度以下ときである（エンジンが極冷間状態にある）ことを想定して、吸気行程と圧縮行程とに分割した分割噴射が行う。

次に、Ｓ２２０において、ＥＣＵ１００は、正常な燃焼が起こるタイミングで点火を実行する。

一方、Ｓ２００において、最初の燃料噴射が実行されたことが確認されると、Ｓ２３０において、ＥＣＵ１００は、水温センサ１０２からの信号を読み込む。

Ｓ２４０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ２３０で読み込んだ信号に基づいて、エンジン１０の冷却水の水温が６０℃以下であるか否かを判定する。すなわち、エンジン１０が冷間状態かあるいは温間状態のいずれであるかを判定する。水温が６０℃以下である（冷間状態である）場合、Ｓ２５０に進む。水温が６０℃を超える（温間状態である）場合、Ｓ２９０に進む。

Ｓ２５０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ２３０で読み込んだ信号に基づいて、エンジン１０の冷却水の水温が２０℃以下であるか否かを判定する。すなわち、エンジン１０が極冷間状態かあるいは冷間状態のいずれであるかを判定する。水温が２０℃以下である（極冷間状態である）場合Ｓ２６０に進む。２０℃を超える（冷間状態である）場合Ｓ２８０に進む。

Ｓ２６０において、ＥＣＵ１００は、水温が２０℃以下であるため、吸気行程と圧縮行程とに分割した分割噴射、または圧縮行程に２度行う分割噴射を実行する。一方、Ｓ２８０において、ＥＣＵ１００は、水温が２０℃を超えているため、圧縮行程に２度行う分割噴射、または圧縮行程中の一括噴射を実行する。水温に応じた燃料噴射を行った後、Ｓ２７０に進む。

Ｓ２７０において、ＥＣＵ１００は、正常燃焼が起こるタイミングからリタードしたタイミングで点火を行う。これは、水温６０℃以下では触媒３４が不活性状態である可能性があるためで、排気ガス温度を上昇させて触媒３４を早期に活性化させるためである。点火後、スタートに戻る。

一方、Ｓ２３０で水温は６０℃を越えると判定された（温間状態である）場合、Ｓ２９０において、ＥＣＵ１００は、吸気行程中の一括噴射を実行する。

続く、Ｓ３００において、ＥＣＵ１００は、スロットル開度センサ１０８と、回転数センサ１１０からの信号を読み込む。

次に、Ｓ３１０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ３００で読み込んだ信号に基づいてエンジン１０の運転状態を検出する。

そして、Ｓ３２０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ３１０で検出したエンジン１０の運転状態に適したタイミングで点火を実行し、スタートに戻る。

図７に示すフローを説明する。図７に示すフローは、エンジン１０が始動（クランキング）したときから始まるＥＧＲ実行判定フローである。

まず、Ｓ４００において、ＥＣＵ１００は、水温センサ１０２、吸気温センサ１０４、および触媒温度センサ１０６からの信号を読み込む。

Ｓ４１０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ４００で読み込んだ水温センサ１０２からの信号に基づいて、エンジン１０の冷却水の水温が６０℃以下であるか否かを判定する。水温が６０℃以下である場合Ｓ４２０に進む。６０℃を超える場合Ｓ４５０に進む。

Ｓ４２０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ４００で読み込んだ吸気温センサ１０４からの信号に基づいて、吸気の温度が０℃以下であるか否かを判定する。吸気の温度が０℃以下である場合Ｓ４３０に進む。０℃を超える場合Ｓ４５０に進む。

Ｓ４３０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ４００で読み込んだ触媒温度センサ１０６からの信号に基づいて、触媒３４が活性状態または不活性状態のいずれであるかを判定する。触媒３４が活性状態である場合Ｓ４４０に進む。不活性状態である場合Ｓ４５０に進む。

Ｓ４４０において、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ３８を開弁状態にしてＥＧＲを実行する。そしてスタートに戻る。

Ｓ４５０において、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ３８閉弁状態にしてＥＧＲを停止する。そしてスタートに戻る。

以上、上述の一実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、エンジンが冷間状態にあって水温が２０℃以下のとき（極冷間状態にあるとき）、液状の燃料が燃焼室などの表面に付着するのを抑制するために、分割噴射を実行しているが、これにあわせて、インジェクタが噴射する燃料を減少させてもよい。

また、エンジンの温度状態は、水温から想定したものであるが、直接温度センサをエンジンに取りつけて、そのセンサから出力される信号に基づいてエンジンが極冷間状態、冷間状態、若しくは温間状態のいずれであるかを判定してよい。

さらに、エンジンが冷間状態にあって車両が車速４０ｋｍ／ｈ以下で走行する場合、エンジンの冷却水の水温にかかわらず、少なくとも１回は吸気行程で行う分割噴射を実行するのが好ましい。このような状態の場合、プラグ温度が十分に上がっておらず、燃料と空気の混合状態が一様でない状態になりやすい吸気行程中の一括噴射を実行すると、吸気温度を上げてプラグの温度低下を抑制するためのＥＧＲ導入ができず、くすぶりが発生する可能性がある。したがって、吸気行程中の一括噴射に比べて混合気が弱成層になり、ＥＧＲを導入することができる少なくとも１回は吸気行程で行う分割噴射を実行するのが好ましい。

さらにまた、上述の実施形態においては、図６に示すように、水温が６０℃以下であって２０℃を超えるとき（エンジンが冷間状態にあるとき）は、圧縮行程に２度行う分割噴射または圧縮行程中の一括噴射のいずれかを実行するようにしている。これに代わり、水温が６０℃以下であって２０℃を超える範囲において水温が６０℃に近い場合は、圧縮行程中の一括噴射を実行し、２０℃に近い場合は、圧縮行程に２度行う分割噴射を実行するようにしてもよい。これは、水温が低い場合は液状の燃料が燃焼室などの表面に付着することを考慮して分割噴射を実行するのが好ましいが、水温が高ければ一括噴射しても十分に燃料が気化できるためである。

同様に、図６に示すように、上述の実施形態は、水温が２０℃以下である（エンジンが極冷間状態にある）場合は、圧縮行程中に２度行う分割噴射または吸気行程と圧縮行程とに分割して行う分割噴射のいずれかを実行するようにしているが、水温が２０℃に近い場合は圧縮行程中に２度行う分割噴射を実行し、水温が２０℃から遠い場合は、吸気行程と圧縮行程とに分割して行う分割噴射を実行するようにしてもよい。

最後に、上述の実施形態において、ＥＧＲは、吸気によってエンジンが冷却されるのを抑制するために高温の排気ガスの一部を吸気に流入させている。これは、ＥＧＲの本来の目的である、排気ガスに含まれる有害物質を減少させることを実施しないと言うわけでない。排気ガスに含まれる有害物質を減少させるＥＧＲを実行する条件（例えば、触媒温度やエンジン回転数）が成立すれば、このＥＧＲを実行してもよい。

本発明の一実施形態に係る筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置を含むエンジン周辺の構造を概略的に示す図である。 燃焼室の拡大図である。 インジェクタの先端の拡大図である。 図２に示す角度θと燃焼安定性、スモーク量との関係と、角度θとプラグ位置のＡ／Ｆとの関係とを示す図である。 本発明の一実施形態に係る筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置を含むエンジンの制御系を示す図である。 燃焼制御フローの一例を示す図である。 ＥＧＲ実行判定フローの一例を示す図である。

符号の説明

１０ エンジン
１６ ピストン
１８ 燃焼室
２０ インジェクタ
２２ 点火プラグ
３６ ＥＧＲ通路
３８ ＥＧＲバルブ

Claims (3)

1. 気筒と協働して燃焼室を形成するピストンと、燃焼室上部に配置された点火プラグと、燃焼室側方部から燃料を噴射するインジェクタとを有する筒内噴射式エンジンにＥＧＲを実行する筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置であって、
   インジェクタの燃料の噴射と点火プラグの燃料への点火とを制御する燃料燃焼制御手段と、
   排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ手段と、
   前記ＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段とを有し、
   前記燃料燃焼制御手段は、エンジンが冷間状態にあるときは燃料噴射を圧縮行程中に実行するように構成されており、
   前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンが冷間状態にあって吸気温度が所定の吸気温度以下であるときは前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流し、
   前記インジェクタは、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する第１の噴射口と、前記第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第２の噴射口とを備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置。
2. 請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置において、
   前記燃料燃焼制御手段は、エンジンが冷間状態にあってエンジンの温度が所定のエンジン温度より高いときは前記圧縮行程中の燃料噴射を一括して行い、前記所定のエンジン温度より低いときは少なくとも１回圧縮行程中に実行する分割噴射を実行するように構成されており、
   前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンの温度が所定のエンジン温度以下のときは前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流することを制限することを特徴とする筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置。
3. 請求項１または２に記載の筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置において、
   排気ガスを浄化する触媒を有し、
   前記燃料燃焼制御手段は、点火プラグに点火タイミングをリタードさせて排気ガスを高温にし、高温の排気ガスにより触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇制御を実行するように構成されており、
   前記ＥＧＲ制御手段は、前記燃料燃焼制御手段が前記触媒温度上昇制御を実行中は前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流することを制限することを特徴とする筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置。

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