JP2008202466A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温始動時に、空燃比の変動を抑制しつつ、良好な始動性能を確保できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】気筒ごとの吸気ポートに燃料噴射弁６を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関温度（吸気ポート温度Ｔ）を検出する手段（水温センサ１６）と、分留性状が温度上昇に応じて特定の温度域で大きく増大する燃料を使用する時は、前記機関温度（吸気ポート温度Ｔ）が前記特定の温度域より高温の所定温度（温度Ａ）以下のときは、主として吸気行程で燃料噴射し、前記機関温度（吸気ポート温度Ｔ）が前記所定温度（温度Ａ）より高温のときは、主として排気行程で燃料噴射するように燃料噴射期間を切り換える手段と、を含んで構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、低温始動時の運転性能を向上する技術に関する。

従来の内燃機関の燃料噴射制御装置として特許文献１に記載のものでは、低温からのエンジン始動において、燃料の気化時間を十分に確保するため、排気行程（膨張行程）にて燃料を吸気ポートに噴射している。
特開２００３−３２８８１５号公報

特許文献１に記載のものでは、上記排気行程で吸気ポート内に噴射された燃料は、吸気弁が閉弁している間は燃焼室に吸入されないため、エンジン始動直後で機関（吸気ポート）が低温のときは、気化せずに吸気ポート壁面や吸気弁の傘部に付着して壁流となる燃料が多い。
しかしながら、暖機によって機関が昇温すると、燃料の種類によっては、上記壁流が急速に気化促進し、吸気弁の開弁時に、気化した大量の壁流が突如としてシリンダ内に吸入されるため、これを境に空燃比がリッチ側へ変動し、始動性能が低下するという問題点があった。

本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、低温始動時に、空燃比の変動を抑制しつつ、良好な始動性能を確保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。

このため、請求項１に係る発明は、
気筒ごとの吸気ポートに燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
機関温度を検出する手段と、
分留性状が温度上昇に応じて特定の温度域で大きく増大する燃料を使用する時は、前記機関温度が前記特定の温度域より高温の所定温度以下のときは、主として吸気行程で燃料噴射し、前記機関温度が前記所定温度より高温のときは、主として排気行程で燃料噴射するように燃料噴射期間を切り換える手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、
異種類の燃料の混合割合を検出する手段を備え、
分留性状が特定の温度域で温度上昇に応じて急激に増大する燃料と、分留性状が全温度域で温度上昇に応じて略一律に増大する燃料と、を混合した燃料を使用する時は、
これら燃料の混合割合に基づいて、前記所定温度を設定することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、
前記燃料は、分留性状が特定の温度域で温度上昇に応じて急激に増大するアルコールを含有していることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、機関温度が前記所定温度以下のとき、主として吸気行程で燃料を噴射することで、吸気の流れに沿って燃料噴霧の大部分がシリンダ内に運ばれるため、機関が低温で燃料が気化しにくい状態であっても、吸気ポートの内壁や吸気弁の傘部に付着する燃料（壁流）を少なくできる。
これにより、前記特定の温度域で温度上昇に応じて燃料の分留性状が大きく増大しても、壁流分の気化量が小さいので、空燃比の変動が抑制される。

そして、機関温度が前記所定温度より高温となってから、主として吸気弁が閉じている排気行程で燃料を噴射することにより、噴射燃料の多くが吸気ポートの内壁や吸気弁の傘部に付着するが、付着した燃料は既に分留性状が大きくなっているので気化が促進し、また、吸気弁上流側の通路内に浮遊する液状燃料の気化も促進される。
これにより、主として吸気行程で燃料噴射する場合と比べて、吸気弁が開かれたときに、気化の進んだ燃料がシリンダ内へ吸引され、シリンダ内に着火及び燃焼安定性に優れた混合気を形成でき、始動性能を向上できる。

また、機関温度が前記所定温度に到達してからは、温度上昇に対する燃料の分留性状の増大も抑えられているので、分留性状急変による空燃比変動も抑制できる。
請求項２に係る発明によれば、異種類の燃料の混合割合に応じて、排気行程での燃料噴射を開始する機関温度が調節される。すなわち、前記分留性状が特定の温度域で温度上昇に応じて急激に増大する燃料の混合割合が大きくなるほど、温度上昇に応じた分留性状の増大が大きい特定の温度域が高温側にシフトされるので、主として排気行程での燃料噴射に切り換える所定温度を高温側に設定するなどの調整を行うことで、最適な制御とすることができる。

請求項３に係る発明によれば、低温始動時にアルコールを含有する燃料を使用したときに、空燃比変動を抑制しつつ、始動性能を向上させることができる。

以下に、本発明の実施形態について説明する。
図１において、内燃機関１にはエアクリーナ２から吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。前記吸気マニホールド５の各ブランチ部（吸気ポート）には、各気筒別に燃料噴射弁６が設けられている。
燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロールユニット１２から各気筒の行程にタイミングを合わせて出力される噴射パルス信号により通電されて開弁し、燃料としてアルコールの混合したガソリンを吸気ポート内へ噴射供給する。

図２に、ガソリンおよび本実施形態の混合燃料の分留性状を示す。図２によると、ガソリンの分留性状は、全温度域で温度上昇に応じて略一律かつ緩やかに増大する（一点鎖線Ｘ）。一方、上記本実施形態の燃料は、低温時はアルコールが気化しにくく分留性状が低いが、特定の温度域（例えば、エタノールを含有する燃料の場合、７０℃付近）へ昇温すると、アルコールの分留性状の急激な増大によって、分留性状が大きく増大してガソリンよりも大きくなり、温度Ｔｆへ昇温すると、温度上昇に対する分留性状の大きな増大が抑えられる（実線Ｙ）。

機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気ダクト９，三元触媒１０及びマフラー１１を介して排気が排出される。
コントロールユニット１２は、各種のセンサからの入力信号を受け、燃料噴射弁６の作動を制御する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中にエアフローメータ１３が設けられていて、機関１の吸入空気流量に応じた信号を出力する。また、クランク角センサ１４が設けられていて、機関回転速度を算出できると共に、各気筒の行程を検出できる。
機関１のウォータジャケットには、該ウォータジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１６が設けられている。なお、冷却水温度Ｔｗは、本実施形態において、機関温度すなわち吸気ポート温度の推定の基礎となる。

排気マニホールド８の集合部には、排気中の酸素濃度に基づいて機関１の空燃比を検出する空燃比センサ１７が設けられている。
機関１の燃料通路には、燃料のアルコール濃度（混合割合）を検出するアルコール濃度センサ１８が設けられている。
ここにおいて、コントロールユニット１２に内蔵されたマイクロコンピュータのＣＰＵは、前記燃料噴射弁６の燃料噴射量（噴射パルス幅）を算出し、該燃料噴射量に相当するパルス幅の噴射パルス信号を燃料噴射弁６に出力する。

以下、コントロールユニット１２による燃料噴射期間制御を、図３のフローチャートに従って説明する。
まず、ステップＳ１では、機関１を始動させる。
始動完了後、ステップＳ２では、水温センサ１６によって冷却水温度Ｔｗを検出する。
ステップＳ３では、上記冷却水温度Ｔｗに基づいて、始動からの経過時間等を考慮して吸気ポート温度Ｔを推定する。

ステップＳ４では、アルコール濃度センサ１８によって燃料のアルコール濃度を検出し、図４を参照して、該検出値から所定の温度Ａを設定する。この温度Ａは、燃料噴射弁６からの燃料噴射期間を吸気行程から排気行程に切り換える境界の吸気ポート温度として設定されるものである。なお、アルコールの混合割合が大きい燃料ほど、温度上昇に応じた分留性状の増大が大きい特定の温度域が高温側にシフトされる性質があるため、温度Ａを高温側に設定することで、最適な制御が可能となっている。

ステップＳ５では、吸気ポート温度Ｔが、温度Ａより高いか判定する。
まず、ステップＳ５で、吸気ポート温度Ｔが温度Ａより高いと判定されると、吸気ポートが始動時から既に暖機状態であると判断し、ステップＳ７へ進み、燃料噴射弁６の燃料噴射期間を排気行程として運転し、ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ５で、吸気ポート温度Ｔが温度Ａ以下と判定されると、ステップＳ６に進み、燃料噴射期間を吸気行程とする。

そして、機関温度の上昇によって、ステップＳ５で、吸気ポート温度Ｔが温度Ａより高いと判定されると、温度上昇に対する燃料の分留性状の増大も抑えられていると判断し、ステップＳ７へ進み、燃料噴射期間を吸気行程から排気行程に切り換える。
従来の構成（例えば特許文献１に記載の構成）では、吸気ポート内が低温で燃料が気化しにくい時に、排気行程で燃料を吸気ポート内に噴射しているため、吸気ポートの内壁や吸気弁の傘部に壁流が多く付着してしまう。このため、該壁流は、吸気ポートが昇温したときに、急速なアルコールの気化によって分留性状が大きく増大して、吸気弁の開弁時に、気化した大量のアルコールが突如としてシリンダ内に吸入され、図５の一点鎖線Ｐに示すように空燃比（Ａ／Ｆ）が大きく変動する懸念があった。

これに対し、本実施形態では、吸気ポート内が低温のとき燃料噴射弁６の燃料噴射期間を吸気行程に設定すると、吸気の流れに沿って燃料噴霧の大部分が開弁された吸気弁を通り抜けてシリンダ内に運ばれることで、低温により燃料が気化しにくい状態でも、吸気ポートの内壁や吸気弁の傘部に付着する燃料（壁流）が少なくなる。
したがって、特定の温度域で温度上昇に応じて燃料の分留性状が大きく増大しても、壁流分の気化量が小さいので、図５の実線Ｑに示すように、空燃比の変動が抑制され、始動性能を十分に確保できる。

そして、吸気ポート温度Ｔが温度Ａより高くなってから、燃料噴射弁６の燃料噴射期間を吸気弁が閉じている排気行程に切り換えることで、噴射燃料の多くが吸気ポートの内壁や吸気弁の傘部に付着するが、付着した燃料は既に分留性状が大きくなっているので気化が促進し、また、吸気弁上流側の通路内に浮遊する液状燃料の気化も促進される。
これにより、燃料噴射弁６の燃料噴射期間を吸気行程とする場合と比べて、吸気弁が開かれたときに、気化の進んだ燃料がシリンダ内へ吸引され、シリンダ内に着火及び燃焼安定性に優れた混合気を形成でき、始動性能を向上できる。

また、吸気ポート温度Ｔが温度Ａに到達してからは、温度上昇に対する燃料の分留性状の増大も抑えられているので、分留性状急変による空燃比変動も抑制できる。
なお、上記実施形態では、燃料噴射期間を吸気（排気）行程に設定したときは、吸気（排気）行程でのみ燃料噴射弁６が燃料を噴射しているが、本発明はこれに限られず、燃料を主として吸気（排気）行程で噴射して、少量を排気（吸気）行程で噴射するような形態としてもよい。

ここで、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、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料供給装置において、
機関温度を検出する手段は、冷却水温度、潤滑油の温度、シリンダへの吸入直前の吸気温度、のいずれかに基づいて、機関温度を推定して検出することを特徴とする。

上記発明によると、機関温度を直接検出することが困難な場合でも、冷却水温度、潤滑油の温度、シリンダへの吸入直前の吸気温度、のいずれかに基づいて、機関温度を推定して検出することができる。
（ロ）請求項１〜請求項３、（イ）のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料噴射期間を切り換える手段は、１サイクルにおいて、吸気行程で前記燃料噴射弁が噴射する燃料量と、排気行程で前記燃料噴射弁が噴射する燃料量と、の比率を調整可能に構成されていることを特徴とする。

上記発明によると、吸気行程および排気行程での各燃料噴射量を最適化することで、運転条件に応じて、シリンダ内に着火及び燃焼安定性に優れた混合気を形成でき、運転性能を一層向上できる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置のシステム構成図 ガソリンおよび本発明の実施形態の燃料における温度と分留性状との関係を示す図 本発明の実施形態に係る燃料噴射期間制御を示すフローチャート 本発明の実施形態における燃料のアルコール濃度に対する温度Ａの値を示す図 本発明の実施形態および従来の構成に係る空燃比の検出状態を示す図

符号の説明

１ 機関
６ 燃料噴射弁
１６ 水温センサ
１８ アルコール濃度センサ

Claims (3)

1. 気筒ごとの吸気ポートに燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   機関温度を検出する手段と、
   分留性状が温度上昇に応じて特定の温度域で大きく増大する燃料を使用する時は、前記機関温度が前記特定の温度域より高温の所定温度以下のときは、主として吸気行程で燃料噴射し、前記機関温度が前記所定温度より高温のときは、主として排気行程で燃料噴射するように燃料噴射期間を切り換える手段と、
   を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 異種類の燃料の混合割合を検出する手段を備え、
   分留性状が特定の温度域で温度上昇に応じて急激に増大する燃料と、分留性状が全温度域で温度上昇に応じて略一律に増大する燃料と、を混合した燃料を使用する時は、
   これら燃料の混合割合に基づいて、前記所定温度を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料は、分留性状が特定の温度域で温度上昇に応じて急激に増大するアルコールを含有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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