JP2006266226A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気行程噴射を有効に行い、分割噴射の効率を高める。
【解決手段】ＥＣＵ１０が、吸気行程噴射量に基づいて燃料供給圧力を設定し、設定された燃料供給圧力に従って吸気行程燃料を行う。これにより、吸気行程において噴射する燃料噴射量に基づいて噴射する燃料の圧力を変化させ、吸気バルブ３の作動角によらず燃料噴射量を一定に保つので、吸気行程時に振り分けられた燃料噴射量を吸気開口期間内に噴射することが困難である場合においても、吸気行程噴射を有効に行い、分割噴射の効率を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関が要求する燃料噴射量を排気行程時と吸気行程時に分割して噴射する内燃機関の燃料噴射装置に関する。

従来より、内燃機関が要求する燃料噴射量を排気行程時と吸気行程時に分割して噴射（分割噴射）することにより、始動時等の冷機状態下において、多量の燃料が点火プラグに付着する“くすぶり”の発生を防止する燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。そして一般に、このような燃料噴射装置は、燃料を排気行程時に優先的に噴射するように、機関回転数と燃料圧力に基づいて排気行程時の燃料噴射量を算出し、吸気行程での燃料噴射量を機関内水温に基づいて導出される内燃機関の要求噴射量から排気行程時の燃料噴射量を差し引いた値に設定している。
特開２００１−５００８３号公報

ところで、燃焼室内に燃料を直ちに吸入することが望ましい吸気行程噴射では、有効な吸気開口期間外に燃料が噴射されると、吸気バルブや吸気ポートの壁面に燃料の一部が付着し、冷機状態においては吸気バルブや吸気ポートの壁面の温度が低いために、付着した燃料が気化されずに吸気ポート内にとどまることによって空燃比がリーン化する。また、付着した燃料によって燃料の壁流量が増加し、燃料が液体の状態で燃焼室内に流れることにより、燃焼性，エミッション性が悪化する。さらに、可変動バルブ方式の内燃機関においては、吸気行程時のバルブ作動量が小さい場合、有効な吸気開口期間が短くなるために、燃料を噴射できるタイミングが限定され、適切なタイミングで燃料を噴射することが難しい。このような理由から、カム作動角を制御することにより吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角（開閉特性）を変化させるＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）システム（可変動バルブ方式）や各気筒の吸気ポート毎に燃料噴射弁を備えるＭＰＩ（Multi Point Injection）システムを有する内燃機関では、吸気行程噴射は吸気開口期間を考慮して行う必要がある。しかしながら、従来の燃料噴射装置では、上述の通り、吸気行程時の燃料噴射量が排気行程時の燃料噴射量に基づいて設定されるために、吸気行程時に振り分けられた燃料噴射量を有効な吸気開口期間内に噴射しきれないことによって、燃焼室内への燃料供給が遅れて失火に至る可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、吸気行程噴射を有効に行い、分割噴射の効率を高めることが可能な内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料噴射量を設定し、要求燃料噴射量を排気行程時に噴射する燃料噴射量と吸気行程時に噴射する燃料噴射量に分割して設定し、吸気行程時に噴射する燃料噴射量に基づいて噴射する燃料の圧力を変化させる。このような構成によれば、吸気行程時に噴射する燃料噴射量に基づいて噴射する燃料の圧力を変化させるので、吸気行程噴射を有効に行い、分割噴射の効率を高めることができる。

なお、排気行程及び吸気行程時に噴射する燃料噴射量は、少なくとも機関内水温に基づいて設定することが望ましい。このような構成によれば、吸気行程時に振り分けるべき燃料噴射量を精度高く設定することができる。また、吸気行程時に燃料を噴射するタイミングは内燃機関の吸気バルブの作動角に基づいて決定することが望ましい。このような構成によれば、燃料を噴射するタイミングを吸気開口期間内にすることにより、吸気行程時に振り分けられた燃料噴射量を吸気開口期間内に確実に噴射することができる。また、吸気バルブの作動角は吸気バルブの作動角の制御信号に基づいて検出することが望ましい。このような構成によれば、可動弁方式の内燃機関において、特別な機器を付加することなく、吸気行程時に振り分けられた燃料噴射量を吸気開口期間内に確実に噴射することができる。

本発明に係る燃料噴射装置は、例えば図１に示すようなカム作動角を制御することにより吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角（開閉特性）を変化させるＶＥＬシステムを有する内燃機関に適用することができる。以下、図面を参照して、本発明の一実施形態となる内燃機関の構成と燃料噴射時の動作について説明する。なお、本実施形態は、本発明に係る燃料噴射装置をＶＥＬシステムを有する内燃機関に適用したものであるが、本発明に係る燃料噴射装置は吸気開口期間が変化する内燃機関であればどのような形態の内燃機関にも適用できることは勿論である。

〔内燃機関の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の実施形態となる内燃機関の構成について説明する。

本発明の実施形態となる内燃機関１の燃焼室２内には、図１に示すように、吸気バルブ３を介して空気が吸入される。また、燃料排気は燃焼室２から排気バルブ４を介して大気中に放出される。排気バルブ４は、排気側カム軸６に軸支されたカム５によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保って開閉駆動される。吸気バルブ３は、可変バルブ機構７によってバルブリフト量及びバルブ作動角（開閉特性）が連続的に変えられるようになっている。吸気ポート８には、吸気バルブ３に向けて燃料を噴射する燃料噴射装置９が設けられている。内燃機関１は、ＥＣＵ１０によってその動作が制御されるように構成されている。なお、上記可変バルブ機構７は、出願時点で既に公知（例えば、特開２００３−４９６７３号公報参照）であるので、その詳細な説明は省略する。そして、このような構成を有する内燃機関１では、ＥＣＵ１０が以下に示す燃料噴射制御処理を実行することにより、吸気行程時に振り分けられた燃料噴射量を吸気開口期間内に噴射する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、この燃料噴射制御処理を実行する際のＥＣＵ１０の動作について説明する。

〔燃料噴射制御処理〕
図２に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がオン状態になるのに応じて開始となり、燃料噴射制御処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この燃料噴射制御処理は、イグニッションスイッチがオン状態になった後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

ステップ１の処理では、ＥＣＵ１０が、機関内水温を検出する。これにより、このステップＳ１の処理は完了し、この制御処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、ＥＣＵ１０が、ステップＳ１の処理により検出された機関内水温に基づいて吸気バルブ３の作動角を算出する。具体的には、ＥＣＵ１０は、機関内水温が低い時は吸気バルブ３の作動角を狭く設定し、逆に機関内水温が高い時には吸気バルブ３の作動角を広く設定する。これにより、このステップＳ２の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、ＥＣＵ１０が、ステップＳ１の処理により検出された機関内水温に基づいて排気行程噴射量（排気行程パルス幅）を算出する。具体的には、ＥＣＵ１０は、機関内水温が低い時は排気行程噴射量を多く設定することにより、十分な燃料の気化時間を確保してエミッション低減を図る。また逆に、機関内水温が高い時には、ＥＣＵ１０は、排気行程噴射量を小さく設定することにより、燃焼室２内に燃料が速やかに入るようにする。これにより、このステップＳ３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、ＥＣＵ１０が、ステップＳ２の処理により算出された吸気バルブ３の作動角に基づいて吸気行程噴射量（吸気行程パルス幅）を算出する。具体的には、ＥＣＵ１０は、吸気バルブ３の作動角が狭い時は吸気行程噴射量を小さく設定し、逆に吸気バルブ３の作動角が広い時には吸気行程噴射量を大きく設定する。これにより、このステップＳ４の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、ＥＣＵ１０が、ステップＳ２の処理により算出された吸気バルブ３の作動角に基づいて吸気行程時に噴射する燃料の圧力を算出する。具体的には、ＥＣＵ１０は、吸気バルブ３作動角が狭い時は燃料の圧力を大きく設定し、逆に吸気バルブ３の作動角が広い時には燃料の圧力を小さく設定する。これにより、このステップＳ５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、ＥＣＵ１０が、吸気バルブ３の作動角が所定値以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、吸気バルブ３の作動角が所定値以下でない場合、ＥＣＵ１０はこの制御処理をステップＳ８の処理に進める。一方、吸気バルブ３の作動角が所定値以下である場合には、ＥＣＵ１０は、ステップＳ７の処理としてステップＳ５の処理結果に基づいて燃料の圧力を上昇させた後、この制御処理をステップＳ８の処理に進める。

ステップＳ８の処理では、ＥＣＵ１０が、スタートスイッチ（ＳＴＡＲＴ ＳＷ）がオン状態になったか否かを判別する。そして、スタートスイッチがオン状態になるのに応じて、ＥＣＵ１０はこの制御処理をステップＳ９の処理に進める。

ステップＳ９の処理では、ＥＣＵ１０が、ステップＳ３の処理により算出された排気行程噴射量に従って排気行程噴射を行うように燃料噴射装置を制御する。これにより、このステップＳ９の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１０の処理に進む。

ステップＳ１０の処理では、ＥＣＵ１０が、ステップＳ４の処理により算出された吸気工程噴射量及びステップＳ５の処理において設定された燃料圧力に従って吸気工程噴射を行うように燃料噴射装置を制御する。これにより、このステップＳ１０の処理は完了し、一連の燃料噴射制御処理は終了する。

従来の燃料噴射装置では、吸気行程時の燃料噴射量は機関内水温に基づいて導出される内燃機関の要求噴射量から排気行程時の燃料噴射量を差し引いた値に設定されるために、吸気バルブの作動角が狭い時には、吸気行程時に振り分けられた燃料噴射量を有効な吸気開口期間内に噴射しきれないことによって、図３の破線に示すように、燃焼室への燃料供給量が減り、失火に至る可能性があった。これに対して、本発明の実施形態となる内燃機関の燃料噴射装置は、上述の通り、吸気行程噴射量に基づいて燃料供給圧力を設定し、設定された燃料供給圧力に従って吸気行程燃料を行う。そして、このような構成によれば、吸気行程時に噴射する燃料噴射量に基づいて噴射する燃料の圧力を変化させ、図３の実線に示すように、吸気バルブ３の作動角によらず燃料噴射量を一定に保つので、吸気行程時に振り分けられた燃料噴射量を吸気開口期間内に噴射することが困難である場合においても、吸気行程噴射を有効に行い、分割噴射の効率を高めることができる。

また、本発明の実施形態となる内燃機関の燃料噴射装置は、機関内水温に基づいて排気行程噴射量及び吸気行程噴射量を設定するので、吸気行程時に振り分けるべき燃料噴射量を精度よく設定することができる。また、本発明の実施形態となる内燃機関の燃料噴射装置は、吸気バルブ３の作動角に基づいて吸気行程において燃料を噴射するタイミングを決定するので、吸気行程時に振り分けられた燃料噴射量を有効な吸気開口期間内に確実に噴射することができる。また、本発明の実施形態となる内燃機関の燃料噴射装置は、吸気バルブ３に対するバルブ作動角指示値を参照することにより吸気バルブ３の作動角を検出するので、構成要素を付加することなく、吸気行程時に振り分けられた燃料噴射量を有効な吸気開口期間内に確実に噴射することができる。

最後に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射装置であって、前記供給圧力調整手段は、バルブ作動角と燃料の圧力を反比例の関係に設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。このような構成によれば、有効な吸気開口期間に基づいて燃料圧力を設定することができる。

本発明の実施形態となる内燃機関の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態となる燃料噴射制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本願発明及び従来の燃料噴射装置におけるバルブ作動角と燃料噴射量の関係を示す図である。

符号の説明

１：内燃機関
２：燃焼室
３：吸気バルブ
４：排気バルブ
５：カム
６：排気側カム軸
７：可変バルブ機構
８：吸気ポート
９：燃料噴射装置
１０：ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関が要求する燃料噴射量を排気行程時と吸気行程時に分割して噴射する内燃機関の燃料噴射装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料噴射量を設定する噴射量設定手段と、
   前記噴射量設定手段により設定された要求燃料噴射量を排気行程時に噴射する燃料噴射量と吸気行程時に噴射する燃料噴射量に分割して設定する噴射量分割設定手段と、
   前記吸気行程時に噴射する燃料噴射量に基づいて噴射する燃料の圧力を変化させる供給圧力調整手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置であって、
   前記噴射量分割設定手段は、少なくとも機関内水温に基づいて前記排気行程時及び吸気行程時に噴射する燃料噴射量を設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置であって、
   吸気バルブの作動角を検出する作動角検出手段を備え、当該作動角検出手段により検出された作動角に基づいて吸気行程時に燃料を噴射するタイミングを決定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置であって、
   前記作動角検出手段は、作動角の制御信号に基づいて吸気バルブの作動角を検出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。

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