JP2009185741A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒の吸気側にそれぞれ複数本の燃料噴射弁を設けた内燃機関において、一部の燃料噴射弁のみを噴射動作させるときに、噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に堆積した未燃燃料成分の堆積物（デポジット）を取り除くことができるようにする。
【解決手段】各気筒の２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂのうちの一方の燃料噴射弁Ａのみで燃料を噴射するパーシャル噴射モードの実行中に、一方の燃料噴射弁Ａの連続噴射回数が所定回数を越える毎に、他方（噴射停止側）の燃料噴射弁Ｂの噴射に切り替えて、その燃料噴射弁Ｂの噴射を１回（又は複数回）実行する。このように、パーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁Ｂに切り替えれば、当該噴射停止側の燃料噴射弁Ｂの噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料によって除去することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の各気筒の吸気側にそれぞれ複数本の燃料噴射弁を設けた内燃機関の燃料噴射制御装置に関する発明である。

特許文献１（特開昭６３−９４０５７号公報）に記載されているように、内燃機関の各気筒内での燃料噴霧の微粒化やポートウエット低減（吸気ポート内壁面への燃料付着低減）等を目的として、内燃機関の各気筒の２つの吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を設けて、各気筒毎にそれぞれ２本の燃料噴射弁で燃料を噴射するようにしたものがある。

更に、特許文献２（特開平６−１０８９０７号公報）に記載されているように、各気筒にそれぞれ２本の燃料噴射弁を設けたリーンバーンエンジンにおいて、低負荷領域で各気筒の２本の燃料噴射弁のうちの片方の燃料噴射弁のみを噴射動作させて成層混合気を形成してリーン燃焼させ、高負荷領域で２本の燃料噴射弁を噴射動作させて均質混合気を形成して均質燃焼させるようにしたものがある。
特開昭６３−９４０５７号公報（第３頁、図１等参照） 特開平６−１０８９０７号公報（第１頁、図４等参照）

ところで、各気筒の２本の燃料噴射弁のうちの片方の燃料噴射弁のみを噴射動作させる運転状態が長く続くと、噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に混合気の吹き返し等により未燃燃料成分（ＨＣ，Ｃ等）が徐々に堆積していく。このため、片方の燃料噴射弁のみを噴射動作させる運転状態が長く続いた後に、各気筒の両方の燃料噴射弁を噴射動作させる噴射モードに切り替えたときに、それまで噴射が停止されていた燃料噴射弁の噴孔部に堆積した未燃燃料成分の堆積物（デポジット）によって当該燃料噴射弁の噴霧形状が悪化したり噴射量が減少する可能性があり、その結果、混合気の燃焼性が悪化したり、空燃比が目標空燃比からずれて、エミッションが悪化する可能性がある。

また、各気筒に２本の燃料噴射弁を設けた内燃機関では、各気筒に１本の燃料噴射弁を設けた内燃機関と比較して、各燃料噴射弁の噴射量が１／２となるため、要求噴射量が少なくなる低負荷領域では、各燃料噴射弁の噴射量が動作保証された噴射量範囲の最小噴射量よりも少なくなってしまう可能性があり、低負荷領域での燃料噴射制御性（空燃比制御性）が悪化してエミッションが悪化する可能性がある。この対策として、燃料噴射弁の仕様を従来の最小噴射量の１／２の噴射量まで噴射可能な仕様に変更すると、大幅なコストアップは避けられない。

そこで、本発明は、各気筒の吸気側にそれぞれ複数本の燃料噴射弁を設けた内燃機関における上記課題の少なくとも１つを解決することを目的とする。

請求項１に係る発明は、内燃機関の各気筒の吸気側にそれぞれ複数本の燃料噴射弁を設けた内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記複数本の燃料噴射弁のうちの一部の燃料噴射弁のみを噴射動作させるパーシャル噴射モードと全ての燃料噴射弁を噴射動作させる全噴射モードとを要求噴射モードに応じて切り替える噴射制御手段を備え、前記複数本の燃料噴射弁のうちの一部の燃料噴射弁のみを噴射動作させるパーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁に切り替えることで、当該噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料により除去するようにしたものである。

この構成では、各気筒の複数本の燃料噴射弁のうちの一部の燃料噴射弁のみを噴射動作させるパーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁に切り替えることで当該噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料によって除去することができるため、パーシャル噴射モードが長く続いた場合でも、パーシャル噴射モードから、全ての燃料噴射弁を噴射動作させる全噴射モードに切り替えたときに、それまで噴射が停止されていた燃料噴射弁のデポジットに起因する課題（デポジットによる噴霧形状の悪化や噴射量の減少）を解決することができ、エミッションの悪化等を防止することができる。

また、請求項２に係る発明は、内燃機関の各気筒の吸気側にそれぞれ複数本の燃料噴射弁を設けた内燃機関の燃料噴射制御装置において、要求噴射量相当分の燃料量を前記複数本の燃料噴射弁で噴射する場合の各燃料噴射弁の噴射量が動作保証された噴射量範囲の最小噴射量よりも少なくなるときに、噴射動作させる燃料噴射弁の本数を減少させ且つ噴射動作させる燃料噴射弁で前記要求噴射量相当分の燃料量を噴射するように当該噴射動作させる燃料噴射弁の噴射量を増量補正するようにしたものである。このようにすれば、要求噴射量が少なくなる低負荷領域でも、噴射動作させる燃料噴射弁の本数を減少させることで、噴射動作させる燃料噴射弁の噴射量を大幅に増加させて、要求噴射量相当分の燃料量を精度良く噴射できる。しかも、燃料噴射弁の仕様を微少噴射量を噴射可能な仕様に変更せずに済み、低コスト化の要求も満たすことができる。

この場合も、請求項３のように、噴射動作させる燃料噴射弁の本数を減少させて複数本の燃料噴射弁のうちの一部の燃料噴射弁のみを噴射動作させるときに、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁に切り替えることで当該噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料により除去するようにすると良い。このようにすれば、噴射動作させる燃料噴射弁の本数を減少させて複数本の燃料噴射弁のうちの一部の燃料噴射弁のみを噴射動作させるパーシャル噴射モードが長く続いた場合でも、噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料により除去することができるため、パーシャル噴射モードから全ての燃料噴射弁を噴射動作させる全噴射モードに切り替えたときに、それまで噴射が停止されていた燃料噴射弁のデポジットに起因する課題（デポジットによる噴霧形状の悪化や噴射量の減少）を解決することができ、エミッションの悪化等を防止できる。

以上説明した本発明を適用する内燃機関は、請求項４のように、各気筒にそれぞれ複数の吸気ポートを設け、各吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を１本ずつ設けた構成とすれば良い。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に接続された吸気ポート３１又はその近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

図２に示すように、エンジン１１の各気筒には、それぞれ２つの吸気ポート３１と２つの排気ポート３２が設けられ、各気筒の２つの吸気ポート３１又はその近傍に、それぞれ燃料噴射弁２１が１本ずつ設けられ、各気筒にそれぞれ２本の燃料噴射弁２１が設けられた構成となっている。各吸気ポート３１は、それぞれ吸気バルブ３３によって開閉され、各排気ポート３２は、それぞれ排気バルブ３４によって開閉される。燃料タンク３５内に貯溜された燃料は、燃料ポンプ３６によって汲み上げられ、この燃料ポンプ３６から吐出される燃料が燃料供給配管３７を通して各気筒の燃料噴射弁２１に供給される。

一方、図１に示すように、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキング振動を検出するノックセンサ２９が取り付けられている。また、クランク軸２７の外周側には、クランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられ、このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。通常、各気筒に配置された２本の燃料噴射弁２１は、燃料噴射量が同一（燃料噴射量の比率が５０：５０）になるように制御される。

また、ＥＣＵ３０は、後述する図３の燃料噴射制御プログラムを実行することで、各気筒の２本の燃料噴射弁２１のうちの一方の燃料噴射弁２１のみを噴射動作させるパーシャル噴射モードと、２本の燃料噴射弁２１の両方を噴射動作させる全噴射モードとを、エンジン運転状態、燃焼状態、混合気の形成状態等に基づいて設定される要求噴射モードに応じて切り替えると共に、図４に示すようにパーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁２１を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁２１に切り替えることで当該噴射停止側の燃料噴射弁２１の噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料により除去するようにしている。以下、説明の便宜上、各気筒の２本の燃料噴射弁２１のうちの一方を「燃料噴射弁Ａ」と表記し、他方を「燃料噴射弁Ｂ」と表記する。

図３の燃料噴射制御プログラムは、ＥＣＵ３０によってエンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう噴射制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、要求噴射モードが各気筒の２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂのうちの一方の燃料噴射弁Ａのみを噴射動作させるパーシャル噴射モードであるかか否かを判定する。ここで、パーシャル噴射モードが要求噴射モードになる条件は、例えば（１）要求噴射量が所定値以下の低負荷領域のとき、（２）筒内の混合気の形成状態を改善する必要があるとき等のいずれかに該当する場合である。

このステップ１０１で、要求噴射モードがパーシャル噴射モードでないと判定されれば、ステップ１０５に進み、各気筒の２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂの両方で燃料を噴射する全噴射モードの噴射制御を実行する。

これに対して、上述したステップ１０１で、要求噴射モードがパーシャル噴射モードであると判定されれば、ステップ１０２に進み、一方の燃料噴射弁Ａのみで燃料を噴射するパーシャル噴射モードの噴射制御を実行する。この後、ステップ１０３に進み、一方の燃料噴射弁Ａの連続噴射回数が所定回数を越えたか否かを判定し、一方の燃料噴射弁Ａの連続噴射回数が所定回数以下であれば、そのまま本プログラムを終了する。

その後、上記ステップ１０３で、一方の燃料噴射弁Ａの連続噴射回数が所定回数を越えたと判定された時点で、ステップ１０４に進み、他方（噴射停止側）の燃料噴射弁Ｂの噴射に切り替える。この燃料噴射弁Ｂの噴射回数は、１回であっても良いし、複数回連続させても良い。以上の処理により、パーシャル噴射モードの実行中に、一方の燃料噴射弁Ａの連続噴射回数が所定回数を越える毎に、他方（噴射停止側）の燃料噴射弁Ｂの噴射に切り替えられて、その燃料噴射弁Ｂの噴射が１回又は複数回行われるという処理が繰り返される。

以上説明した図３の燃料噴射制御プログラムの実行例を図４のタイムチャートを用いて説明する。図４の例では、時刻ｔ1 に、要求噴射モードが全噴射モードからパーシャル噴射モードに切り替えられ、一方の燃料噴射弁Ａのみで燃料を噴射するパーシャル噴射モードの噴射制御を実行する。そして、このパーシャル噴射モードの実行中に、一方の燃料噴射弁Ａの連続噴射回数が所定回数（例えば３回）を越える毎に、他方（噴射停止側）の燃料噴射弁Ｂの噴射に切り替えられて、その燃料噴射弁Ｂの噴射が１回（又は複数回）行われるという処理が繰り返される。

このように、パーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁Ｂに切り替えるようにすれば、当該噴射停止側の燃料噴射弁Ｂの噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料によって除去することができる。このため、パーシャル噴射モードが長く続いた場合でも、パーシャル噴射モードから全噴射モードに切り替えたときに、それまで噴射が停止されていた燃料噴射弁Ｂのデポジットに起因する課題（デポジットによる噴霧形状の悪化や噴射量の減少）を解決することができ、エミッションの悪化等を防止することができる。

尚、パーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁を１回噴射毎又は所定回数噴射毎に交互に切り替えるようにしても良く（２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂのうちの一方の噴射回数を他方の噴射回数と同じにしても良く）、要は、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁に切り替えるようにすれば良い。

図４及び図５に示す本発明の実施例２では、図１及び図２と同様のシステム構成において、各気筒の要求噴射量相当分の燃料量を各気筒の２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂ（２１）で噴射する場合の各燃料噴射弁Ａ，Ｂの噴射量が動作保証された噴射量範囲の最小噴射量よりも少なくなるときに（要求噴射量が２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂの合計最小噴射量よりも少なくなるときに）、全噴射モードからパーシャル噴射モードに切り替えて、噴射動作させる燃料噴射弁の本数を１本に減少させ且つ噴射動作させる燃料噴射弁で前記要求噴射量相当分の燃料量を噴射するように当該噴射動作させる燃料噴射弁の噴射量を増量補正する。

更に、パーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁に切り替えることで当該噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料により除去する。

本実施例２では、パーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁を１回噴射毎又は所定回数噴射毎に交互に切り替えるようにしているが、前記実施例１と同様に、２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂのうちの一方の噴射回数を他方の噴射回数よりも多くしても良く、要は、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁に切り替えるようにすれば良い。

図５の燃料噴射制御プログラムは、ＥＣＵ３０によってエンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう噴射制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、各気筒の要求噴射量が２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂの動作保証された合計最小噴射量よりも少ないか否かを判定し、要求噴射量が２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂの合計最小噴射量以上であれば、２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂで分担して要求噴射量相当分の燃料量を精度良く噴射可能であると判断して、ステップ２０４に進み、各気筒の２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂの両方で燃料を噴射する全噴射モードの噴射制御を実行する。

これに対して、上記ステップ２０１で、要求噴射量が２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂの動作保証された合計最小噴射量よりも少ないと判定されれば、２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂで分担して要求噴射量相当分の燃料量を精度良く噴射できないと判断して、ステップ２０２に進み、噴射モードを全噴射モードからパーシャル噴射モードに切り替えるために、パーシャル噴射モードの噴射量（噴射動作させる片方の燃料噴射弁の噴射量）を設定する。このパーシャル噴射モードの噴射量は、要求噴射量に設定される。パーシャル噴射モードでは、１本の燃料噴射弁のみで要求噴射量相当分の燃料量を噴射するためである。この後、ステップ２０３に進み、噴射動作させる燃料噴射弁を１回噴射毎又は所定回数噴射毎に交互に切り替える。

以上説明した図５の燃料噴射制御プログラムの実行例を図４のタイムチャートを用いて説明する。図６の例では、時刻ｔ1 に、要求噴射量が２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂの動作保証された合計最小噴射量よりも少なくなり、要求噴射モードが全噴射モードからパーシャル噴射モードに切り替えられる。この後は、パーシャル噴射モードの噴射量（噴射動作させる片方の燃料噴射弁の噴射量）が要求噴射量に設定され、噴射動作させる燃料噴射弁が１回噴射毎又は所定回数噴射毎に交互に切り替えられる。

パーシャル噴射モードの実行中は、噴射動作させる１本の燃料噴射弁の噴射量が要求噴射量に設定されるため、噴射動作させる１本の燃料噴射弁の噴射量が全噴射モード時の２倍となって、動作保証された最小噴射量以上の噴射量となる。このため、要求噴射量が２本の燃料噴射弁Ａ，Ｂの動作保証された合計最小噴射量よりも少なくなる低負荷領域でも、パーシャル噴射モードに切り替えることで、燃料噴射弁の噴射量を大幅に増加させて要求噴射量相当分の燃料量を精度良く噴射できる。しかも、燃料噴射弁Ａ，Ｂの仕様を微少噴射量を噴射可能な仕様に変更せずに済み、低コスト化の要求も満たすことができる。

更に、本実施例２では、パーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁を１回噴射毎又は所定回数噴射毎に交互に切り替えるようにしたので、パーシャル噴射モードが長く続いた場合でも、噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料により除去することができる。このため、パーシャル噴射モードから全噴射モードに切り替えたときに、それまで噴射が停止されていた燃料噴射弁のデポジットに起因する課題（デポジットによる噴霧形状の悪化や噴射量の減少）を解決することができ、エミッションの悪化等を防止できる。

尚、本発明は、１気筒当り２本の燃料噴射弁を配置した内燃機関に限定されず、１気筒当り３本以上の燃料噴射弁を配置した内燃機関にも適用して実施できる。３本以上の燃料噴射弁を配置した内燃機関に本発明を適用する場合は、パーシャル噴射モードで噴射動作させる燃料噴射弁の本数を、要求噴射量に応じて１本又は２本に切り替えれば良い。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 １つの気筒に配置した２本の燃料噴射弁及びその周辺部の概略構成図である。 実施例１の燃料噴射制御プログラムの処理の流れを説明するフローチャートである。 実施例１の燃料噴射制御の特徴を説明するタイムチャートである。 実施例２の燃料噴射制御プログラムの処理の流れを説明するフローチャートである。 実施例２の燃料噴射制御の特徴を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１（Ａ，Ｂ）…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２４…排出ガスセンサ、３０…ＥＣＵ（噴射制御手段）、３１…吸気ポート、３２…排気ポート

Claims (4)

1. 内燃機関の各気筒の吸気側にそれぞれ複数本の燃料噴射弁を設けた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記複数本の燃料噴射弁のうちの一部の燃料噴射弁のみを噴射動作させるパーシャル噴射モードと全ての燃料噴射弁を噴射動作させる全噴射モードとを要求噴射モードに応じて切り替える噴射制御手段を備え、
   前記噴射制御手段は、前記複数本の燃料噴射弁のうちの一部の燃料噴射弁のみを噴射動作させるパーシャル噴射モードの実行中に、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁に切り替えることで当該噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料により除去することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 内燃機関の各気筒の吸気側にそれぞれ複数本の燃料噴射弁を設けた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   要求噴射量相当分の燃料量を前記複数本の燃料噴射弁で噴射する場合の各燃料噴射弁の噴射量が動作保証された噴射量範囲の最小噴射量よりも少なくなるときに、噴射動作させる燃料噴射弁の本数を減少させ且つ噴射動作させる燃料噴射弁で前記要求噴射量相当分の燃料量を噴射するように当該噴射動作させる燃料噴射弁の噴射量を増量補正する噴射制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記噴射制御手段は、噴射動作させる燃料噴射弁の本数を減少させて前記複数本の燃料噴射弁のうちの一部の燃料噴射弁のみを噴射動作させるときに、噴射動作させる燃料噴射弁を間欠的に噴射停止側の燃料噴射弁に切り替えることで当該噴射停止側の燃料噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットを噴射燃料により除去することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 各気筒にそれぞれ複数の吸気ポートが設けられ、各吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁が１本ずつ設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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