JP2005291133A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射の最適化を図って燃料の気化を促進させ、燃料性、エミッション特性を向上することを課題とする。
【解決手段】 噴射パルス幅演算部１１において、エンジンを冷却する冷却水の冷却水温に基づいて、吸気行程における燃料噴射量を設定し、また冷却水温に基づいて、吸気行程における燃料噴射量の設定とは独立して、排気行程における燃料噴射量を設定し、各行程でインジェクタ駆動回路１４によりインジェクタ２を駆動制御し、設定された各行程における燃料噴射量を噴射制御して構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気工程と吸気行程とに分けて燃料を噴射制御する燃料噴射制御装置に関する。

従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献に記載された技術では、シリンダ内に直接燃料を噴射する直射式の内燃機関において、低圧の燃料噴射が行われる始動時に、燃料を排気工程と吸気行程とに分割して噴射するとともに、各行程での燃料噴射における燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御することにより、燃料が点火プラグに多量に付着するくすぶりの発生を抑制するようにしている。

また、燃料噴射量の設定は、先ず排気行程で燃料噴射を優先的に行うべく、機関回転数ならびに燃料圧力に基づいて排気行程で噴射可能な燃料量を算出する一方、吸気行程での燃料噴射量は、機関の冷却水温に基づいて算出された要求燃料噴射量から排気行程での燃料噴射量を差し引いたものとしていた。
特開２００１−５００８３

このようにして、各行程での燃料噴射量を決める手法にあっては、吸気行程での燃料噴射量は、機関の冷却水温度に基づいて設定されておらず、かつ要求噴射量から排気行程での燃料噴射量を差し引いて求めている。このため、吸気行程での燃料噴射量は、機関の冷却水温度に対して必ずしも最適な噴射量に設定することができないおそれがあった。

したがって、このような従来の技術を、機関の各気筒のそれぞれの吸気ポートにインジェクタ（燃料噴射弁）を備えた、所謂ＭＰＩ（マルチ・ポイント・インジェクション）システムの内燃機関に適用した場合には、吸気ポートに噴射される燃料の一部が、吸気ポートの壁面等に付着して気化されずに吸気ポート内に滞留し、空燃比がリーン状態となるおそれがあった。また、吸気ポートの壁面に付着する燃料の壁流量が多い場合には、燃料が液体の状態でシリンダの壁面を流れるおそれがあった。このため、燃焼性、エミッション特性が悪化するといった不具合を招くおそれがあった。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料噴射の最適化を図って燃料の気化を促進させ、燃料性、エミッション特性を向上させた燃料噴射制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、内燃機関の各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタを備え、前記インジェクタにより噴射される燃料の噴射回数が複数回の場合には、前記内燃機関の吸気行程と排気行程の双方の行程に分けて燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記内燃機関を冷却する冷却水の冷却水温に基づいて、吸気行程における燃料噴射量を設定する吸気行程噴射量設定手段と、前記内燃機関を冷却する冷却水の冷却水温に基づいて、前記吸気行程噴射量設定手段による吸気行程における燃料噴射量の設定とは独立して、排気行程における燃料噴射量を設定する排気行程噴射量設定手段と、前記吸気行程噴射量設定手段で設定された吸気行程における燃料噴射量の燃料、ならびに前記排気行程噴射量設定手段で設定された排気行程における燃料噴射量の燃料を、各行程で前記インジェクタを駆動制御して噴射制御する噴射制御手段とを有することを特徴とする。

上記特徴の請求項１記載の発明によれば、吸気行程ならびに排気行程の各行程における燃料噴射量を冷却水温に応じて最適化することが可能となる。これにより、燃料性、エミッション特性を向上させることができる。

請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の発明において、前記吸気行程噴射量設定手段は、前記冷却水温が低くなるにつれて噴射量が少なくなるように燃料噴射量を設定し、前記排気行程噴射量設定手段は、前記冷却水温が低くなるにつれて噴射量が多くなるように燃料噴射量を設定することを特徴とする。

上記特徴の請求項２記載の発明によれば、燃料の気化が悪化する低温時であっても、噴射される燃料の気化を促進させることが可能となる。

請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２記載の発明において、前記冷却水温が所定の温度以下の場合に、吸気行程と排気行程の双方の行程に分けて燃料を噴射することを特徴とする。

上記特徴の請求項３記載の発明によれば、燃料の気化が悪化する低温時であっても、噴射される燃料の気化を促進させることが可能となる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係る燃料噴射制御装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１の燃料噴射制御装置は、エンジンの運転を統括制御する制御中枢として機能し、この実施例１で実行される判別処理を含む一連の処理をプログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータで制御するＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１内に設けられ、噴射パルス幅演算部１１、噴射回数演算部１２、噴射タイミング演算部１３ならびにインジェクタ駆動回路１４を備えて構成され、エンジンの各気筒の吸気ポートにそれぞれ備えられて燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）２における燃料噴射を制御している。

噴射パルス幅演算部１１は、ＥＣＵ１で取得されたエンジンの回転数、ブースト（過給圧）、吸気温度、空気量、エンジンを冷却する冷却水の冷却水温等のエンジンの運転状態を表す情報を入力し、インジェクタ２から噴射される燃料の噴射パルス幅（噴射量）を演算する。噴射パルス幅演算部１１は、予め用意された図２に示すようなマップに基づいて排気行程ならびに吸気行程における燃料噴射量をそれぞれ独立して設定する。すなわち、噴射パルス幅演算部１１は、冷却水温とその水温に対して気化可能な最適な噴射量との関係を示す図２のマップを参照して、機関の冷却水温に基づいて、排気行程における燃料噴射量を設定し、さらにこれとは独立して、冷却水温に基づいて吸気行程における燃料噴射量を設定する。図２に示すように、冷却水温が低くなるにつれて排気行程における燃料噴射量は多く設定する一方、吸気行程における燃料噴射量は少なく設定し、冷却水温が高くなるにつれて排気行程における燃料噴射量は少なく設定する一方、吸気行程における燃料噴射量は多く設定する。このようにして設定された燃料噴射量はインジェクタ駆動回路１４に与えられる。

噴射回数演算部１２は、予め用意された図３に示すようなマップに基づいて、燃料の噴射回数を設定する。すなわち、噴射回数演算部１２は、冷却水温とその水温に対して最適な噴射回数との関係を示す図３のマップを参照して、冷却水温に基づいて吸気行程ならびに排気行程の燃料の噴射回数を設定する。噴射回数は、図３に示すように、例えば６０℃程度の閾値温度を境に、冷却水温がこの閾値温度よりも高い場合には、気化が促進されやすいので噴射回数を１回に設定する一方、低い場合には２回以上に分割して気化の促進を図る。噴射回数が１回に設定された場合には、吸気行程のみで燃料噴射を行い、噴射回数が２回以上に分割された場合には、吸気行程で燃料噴射を１回行い、排気行程で残りの回数、例えば１〜２回程度燃料の噴射を行う。冷却水温が閾値温度よりも低い場合の燃料噴射の噴射回数（３回以上）は、予め設定しておいてもよく、あるいは冷却水温に回数の閾値温度を設け、この閾値温度を境に噴射回数を増減させるようにしてもよい。このようにして設定された燃料の噴射回数はインジェクタ駆動回路１４に与えられる。

噴射タイミング演算部１３は、吸気行程ならびに排気行程における燃料の噴射時期（噴射タイミング）を設定する。吸気行程における噴射タイミングは、図４に示すように、上死点（ＴＤＣ）からＡ（アフター）４０°〜５０°程度の範囲内で固定して設定する。これに対して、排気行程における１又は複数の噴射タイミングは、図４に示すように、上死点（ＴＤＣ）からＢ（ビフォー）５０°〜６０°程度の範囲内で固定して設定する。

なお、排気行程において、２回以上の噴射回数が設定された場合には、噴射タイミングは上記範囲内で例えば等間隔のタイミングで設定され、噴射量はそれぞれの噴射タイミングで等量に設定される。図４では、排気行程において例えば３回の噴射が実施される場合には、１回目の噴射タイミングが実線で示され、２回目以降の噴射タイミングが破線で示されている。このように設定された燃料の噴射タイミングは、インジェクタ駆動回路１４に与えられる。

インジェクタ駆動回路１４は、噴射パルス幅演算部１１で演算された燃料噴射量、噴射回数演算部１２で演算された燃料の噴射回数、ならびに噴射タイミング演算部１３で演算された燃料の噴射タイミングを入力し、入力した内容に基づいて、インジェクタ２を駆動制御する。

次に、図５の動作フローチャートを参照して、この実施例１の動作を説明する。

先ず、ＥＣＵ１はイグニッション（ＩＧＮ）スイッチがオンされたか否かを判別し（ステップＳ５０１）、イグニッションスイッチがオンされると、ＥＣＵ１で取得された冷却水温と図３に示す閾値温度とを比較し、比較結果に基づいて図３の関係を参照して燃料の噴射回数を設定する（ステップＳ５０２）。設定した燃料の噴射回数を判別し（ステップＳ５０３）、噴射回数が１回に設定された場合には、吸気行程のみで燃料噴射が実施されるので、図４に示すように予め固定された吸気行程における燃料の噴射タイミングが設定され（ステップＳ５０４）、吸気行程における燃料の噴射量が冷却水温に基づいて図２に示す関係を参照して設定される（ステップＳ５０５）。

このようにして、吸気行程における燃料の噴射回数、噴射タイミングならびに噴射量が設定された後、スタートＳＷがオンされたか否かを判別し（ステップＳ５０６）、スタートＳＷがオンされると、燃料の噴射回数、噴射タイミングならびに噴射量の信号が与えられたインジェクタ駆動回路１４によってインジェクタ２が駆動制御される。これにより、噴射パルス幅演算部１１で求められた燃料噴射量、噴射回数演算部１２で求められた噴射回数、ならびに噴射タイミング演算部１３で求められた噴射タイミングで燃料がインジェクタ２から吸気ポートに噴射され、エンジンが始動される（ステップＳ５０７）。

一方、噴射回数の判別結果において、噴射回数は２回以上に設定された場合には、吸気行程と排気行程のそれぞれの行程において噴射が実施されるので、図４に示すように予め固定された排気行程における噴射タイミングが設定され（ステップＳ５０８）、続いて排気行程における燃料の噴射量が冷却水温に基づいて図２に示す関係を参照して設定される（ステップＳ５０９）。

次に、上述した排気行程における燃料噴射量の設定とは独立して、図４に示すように予め固定された吸気行程における燃料の噴射タイミングが設定され（ステップＳ５１０）、吸気行程における燃料の噴射量が冷却水温に基づいて図２に示す関係を参照して設定される（ステップＳ５１１）。なお、排気行程における噴射タイミングならびに噴射量の設定と、吸気行程における噴射タイミングならびに噴射量の設定の順序は吸気行程を先に設定しても構わず、順序はどちらが先であっても構わない。

このように、吸気行程ならびに排気行程における燃料の噴射回数、噴射タイミングならびに噴射量が設定された後、スタートＳＷがオンされたか否かを判別し（ステップＳ５０６）、スタートＳＷがオンされると、燃料の噴射回数、噴射タイミングならびに噴射量の信号が与えられたインジェクタ駆動回路１４によってインジェクタ２が駆動制御される。これにより、噴射パルス幅演算部１１で求められた燃料噴射量、噴射回数演算部１２で求められた噴射回数、ならびに噴射タイミング演算部１３で求められた噴射タイミングで燃料がインジェクタ２から吸気ポートに噴射され、エンジンが始動される（ステップＳ５０７）。

以上説明したように、上記実施例１においては、吸気行程における燃料噴射量と排気行程における燃料噴射量とを、冷却水温に基づいてそれぞれ独立して設定するようにしているので、一方の行程で設定される燃料噴射量が他方の行程で設定された燃料噴射量に依存することは回避されるので、各行程において独立して燃料噴射量を設定することができる。これにより、各行程における燃料噴射量を冷却水温に応じて最適に設定することが可能となる。この結果、各行程において噴射された燃料を十分に気化することが可能となり、不十分な気化による燃料の壁流量が各行程ともに低減され、燃焼性、ならびにエミッション特性を向上することができる。

また、冷却水温が低くなるにつれて吸気行程における燃料噴射量を少なくする一方、燃料が噴射された後燃料が気化されるまでの時間が吸気行程に比べて長い排気行程における燃料噴射量を多くすることで、燃料の気化が悪化する低温時であっても、吸気行程ならびに排気行程の全体に亘って燃料の気化が促進され、燃料性、エミッション特性が向上するとともに、始動性が良好となる。

さらに、冷却水温が所定の閾値温度以下になった場合には、吸気行程ならびに排気行程の双方の行程において燃料を噴射することで、吸気ポート内の温度が低い場合であっても、燃料を十分に気化させることが可能となる。また、冷却水温が閾値温度以上であって、冷却水温が比較的高い場合には、燃料の気化が十分に行われる状態であるので、吸気行程のみで燃料を噴射しても燃料を十分に気化させることが可能となる。これにより、排気行程において燃料噴射を行わずに済み、燃料の節約、燃料の壁流量を低減することができる。

本発明の実施例１に係る燃料噴射制御装置の構成を示す図である。 冷却水温と燃料噴射量との関係を示す図である。 冷却水温と燃料噴射回数との関係を示す図である。 燃料噴射タイミングを示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料噴射制御装置の処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ＥＣＵ
２…インジェクタ
１１…噴射パルス幅演算部
１２…噴射回数演算部
１３…噴射タイミング演算部
１４…インジェクタ駆動回路

Claims (3)

1. 内燃機関の各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタを備え、前記インジェクタにより噴射される燃料の噴射回数が複数回の場合には、前記内燃機関の吸気行程と排気行程の双方の行程に分けて燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記内燃機関を冷却する冷却水の冷却水温に基づいて、吸気行程における燃料噴射量を設定する吸気行程噴射量設定手段と、
   前記内燃機関を冷却する冷却水の冷却水温に基づいて、前記吸気行程噴射量設定手段による吸気行程における燃料噴射量の設定とは独立して、排気行程における燃料噴射量を設定する排気行程噴射量設定手段と、
   前記吸気行程噴射量設定手段で設定された吸気行程における燃料噴射量の燃料、ならびに前記排気行程噴射量設定手段で設定された排気行程における燃料噴射量の燃料を、各行程で前記インジェクタを駆動制御して噴射制御する噴射制御手段と
   を有することを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記吸気行程噴射量設定手段は、前記冷却水温が低くなるにつれて噴射量が少なくなるように燃料噴射量を設定し、前記排気行程噴射量設定手段は、前記冷却水温が低くなるにつれて噴射量が多くなるように燃料噴射量を設定する
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記冷却水温が所定の温度以下の場合に、吸気行程と排気行程の双方の行程に分けて燃料を噴射する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。

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