JP2010121579A - 内燃機関の燃料制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷態始動時の燃圧を安定させ、排ガスの悪化を抑制することができる内燃機関の燃料制御装置を提供する。
【解決手段】車両の冷態始動時に、アクセルペダルの開度が全閉又はほぼ全閉である場合、クランキング中及び始動後所定期間Ｔ_A’の間、高圧燃料ポンプの駆動を禁止又は抑制して、燃圧の上昇を抑制し（ステップＳ１〜Ｓ５、Ｓ１５〜Ｓ１６）、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数より大きくなると、高圧燃料ポンプの加圧信号をＯＮにし（ステップＳ６〜Ｓ７）、所定期間Ｔ_A’経過後、アクセルペダルの開度が全閉、かつ、燃圧が所定値Ｐ₂より大きいである場合、圧縮スライトリーン運転を実施する（ステップＳ９〜Ｓ１１）。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃料制御装置に関する。

内燃機関として、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型の内燃機関が知られている。筒内噴射型の内燃機関では、燃料タンクから供給された燃料を高圧燃料ポンプで加圧した後、加圧後の燃料をインジェクタから気筒内へ直接噴射するようにしている。

特開昭６３−１６２９４２号公報

筒内噴射型の内燃機関では、そのクランクシャフト等の駆動力を利用して、高圧燃料ポンプを駆動している。この場合、始動時において、クランキング中は、通常エンジン回転数が低いので、高圧燃料ポンプの加圧力が弱く、燃料の圧力（以降、燃圧と呼ぶ。）が上がらない。又、初爆後は、エンジン回転数が上昇するので、高圧燃料ポンプにより加圧可能となるが、エンジン回転数等が依然として不安定な状態であり、それに伴い、加圧の制御タイミングもばらついてしまい、燃圧の上昇もばらつき、燃料の噴射量が変わり、空燃比がずれてしまい、その結果、排ガスが悪化するという問題がある。例えば、クランキングが終了し、始動を確認した後、高圧燃料ポンプへの加圧信号をＯＮにする場合、図４に示す実線のグラフのように、エンジン回転数、燃圧は大きくばらついてしまい、排ガス中のＨＣ（炭化水素）量も増加する。

そこで、始動確認後においても、低い燃圧のみの状態とすれば、燃圧のばらつき、燃料噴射量の変動、空燃比のずれを抑制することが可能である。ところが、排ガスを処理する触媒の昇温のためには、圧縮スライトリーン（以降、圧縮Ｓ／Ｌと呼ぶ。）を実施する必要があり、低い燃圧のままでは圧縮Ｓ／Ｌにおける燃焼が不安定となり、触媒も十分に昇温できず、更に排ガスが悪化する問題がある。例えば、図４に示す点線のグラフのように、高圧燃料ポンプへの加圧信号をＯＮにする時期を遅らせると、エンジン回転数、燃圧の不安定性は多少改善するが、逆に、排ガス中のＨＣ量は更に増加している。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、冷態始動時の燃圧を安定させ、排ガスの悪化を抑制することができる内燃機関の燃料制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る内燃機関の燃料制御装置は、
内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料噴射手段へ供給する燃料の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記圧力調整手段から供給される燃料の圧力を検出する燃圧検出手段と、
前記内燃機関が搭載される車両のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、
前記燃圧検出手段及び前記アクセル開度検出手段に基づいて、前記燃料噴射手段及び前記圧力調整手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記車両の冷態始動時に、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセルペダルの開度が全閉又はほぼ全閉である場合には、クランキング中及び始動後所定期間の間、前記圧力調整手段の駆動を抑制することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る内燃機関の燃料制御装置は、
上記第１の発明に記載の内燃機関の燃料制御装置において、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記回転数検出手段により検出された回転数が所定回転数より大きくなるまで、前記圧力調整手段の駆動の抑制を維持することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る内燃機関の燃料制御装置は、
上記第２の発明に記載の内燃機関の燃料制御装置において、
前記所定回転数は、前記圧力調整手段により燃料の圧力を高圧にしたとき、一行程間の燃料の圧力の変化が所定範囲内となるような回転数であることを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る内燃機関の燃料制御装置は、
上記第１乃至第３のいずれか１つの発明に記載の内燃機関の燃料制御装置において、
前記制御手段は、
前記所定期間経過後、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセルペダルの開度が全閉又はほぼ全閉、かつ、燃料の圧力が所定値より大きい場合、排気空燃比がストイキよりもややリーンとなるように圧縮行程において前記燃料噴射手段から燃料を噴射させる圧縮スライトリーン運転を実施することを特徴とする。

本発明によれば、車両の冷態始動時に、クランキング中及び始動後所定期間の間、圧力調整手段（高圧燃料ポンプ）の駆動を抑制して、燃圧の上昇を抑制するので、冷態始動時の燃圧を安定させて、排ガスの悪化を抑制することができる。

一方、内燃機関の回転数が所定回転数より大きくなるまでは、圧力調整手段（高圧燃料ポンプ）の駆動を抑制しているが、内燃機関の回転数が所定回転数より大きくなると、圧力調整手段（高圧燃料ポンプ）により燃圧を上昇させるので、燃料の圧力、内燃機関の回転数が安定した状態で圧縮Ｓ／Ｌを実施することができる。

以下、図１〜図３を用いて、本発明に係る内燃機関の燃料制御装置の実施形態を詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料制御装置の実施形態の一例を示す概略構成図であり、図２、図３は、図１に示す内燃機関の燃料制御装置における制御のタイムチャート及びフローチャートである。

本実施例において、内燃機関（以降、エンジンと呼ぶ。）１０は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型のものである。なお、エンジン１０は、複数の気筒を有するものであるが、図１では、１つの気筒のみ図示して、その構成を説明する。

エンジン１０は、図１に示すように、気筒を構成するシリンダ１１と、シリンダ１１内に設けられ、シリンダ１１の内壁に沿って往復運動をするピストン１２とを有し、シリンダ１１とピストン１２とにより形成される空間が燃焼室１３となっている。

又、エンジン１０は、吸気系機構として、外部からの空気を吸入する際、吸入した空気を清浄化するエアクリーナ１４と、清浄化された空気の流量を検出するエアフローセンサ１５と、吸気系を通過する空気の流量を制御するスロットルバルブ１６と、燃焼室１３と接続されて、流量が制御された空気を燃焼室１３に導く吸気管１７とを有している。

又、エンジン１０は、燃料系機構として、燃料タンク（図示省略）から供給された燃料を、後述のインジェクタ１９に供給する際、燃料の圧力を調整して高圧にする高圧燃料ポンプ１８（圧力調整手段）と、高圧にされた燃料を燃焼室１３内に直接噴射するインジェクタ１９（燃料噴射手段）とを有しており、高圧燃料ポンプ１８から供給される燃料の圧力は、高圧燃料ポンプ１８に設けた燃圧センサ２０（燃圧検出手段）で検出するようにしている。

従って、上記吸気系機構から供給された空気と、上記燃料系機構から供給された燃料が、燃焼室１３に設けた点火プラグ２１により点火されて、燃焼することになる。

又、エンジン１０は、排気系機構として、燃焼室１３と接続されて、燃焼室１３で燃焼した燃料（排ガス）を排気する排気管２２と、排気管２２に設けられ、排気ガスを浄化する触媒２３とを有しており、燃焼室１３で燃焼した燃料（排ガス）は、この排気系機構を介して、外部へ排出されることになる。その際、触媒２３の下流側に設けた空燃比センサ２４により、空燃比を検出するようにしている。

又、エンジン１０には、排ガス再循環系機構として、吸気管１７と排気管２２との間を接続するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）管２５と、ＥＧＲ管２５に設けられ、その開度を変更するＥＧＲバルブ２６とが設けられている。なお、排ガス再循環系機構は本発明に必須の構成ではない。

又、エンジン１０には、ピストン１２に連結されたクランクシャフト２７の角度を検出するクランク角センサ２８が設けられており、このクランク角センサ２８の検出値に基づいて、エンジン１０のエンジン回転数Ｎｅを算出するようにしている（回転数検出手段）。更に、エンジン１０には、エンジン１０を冷却する冷却水の水温を検出する温度センサ２９、エンジン１０が搭載される車両のアクセルペダル３０の開度を検出するアクセル開度センサ３１（アクセル開度検出手段）も設けられている。

そして、クランク角センサ２８、温度センサ２９、アクセル開度センサ３１のみならず、前述のエアフローセンサ１５、燃圧センサ２０、空燃比センサ２４における検出値は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御装置／制御手段）３２に入力され、それらの入力値に基づいて、後述の制御が実施される。

次に、図２、図３を参照して、本実施例の燃料制御装置における制御を説明する。
なお、本実施例の制御においては、予め、後述する所定期間Ｔ_A、Ｔ_A’、Ｔ_Bをマップデータとして取得しておき、これらの所定期間Ｔ_A、Ｔ_A’、Ｔ_Bに基づいて、以下の制御手順が実施される。

まず、エンジンスイッチがＯＮにされると、温度センサ２９を用いて、エンジン１０の冷却水の水温を検出し、水温が１０℃より大きいかどうか確認する（ステップＳ１）。そして、水温が１０℃より大きい場合には、ステップＳ１２へ進み、水温が１０℃以下の場合には、ステップＳ２へ進む。

このステップＳ１は、冷態始動であるかどうか確認する手順である。なお、ここでは、冷却水の水温により冷態始動であるかどうか判断しているが、冷態始動が確認できれば、他の方法を用いてもよく、例えば、触媒２３の温度により、冷態始動であるかどうか判断してもよい。

水温が１０℃より大きい場合には、冷態状態での始動ではないため、通常モードの制御を行う（ステップＳ１２）。通常モードの場合には、クランキング後、即座に高圧燃料ポンプ１８の加圧信号をＯＮにし、燃圧を上昇させ、高圧にされた燃料をインジェクタ１９から噴射している。

一方、水温が１０℃以下の場合には、冷態状態での始動であるため、エンジン１０がクランキング中であるどうか確認する（ステップＳ２）。そして、クランキング中である場合には、ステップＳ１５、Ｓ１６へ進み、クランキング中でない場合には、ステップＳ３へ進む。

クランキング中である場合には、高圧燃料ポンプ１８の駆動を禁止し、即ち、高圧燃料ポンプ１８の加圧信号をＯＦＦ状態とし（ステップＳ１５）、燃圧の上昇を抑制して、燃圧が低い低圧モードとする（ステップＳ１６）。この低圧モードでは、吸気行程において、要求噴射量に応じたパルス幅で、低圧の燃料をインジェクタ１９から噴射しており、クランキング中は低圧モードを維持するようにしている。なお、ここでの制御においては、燃圧を低い状態に維持できれば、高圧燃料ポンプ１８の駆動を禁止しないまでも、例えば、ポンプ回転数を低く抑えることにより、その駆動を抑制するようにしてもよい。

一方、クランキング中でない場合には、つまり、エンジン１０の始動が確認されたら、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_A内であるかどうか確認する（ステップＳ３）。そして、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_A内である場合には、ステップＳ４へ進み、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_Aより後、つまり、時間Ｔ₂以降である場合には、ステップＳ９へ進み、後述するように、圧縮Ｓ／Ｌを実施するための判断ステップ（ステップＳ９〜Ｓ１１）へ移行することになる。

なお、所定期間Ｔ_Aは、エンジン１０の始動後、後述する高圧燃料ポンプ１８の加圧信号がＯＮ（又はポンプ回転数が高い状態）とされて、燃圧が所定値（例えば、図２中の所定値Ｐ₂）より大きくなるまでの期間であり、例えば、ステップＳ１で検出したエンジン１０の冷却水の水温に対応させて、マップデータとして、予め取得しておく。そして、所定期間Ｔ_A経過後である時間Ｔ₂（始動後圧縮Ｓ／Ｌ許可時間）以降に、圧縮Ｓ／Ｌを許可することになる。なお、後述するように、所定期間Ｔ_A経過後であっても、燃圧が低ければ、圧縮Ｓ／Ｌは実施されず、又、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数より大きくならないと、高圧燃料ポンプ１８の駆動の禁止（又は抑制）を維持して、燃圧は高圧にならず、圧縮Ｓ／Ｌは実施されない。

始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_A内である場合には、アクセル開度センサ３１を用いて、アクセルが「全閉」（又はほぼ全閉）であるかどうか確認する（ステップＳ４）。そして、アクセルが全閉である場合は、ステップＳ５へ進み、アクセルが全閉で無い場合には、ステップＳ１２へ進み、通常モードの制御を行う。

このステップＳ４は、アクセルペダル３０が踏まれて、アクセルが全閉で無い場合には、低圧モードでエンジンを運転することが難しいため、低圧モードを抜けて、通常モードに移行するためのものである。

アクセルが全閉である場合には、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_A’（但し、Ｔ_A’＜Ｔ_A）後であるかどうか確認する（ステップＳ５）。そして、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_A’後である場合には、ステップＳ６へ進み、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_A’後でない場合には、ステップＳ１５、Ｓ１６へ進み、引き続き、高圧燃料ポンプ１８の駆動を禁止（又は抑制）し、燃圧が低い低圧モードとする。

なお、所定期間Ｔ_A’（始動後低圧モード継続期間）は、エンジン１０の始動後、低圧モードにおいて、エンジン１０の燃焼が安定する、エンジン１０の回転が安定する、エンジン１０の回転数が高い等の条件が成り立つときまでの期間であり、これらの条件が成立することにより、後述する高圧燃料ポンプ１８の加圧信号をＯＮ（又はポンプ回転数を高い状態）とすることが可能となる。所定期間Ｔ_A’も、所定期間Ｔ_Aと同様に、例えば、ステップＳ１で検出したエンジン１０の冷却水の水温に対応させて、マップデータとして、予め取得しておく。なお、所定期間Ｔ_A’が短ければ、低圧モードを早く抜けて、圧縮Ｓ／Ｌへ早く移行することになり、その結果、排ガス性能の向上に寄与することになる。

始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_A’後、つまり、時間Ｔ₁以降である場合には、クランク角センサ２８を用いて算出したエンジン回転数Ｎｅが所定回転数より大きいどうか確認する（ステップＳ６）。そして、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数より大きい場合には、ステップＳ７へ進み、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数以下の場合には、ステップＳ１５、Ｓ１６へ進み、引き続き、高圧燃料ポンプ１８の駆動を禁止（又は抑制）し、燃圧が低い低圧モードとする。

なお、ステップＳ６における所定回転数とは、高圧燃料ポンプ１８により燃圧を高圧にしたとき、一行程間の燃圧の変化が所定範囲内となるような回転数であり、図２中では回転数Ｎｅ₁であり、例えば、アイドル回転数が該当する。

そして、エンジン回転数Ｎｅが回転数Ｎｅ₁より大きい場合には、高圧燃料ポンプ１８への加圧信号をＯＮにし（ステップＳ７）、ステップＳ８へ進む。つまり、ステップＳ５、Ｓ６の条件が両方成立するとき、高圧燃料ポンプ１８の加圧信号をＯＮにすることになる。なお、高圧燃料ポンプ１８の加圧信号をＯＮにすることに代えて、低く抑えていたポンプ回転数を高い状態とするようにしてもよい。

このように、前述したクランキング中と、少なくとも始動後所定期間Ｔ_A’の間は、高圧燃料ポンプ１８の駆動の禁止（又は抑制）を維持し、低圧モードとし、低圧の燃料をインジェクタ１９から噴射することになる。

次に、燃圧センサ２０を用いて検出した燃圧が所定値Ｐ₁（燃圧が高圧であると判断される圧力）より大きいかどうか確認する（ステップＳ８）。そして、燃圧が所定値Ｐ₁より大きい場合には、ステップＳ１３へ進み、燃圧が高い高圧モードとし、燃圧が所定値Ｐ₁以下である場合には、ステップＳ１６へ進み、低圧モードとしている。

このように、高圧燃料ポンプ１８の加圧信号ＯＮ後（又はポンプ回転数を高い状態とした後）も、燃圧が所定値Ｐ₁より大きくなるまでは、低圧モードである。一方、高圧燃料ポンプ１８の加圧信号ＯＮ後（又はポンプ回転数を高い状態とした後）、燃圧が上昇して、所定値Ｐ₁より大きくなると、高圧モードであり、高圧モードでは、高圧にされた燃料をインジェクタ１９から噴射することになる。

始動後所定期間Ｔ_A経過した場合、更に、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_B内（但し、Ｔ_A＜Ｔ_B）であるかどうか確認する（ステップＳ９）。そして、始動後所定期間Ｔ_A経過、かつ、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_B内で無い場合、つまり、時間Ｔ₃以降である場合には、ステップＳ１２へ進み、通常モードの制御を行い、始動後所定期間Ｔ_A経過、かつ、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_B内である場合には、ステップＳ１０へ進む。

なお、所定期間Ｔ_Bは、エンジン１０の始動後、高圧燃料ポンプ１８の加圧信号がＯＮ（又はポンプ回転数が高い状態）とされ、燃圧が所定値（例えば、図２中の圧力Ｐ₂）より大きくなり、後述する圧縮Ｓ／Ｌが実施されて、触媒２３が所定温度に昇温するまでの期間であり、例えば、ステップＳ１で検出したエンジン１０の冷却水の水温に対応させて、マップデータとして、予め取得しておく。そして、所定期間Ｔ_B経過後である時間Ｔ₃（始動後圧縮Ｓ／Ｌ終了時間）に、圧縮Ｓ／Ｌの終了を判定することになる。

始動後所定期間Ｔ_A経過、かつ、始動（時間Ｔ₀）から所定期間Ｔ_B内である場合には、アクセル開度センサ３１を用いて、アクセルが「全閉」（又はほぼ全閉）であるかどうか確認する（ステップＳ１０）。そして、アクセルが全閉で無い場合には、ステップＳ１２へ進み、通常モードの制御を行い、アクセルが全閉である場合には、ステップ１１へ進む。

アクセルが全閉である場合には、燃圧センサ２０を用いて検出した燃圧が所定値Ｐ₂より大きいかどうか確認し、燃圧が所定値Ｐ₂より大きいとき、ステップＳ１４へ進む（ステップＳ１１）。この所定値Ｐ₂より大きい燃圧が、後述の圧縮Ｓ／Ｌ、前述の通常モードで使用される燃圧となる。

燃圧が所定値Ｐ₂より大きい場合には、時間Ｔ₃までの間、圧縮Ｓ／Ｌを実施する（ステップＳ１４）。この圧縮Ｓ／Ｌとは、圧縮行程時に、スライトリーンと呼ばれる排気空燃比がストイキより少し薄い空燃比となるようなパルス幅で、高圧の燃料をインジェクタ１９から噴射すると共に、点火時期を遅らせて燃料を燃焼させる制御であり、排気温度を高くして、触媒２３を効率的に昇温することができる。

つまり、上記制御により、クランキング中及び少なくとも始動後所定期間Ｔ_A’までは、高圧燃料ポンプ１８の駆動を禁止（又は抑制）し、燃圧の上昇を抑制して、低圧の燃圧の燃料を噴射する制御を行うと共に、始動開始後所定期間Ｔ_A’を経過したら、高圧燃料ポンプ１８による加圧を開始し、燃圧を上昇させ、燃圧が所定値Ｐ₂より大きくなったのを確認後、圧縮Ｓ／Ｌを実施するようにしている。これにより、始動時の燃圧を安定させて、排ガスの安定化を図ると共に、その後、安定した燃圧で圧縮Ｓ／Ｌを実施して、触媒を昇温し、排ガスの悪化を抑制することができる。

本発明は、筒内噴射型の内燃機関の冷態始動時に好適なものである。

本発明に係る内燃機関の燃料制御装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。 図１に示す内燃機関の燃料制御装置における制御のタイムチャートである。 図１に示す内燃機関の燃料制御装置における制御のフローチャートである。 従来の内燃機関の燃料制御装置における制御のタイムチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１８ 高圧ポンプ
１９ インジェクタ
２０ 燃圧センサ
２１ 点火プラグ
２８ クランク角センサ
２９ 温度センサ
３０ アクセルペダル
３１ アクセル開度センサ
３２ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、
   前記燃料噴射手段へ供給する燃料の圧力を調整する圧力調整手段と、
   前記圧力調整手段から供給される燃料の圧力を検出する燃圧検出手段と、
   前記内燃機関が搭載される車両のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   前記燃圧検出手段及び前記アクセル開度検出手段に基づいて、前記燃料噴射手段及び前記圧力調整手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記車両の冷態始動時に、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセルペダルの開度が全閉又はほぼ全閉である場合には、クランキング中及び始動後所定期間の間、前記圧力調整手段の駆動を抑制することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の燃料制御装置。
2. 請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関の燃料制御装置において、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、
   前記回転数検出手段により検出された回転数が所定回転数より大きくなるまで、前記圧力調整手段の駆動の抑制を維持することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の燃料制御装置。
3. 請求項２に記載の筒内噴射型内燃機関の燃料制御装置において、
   前記所定回転数は、前記圧力調整手段により燃料の圧力を高圧にしたとき、一行程間の燃料の圧力の変化が所定範囲内となるような回転数であることを特徴とする筒内噴射型内燃機関の燃料制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の筒内噴射型内燃機関の燃料制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記所定期間経過後、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセルペダルの開度が全閉又はほぼ全閉、かつ、燃料の圧力が所定値より大きい場合、排気空燃比がストイキよりもややリーンとなるように圧縮行程において前記燃料噴射手段から燃料を噴射させる圧縮スライトリーン運転を実施することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の燃料制御装置。

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