特許 7452093 燃焼システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-11

(45)【発行日】2024-03-19

(54)【発明の名称】燃焼システム

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20240312BHJP

   F02D 41/34 20060101ALI20240312BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20240312BHJP

   F02M 61/10 20060101ALI20240312BHJP

   F02M 61/18 20060101ALI20240312BHJP

   F02P 5/152 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 368A

F02D41/34

F02D43/00 301A

F02D43/00 301D

F02D43/00 301U

F02D45/00 368Z

F02M61/10 F

F02M61/18 320Z

F02M61/18 330Z

F02P5/152

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020032207

(22)【出願日】2020-02-27

(65)【公開番号】P2021134735

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-08-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】青柳 賢司

【審査官】戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２０７８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２４１７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３４２８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２４２７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３７８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１３３４９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｄ ４１／３４

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｆ０２Ｍ ６１／１０

Ｆ０２Ｍ ６１／１８

Ｆ０２Ｐ ５／１５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン（９１，９２）の燃焼室（３８）内に燃料を噴射する噴射装置（４０）と、前記燃焼室内において前記燃料に点火（Ｉ）を行う点火プラグ（５０）と、前記噴射装置により所定の通常噴射（Ｆ）を行ってから前記点火プラグにより前記点火を行う制御としての通常制御（α）を行う通常制御部（６５）と、を有する燃焼システムにおいて、
前記通常制御を行うと前記燃焼室内において、前記点火により発生する火炎（Ｐ）の伝播が他の部分よりも遅れることになる所定の領域を遅延域（Ｄ）とし、前記通常制御を行うと前記遅延域の燃料に自着火が発生することになる状態をノック状態として、
前記ノック状態の時に、所定の調整制御（β）を行うことにより前記自着火を抑制する調整制御部（６６）と、を有し、
前記調整制御は、前記噴射装置により、所定のメイン噴射（Ｆｍ）を行うと共にその後の圧縮行程の後半に所定のサブ噴射（Ｆｓ）を行うことにより、リッチ空燃比の領域であるリッチ領域を前記噴射装置から前記遅延域側へ広げることで、前記燃焼室内の燃料分布を、前記通常噴射が行われた場合に比べて、前記点火により発生する火炎（Ｐ）が前記遅延域に伝播し易い燃料分布に調整してから、前記点火プラグにより前記点火を行う制御である、燃焼システム。

【請求項2】

エンジン（９１，９２）の燃焼室（３８）内に燃料を噴射する噴射装置（４０）と、前記燃焼室内において前記燃料に点火（Ｉ）を行う点火プラグ（５０）と、前記噴射装置により所定の通常噴射（Ｆ）を行ってから前記点火プラグにより前記点火を行う制御としての通常制御（α）を行う通常制御部（６５）と、を有する燃焼システムにおいて、
前記通常制御を行うと前記燃焼室内において、前記点火により発生する火炎（Ｐ）の伝播が他の部分よりも遅れることになる所定の領域を遅延域（Ｄ）とし、前記通常制御を行うと前記遅延域の燃料に自着火が発生することになる状態をノック状態として、
前記ノック状態であるか否かを判定するノック判定部（６２）と、
所定の調整制御（β）を行うことにより前記自着火を抑制する調整制御部（６６）と、
前記通常制御及び前記調整制御のいずれよりも前記点火のタイミングが遅い制御としての遅角制御（γ）を行う遅角制御部（６７）と、前記調整制御を行っても排気の状態が所定の許容範囲内に収まるか否かを判定する排気判定部（６３）と、を有し、
前記調整制御は、前記噴射装置により、所定のメイン噴射（Ｆｍ）を行うと共にその後の圧縮行程の後半に所定のサブ噴射（Ｆｓ）を行うことにより、リッチ空燃比の領域であるリッチ領域を前記噴射装置から前記遅延域側へ広げることで、前記燃焼室内の燃料分布を、前記通常噴射が行われた場合に比べて、前記点火により発生する火炎（Ｐ）が前記遅延域に伝播し易い燃料分布に調整してから、前記点火プラグにより前記点火を行う制御であり、
前記ノック判定部により前記ノック状態でないと判定された場合には、前記通常制御部により前記通常制御を行い、前記ノック判定部により前記ノック状態であると判定され且つ前記排気判定部により前記排気の状態が前記許容範囲内に収まると判定された場合には、前記調整制御部により前記調整制御を行い、前記ノック判定部により前記ノック状態であると判定され且つ前記排気判定部により前記排気の状態が前記許容範囲内に収まらないと判定された場合には、前記遅角制御部により前記遅角制御を行う、燃焼システム。

【請求項3】

前記排気判定部は、前記調整制御を行うと排出されるＣＯの排出量を算出し、算出された前記ＣＯの排出量が所定のＣＯ許容閾値よりも小さいことを条件に、前記排気の状態が前記許容範囲内に収まると判定する、請求項２に記載の燃焼システム。

【請求項4】

前記排気判定部は、前記調整制御を行うと排出されるＰＭの排出量を算出し、算出された前記ＰＭの排出量が所定のＰＭ許容閾値よりも小さいことを条件に、前記排気の状態が前記許容範囲内に収まると判定する、請求項２又は３に記載の燃焼システム。

【請求項5】

前記エンジンの排気口（２８）から吸気口（２２）に向かう方向を吸気方向（ｄ１）とし、前記吸気方向の反対方向を排気方向（ｄ２）として、
前記エンジン（９１）は、少なくとも所定状態では、吸気行程に発生したタンブルが圧縮行程の後半まで継続することにより、前記燃焼室の中心よりも前記吸気方向側に前記遅延域が形成される構成であり、
前記噴射装置は、燃料を前記排気方向側よりも前記吸気方向側に多く噴射するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項6】

前記エンジンの排気口（２８）から吸気口（２２）に向かう方向を吸気方向（ｄ１）とし、前記吸気方向の反対方向を排気方向（ｄ２）として、
前記エンジン（９２）は、少なくとも所定状態では、吸気行程に発生したタンブルが圧縮行程でωスワールに変化することにより、前記燃焼室の中心よりも前記排気方向側に前記遅延域が形成される構成であり、
前記噴射装置は、燃料を前記吸気方向側よりも前記排気方向側に多く噴射するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項7】

前記噴射装置には、燃料を微粒化して噴射するための微粒化構造を有する噴孔（４４）が設けられており、前記微粒化構造は、噴射方向側に進むに従いテーパ状又は段状に広がる広がり構造、及び開口部がオーバル状であるオーバル構造のうちの少なくともいずれか一方を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する噴射装置と、燃焼室内において燃料に点火する点火プラグとを有する燃焼システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃焼システムの中には、次のようにしてノックを抑制するもがある。すなわち、吸気行程にメイン噴射を行うことにより、燃焼室内全体にリーン空燃比の混合気を形成し、その後の圧縮行程の前半にサブ噴射を行うことにより、点火プラグの近傍にリッチ空燃比の混合気を形成する。これにより、点火プラグの近傍にはリッチ空燃比の混合気を形成する一方、排気側領域についてはリーン空燃比に維持する。それにより、温度が高くなる排気側領域での自着火を抑制して、ノックを抑制している。そして、このような技術を示す文献としては、次の特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－０３７８９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の技術では、圧縮行程の前半にサブ噴射を行っているため、サブ噴射により噴射した燃料が、点火直前までに広く拡散し易い。そのため、点火直前における燃焼室内の燃料分布を、狙った燃料分布にすることが難しくなる。そのため、ノックを精度良く抑制することが難しくなる。そして、このような問題は、燃焼室内の気流が強くなるエンジンの高回転時に特に顕著になる。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ノックを精度良く抑制し易くすることを、主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の燃焼システムは、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する噴射装置と、前記燃焼室内において前記燃料に点火を行う点火プラグと、前記噴射装置により所定の通常噴射を行ってから前記点火プラグにより前記点火を行う制御としての通常制御を行う通常制御部と、を有する。

【0007】

以下では、前記通常制御を行うと前記燃焼室内において火炎の伝播が他の部分よりも遅れることになる所定の領域を遅延域とし、前記通常制御を行うと前記遅延域の燃料に自着火が発生する状態をノック状態とする。

【0008】

前記燃焼システムは、前記ノック状態の時に、所定の調整制御を行うことにより前記自着火を抑制する調整制御部を有する。前記調整制御は、前記噴射装置により、所定のメイン噴射を行うと共にその後の圧縮行程の後半に所定のサブ噴射を行うことにより、前記燃焼室内の燃料分布を、前記通常噴射が行われた場合に比べて、火炎が前記遅延域に伝播し易い燃料分布にしてから、前記点火プラグにより前記点火を行う制御である。

【0009】

本発明における調整制御では、メイン噴射を行うと共にサブ噴射を行うことにより、燃焼室内の燃料分布を、火炎が遅延域に伝播し易い燃料分布に調整してから点火を行う。すなわち、自着火を抑制したい領域をリーン空燃比に制御する上記の背景技術の発想とはむしろ反対に、本発明における調整制御では、自着火を抑制したい遅延域に火炎を伝播し易くしている。その遅延域への火炎の伝播により、遅延域における自着火を抑制してノックを抑制している。そして、本発明における調整制御では、圧縮行程の後半にサブ噴射を行っている。そのため、圧縮行程の前半にサブ噴射を行う背景技術に比べて、点火直前における燃焼室内の燃料分布を狙い通りに制御し易くなる。そのため、ノックを精度良く抑制し易くなる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の燃焼システムを示す正面断面図

【図2】通常制御、調整制御及び遅角制御を示すタイムチャート

【図3】通常制御時における点火直後の燃焼室内を示す平面断面図

【図4】図３のIV－IV線の断面を示す正面断面図

【図5】調整制御時における点火直前の燃焼室内を示す正面断面図

【図6】その後の点火直後の燃焼室内を示す正面断面図

【図7】燃焼システムによる制御を示すフローチャート

【図8】第２実施形態の通常制御時における点火直後の燃焼室内を示す平面断面図

【図9】図８のIX－IX線の断面を示す正面断面図

【図10】調整制御時における点火直前の燃焼室内を示す正面断面図

【図11】その後の点火直後の燃焼室内を示す正面断面図?

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。

【0012】

［第１実施形態］
まずは、本実施形態の概要について説明する。図１に示すように、燃焼システム７０は、エンジン９１に対して設置されている。燃焼システム７０は、噴射装置４０と点火プラグ５０と制御部６０とを有する。噴射装置４０は、エンジン９１の燃焼室３８内に燃料を噴射する。点火プラグ５０は、燃焼室３８内において燃料に点火Ｉを行う。制御部６０は、通常制御部６５と調整制御部６６と遅角制御部６７とを有する。通常制御部６５は、図２（ａ）に示す通常制御αを行う。その通常制御αでは、噴射装置４０により所定の通常噴射Ｆを行ってから、点火プラグ５０により点火Ｉを行う。

【0013】

図３，図４は、その通常制御αの実行時における点火直後の燃焼室３８内を示している。以下では、通常制御αを行うと燃焼室３８内において火炎Ｐの伝播が他の部分よりも遅れることになる所定の領域を「遅延域Ｄ」とし、通常制御αを行うと遅延域Ｄの燃料に自着火が発生することになる状態を「ノック状態」とする。また以下では、エンジン９１の排気口２８から吸気口２２に向かう方向を「吸気方向ｄ１」とし、吸気方向ｄ１の反対方向を「排気方向ｄ２」とする。

【0014】

これら図３，図４に示すように、本実施形態のエンジン９１は、少なくとも所定状態では、吸気行程に発生したタンブルＡｔが圧縮行程の後半まで継続することにより、燃焼室３８の中心よりも吸気方向ｄ１側に遅延域Ｄが形成される構成である。

【0015】

図５に示すように、噴射装置４０は、燃料を排気方向ｄ２側よりも吸気方向ｄ１側に多く噴射するように構成されている。噴射装置４０には、燃料を微粒化して噴射するための微粒化構造を有する噴孔４４が設けられている。その微粒化構造は、噴射方向側に進むに従いテーパ状又は段状に広がる広がり構造、及び開口部がオーバル状であるオーバル構造のうちの少なくともいずれか一方を含む。

【0016】

調整制御部６６は、ノック状態の時に、図２（ｂ）に示す調整制御βを行うことにより自着火を抑制する。その調整制御βでは、噴射装置４０により、所定のメイン噴射Ｆｍを行うと共にその後の圧縮行程の後半に所定のサブ噴射Ｆｓを行う。それにより、図５に示すように、燃焼室３８内の燃料分布を、通常噴射Ｆが行われた場合に比べて、火炎Ｐが遅延域Ｄに伝播し易い燃料分布に調整する。その燃料分布の状態で、図６に示すように、点火プラグ５０により点火Ｉを行う。

【0017】

図５等に示すように、燃焼システム７０は、燃焼室３８内に発生する電磁波を検出する電磁波センサ３４を有する。その電磁波センサ３４は、複数あり、それら電磁波センサ３４は、点火プラグ５０の外周面に周方向に間隔をおいて並設されている。調整制御部６６は、電磁波センサ３４により検出された電磁波に基づいて、遅延域Ｄに関する情報である遅延域情報を検出し、その遅延域情報に基づいて調整制御βを行う。

【0018】

調整制御部６６は、燃焼室３８内の気流の強さに応じて、サブ噴射Ｆｓにおける噴射圧であるサブ噴射圧を制御する。具体的には、調整制御部６６は、気流の強さが所定強度である場合に比べて気流の強さがその所定強度よりも大きい場合に、サブ噴射圧が大きくなるように制御する。

【0019】

遅角制御部６７は、図２（ｃ）に示す遅角制御γを行う。遅角制御γは、通常制御α及び調整制御βのいずれよりも点火Ｉのタイミングが遅い制御である。

【0020】

制御部６０は、さらに、図１に示すように、ノック判定部６２と排気判定部６３とを有する。ノック判定部６２は、ノック状態であるか否かを判定する。排気判定部６３は、調整制御βを行っても排気の状態が所定の許容範囲内に収まるか否かを判定する。具体的には、排気判定部６３は、調整制御βを行うと排出されるＣＯ（一酸化炭素）の排出量を算出し、算出されたＣＯの排出量が所定のＣＯ許容閾値よりも小さいことを条件に、調整制御βを行っても排気の状態が所定の許容範囲内に収まると判定する。さらに、排気判定部６３は、調整制御βを行うと排出されるＰＭ（粒子状物質）の排出量を算出し、算出されたＰＭの排出量が所定のＰＭ許容閾値よりも小さいことを条件に、調整制御βを行っても排気の状態が所定の許容範囲内に収まると判定する。

【0021】

制御部６０は、ノック判定部６２によりノック状態でないと判定される場合には、図２（ａ）に示す通常制御αを行う。他方、制御部６０は、ノック判定部６２によりノック状態であると判定され、且つ排気判定部６３により、調整制御βを行っても排気の状態が許容範囲内に収まると判定される場合には、図２（ｂ）に示す調整制御βを行う。他方、制御部６０は、ノック判定部６２によりノック状態であると判定され、且つ排気判定部６３により、調整制御βを行うと排気の状態が許容範囲内に収まらないと判定される場合には、図３（ｃ）に示す遅角制御γを行う。

【0022】

次に、本実施形態の詳細について説明する。

【0023】

図１は、第１実施形態の燃焼システム７０及びその周辺を示す断面図である。エンジン９１は、一燃焼サイクルが吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程の４行程からなる４ストロークエンジンである。エンジン９１は、シリンダ３０と、その上部に取り付けられているヘッド２０とを有する。

【0024】

以下では、図に合わせて、シリンダ３０の中心線の長さ方向を上下方向として説明する。ただし、例えば、当該中心線を上下方向に対して斜めにしてエンジン９１及び燃焼システム７０を設置したり、当該中心線を水平方向にしてエンジン９１及び燃焼システム７０を設置したりする等、エンジン９１及び燃焼システム７０は、任意の方向に設置することができる。

【0025】

シリンダ３０内には、ピストン３５が設置されている。ピストン３５は、リンク３６を介してクランクシャフト（図示略）に連結されており、クランクシャフトの回転に従い上下動する。そのピストン３５の上方に燃焼室３８が形成されている。

【0026】

ヘッド２０には、燃焼室３８内に気体を吸入するための吸気通路２１と、燃焼室３８内の気体を排出するための排気通路２９とが設けられている。吸気通路２１の燃焼室３８に対する開口は、吸気口２２を構成し、排気通路２９の燃焼室３８に対する開口は、排気口２８を構成している。

【0027】

そして、吸気通路２１には吸気弁２３が設置され、排気通路２９には排気弁２７が設置されている。吸気弁２３は吸気カム（図示略）により駆動され、排気弁２７は排気カム（図示略）により駆動される。そして、ヘッド２０における燃焼室３８の天井部の中央部に位置する部分に、噴射装置４０と点火プラグ５０とが設置されている。

【0028】

エンジン９１には、クランク角センサ３１と内圧センサ３２と振動センサ３３とが設置されている。クランク角センサ３１は、クランクシャフトの回転角を検出する。内圧センサ３２は、燃焼室３８内の圧力を検出する。振動センサ３３は、エンジン９１に発生する振動を検出する。

【0029】

電磁波センサ３４は、燃焼室３８内において、点火プラグ５０の下端部に設けられている。その電磁波センサ３４は、例えば、可視光線を検出するもの、すなわち、化学発光等の波長を検出する光センサであってもよいし、赤外線を検出する赤外線センサであってもよい。電磁波センサ３４が光センサである場合、調整制御部６６は、例えば、電磁波センサ３４により検出された可視光線に基づいて、すなわち、検出された化学発光等の波長に基づいて、燃焼に関する情報である燃焼情報を検出し、その燃焼情報に基づいて遅延域情報を検出する。その場合、調整制御部６６は、前回の燃焼以前の燃焼情報に基づいて、今回の点火直前の遅延域情報を検出（推定）する。遅延域情報は、例えば、遅延域Ｄの位置、遅延域Ｄの発生タイミング、遅延域Ｄにおける自着火の発生のし易さ等である。

【0030】

また、電磁波センサ３４が赤外線センサである場合、調整制御部６６は、例えば、電磁波センサ３４により検出された赤外線に基づいて、燃料の分布に関する情報である分布情報を検出し、その分布情報に基づいて遅延域情報を検出する。その場合、調整制御部６６は、例えば、現在の分布情報に基づいて、現在の遅延域情報を検出する。

【0031】

ノック判定部６２は、例えば、振動センサ３３による振動の検出結果に基づき、ノック判定を行うものであってもよいし、電磁波センサ３４による電磁波の検出結果に基づき、ノック判定を行うものであってもよい。また例えば、ノック判定部６２は、エンジン９１の回転数、負荷、水温等の各パラメータに基づいて、ノック判定を行うものであってもよいし、それらの各パラメータに加えて、燃料の性状を判定する燃料性状判定等も加えて、総合的にノック判定を行うものであってもよい。

【0032】

排気判定部６３におけるＰＭの排気量の算出は、例えば、排出されるＰＭの粒子数（ＰＮ）を算出するものであってもよいし、排出されるＰＭの質量を算出するものであってもよい。

【0033】

図２（ａ）は、通常制御部６５による通常制御αを示すタイムチャートである。通常噴射Ｆは、一燃焼サイクル内に噴射する燃料の全部を、すなわち、燃焼室３８内を理論空燃比にするのに必要な燃料の全部を、吸気行程に噴射するものである。点火Ｉは、圧縮行程の終わりに行われる。

【0034】

図２（ｂ）は、調整制御部６６による調整制御βを示すタイムチャートである。メイン噴射Ｆｍでは、一燃焼サイクル内に噴射する燃料、すなわち、燃焼室３８内を理論空燃比にするのに必要な燃料、のうちの一部を除く大部分を噴射し、サブ噴射Ｆｓでは、当該一部を噴射する。点火Ｉは、圧縮行程の終わりに行われる。

【0035】

図２（ｃ）は、遅角制御部６７による遅角制御γを示すタイムチャートである。通常制御αの場合と同様に通常噴射Ｆが行われる。そして、通常制御α及び調整制御βの点火タイミングよりも遅いタイミングで、点火Ｉが行われる。その点火Ｉのタイミングは、圧縮行程の終わりであってもよいし、圧縮上死点であってもよいし、膨張行程の前半であってもよい。

【0036】

図２（ｂ）に示す調整制御βは、図２（ｃ）に示す遅角制御γに比べて、図２（ａ）に示す通常制御αに対するトルク低下が少ない点で優れている。以下にそのようにトルク低下が少ない理由について説明する。以下では、燃焼室３８内の燃料の５０％が燃焼した状態になるタイミングを、「燃焼重心Ｂ」とする。この燃焼重心Ｂが、所定の最適燃焼重心（例えば圧縮上死点後１０クランクアングル）であるときに最も高いトルクが得られる。そして、図２（ａ）に示す通常制御αでは、この燃焼重心Ｂが最適燃焼重心に制御される。他方、図２（ｃ）に示す遅角制御γでは、点火Ｉを遅角させることにより、燃焼重心Ｂが最適燃焼重心よりも遅くなる。また、図２（ｂ）に示す調整制御βでも、燃焼重心Ｂは最適燃焼重心よりも若干遅くなる。しかし、遅角制御γの場合ほどは遅くならない。以上により、調整制御βは、遅角制御γに比べて、通常制御αに対するトルク低下が少ない。

【0037】

しかし、調整制御βは、ＰＭやＣＯの排出量が多くなり易いという問題がある。調整制御βでは、サブ噴射Ｆｓから点火Ｉまでの時間、すなわち、サブ噴射Ｆｓにより噴射された燃料の蒸発時間が不足しがちなためである。そこで、上記のとおり、排気判定部６３による判定に基づいて、調整制御βを行うか遅角制御γを行うかを選択する。

【0038】

図３は、通常制御αの実行時における点火直後の燃焼室３８内を示す平面断面図であり、図４は、図３のIV－IV線の断面を示す断面図である。

【0039】

本実施形態では、エンジン９１の高回転時等においても、燃焼室３８内において吸気行程に発生したタンブルＡｔが圧縮行程の後半まで継続する。そのタンブルＡｔは、図４に示すように、燃焼室３８内の上部では排気方向ｄ２に流れると共に、燃焼室３８の下部では吸気方向ｄ１に流れる環状の流れである。そのタンブルＡｔにより、火炎Ｐの排気方向ｄ２側への広がりが早くなる一方、吸気方向ｄ１への広がりは遅くなる。そのため、燃焼室３８内における吸気方向ｄ１の端部に火炎Ｐが到達するのが遅くなり、吸気方向ｄ１の端部に遅延域Ｄが発生する。しかし、上記のノック状態にならない限りは、通常制御αを行う。

【0040】

図５は、調整制御βの実行時における点火前の燃焼室３８内を示す正面断面図である。噴孔４４の中心線は、真下よりも吸気方向ｄ１側を向いている。そのため、サブ噴射Ｆｓにより、リッチ空燃比の領域であるリッチ領域Ｒが噴射装置４０から吸気方向ｄ１側に広がる。その吸気方向ｄ１側に広がったリッチ領域Ｒにより、燃焼室３８内の燃料分布が、火炎Ｐが遅延域Ｄに伝播し易い燃料分布になる。

【0041】

この燃料分布の状態で、図６に示すように、点火プラグ５０により燃料に点火されると、そのリッチ領域Ｒにより火炎Ｐの吸気方向ｄ１への伝播が促進されることにより、火炎Ｐが吸気方向ｄ１に速やかに広がる。他方、火炎Ｐの排気方向ｄ２への広がりについては、通常制御αの通常噴射Ｆに比べて、サブ噴射量の分だけメイン噴射Ｆｍの噴射量であるメイン噴射量が抑えられることにより、若干遅くなる。それにより、吸気方向ｄ１と排気方向ｄ２とに均等に火炎Ｐが広がり易くなる。それにより、遅延域Ｄに対する火炎Ｐの伝播の遅れが抑制される。それにより、遅延域Ｄでの自着火が抑制されて、ノックの発生が抑制される。

【0042】

図７は、制御部６０による制御を示すフローチャートである。以下において、Ｓ６２１は、ノック判定部６２の機能に相当し、Ｓ６３１～Ｓ６３２は、排気判定部６３の機能に相当する。また以下において、Ｓ６５１は、通常制御部６５の機能に相当し、Ｓ６６１～Ｓ６６６は、調整制御部６６の機能に相当し、Ｓ６７１は、遅角制御部６７の機能に相当する。

【0043】

図７に示す制御では、まず、ノック判定部６２により、ノック状態であるか否かのノック判定を行う（Ｓ６２１）。ノック状態ではないと判定した場合（Ｓ６２１：ＮＯ）、通常制御部６５により、通常制御αを行う（Ｓ６５１）を行う。

【0044】

他方、Ｓ６２１でノック状態であると判定した場合（Ｓ６２１：ＹＥＳ）、調整制御部６６により、調整制御βについて検討する（Ｓ６６１～Ｓ６６４，Ｓ６３１～Ｓ６３２）。具体的には、まず、電磁波センサ３４により検出された電磁波に基づいて遅延域情報を検出する（Ｓ６６１）。次に、その遅延域情報に基づいて、自着火を抑制するのに必要な、サブ噴射量を算出する（Ｓ６６２）。次に、そのサブ噴射量に基づいて、一燃焼サイクル内に噴射する全噴射量に対するサブ噴射量の割合や、メイン噴射量を算出する（Ｓ６６３）。次に、燃焼室３８内の流動状態を算出すると共に、その流動状態に基づいて、サブ噴射Ｆｓをターゲットにまで到達させるのに必要なサブ噴射圧を算出する（Ｓ６６４）。そのため、燃焼室３８内の気流が強い程、サブ噴射圧が大きくなるように制御される。次に、そのサブ噴射圧と流動状態とに基づいて、燃料がターゲットに到達するまでに要する時間である必要時間を算出し、その必要時間から、サブ噴射Ｆｓを噴射するタイミングであるサブ噴射タイミングを算出する（Ｓ６６５）。

【0045】

次に、排気判定部６３により、そのサブ噴出量、サブ噴射圧及びサブ噴射タイミングでサブ噴射Ｆｓを行うと排出されるＣＯ及びＰＭの排出量を算出する（Ｓ６３１）。次に、算出されたＣＯの排出量がＣＯ許容閾値よりも小さく且つ算出されたＰＭの排出量がＰＭ許容閾値よりも小さいか否かを判定する（Ｓ６３２）。この条件を満たさない場合（Ｓ６３２：ＮＯ）、調整制御βを行うことができないので、遅角制御部６７により遅角制御γを行う（Ｓ６７１）。他方、上記の条件を満たす場合（Ｓ６３２：ＹＥＳ）、調整制御部６６により調整制御βを行う（Ｓ６６６）。

【0046】

なお、Ｓ６６２でのサブ噴射量の算出は、例えば、遅延域情報とサブ噴射量との関係を示すマップや数式に基づいて行うことができる。また、Ｓ６６４での流動状態の算出は、例えば、エンジン９１の運転状態と流動状態との関係を示すマップや数式に基づいて行うことができる。また、Ｓ６６４でのサブ噴射圧の算出は、例えば、流動状態とサブ噴射圧との関係を示すマップや数式に基づいて行うことができる。また、Ｓ６６５での必要時間の算出は、例えば、サブ噴射圧及び流動状態と必要時間との関係を示すマップや数式に基づいて行うことができる。また、Ｓ６３１でのＣＯの排気量は、例えば、エンジン９１の運転状態とＣＯの排気量との関係を示すマップや数式に基づいて行うことができる。また、Ｓ６３１でのＰＭの排気量は、例えば、エンジン９１の運転状態とＰＭの排気量との関係を示すマップや数式に基づいて行うことができる。

【0047】

本実施形態によれば、次の効果が得られる。調整制御βでは、メイン噴射Ｆｍを行ってから、圧縮行程の後半にサブ噴射Ｆｓを行うことにより、燃焼室３８内の燃料分布を火炎Ｐが遅延域Ｄに伝播し易い燃料分布に調整してから点火Ｉを行う。すなわち、自着火を抑制したい領域をリーン空燃比に制御する上記の背景技術の発想とはむしろ反対に、本実施形態における調整制御βでは、自着火を抑制したい遅延域Ｄに火炎Ｐを伝播し易くしている。その遅延域Ｄへの火炎Ｐの伝播により、遅延域Ｄにおける自着火を抑制してノックを抑制している。そして、調整制御βでは、圧縮行程の後半にサブ噴射Ｆｓを行っている。そのため、圧縮行程の前半にサブ噴射を行う背景技術に比べて、点火直前における燃焼室３８内の燃料分布を狙い通りに制御し易くなり、ノックを精度良く抑制し易くなる。

【0048】

また、調整制御部６６は、電磁波センサ３４により検出された電磁波に基づいて、遅延域情報を検出し、その遅延域情報に基づいて、すなわち、遅延域Ｄの位置や、遅延域Ｄの発生タイミングや、遅延域Ｄにおける自着火の発生のし易さ等の情報に基づいて、調整制御βを行う。そのため、遅延域情報に基づかず、例えば、単にノック判定の結果やノック強度に基づいて、調整制御βを行う場合に比べて、調整制御βを精度良く行うことができる。

【0049】

また、電磁波センサ３４は、複数あり、点火プラグ５０の外周面に周方向に間隔をおいて並設されている。そのため、燃焼室３８内において必要な電磁波を検出するための構成を、効率的に形成できる。

【0050】

また、次の効果も得られる。本実施形態の場合のように、吸気行程で発生したタンブルＡｔが圧縮行程の後半まで継続する態様のエンジン９１では、燃焼室３８の中心よりも吸気方向ｄ１側に遅延域Ｄが形成される。その点、本実施形態では、噴射装置４０は、燃料を排気方向ｄ２側よりも吸気方向ｄ１側に多く噴射するように構成されている。そのため、サブ噴射Ｆｓにより吸気方向ｄ１側にリッチ領域Ｒを形成することができ、効率よく火炎Ｐを遅延域Ｄに伝播し易くすることができる。

【0051】

また、燃焼システム７０は、ノック判定部６２によりノック状態であると判定されることを条件に、調整制御β又は遅角制御γを行う。それにより、不要な時にまで調整制御βや遅角制御γを行うのを回避できる。

【0052】

また、燃焼システム７０は、ノック状態であると判定され、且つ調整制御βを行っても排気の状態が許容範囲内に収まると判定される場合には、調整制御βを行う。そのため、遅角制御γを行う場合に比べて高いトルクを出力できる。他方、燃焼システム７０は、ノック状態であると判定され、且つ調整制御βを行うと排気の状態が許容範囲内に収まらないと判定される場合には、遅角制御γを行う。そのため、排気の状態を許容範囲内に抑えつつノックを抑制することができる。

【0053】

また、排気判定部６３は、調整制御βを行うと排出されるＣＯの排出量を算出し、算出されたＣＯの排出量がＣＯ許容閾値よりも小さいことを条件に、調整制御βを行っても排気の状態が許容範囲内に収まると判定する。そのため、ＣＯ排出量がＣＯ許容閾値を超えてしまうのを防止できる。

【0054】

また、排気判定部６３は、調整制御βを行うと排出されるＰＭの排出量を算出し、算出されたＰＭの排出量がＰＭ許容閾値よりも小さいことを条件に、調整制御βを行っても排気の状態が許容範囲内に収まると判定する。そのため、ＰＭ排出量がＰＭ許容閾値を超えてしまうのを防止できる。

【0055】

また、調整制御部６６は、燃焼室３８内における気流の強さが弱い場合に比べて強い場合に、サブ噴射圧を大きくする。そのため、燃焼室３８内の気流が強い場合にも、所望の燃料分布を実現し易くなり、火炎Ｐを遅延域Ｄに伝播させ易くすることができる。

【0056】

また、噴射装置４０には、微粒化構造を有する噴孔４４が設けられているため、噴孔４４から噴射された燃料は、その粒径が小さくなり易い。それにより、燃料の蒸発を促進して、ＣＯやＰＭの排出量を効率的に抑えることができる。

【0057】

［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。以下の実施形態については、それ以前の実施形態のものと同一の又は対応する部材等については同一の符号を付する。ただし、エンジン自体については、実施形態毎に異なる符号を付する。本実施形態については、第１実施形態をベースにこれと異なる点を中心に説明する。

【0058】

まず、本実施形態の概要について説明する。本実施形態のエンジン９２は、図８，図９に示すように、少なくとも所定状態では、吸気行程に発生したタンブルが、圧縮行程にωスワールＡｓに変化することにより、燃焼室３８の中心よりも排気方向ｄ２側に遅延域Ｄが形成される構成である。図１０に示すように、噴射装置４０は、燃料を吸気方向ｄ１側よりも排気方向ｄ２側に多く噴射するように構成されている。

【0059】

次に、本実施形態の詳細について説明する。

【0060】

図８は、通常制御αの実行時における点火直後の燃焼室３８内を示す平面断面図であり、図９は、図８のIX－IX線の断面を示す断面図である。

【0061】

本実施形態では、エンジンの高回転時等には、燃焼室３８内において吸気行程に発生したタンブルの水平方向に延びる回転軸が、圧縮行程に２つに分かれてそれぞれが上下方向を向くことにより、ωスワールＡｓが発生する。そのωスワールＡｓは、図８に示すように、燃焼室３８内の中央部では、吸気方向ｄ１に流れると共に、その両側方では排気方向ｄ２に流れる、平面視で「ω」字状の流れである。そのωスワールＡｓにより、図９に示すように、火炎Ｐの吸気方向ｄ１側への広がりが早くなる一方、排気方向ｄ２への広がりは遅くなる。そのため、燃焼室３８内における排気方向ｄ２の端部に火炎Ｐが到達するのが遅くなり、排気方向ｄ２の端部に遅延域Ｄが発生する。しかし、上記のノック状態にならない限りは、通常制御αを行う。

【0062】

図１０は、調整制御βの実行時における点火前の燃焼室３８内を示す正面断面図である。噴孔４４の中心線は、真下よりも排気方向ｄ２側を向いている。そのため、サブ噴射Ｆｓにより、リッチ空燃比の領域であるリッチ領域Ｒが噴射装置４０から排気方向ｄ２側に広がる。その排気方向ｄ２側に広がったリッチ領域Ｒにより、燃焼室３８内の燃料分布が、火炎Ｐが遅延域Ｄに伝播し易い燃料分布になる。

【0063】

この燃料分布の状態で、図１１に示すように、点火プラグ５０により燃料に点火されると、そのリッチ領域Ｒにより火炎Ｐの排気方向ｄ２への伝播が促進されることにより、火炎Ｐが排気方向ｄ２に速やかに広がる。他方、火炎Ｐの吸気方向ｄ１への広がりについては、通常制御αの通常噴射Ｆと比べて、サブ噴射量の分だけメイン噴射量が抑えられることにより、若干遅くなる。それにより、排気方向ｄ２と吸気方向ｄ１とに均等に火炎Ｐが広がり易くなる。それにより、遅延域Ｄに対する火炎Ｐの伝播の遅れが抑制される。それにより、遅延域Ｄでの自着火が抑制されて、ノックの発生が抑制される。

【0064】

本実施形態によれば、次の効果が得られる。本実施形態の場合のように、吸気行程で発生したタンブルが圧縮行程の後半でωスワールＡｓに変化する態様のエンジン９２では、圧縮行程の後半において、燃焼室３８内の排気方向ｄ２側の端部に遅延域Ｄが形成される。その点、本実施形態では、噴射装置４０は、燃料を吸気方向ｄ１側よりも排気方向ｄ２側に多く噴射するように構成されている。そのため、サブ噴射Ｆｓにより排気方向ｄ２側にリッチ領域Ｒを形成することができ、効率よく火炎Ｐを遅延域Ｄに伝播し易くすることができる。

【0065】

［他の実施形態］
以上の各実施形態は、次のように変更して実施できる。例えば、各実施形態において、噴孔４４は、微粒化構造を有しているが、これに代えて又は加えて、噴孔４４自体を小さくすることにより、燃料の微粒化を促進してもよいし、サブ噴射圧を大きくすることにより、燃料の微粒化を促進してもよい。

【0066】

また例えば、各実施形態では、調整制御部６６は、燃焼室３８内の気流が強い程、サブ噴射圧が大きくなるように制御しているが、これに代えて又は加えて、燃焼室３８内の気流が強い程、サブ噴射量が大きくなるように制御してもよい。

【0067】

また例えば、各実施形態では、排気判定部６３は、ＣＯやＰＭの排出量を算出しているが、これに加えて又は代えて、ＮＯｘ（窒素酸化物）やＳＯｘ（硫黄酸化物）の排出量を算出するようにしてもよい。そして、排気判定部６３は、算出されたＮＯｘやＳＯｘの排出量が所定の許容閾値よりも小さいことを条件に、調整制御βを行っても排気の状態が許容範囲内に収まると判定するようにしてもよい。

【0068】

また例えば、各実施形態では、電磁波センサ３４は、点火プラグ５０に設けられているが、噴射装置４０やヘッド２０やシリンダ３０等に設けられていてもよい。また例えば、各実施形態では、電磁波センサ３４が燃焼室３８内に設けられているが、電磁波センサ３４が燃焼室３８の外部に設けられていてもよい。そして、一端が燃焼室３８内に設けられると共に他端が電磁波センサ３４にまで延びる光ファイバ等が設けられていてもよい。つまり、燃焼室３８内に発生した可視光線を、光ファイバにより、燃焼室３８の外部にある光センサ（電磁波センサ３４）にまで届けるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0069】

３８…燃焼室、４０…噴射装置、５０…点火プラグ、６５…通常制御部、６６…調整制御部、７０…燃焼システム、９１，９２…エンジン、α…通常制御、β…調整制御、Ｄ…遅延域、Ｆ…通常噴射、Ｆｍ…メイン噴射、Ｆｓ…サブ噴射、Ｉ…点火、Ｐ…火炎。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】