【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から特許文献１に開示されているように、吸気ポートにて燃料噴射を行うエンジンにおいて、所定の条件にて（燃料中のアルコール濃度が高い時）、吸気行程で燃料噴射を行うことが知られている。この場合、燃料噴射期間中において、筒内（燃焼室）に流入する吸入新気の流量に関わらず、燃料噴射率（時間当たりの燃料噴射量）を一定にしていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３３７０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、運転条件などが変化する場合、例えばエンジン回転数が低下した場合には、吸入新気の流量が少なく、これに対する燃料噴射率が過剰となり、余分な燃料が吸気バルブの傘裏または吸気ポートに付着して壁流となるおそれがあった。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑み、吸気バルブの傘裏または吸気ポートの壁流を低減させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明では、所定の条件にて、燃料噴射時期を、噴射された燃料が開弁中の排気バルブを通過するように、吸気行程に同期させて設定すると共に、燃料噴射期間中において、時間当たりの燃料噴射量を、吸気バルブを通過する吸入新気の流量の時間変化に合わせて変化させることとした。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気バルブ開弁初期または後期のように筒内吸入新気流量が比較的少ない領域において、吸気バルブを通過する吸入新気の流量の時間変化に合わせて、時間当たりの燃料噴射量（燃料噴射率）を適正にするため、余分な燃料が壁流として吸気バルブの傘裏または吸気ポートに付着することを防止でき、同時に時間当たりで見た吸入新気と供給燃料との割合が適正となるため、混合比の均一度を向上でき、安定した燃焼により排気エミッションの向上を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、火花点火式エンジン１の燃料噴射制御装置の構成図である。
【０００９】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火プラグ４を囲むように、吸気バルブ５及び排気バルブ６を配設している。
吸気通路７には、その上流側にエアクリーナ８が設けられており、この下流に順に、電制スロットル弁９、コレクタ１０、及びインジェクタ（燃料噴射弁）１１をそれぞれ配設している。
【００１０】
電制スロットル弁９は、主にアクセル開度に応じてその開度を制御され、燃焼室（筒内）３に流入する吸入新気の流量を制御する。
インジェクタ１１は、吸気通路７の吸気ポート１２に燃焼室３に臨ませて配設している。
【００１１】
ここで、インジェクタ１１から噴射される燃料と、吸気ポート１２から燃焼室３に流入する吸入新気とが混合することで燃焼に適した混合気を形成し、この混合気が点火プラグ４の火花点火によって着火燃焼され、燃焼後の排気は燃焼室３から排気バルブ６を介して排気通路１５へ排出される。
【００１２】
排気通路１５には、燃焼室３から排出された排気の一部を吸気通路７のコレクタ１０へ還流するＥＧＲ通路１６が設けられ、この通路１６に配設されたＥＧＲ弁１７によりＥＧＲ量を制御する。
【００１３】
排気通路１５には、排気浄化触媒のコンテナとして、マニ触媒を内部に備えるマニ触媒コンテナ１８と、床下触媒を内部に備える床下触媒コンテナ１９とが配置されている。
【００１４】
そして、エンジン１の運転状態を検出してインジェクタ１１の燃料噴射時期、燃料噴射量及び燃料噴射率などを制御するために、各種センサが配設されている。
【００１５】
吸気通路７には、吸入新気流量を検出するエアフロメータ２０と、コレクタ１０内の圧力を検出する吸気圧力センサ２１及び吸入新気の温度を検出する吸気温度センサ２２とが設けられ、これらの信号がエンジン制御装置３０に送られる。
【００１６】
エンジン１には、エンジン水温を検出する水温センサ２３と、エンジン回転数を検出するクランク角センサ２４とが設けられ、これらの信号がエンジン制御装置３０に送られる。
【００１７】
排気通路１５には、マニ触媒コンテナ１８の上流と下流とに、排気中の空燃比を検出する第１空燃比センサ２５と第２空燃比センサ２６とがそれぞれ設けられ、これらの信号がエンジン制御装置３０に送られる。
【００１８】
エンジン制御装置３０は、これらのセンサの信号に基づき演算処理を行い、各種アクチュエータを制御する。例えば、水温センサ２３の信号などからエンジン１が冷間始動状態にあるか否かの判断を行うことや、インジェクタ１１の燃料噴射時期、燃料噴射量及び燃料噴射率の制御を行い、エンジン１の運転状態の制御を行う。
【００１９】
ここにおいて本発明では、インジェクタ１１の燃料噴射時期は、所定の条件、すなわち吸気ポート１２及び吸気バルブ５が十分に昇温していない状態であるエンジン１の冷間始動時には、噴射された燃料が開弁中の吸気バルブ５を通過するように、吸気行程に同期させて設定している。なお、冷間始動時であるか否かの判断は、水温センサ２３の出力値が所定値以下で、エンジン１の始動開始後の経過時間が所定時間内あるか否かにより行う。これは、吸気ポート１２及び吸気バルブ５の温度Ｔｉｎ、Ｔｖは、エンジン水温に反映されるためであり、予め吸気ポート１２及び吸気バルブ５の温度Ｔｉｎ、Ｔｖと、エンジン水温との関係を実験により求めておき、これを用いることが好ましい。
【００２０】
図２は、冷間始動時において吸気行程噴射を行う期間を示す図であり、横軸はエンジン１の始動開始後からの経過時間（秒）、縦軸はエンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）および吸気ポート１２の温度Ｔｉｎ（℃）を示している。図中の一点鎖線は目標アイドル回転数を示している。なお、縦軸は吸気バルブ５の温度Ｔｖ（℃）を示していてもよい。
【００２１】
吸気行程噴射は、エンジン１の始動時におけるエンジン水温が所定値以下の条件で行われ、始動開始後の経過時間が所定時間に達するまで行われる。なお、エンジン１の始動開始後に、エンジン水温が所定の温度に達するまで吸気行程噴射を行うようにしてもよい。このようにすることにより、エンジン水温に基づいて吸気行程噴射を行う期間の制御が行える。
【００２２】
次に、エンジン１の燃料噴射制御装置の冷間始動時における各パラメータについて、図３〜図５を用いて説明する。
図３は、クランク角に対する各パラメータを示す図であり、横軸はクランク角、縦軸はバルブリフト量Ｌ、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖ、吸気流速、筒内流入空気量の累積値、燃料噴射率（時間当たりの燃料噴射量）Ｔｒ、壁流付着量、及び筒内空燃比をそれぞれ示している。図４は、吸入新気が吸気バルブ５を通過するときの吸気抵抗を示す図であり、横軸はバルブリフト量Ｌ、縦軸は通気抵抗係数Ｃｖを示している。図５は、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖ及び燃料噴射率Ｔｒを示す図であり、横軸はクランク角、縦軸は吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖ及び燃料噴射率Ｔｒをそれぞれ示している。
【００２３】
ここで、インジェクタ１１の燃料噴射開始時期は、噴射された燃料が開弁中の吸気バルブ５を通過するようにするため、図３に示すように吸気行程において、燃料噴射を開始してから噴射された燃料が吸気バルブ５に達するまでの時間（燃料移動分のタイムラグ）だけ、吸気バルブ５の開弁開始時点（クランク角ｂ）より早い時点であるクランク角ａの時点に設定している。
【００２４】
インジェクタ１１から燃料噴射が開始され、燃料移動分のタイムラグが経過した後、すなわちクランク角ｂの時点で吸気バルブ５が開き始め、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖ、吸気流速、筒内流入新気流量の累積値が増加し始める。
ここで、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖに対して余分な燃料は、壁流として吸気バルブ５の傘裏または吸気ポート１２に付着することになるが（図３の燃料噴射率Ｔｒ及び壁流付着量における矢印を参照）、燃料噴射率Ｔｒを、吸気バルブ５を通過する吸入新気の流量Ｑｖの時間変化に合わせて変化させている。これを図４及び図５を用いて説明する。
【００２５】
図４は、吸入新気が吸気バルブ５を通過するときの通気抵抗を示す図であり、横軸は吸気バルブ５のリフト量Ｌ、縦軸は通気抵抗係数Ｃｖ（実流量／理論流量）を示している。
【００２６】
吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖは、吸気バルブ５の断面積Ｓ、吸気バルブ５のリフト量Ｌ、及び通気抵抗係数Ｃｖ（＝Ｑｒｅ／Ｑｔｈ）により、バルブ開弁期間中の各タイムステップ時の流量の総和として算出することができる。
【００２７】
ここで、Ｑｒｅは実流量、Ｑｔｈは理論流量であり、Ｑｔｈ∝√（ΔＰ）よりＱｔｈ＝ｋΔＰ１／２と定義する。なお、ΔＰはバルブ入口／出口間の圧力差である。
そして、Ｌｉ，Ｃｖｉ，Ｑｔｈｉ，ΔＰｉを各タイムステップにおける値として、次式により吸入新気流量Ｑｖを算出する。
【００２８】
Ｑｖ＝Σ（Ｃｖｉ×Ｑｔｈｉ）＝Σ（Ｃｖｉ×Ｌｉ×ｋΔＰｉ １／２）
図５は、冷間始動時において環境条件（コレクタ１０内の圧力等）または運転条件（エンジン回転数等）が変化する場合における吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖ、及び燃料噴射率（時間当たりの燃料噴射量）Ｔｒを示す図であり、横軸はクランク角、縦軸は吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖおよび燃料噴射率Ｔｒをそれぞれ示している。
【００２９】
図示の通り、冷間始動時における通常の運転状態では、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖが実線α０のようになる。この状態では、燃料噴射率Ｔｒは吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖに対応させた割合、すなわち図示の実線β０のようになり、噴射された燃料が吸気バルブ５に到達する時に吸気バルブ５を通過する吸入新気と適切な状態（例えば理論空燃比）に混合され、燃焼室３内に導入される。
【００３０】
ここで、吸気バルブ５を通過する吸入新気の流量Ｑｖの時間変化は、吸気温度、吸気圧力、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷のうち、少なくとも１つに基づいて予測している。
【００３１】
すなわち、吸気温度センサ２２によりコレクタ１０内の吸気温度を検出し、吸気温度が低いほど、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの時間変化が大きいと予測する。一方、吸気温度が高いほど、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの時間変化が小さいと予測する。
【００３２】
また圧力センサ２１によりコレクタ１０内の吸気圧力を検出し、コレクタ１０内の負圧が低いほど、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖが増大するため、その時間変化が大きいと予測する。一方、コレクタ１０内の負圧が高いほど、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖが減少するため、その時間変化が小さいと予測する。
【００３３】
またクランク角センサ２４によりエンジン回転数（負荷）を検出し、エンジン回転数（負荷）が高いほど、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖが増大するため、その時間変化が大きいと予測する。一方、エンジン回転数（負荷）が低いほど、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖが減少するため、その時間変化が小さいと予測する。
【００３４】
これらの時間変化に伴い、燃料噴射率（時間当たりの燃料噴射量）Ｔｒを変化させる。
なお、基本燃料噴射量Ｔｐ、理論空燃比における係数Ｋ、吸気バルブ５を通過する吸入空気流量Ｑｖ、エンジン回転数Ｎｅとした場合、基本燃料噴射量Ｔｐは、次式に示すように、係数Ｋと吸気バルブ５を通過する吸入空気流量Ｑｖとの積をエンジン回転数Ｎｅで割った値となることが知られている。
【００３５】
Ｔｐ＝Ｋ・Ｑｖ／Ｎｅ
この式より、吸気バルブ５を通過する吸入空気流量Ｑｖが増大した場合には、燃料噴射量が増大し、エンジン回転数Ｎｅが低くなった場合には、燃料噴射量が増大することが分かる。
【００３６】
これを燃料噴射率（時間当たりの燃料噴射量）Ｔｒと、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖとにより示す場合、図５の実線α０，β０に示すような運転状態からエンジン回転数Ｎｅが高くなった場合（高負荷になった場合）には、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの時間変化は実線α１のように傾きが大きくなり、これに伴い、燃料噴射率Ｔｒは吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの時間変化に対応させた割合である実線β１のように傾きが大きくなる。なお、吸気温度が低い程、またはコレクタ１０内の負圧が低い程、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの時間変化及び燃料噴射率Ｔｒの傾きが大きくなる。
【００３７】
これにより、高負荷時におけるエンジン１の運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、負荷）及び環境条件（吸気温度、吸気圧力）に合わせた燃料噴射が実現され、吸気バルブ５の傘裏または吸気ポート１２の壁流を減少させる。
【００３８】
また図５の実線α０，β０に示すような運転状態からエンジン回転数Ｎｅが低くなった場合（低負荷になった場合）には、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖは実線α２のように傾きが小さくなり、これに伴い、燃料噴射率Ｔｒは吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの時間変化に対応させた割合である実線β２のように傾きが小さくなる。なお、吸気温度が高い程、またはコレクタ１０内の負圧が高い程、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの時間変化及び燃料噴射率Ｔｒの傾きが小さくなる。
【００３９】
これにより、低負荷時におけるエンジン１の運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、負荷）及び環境条件（吸気温度、吸気圧力）に合わせた燃料噴射が実現され、吸気バルブ５の傘裏または吸気ポート１２の壁流を減少させる。
【００４０】
この時の燃料噴射率Ｔｒは、吸気バルブ５を通過する吸入新気の流量Ｑｖの時間変化に合わせて、吸気バルブ５を通過する吸入新気と、噴射された燃料との混合気が燃焼に適した目標空燃比（理論空燃比：λ＝１）となって燃焼室３内に導入可能であるように制御される。
【００４１】
このため、図３に示すように、噴射された燃料が筒内（燃焼室３）に導入されている時の空燃比が理論空燃比（λ＝１）となる（クランク角ｂ〜ｅ）。このようにすると、筒内空燃比は、混合比の均一度が向上し、安定した状態での燃焼が行われるため、排気エミッションが低下する。
【００４２】
そして、燃料噴射が所定時間（クランク角ａ〜ｄ）行われている間に、吸気バルブ５が開閉動作を行うため、バルブリフト量Ｌが増加し（クランク角ｂ〜ｃ）、その後減少する（クランク角ｃ〜ｅ）。これに伴い、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖも増加及び減少する（クランク角ｂ〜ｅ）。
【００４３】
吸気バルブ５のリフト量Ｌが最大量になってから減少し始める時期（クランク角ｃ）から、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの時間変化に合わせて、燃料噴射率Ｔｒを減少させる。この時期（クランク角ｃ〜ｄ）に噴射された燃料は、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの減少と共に、燃料噴射率Ｔｒが減少するため、吸気バルブ５が完全に閉じる時点まで移動した時（クランク角ｅ）に、インジェクタ１１では既に燃料噴射を停止している。そして、吸気バルブ５が完全に閉じるまでに噴射された燃料が到達しているため、吸気バルブ５の傘裏または吸気ポート１２に壁流として付着することを防止することができる。
【００４４】
次に、本発明の燃料噴射制御について図６を用いて説明する。
図６は、燃料噴射制御においてクランク角に対する各パラメータを示す図であり、横軸はクランク角、縦軸はインジェクタ１１の開閉状態、燃料ギャラリー内の圧力Ｐｇ、及び燃料噴射率（時間当たりの燃料噴射量）Ｔｒをそれぞれ示している。
【００４５】
図示の通り、燃料ギャラリー内の圧力Ｐｇは一定となっている。この状態から、インジェクタ１１のソレノイドの開弁期間及び閉弁期間を高周波でデューティ制御を行い、インジェクタ１１を断続的に開閉することにより、燃料噴射率Ｔｒを変化させる。
【００４６】
デューティ制御は、単位時間（ここではクランク角を基準にしている）、すなわちデューティ周期に対する開弁時間の割合（％）を変化させている。
そして、インジェクタ１１の燃料噴射率Ｔｒを、図示の通り、燃料噴射初期においては次第に増加し、後期においては次第に減少するように制御している。このため、インジェクタ１１から噴射された燃料が吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖに応じた量と適切な状態（例えば理論空燃比：λ＝１）に混合され、吸気バルブ５の傘裏や吸気ポート１２に燃料が付着して壁流となることを抑制する。そして、既存の一定開度のインジェクタによって燃料噴射制御を実現する。
【００４７】
本実施形態によれば、吸気ポート５にて燃料噴射を行うエンジン１において、所定の条件にて、燃料噴射時期を、噴射された燃料が開弁中の吸気バルブを通過するように、吸気行程に同期させて設定すると共に、燃料噴射期間中において、時間当たりの燃料噴射量（燃料噴射率）を、吸気バルブ５を通過する吸入新気の流量Ｑｖの時間変化に合わせて変化させる。このため、吸気バルブ５の開弁初期または後期における領域、すなわち吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖが比較的少ない領域において、運転条件等に応じて適正な流量の燃料を供給するため、余分な燃料が壁流として吸気バルブ５の傘裏または吸気ポート１２に付着することを防止でき、同時に時間軸で見た場合に、吸気バルブ５を通過する吸入新気流量Ｑｖの時間変化と、燃料噴射率Ｔｒとが適正となるため、混合比の均一度を向上でき、安定した燃焼により排気エミッションの向上を図ることができる。
【００４８】
また本実施形態によれば、所定条件は、吸気ポート１２及び吸気バルブ５が十分に昇温していないエンジンの冷間始動時である。このため、一般に吸気バルブ５及び吸気ポート１２の昇温が不十分であり壁流付着量が増加してしまう冷間始動時であっても、これらの壁流量を低減することができる。
【００４９】
また本実施形態によれば、吸気バルブ５を通過する吸入新気の流量Ｑｖの時間変化は、吸気温度、吸気圧力、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷のうち、少なくとも１つに基づいて予測する。このため、環境条件（吸気温度、吸気圧力）及び運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、負荷）より吸気バルブ５を通過する吸入空気流量Ｑｖの時間変化を精度良く推定し、燃料噴射率Ｔｒに反映させることができ、壁流をより低減することができる。
【００５０】
図７は、本発明の第２実施形態に係るエンジン１の燃料噴射制御装置を示す構成図である。図８は、燃料噴射制御においてクランク角に対する各パラメータを示す図であり、横軸はクランク角、縦軸はインジェクタ１１の開閉状態、燃料ギャラリー内圧力Ｐｇ、及び燃料噴射率（単位時間当たりの燃料噴射量）Ｔｒをそれぞれ示している。
【００５１】
図７に示す通り、燃料ポンプ３１から供給される燃料を各インジェクタ１１に配分するための燃料ギャラリー３２内に圧力発生装置３３を配設している。
燃料噴射率Ｔｒの増減は、圧力発生装置３３により燃料ギャラリー３２内に圧力脈動を発生させることにより行う。すなわち図８に示す通り、インジェクタ１１の開弁初期（クランク角ａ）に立ち上がって、中期でピークに達し、後期（クランク角ｄ）に立ち下がるような脈動を発生させる。
【００５２】
そして、インジェクタ１１が開弁している間（クランク角ａ〜ｄ）、燃料ギャラリー３２内の圧力Ｐｇに応じた燃料が噴射され、燃料噴射率Ｔｒは、図８に示す通り、燃料噴射初期（クランク角ａ）において次第に噴射量が増加し、中期において噴射量がピークに達し、後期（クランク角ｄ）において次第に減少する。このため、図３において説明したように、吸気バルブ５を通過する吸入空気と、インジェクタ１１から噴射された燃料とが燃焼に適切な状態（例えば理論空燃比：λ＝１）に混合可能であり、吸気バルブ５の傘裏や吸気ポート１２に余分な燃料が付着して壁流となることを抑制できる。さらに、燃料噴射率Ｔｒをインジェクタ１１の燃料噴射要求値に対応するように制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】火花点火式エンジンの燃料噴射制御装置の構成図
【図２】冷間始動時において吸気行程噴射を行う期間を示す図
【図３】クランク角に対する各パラメータを示す図
【図４】通気抵抗係数を示す図
【図５】環境条件または運転条件が変化する場合における、吸気バルブを通過する吸入空気流量及び燃料噴射率を示す図
【図６】燃料噴射制御においてクランク角に対する各パラメータを示す図
【図７】第２の実施形態に係る燃料噴射制御装置を示す構成図
【図８】燃料噴射制御においてクランク角に対する各パラメータを示す図
【符号の説明】
１ エンジン
３ 燃焼室
４ 点火プラグ
５ 吸気バルブ
９ 電制スロットル弁
１０ コレクタ
１１ インジェクタ
１２ 吸気ポート
２０ エアフロメータ
２１ 圧力センサ
２２ 温度センサ
２５ 水温センサ
２６ クランク角センサ
３０ エンジン制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine fuel injection control device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, in an engine that performs fuel injection at an intake port, it is known that fuel injection is performed in an intake stroke under predetermined conditions (when the alcohol concentration in the fuel is high). It has been. In this case, during the fuel injection period, the fuel injection rate (fuel injection amount per hour) is kept constant regardless of the flow rate of fresh intake air flowing into the cylinder (combustion chamber).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-33708 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the operating conditions change, for example, when the engine speed decreases, the flow rate of the intake fresh air is small, the fuel injection rate becomes excessive, and excess fuel flows behind the intake valve umbrella or the intake port. There was a risk of adhering to the wall and forming a wall flow.
[0005]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to reduce the wall flow of the back of the intake valve or the intake port.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, under the predetermined condition, the fuel injection timing is set in synchronization with the intake stroke so that the injected fuel passes through the opened exhaust valve, and during the fuel injection period, time is set. The fuel injection amount per hit was changed in accordance with the time change of the flow rate of fresh intake air passing through the intake valve.
[0007]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a region where the in-cylinder intake fresh air flow rate is relatively small, such as in the early stage or later stage of the intake valve opening, the fuel per hour is adjusted in accordance with the time change of the flow rate of the intake fresh air passing through the intake valve. In order to make the injection amount (fuel injection rate) appropriate, it is possible to prevent extra fuel from adhering to the umbrella back of the intake valve or the intake port as a wall flow, and at the same time, the difference between the intake fresh air and the supply fuel as seen per hour Since the ratio is appropriate, the uniformity of the mixing ratio can be improved, and the exhaust emission can be improved by stable combustion.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel injection control device of a spark ignition engine 1.
[0009]
An intake valve 5 and an exhaust valve 6 are disposed in the combustion chamber 3 defined by the piston 2 of each cylinder of the engine 1 so as to surround the spark plug 4.
An air cleaner 8 is provided on the upstream side of the intake passage 7, and an electric throttle valve 9, a collector 10, and an injector (fuel injection valve) 11 are disposed downstream of the intake passage 7.
[0010]
The electric throttle valve 9 is controlled in accordance with the accelerator opening mainly, and controls the flow rate of fresh intake air flowing into the combustion chamber (in-cylinder) 3.
The injector 11 is disposed in the intake port 12 of the intake passage 7 so as to face the combustion chamber 3.
[0011]
Here, the fuel injected from the injector 11 and the intake fresh air flowing into the combustion chamber 3 from the intake port 12 are mixed to form an air-fuel mixture suitable for combustion, and this air-fuel mixture is a spark of the spark plug 4. The ignition combustion is performed by ignition, and the exhaust after combustion is discharged from the combustion chamber 3 to the exhaust passage 15 through the exhaust valve 6.
[0012]
The exhaust passage 15 is provided with an EGR passage 16 that recirculates part of the exhaust discharged from the combustion chamber 3 to the collector 10 of the intake passage 7, and the EGR valve 17 disposed in the passage 16 controls the EGR amount. To do.
[0013]
In the exhaust passage 15, a manifold catalyst container 18 provided with a manifold catalyst and an underfloor catalyst container 19 provided with an underfloor catalyst are disposed as containers for the exhaust purification catalyst.
[0014]
Various sensors are arranged to detect the operating state of the engine 1 and control the fuel injection timing, fuel injection amount, fuel injection rate, and the like of the injector 11.
[0015]
The intake passage 7 is provided with an air flow meter 20 for detecting the intake fresh air flow rate, an intake pressure sensor 21 for detecting the pressure in the collector 10, and an intake air temperature sensor 22 for detecting the temperature of the intake fresh air. A signal is sent to the engine controller 30.
[0016]
The engine 1 is provided with a water temperature sensor 23 that detects the engine water temperature and a crank angle sensor 24 that detects the engine speed, and these signals are sent to the engine control device 30.
[0017]
The exhaust passage 15 is provided with a first air-fuel ratio sensor 25 and a second air-fuel ratio sensor 26 for detecting the air-fuel ratio in the exhaust, upstream and downstream of the manifold catalyst container 18, respectively, and these signals are used for engine control. Sent to the device 30.
[0018]
The engine control device 30 performs arithmetic processing based on the signals of these sensors and controls various actuators. For example, it is determined whether or not the engine 1 is in a cold start state based on a signal from the water temperature sensor 23 or the like, and the fuel injection timing, the fuel injection amount, and the fuel injection rate of the injector 11 are controlled. Control the operating state.
[0019]
Here, in the present invention, the fuel injection timing of the injector 11 is determined according to a predetermined condition, that is, when the engine 1 is cold started when the intake port 12 and the intake valve 5 are not sufficiently heated. It is set in synchronism with the intake stroke so as to pass through the intake valve 5 being opened. Whether or not it is a cold start is determined based on whether or not the output value of the water temperature sensor 23 is a predetermined value or less and the elapsed time after the start of the engine 1 is within a predetermined time. This is because the temperatures Tin and Tv of the intake port 12 and the intake valve 5 are reflected in the engine water temperature, and the relationship between the temperatures Tin and Tv of the intake port 12 and the intake valve 5 and the engine water temperature is experimentally determined in advance. It is preferable to use it.
[0020]
FIG. 2 is a diagram showing a period during which the intake stroke injection is performed at the time of cold start, where the horizontal axis is the elapsed time (seconds) after the start of the engine 1 and the vertical axis is the engine speed Ne (rpm) and the intake air. The temperature Tin (° C.) of the port 12 is shown. The alternate long and short dash line in the figure indicates the target idle speed. The vertical axis may indicate the temperature Tv (° C.) of the intake valve 5.
[0021]
The intake stroke injection is performed under the condition that the engine water temperature at the start of the engine 1 is equal to or lower than a predetermined value, and the elapsed time after the start of the start reaches a predetermined time. Note that, after the start of the engine 1, the intake stroke injection may be performed until the engine water temperature reaches a predetermined temperature. By doing so, it is possible to control the period during which the intake stroke injection is performed based on the engine water temperature.
[0022]
Next, each parameter at the time of cold start of the fuel injection control device of the engine 1 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram showing parameters with respect to the crank angle. The horizontal axis represents the crank angle, the vertical axis represents the valve lift amount L, the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5, the intake flow velocity, and the inflow air amount in the cylinder. The cumulative value, fuel injection rate (fuel injection amount per hour) Tr, wall flow adhesion amount, and in-cylinder air-fuel ratio are shown. FIG. 4 is a diagram showing the intake resistance when the intake fresh air passes through the intake valve 5, and the horizontal axis shows the valve lift amount L and the vertical axis shows the ventilation resistance coefficient Cv. FIG. 5 is a diagram showing the intake fresh air flow rate Qv and fuel injection rate Tr passing through the intake valve 5, the horizontal axis is the crank angle, and the vertical axis is the intake fresh air flow rate Qv and the fuel injection rate passing through the intake valve 5. Each Tr is shown.
[0023]
Here, the fuel injection start timing of the injector 11 is such that the injected fuel passes through the opened intake valve 5 so that the injection is performed after the fuel injection is started in the intake stroke as shown in FIG. The time until the fuel that has reached the intake valve 5 (time lag for fuel movement) is set to the time of the crank angle a that is earlier than the time when the intake valve 5 starts to open (crank angle b).
[0024]
After the fuel injection is started from the injector 11 and the time lag corresponding to the fuel movement has elapsed, that is, at the time of the crank angle b, the intake valve 5 starts to open and the intake fresh air flow rate Qv, intake air flow rate, The cumulative value of the incoming fresh air flow begins to increase.
Here, excess fuel with respect to the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 adheres to the umbrella back of the intake valve 5 or the intake port 12 as a wall flow (the fuel injection rate Tr in FIG. 3). In addition, the fuel injection rate Tr is changed in accordance with the temporal change of the flow rate Qv of the intake fresh air passing through the intake valve 5. This will be described with reference to FIGS.
[0025]
FIG. 4 is a diagram showing the ventilation resistance when the intake fresh air passes through the intake valve 5. The horizontal axis represents the lift amount L of the intake valve 5, and the vertical axis represents the ventilation resistance coefficient Cv (actual flow / theoretical flow). Show.
[0026]
The intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 is determined during the valve opening period based on the sectional area S of the intake valve 5, the lift amount L of the intake valve 5, and the ventilation resistance coefficient Cv (= Qre / Qth ). It can be calculated as the sum of the flow rates at each time step.
[0027]
Here, Q re is the actual flow rate, Q th is the theoretical flow rate, defined as Q th = kΔP 1/2 than Q th α√ (ΔP). ΔP is a pressure difference between the valve inlet / outlet.
Then, the intake fresh air flow rate Qv is calculated by the following equation using L i , C vi , Q thi , and ΔP i as values at each time step.
[0028]
Qv = Σ (C vi × Q thi) = Σ (C vi × L i × kΔP i 1/2)
FIG. 5 shows the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 and the fuel injection rate when the environmental condition (pressure in the collector 10 or the like) or the operating condition (engine speed or the like) changes during cold start. It is a figure which shows the fuel injection amount per time) Tr, and the horizontal axis shows the crank angle, and the vertical axis shows the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 and the fuel injection rate Tr.
[0029]
As shown in the drawing, in the normal operation state at the time of cold start, the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 is as shown by a solid line α0. In this state, the fuel injection rate Tr becomes a ratio corresponding to the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5, that is, the solid line β 0 shown in the figure, and when the injected fuel reaches the intake valve 5, the intake valve The fresh intake air passing through the fuel gas 5 is mixed in an appropriate state (for example, the theoretical air-fuel ratio) and introduced into the combustion chamber 3.
[0030]
Here, the time change of the flow rate Qv of the intake fresh air passing through the intake valve 5 is predicted based on at least one of the intake air temperature, the intake air pressure, the engine speed Ne, and the load.
[0031]
That is, the intake air temperature in the collector 10 is detected by the intake air temperature sensor 22, and it is predicted that the time change of the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 is larger as the intake air temperature is lower. On the other hand, it is predicted that the time change of the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 is smaller as the intake air temperature is higher.
[0032]
Further, the intake pressure in the collector 10 is detected by the pressure sensor 21, and the lower the negative pressure in the collector 10, the more the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 increases. On the other hand, the higher the negative pressure in the collector 10, the smaller the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5, and therefore the time change is predicted to be small.
[0033]
Further, the engine speed (load) is detected by the crank angle sensor 24, and the higher the engine speed (load), the larger the intake fresh air flow rate Qv that passes through the intake valve 5, so that the time change is predicted to be large. . On the other hand, as the engine speed (load) is lower, the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 is reduced, so that the time change is predicted to be small.
[0034]
With these time changes, the fuel injection rate (fuel injection amount per time) Tr is changed.
When the basic fuel injection amount Tp, the coefficient K in the stoichiometric air-fuel ratio, the intake air flow rate Qv passing through the intake valve 5 and the engine speed Ne are set, the basic fuel injection amount Tp is expressed by the coefficient K as shown in the following equation. And the intake air flow rate Qv passing through the intake valve 5 is known to be a value obtained by dividing the product by the engine speed Ne.
[0035]
Tp = K · Qv / Ne
From this equation, it can be seen that the fuel injection amount increases when the intake air flow rate Qv passing through the intake valve 5 increases, and the fuel injection amount increases when the engine speed Ne decreases.
[0036]
When this is indicated by the fuel injection rate (fuel injection amount per hour) Tr and the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5, the engine speed Ne from the operating state shown by the solid lines α0 and β0 in FIG. Is increased (when the load is high), the time variation of the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 becomes larger as shown by the solid line α1, and accordingly, the fuel injection rate Tr is The inclination becomes larger as indicated by a solid line β1, which is a ratio corresponding to the time change of the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5. Note that the lower the intake air temperature or the lower the negative pressure in the collector 10, the greater the time variation of the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 and the inclination of the fuel injection rate Tr.
[0037]
As a result, fuel injection that matches the operating conditions (engine speed Ne, load) and environmental conditions (intake air temperature, intake air pressure) of the engine 1 at high load is realized. Reduce wall flow.
[0038]
In addition, when the engine speed Ne is low (when the load is low) from the operating state shown by the solid lines α0 and β0 in FIG. 5, the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 is the solid line α2. Accordingly, the inclination of the fuel injection rate Tr becomes smaller as indicated by a solid line β2, which is a ratio corresponding to the time change of the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5. Note that the higher the intake air temperature or the higher the negative pressure in the collector 10, the smaller the time variation of the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 and the slope of the fuel injection rate Tr.
[0039]
As a result, fuel injection that matches the operating conditions (engine speed Ne, load) and environmental conditions (intake air temperature, intake air pressure) of the engine 1 at low load is realized. Reduce wall flow.
[0040]
The fuel injection rate Tr at this time corresponds to the time change of the flow rate Qv of the intake fresh air passing through the intake valve 5, and the mixture of the intake fresh air passing through the intake valve 5 and the injected fuel is combusted. It is controlled so that it can be introduced into the combustion chamber 3 at a suitable target air-fuel ratio (theoretical air-fuel ratio: λ = 1).
[0041]
For this reason, as shown in FIG. 3, the air-fuel ratio when the injected fuel is introduced into the cylinder (combustion chamber 3) becomes the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1) (crank angles b to e). In this way, the in-cylinder air-fuel ratio improves the uniformity of the mixing ratio and performs combustion in a stable state, so that the exhaust emission is reduced.
[0042]
Then, while the fuel injection is performed for a predetermined time (crank angles a to d), the intake valve 5 opens and closes, so the valve lift amount L increases (crank angles b to c) and then decreases ( Crank angle c to e). Along with this, the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 also increases and decreases (crank angles b to e).
[0043]
From the time when the lift amount L of the intake valve 5 starts to decrease after reaching the maximum amount (crank angle c), the fuel injection rate Tr is decreased in accordance with the time change of the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5. . The fuel injected at this time (crank angles c to d) moves to the time when the intake valve 5 is completely closed because the fuel injection rate Tr decreases as the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 decreases. At that time (crank angle e), the injector 11 has already stopped the fuel injection. And since the injected fuel has reached before the intake valve 5 is completely closed, it is possible to prevent the fuel from adhering to the back of the umbrella of the intake valve 5 or the intake port 12 as a wall flow.
[0044]
Next, the fuel injection control of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram showing parameters with respect to the crank angle in the fuel injection control. The horizontal axis represents the crank angle, the vertical axis represents the open / close state of the injector 11, the pressure Pg in the fuel gallery, and the fuel injection rate (fuel per hour). (Injection amount) Tr is shown.
[0045]
As illustrated, the pressure Pg in the fuel gallery is constant. From this state, duty control is performed at a high frequency for the solenoid valve opening period and the valve closing period of the injector 11, and the fuel injection rate Tr is changed by opening and closing the injector 11 intermittently.
[0046]
In the duty control, the unit time (here, the crank angle is used as a reference), that is, the ratio (%) of the valve opening time to the duty cycle is changed.
Then, as shown in the figure, the fuel injection rate Tr of the injector 11 is controlled to gradually increase in the initial stage of fuel injection and gradually decrease in the later stage. For this reason, the fuel injected from the injector 11 is mixed with an amount corresponding to the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 and an appropriate state (for example, theoretical air-fuel ratio: λ = 1). In addition, it prevents the fuel from adhering to the intake port 12 to become a wall flow. And fuel injection control is implement | achieved by the injector of the existing fixed opening degree.
[0047]
According to the present embodiment, in the engine 1 that performs fuel injection at the intake port 5, the intake stroke is performed under a predetermined condition so that the injected fuel passes through the open intake valve. The fuel injection amount per hour (fuel injection rate) is changed in accordance with the time change of the flow rate Qv of the intake fresh air passing through the intake valve 5 during the fuel injection period. For this reason, in order to supply fuel with an appropriate flow rate according to operating conditions or the like in a region in the early or late stage of opening of the intake valve 5, that is, in a region where the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5 is relatively small, It is possible to prevent excess fuel from adhering to the umbrella back of the intake valve 5 or the intake port 12 as a wall flow, and at the same time, when viewed on the time axis, the time variation of the intake fresh air flow rate Qv passing through the intake valve 5; Since the fuel injection rate Tr is appropriate, the uniformity of the mixing ratio can be improved, and the exhaust emission can be improved by stable combustion.
[0048]
Further, according to the present embodiment, the predetermined condition is when the engine is cold started when the intake port 12 and the intake valve 5 are not sufficiently heated. For this reason, generally, even at the time of cold start where the temperature rise of the intake valve 5 and the intake port 12 is insufficient and the wall flow adhesion amount increases, these wall flow rates can be reduced.
[0049]
According to the present embodiment, the temporal change in the flow rate Qv of the fresh intake air passing through the intake valve 5 is predicted based on at least one of the intake air temperature, the intake air pressure, the engine speed Ne, and the load. For this reason, the time change of the intake air flow rate Qv passing through the intake valve 5 is accurately estimated from the environmental conditions (intake temperature, intake pressure) and operating conditions (engine speed Ne, load) and reflected in the fuel injection rate Tr. Wall flow can be further reduced.
[0050]
FIG. 7 is a configuration diagram showing a fuel injection control device of the engine 1 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing parameters with respect to the crank angle in the fuel injection control. The horizontal axis represents the crank angle, the vertical axis represents the open / close state of the injector 11, the fuel gallery pressure Pg, and the fuel injection rate (fuel per unit time). (Injection amount) Tr is shown.
[0051]
As shown in FIG. 7, a pressure generating device 33 is disposed in a fuel gallery 32 for distributing the fuel supplied from the fuel pump 31 to each injector 11.
The fuel injection rate Tr is increased or decreased by generating pressure pulsations in the fuel gallery 32 by the pressure generator 33. That is, as shown in FIG. 8, a pulsation is generated that rises at the initial valve opening (crank angle a) of the injector 11, reaches a peak at the middle period, and falls at the later stage (crank angle d).
[0052]
Then, while the injector 11 is open (crank angles a to d), fuel corresponding to the pressure Pg in the fuel gallery 32 is injected, and the fuel injection rate Tr is shown in FIG. The injection amount gradually increases at the crank angle a), reaches the peak in the middle period, and gradually decreases in the latter period (crank angle d). Therefore, as described in FIG. 3, the intake air passing through the intake valve 5 and the fuel injected from the injector 11 can be mixed in a state suitable for combustion (for example, the theoretical air-fuel ratio: λ = 1). Further, it is possible to suppress the excessive fuel from adhering to the back of the umbrella of the intake valve 5 and the intake port 12 to form a wall flow. Further, the fuel injection rate Tr can be controlled to correspond to the fuel injection request value of the injector 11.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel injection control device for a spark ignition engine. FIG. 2 is a diagram showing a period during which intake stroke injection is performed during cold start. FIG. 3 is a diagram showing parameters with respect to a crank angle. Fig. 5 is a diagram showing the airflow resistance coefficient. Fig. 5 is a diagram showing the flow rate of intake air passing through the intake valve and the fuel injection rate when the environmental conditions or operating conditions change. Fig. 6 is a graph showing parameters for the crank angle in fuel injection control. FIG. 7 is a block diagram showing a fuel injection control apparatus according to a second embodiment. FIG. 8 is a diagram showing parameters for a crank angle in fuel injection control.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 3 Combustion chamber 4 Spark plug 5 Intake valve 9 Electrically controlled throttle valve 10 Collector 11 Injector 12 Intake port 20 Air flow meter 21 Pressure sensor 22 Temperature sensor 25 Water temperature sensor 26 Crank angle sensor 30 Engine control device
