JP4715768B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に燃料の分割噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、内燃機関において燃料を分割噴射する技術が知られている。分割噴射を行うと、分割噴射された燃料間に吸気或いは薄い混合気を挟み込むことができ、この結果、燃料と吸気とがより混合され易くなることから、燃焼が行われるときまでの間に混合気の均質性を高めることができる。係る分割噴射にする技術は例えば特許文献１から８までで提案されている。

特開平１０−２１２９８８号公報 特開２００１−９８９７１号公報 特許第２８７９９９３号公報 特開第３６１７３１０号公報 特開２００２−１１５５９３号公報 特開２００１−３４９２９２号公報 特開平１１−８２０２９号公報 特開２００１−９０５９２号公報

ところで燃料を噴射する燃料噴射弁には、燃料に残存した慣性力などによって閉弁した後に再び開弁しまうという現象（以下、ニードルバウンスと称す）が発生することが一般に知られている。図５は燃料を分割噴射したときの様子を燃料噴射率で示す図であり、図５（ａ）に示す波形データは燃料を２回に分けて分割噴射したときのものである。なお、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す波形データをさらに模式的に示したものである。

図５から、まず１回目の燃料噴射が行われた後、２回目の燃料噴射が行われるときまでの間にも燃料が噴射されていることがわかる（以下、この燃料噴射を２次噴と称す）。これは上述したニードルバウンスに起因するものであるが、図５から、この２次噴はさらに２回目の燃料噴射後にも１回目の燃料噴射後と同様に発生していることがわかる。すなわち、図５から分割噴射を行った場合には２次噴が分割回数分発生することがわかる。このため分割噴射を行った場合には、分割噴射を行わなかった場合と比較して２次噴が空燃比に及ぼす影響が大きくなり、この結果、空燃比が大きくずれてしまうことになる。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、分割噴射時に２次噴の影響で空燃比がずれてしまうことを抑制できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は内燃機関の燃料噴射を制御するための内燃機関の燃料噴射制御装置であって、燃料の分割噴射を行うにあたって、燃料を噴射した後、２次噴が発生するときまでの間に新たな燃料噴射を行う特定分割噴射制御手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、燃料噴射間での２次噴の発生を防止できることから、分割噴射時に２次噴の影響で空燃比がずれてしまうことを抑制できる。換言すれば本発明によれば、空燃比が分割噴射を行わず、燃料を１回噴射したときと同等の空燃比になるようにすることができる。

また本発明は前記特定分割噴射制御手段が、燃料を噴射した後、予め定められた噴射インターバルに基づき、新たな燃料噴射を行ってもよい。ここで、例えば燃料の噴射圧が同じであっても、２次噴の発生特性は燃料噴射弁によって異なってくる。このため、２回目以降の新たな燃料噴射を行うにあたっては、具体的には例えば本発明のように実験等により予め定められた噴射インターバルに基づくことが好適である。

また本発明は前記分割噴射が行われるときに、さらに１噴射あたりの燃料噴射期間が所定値以下である場合に前記特定燃料噴射手段が燃料噴射を行ってもよい。ここで、１噴射あたりの燃料噴射期間が所定値以下である場合とは、例えば内燃機関が高速で回転しているときや、分割噴射のうち、最初の燃料噴射が圧縮行程に設定されているときなど、燃焼が行われるときまでの間に燃料が気化する時間がより短く、不利になるような場合を意味している。この場合には例えば前述した特許文献８記載のように、燃料噴射期間が長い（例えば３ｍｓ以上）と分割噴射を行えなくなってしまう虞がある。

またこれに限られず、内燃機関の運転状態が、分割噴射を行う運転領域のうち、さらに軽負荷（例えば負荷率２０％以下）運転領域など所定の運転領域にあるときに、混合気の均質性を高めるべく、１噴射あたりの燃料噴射期間を所定値以下にして複数回に亘って分割噴射を行う、或いは行いたいといったこともある。これに対して２次噴の発生を防止すべく分割噴射を行うにあたっては、分割噴射が短い噴射インターバルで行われることから係る場合が好適である。

また本発明は前記分割噴射が行われるときにさらに空燃比が目標空燃比から所定値以上ずれていた場合に前記特定分割噴射制御手段が燃料噴射を行ってもよい。ここで、空燃比が目標空燃比から所定値以上ずれていた場合とは、燃料噴射量がデポジットの付着により適正にならなくなった場合などに発生するものであり、係る場合については、具体的には例えば空燃比の補正値が規定値（例えば３％）を超えた空燃比学習モードに入ったか否かで判断できる。この場合には既に空燃比がずれてしまっている上に、さらに２次噴の影響を受けてしまうと大幅に空燃比がずれてしまう虞が高い。このため、２次噴の発生を防止すべく分割噴射を行うにあたっては、係る場合も好適である。

また本発明は前記分割噴射が行われるときに、さらに１噴射あたりの燃料噴射量が最小である場合に、前記特定燃料噴射手段が、前記２次噴の発生タイミングに合わせて燃料噴射を行ってもよい。ここで１噴射あたりの燃料噴射量が最小である場合とは、燃料噴射量の低下によって燃料噴射を安定して行えなくなることに対して、燃料噴射量が燃料噴射を安定して行い得る最小の燃料噴射量になっている場合を意味するものである。そしてこの場合にはトータルの燃料噴射量が少なくなるとともに、トータルの燃料噴射量に占める２次噴の噴射量の割合が相対的に大きくなることから、２次噴が空燃比に対してより大きな影響を及ぼすことになる。またこの場合には燃料噴射弁のニードルの挙動が不安定になることから、これに起因して燃料噴射量のばらつきも発生し易くなる。

これに対して本発明によれば、分割噴射時に２次噴の影響で空燃比がずれてしまうことを抑制できるとともに、さらに２次噴の発生タイミングに合わせて燃料噴射を行うことでニードルの挙動を安定させることができることから、合わせて燃料噴射量が最小である場合の燃料噴射を安定させてばらつきを低減できるほか、最小燃料噴射量の限界も拡大できる。

本発明によれば、分割噴射時に２次噴の影響で空燃比がずれてしまうことを抑制できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現されている本実施例に係る内燃機関の始動制御装置を、内燃機関システム１００とともに模式的に示す図である。内燃機関システム１００は、吸気系１０と、排気系２０と、燃料噴射系３０と、内燃機関５０とを有して構成されている。吸気系１０は内燃機関５０に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１や、吸気量を計測するエアフロメータ１２や、吸気量を調節するスロットル弁１３や、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク１４や、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。また吸気系１０にはスロットル弁１３の開度を検知するための図示しないスロットル開度センサが配設されており、このスロットル開度センサの出力に基づき、スロットル弁１３の開度のほか、内燃機関５０の負荷も検出することができる。

排気系２０は、エキゾーストマニホールド２１と、三元触媒２２と、図示しない消音器と、これらの構成の間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒からの排気を合流させるための構成である。三元触媒２２は排気を浄化するための構成であり、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化と窒素酸化物ＮＯｘの還元を行う。排気系２０には、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのＡ／Ｆセンサ２３が三元触媒２２の上流に、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ２４が三元触媒２２の下流に夫々空燃比センサとして配設されている。

燃料噴射系３０は燃料を供給及び噴射するための構成であり、燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や燃料タンク３３などを有して構成されている。燃料噴射弁３１は燃料を噴射するための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと、適宜の噴射時期に開弁されて燃料を噴射する。また燃料噴射量は、ＥＣＵ１の制御のもと燃料噴射弁３１が閉弁されるまでの間の燃料噴射期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ３２は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと噴射圧を適宜の噴射圧に調節する。なお、燃料噴射弁３１は特に限定されないが、分割噴射を行うにあたって、２次噴の発生を防止すべく新たな燃料噴射を行うという制御の性質上、燃料噴射弁３１には制御応答性が高いピエゾ弁などが適用されていることが好ましい。

内燃機関５０は、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、点火プラグ５４と、吸気弁５５と、排気弁５６とを有して構成されている。本実施例に示す内燃機関５０は筒内直接燃料噴射式の直列４気筒からなるガソリンエンジンである。但し内燃機関５０は本発明を実施可能な内燃機関であれば特に限定されず、また他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図１では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内には、ピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５７はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。

シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５７から排気するための排気ポート５２ｂが形成され、さらにこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５及び５６が配設されている。点火プラグ５４は、燃焼室５７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁３１は筒内に直接燃料を噴射できるように、燃焼室５７内に直上から燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。但し、燃料噴射弁３１の配置はこれに限定されず、その他の適宜の位置に配置されてもよい。そのほか内燃機関５０には、回転数ＮＥに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７１や、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７２などの各種のセンサが配設されている。

ＥＣＵ１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有して構成されるマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンと称す）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や点火プラグ５４（より具体的には図示しないイグナイタ）などを制御している。ＥＣＵ１にはこれら燃料噴射弁３１等のほか、各種の制御対象が駆動回路（図示省略）を介して接続されている。また、ＥＣＵ１にはエアフロメータ１２や、スロットル開度センサや、クランク角センサ７１や、水温センサ７２などの各種のセンサが接続されている。

ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用プログラムのほか、燃料噴射を制御するための燃料噴射制御用プログラムなどが格納されている。なお、燃料噴射制御用プログラムは内燃機関５０制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。燃料噴射制御用プログラムは燃料を分割噴射するための分割噴射制御用プログラムを有して構成されており、この分割噴射制御用プログラムは、内燃機関５０の運転状態（例えば回転数ＮＥ及び負荷）に応じて分割噴射を行うために、内燃機関５０の運転状態が、分割噴射を行う運転領域にあるか否かを判定するとともに、肯定判定であった場合に分割噴射を行うように作成されている。

これに対してＲＯＭは、内燃機関５０の運転状態に応じて分割噴射を行う運転領域が定義された噴射マップデータ（図示省略）も格納しており、上記の分割噴射制御用プログラムは、さらに具体的には内燃機関５０の運転状態を検出してこの噴射マップデータを参照することで、分割噴射を行う運転領域にあるか否かを判定するように作成されている。なお、分割噴射で行われる最初の燃料噴射は適宜のタイミングで行われてよく、例えば吸気行程で行われるほか、吸気行程から圧縮行程にかけて、或いは圧縮行程で行われてもよい。この点、最初の燃料噴射は、混合気の均質性向上や燃料の気化にとっては、燃料を噴射したときから燃焼が行われるときまでの期間を長く確保できる吸気行程で行われたほうが一般に有利となる。

さらに分割噴射制御用プログラムは、燃料の分割噴射を行うにあたって、燃料を噴射した後、２次噴が発生するときまでの間に新たな燃料噴射を行う特定分割噴射制御用プログラムを有して構成されている。特定分割噴射制御用プログラムは具体的には燃料を噴射した後、予め定められた噴射インターバルに基づき、新たな燃料噴射を行うように作成されている。この噴射インターバルとしては燃料噴射弁３１の特性に応じて実験により予め定められた値がＲＯＭに格納されている。

また特定分割噴射制御用プログラムに基づく燃料噴射は、分割噴射が行われるときに、さらに１噴射あたりの燃料噴射期間が所定値（例えば１ｍｓ）以下である場合に行われるようになっている。これに対して前述の噴射マップデータには、さらに１噴射あたりの燃料噴射期間が所定値以下である場合に対応する運転領域も設定されている。この運転領域は具体的には分割噴射を行う運転領域のうち、さらに内燃機関５０の回転数が高回転数のときや、最初の燃料噴射が圧縮行程に設定されているときや、内燃機関５０の負荷が軽負荷のときに対応する所定の運転領域となっている。これに応じてさらに前述の分割噴射制御用プログラムは、内燃機関５０の運転状態を検出してこの噴射マップデータを参照することで、内燃機関５０の運転状態が所定の運転領域にあるか否かを判定するとともに、肯定判定であった場合には、特定分割噴射制御用プログラムに基づく燃料噴射を行うように作成されている。

また特定分割噴射制御用プログラムに基づく燃料噴射は、分割噴射が行われるときに、さらに空燃比が目標空燃比から所定値以上ずれていた場合にも行われるようになっている。これに対して前述の分割噴射制御用プログラムは、分割噴射を行う運転領域にあるか否かを判定した結果、肯定判定であった場合には、さらに空燃比のフィードバック補正値が規定値（例えば３％）を超えた空燃比学習モードに入ったか否かを判定し、肯定判定であった場合に特定分割噴射制御用プログラムに基づく燃料噴射を行うように作成されている。

また特定分割噴射制御用プログラムに基づく燃料噴射は、分割噴射が行われるときに、さらに１噴射あたりの燃料噴射量が最小である場合に行われるようになっており、このとき特定分割噴射制御用プログラムは２次噴の発生タイミングに合わせて新たな燃料噴射を行うように作成されている。１噴射あたりの燃料噴射量が最小である場合の燃料噴射量（以下、最小燃料噴射量ｑｍｉｎと称す）と、２次噴の発生タイミングとについては燃料噴射弁３１の特性に応じて実験により予め定められた値がＲＯＭに格納されている。

これに対して前述の分割噴射制御用プログラムは、分割噴射を行う運転領域にあるか否かを判定した結果、肯定判定であった場合には、さらに燃料噴射量が最小燃料噴射量ｑｍｉｎであるか否かを判定し、肯定判定であった場合に、特定分割噴射制御用プログラムに基づく燃料噴射を行うように作成されている。またこの場合には、特定分割噴射制御用プログラムに基づき２次噴の発生タイミングに合わせて新たな燃料噴射が行われる。本実施例ではマイコンと、内燃機関５０制御用プログラムや分割噴射制御用プログラムなどとで、各種の検出手段や判定手段や制御手段などが実現されており、特にマイコンと特定分割噴射制御用プログラムとで特定分割噴射制御手段が実現されている。

次に、ＥＣＵ１で行われる処理を図２に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１は、ＣＰＵがＲＯＭに格納された上述の特定分割噴射制御用プログラムなどの各種のプログラムに基づき、フローチャートに示す処理を実行することで２次噴の発生を防止すべく分割噴射を制御する。ＣＰＵは内燃機関５０の運転状態を検出する処理を実行するとともに、内燃機関５０の運転状態が分割噴射を行う運転領域にあるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１１）。否定判定であれば本フローチャートで特段の処理を要しない処理を終了する。一方、肯定判定であれば、ＣＰＵはさらに内燃機関５０の運転状態が所定の運転領域にあるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２で肯定判定であれば、ＣＰＵは燃料を噴射した後、予め定められた噴射インターバルに基づき、新たな燃料噴射を行うよう、分割噴射を制御するための処理を実行する（ステップＳ１３）。これにより、燃料噴射間の２次噴の発生を防止して空燃比のずれを抑制できるとともに、内燃機関５０が高速で回転しているときや、混合気の均質性を向上させるべく、複数回に亘って分割噴射を行うときにも分割噴射を好適に行える。なお、このときの新たな燃料噴射のタイミングＴ１の一例を図３に模式的に示す。一方、ステップＳ１２で否定判定であれば、ＣＰＵは空燃比のフィードバック補正値が規定値（例えば３％）を超えた空燃比学習モードに入ったか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１４）。肯定判定であればステップＳ１３に進む。これにより、燃料噴射間の２次噴の発生を防止して、空燃比が大幅にずれてしまうことを防止できる。

一方、ステップＳ１４で否定判定であれば、ＣＰＵは燃料噴射量が最小燃料噴射量ｑｍｉｎであるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１５）。否定判定であれば特段の処理を要しないため、本フローチャートに示す処理を終了する。一方、肯定判定であれば、ＣＰＵは燃料を噴射した後、２次噴の発生タイミングに合わせて新たな燃料噴射するよう、分割噴射を制御するための処理を実行する（ステップＳ１６）。これにより、燃料噴射間の２次噴の発生を防止して空燃比のずれを抑制できるとともに、燃料噴射量が最小である場合の燃料噴射を安定させてばらつきを低減できるほか、最小燃料噴射量ｑｍｉｎの限界も拡大できる。なお、このときの新たな燃料噴射タイミングＴ２の一例を図４に示す。以上により、分割噴射時に２次噴の影響で空燃比がずれてしまうことを抑制できるＥＣＵ１を実現できる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

ＥＣＵ１を内燃機関システム１００と共に模式的に示す図である。 ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。 新たな燃料噴射のタイミングＴ１の一例を模式的に示す図である。 新たな燃料噴射のタイミングＴ２の一例を模式的に示す図である。 燃料を分割噴射したときの様子を燃料噴射率で示す図である。

符号の説明

１ ＥＣＵ
１０ 吸気系
２０ 排気系
３０ 燃料噴射系
３１ 燃料噴射弁
５０ 内燃機関
１００ 内燃機関システム

Claims (5)

1. 内燃機関の燃料噴射を制御するための内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   燃料の分割噴射を行うにあたって、燃料を噴射した後、２次噴が発生するときまでの間に新たな燃料噴射を行う特定分割噴射制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記特定分割噴射制御手段が、燃料を噴射した後、予め定められた噴射インターバルに基づき、新たな燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記分割噴射が行われるときに、さらに１噴射あたりの燃料噴射期間が所定値以下である場合に、前記特定分割噴射制御手段が燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記分割噴射が行われるときに、さらに空燃比が目標空燃比から所定値以上ずれていた場合に、前記特定分割噴射制御手段が燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記分割噴射が行われるときに、さらに１噴射あたりの燃料噴射量が最小である場合に、前記特定分割噴射制御手段が、前記２次噴の発生タイミングに合わせて新たな燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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