JP2010127261A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力脈動を抑制する。
【解決手段】本発明は、内燃機関１の圧力脈動抑制装置であって、燃焼室に開口する第１吸気ポート１２１ａと、燃焼室の第１吸気ポート１２１ａが開口した箇所とは異なる箇所に開口する第２吸気ポート１２１ｂと、第１吸気ポート１２１ａに燃料を噴射する第１インジェクタ３６ａと、第２吸気ポート１２１ｂに燃料を噴射する第２インジェクタ３６ｂと、第１インジェクタ３６ａ及び第２インジェクタ３６ｂに燃料を供給する燃料配管３５と、第１インジェクタ３６ａの燃料噴射によって一旦落ち込んだ燃料配管３５の圧力が上昇する時期に合わせて第２インジェクタ３６ｂの燃料噴射を開始する燃料噴射制御手段（Ｓ３）と、を備えることを特徴とする。
【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する。

従来の内燃機関として、各気筒に１つのインジェクタを備え、気筒ごとに独立して燃料を噴射するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６１−２０１８５４号公報

しかしながら、前述した従来の内燃機関では、インジェクタから燃料を噴射したときに、燃料配管内に圧力変動に起因する脈動が生じるという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、燃料配管内の圧力脈動を抑制することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、内燃機関（１）の圧力脈動抑制装置であって、燃焼室に開口する第１吸気ポート（１２１ａ）と、燃焼室の第１吸気ポート（１２１ａ）が開口した箇所とは異なる箇所に開口する第２吸気ポート（１２１ｂ）と、第１吸気ポート（１２１ａ）に燃料を噴射する第１インジェクタ（３６ａ）と、第２吸気ポート（１２１ｂ）に燃料を噴射する第２インジェクタ（３６ｂ）と、第１インジェクタ（３６ａ）及び第２インジェクタ（３６ｂ）に燃料を供給する共通の燃料配管（３５）と、第１インジェクタ（３６ａ）の燃料噴射によって一旦落ち込んだ燃料配管（３５）の圧力が上昇する時期に合わせて第２インジェクタ（３６ｂ）の燃料噴射を開始する燃料噴射制御手段（Ｓ３）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、各気筒に２つのインジェクタを備え、第１インジェクタの燃料噴射によって一旦落ち込んだ燃料配管内の圧力が上昇する時期に合わせて第２インジェクタの燃料噴射を開始して燃料配管内の圧力上昇を抑えるので、燃料配管内の圧力脈動を抑制することができる。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による圧力脈動抑制装置１００のシステム概略図である。

圧力脈動抑制装置１００は、エンジン１と、吸気装置２と、燃料装置３と、コントローラ４と、を備える。

エンジン１は、吸入空気と燃料との混合気を着火燃焼させて動力を発生する。エンジン１は、１気筒当たりそれぞれ２つの吸気弁１１及び排気弁（図示せず）を備える４弁式の４気筒エンジンである。エンジン１は、一端が燃焼室に開口し、他端がエンジン側面に開口する吸気ポート１２を気筒ごとに備える。エンジン１は１気筒当たり２つの吸気弁１１ａ，１１ｂを備えるので、吸気ポート１２は分岐ポート部１２１とその上流に形成される集合ポート部１２２とを備える。以下では、必要に応じて一方の分岐ポート１２１を「第１吸気ポート１２１ａ」といい、他方の分岐ポート１２１を「第２吸気ポート１２１ｂ」という。

吸気装置２は、吸気マニホールド２１を備える。

吸気マニホールド２１は、吸気コレクタ２１１と、吸気ブランチ２１２と、を備え、外部から吸い込んだ吸入空気を各気筒に分配する。

吸気コレクタ２１１は、吸入空気を一旦貯蔵する。

吸気ブランチ２１２は、吸気コレクタ２１１から４本に分岐して、エンジン側面に開口した吸気ポート１２の端部に接続される。

燃料装置３は、燃料タンク３１と、燃料ポンプ３２と、燃料供給配管３３と、燃料フィルタ３４と、デリバリパイプ３５と、インジェクタ３６と、燃料戻り配管３７と、プレッシャレギュレータ３８と、を備える。

燃料タンク３１は、エンジン１に供給する燃料を貯蔵する。

燃料ポンプ３２は、燃料タンク３１の内部に設けられる。燃料ポンプ３２は、燃料タンク３１から吸い上げた燃料を、燃料供給配管３３を介してデリバリパイプ３５へ圧送する。

燃料供給配管３３は、燃料タンク３１とデリバリパイプ３５とを接続する。

燃料フィルタ３４は、燃料供給配管３３に設けられ、燃料を濾過する。

デリバリパイプ３５は、燃料供給配管３３を介して導入された燃料を一定の圧力に維持して各インジェクタ３６に供給する。

インジェクタ３６は、各気筒に２つ設けられる。以下では、必要に応じて２つのインジェクタ３６のうちの一方のインジェクタ３６を「第１インジェクタ３６ａ」といい、他方のインジェクタ３６を「第２インジェクタ３６ｂ」という。第１インジェクタ３６ａは、第１吸気ポート１２１ａに燃料を噴射する。第２インジェクタ３６ｂは、第２吸気ポート１２１ｂに燃料を噴射する。

燃料戻り配管３７は、燃料タンク３１と燃料供給配管３３とを接続する。燃料戻り配管３７は、圧送した燃料にうち余分な燃料を燃料タンク３１に戻すための配管である。

プレッシャレギュレータ３８は、燃料供給配管３３の圧力が一定の圧力を超えたときに開弁して、燃料供給配管３３の燃圧を一定の圧力以下に抑える。

コントローラ４は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ４には、エンジン水温を検出する水温センサ４１などのエンジン１の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。コントローラ４は、これら入力信号に基づいてエンジン１の運転状態を検出し、燃料噴射量を制御する。

図２は、吸気ポート部分の拡大図である。

図２示すように、第１インジェクタ３６ａは、第１吸気ポート１２１ａと燃焼室との開口を開閉する吸気弁１１ａの傘裏部１１１ａに向けて燃料を噴射できるように設けられる。第２インジェクタ３６ｂは、第２吸気ポート１２１ｂと燃焼室との開口を開閉する吸気弁１１ｂの傘裏部１１１ｂに向けて燃料を噴射できるように設けられる。

このように、吸気ポート１２が２つに分岐した後の第１吸気ポート１２１ａ及び第２吸気ポート１２１ｂのそれぞれにインジェクタ３６を設けることで、吸気ポート１２が分岐するより前にインジェクタ３６を設ける従来のものよりも、インジェクタ３６から吸気弁１１の傘裏部１１１までの距離を短くできる。これにより、吸気ポート１２の壁面に付着する燃料量を減少させることができるとともに、高温となった吸気弁１１の傘裏部１１１に的確に燃料を噴射させることで燃料の気化を促進させることができる。

また、同じ燃料量を１つのインジェクタから噴射するよりも、２つのインジェクタから噴射する方が、インジェクタの墳孔数を増加できるとともに、穴径も小さくすることができるので、燃料墳霧の微粒化が図れる。

ここで、デリバリパイプ内の燃料には、燃料ポンプ３２によって一定の圧力がかけられている。以下、この燃料にかけられた圧力を「燃圧」という。燃圧は、インジェクタ３６が開弁して燃料が噴射されると下がり、インジェクタ３６が閉弁すると、もとの一定の圧力に戻る。そのため、インジェクタ３６の開閉動作にともなって、燃圧に変動が生じる。各インジェクタ３６は所定のタイミングでそれぞれ燃料を噴射するため、この燃圧変動によって、デリバリパイプ３５の内部で圧力脈動が発生する。圧力脈動は、車両のボディに振動して伝わって異音を発生させることがあり、運転者に不快感を与えるという問題点がある。また、圧力脈動によって、インジェクタ３６に供給する燃料の圧力を一定に保てず、燃料噴射量にばらつきが生じるという問題点もある。

そこで本実施形態では、上記問題点を解決すべく、各気筒に第１インジェクタ３６ａと第２インジェクタ３６ｂとを備え、第２インジェクタ３６ｂの噴射時期を第１インジェクタ３６ａの噴射時期に対して送らせる位相ずらし制御を実施して圧力脈動を抑制する。以下では、この位相ずらし制御について説明する。

図３は、コントローラ４が実行する位相ずらし制御について説明するフローチャートである。コントローラ４は、本ルーチンをエンジン１の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。

ステップＳ１において、コントローラ４は、エンジン１の暖機中か否かを判定する。コントローラ４は、暖機中であればステップＳ２に処理を移行し、暖機が終了していればステップＳ３に処理を移行する。

ステップＳ２において、コントローラ４は、位相ずらし制御を実施せず、第１インジェクタ３６ａ及び第２インジェクタ３６ｂから同時に燃料を噴射する。これは、位相ずらし制御を実施すると吸気弁１１の開弁後も燃料噴射が継続されるため、エンジン１の暖機が完了する前に実施すると、気化できない燃料が壁面に液付着して未燃ハイドロカーボンの排出量が増加してしまうからである。

ステップＳ３において、コントローラ４は、第１インジェクタ３６ａの噴射後、燃料供給配管３３及びデリバリパイプ３５などを含めた燃料配管系の固有振動数に対して約半周期位相をずらして第２インジェクタ３６ｂから燃料を噴射する。

次に、図４及び図５を参照して、本実施形態による燃料噴射制御の効果について説明する。

図４は、本実施形態による燃料噴射制御を実施したときの燃料配管系の圧力変動を示した図である。図５は、本発明の理解を容易にするための比較例として、１気筒に１つのインジェクタ３６を設けた場合の燃料噴射を実施したときの燃料配管系の圧力変動を示した図である。

図５に示すように比較例の場合は、時刻ｔ１でインジェクタ３６が開かれてデリバリパイプ内の圧力が低下した後、時刻ｔ３でインジェクタ３６が閉じられると、デリバリパイプ内の圧力が一気に上昇する。

これに対して、図４に示すように本実施形態の場合は、時刻ｔ１で第１インジェクタ３６ａから燃料を噴射した後、燃料配管系の固有振動数に対して約半周期位相をずらした時刻ｔ２で第２インジェクタ３６ｂから燃料を噴射する。すなわち、時刻ｔ３で第１インジェクタ３６ａが閉じられてデリバリパイプ内の圧力が上昇するタイミングに合わせて、予め時刻ｔ２で第２インジェクタ３６ｂを開いてデリバリパイプ内の圧力を低下させる。これにより、第１インジェクタ３６ａが閉じられたときのデリバリパイプ内の圧力上昇を抑制することができる。そのため、燃料噴射を実施したときの圧力変動の幅を比較例よりも小さくするこができる。その結果、圧力脈動を抑制することができる。

以上説明した本実施形態によれば、各気筒に２つのインジェクタ３６を備え、第１インジェクタ３６ａが閉じられてデリバリパイプ内の圧力が上昇するタイミングに合わせて第２インジェクタ３６ｂを開いてデリバリパイプ内の圧力を低下させた。

これにより、第１インジェクタ３６ａが閉じられたときのデリバリパイプ内の圧力上昇を抑えることができるので、燃料噴射を実施したときのデリバリパイプ内の圧力変動を抑えることができる。

また、燃料噴射時に発生する圧力変動を気筒ごとに抑制することができるため、気筒間で燃料噴射時期を制御して圧力変動を抑制する場合と比べて効果的に圧力脈動の発生を抑制できるとともに、制御が容易である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６及び図７を参照して説明する。本実施形態は、デリバリパイプ３５から直接インジェクタ３６に燃料を供給しない点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。

図６は、本発明の第２実施形態による圧力脈動抑制装置１００のシステム概略図である。

図６に示すように、本実施形態による燃料装置３は、デリバリパイプ３５とインジェクタ３６との間に燃料を溜める副室５０を備える。

図７は、副室５０の内部を簡略に示した図である。

副室５０は、デリバリパイプ３５から副室内に燃料を導入するための燃料導入口５１と、副室５０から第１インジェクタ３６ａ及び第２インジェクタ３６ｂのそれぞれに燃料を供給するための燃料供給口５２ａ，５２ｂと、を備える。

副室５０は、内部に仕切り板５３を備える。仕切り板５３は、副室５０を横方向に分割して、第１燃料室５０ａと第２燃料室５０ｂとを形成する。仕切り板５３には、第１燃料室５０ａと第２燃料室５０ｂとを連通する連通孔５３ａが設けられる。連通孔５３ａは、インジェクタ３６の開閉動作によって発生する圧力脈動をデリバリパイプ３５に伝わりにくくするため、燃料導入口５１から横方向に離れた位置に設けられる。

このように、デリバリパイプ３５とインジェクタ３６との間に副室５０に設けることで、インジェクタ３６の開閉動作によって発生する圧力脈動がデリバリパイプ３５に直接伝わらないようにすることができる。

また、副室内に仕切り板５３を設けて副室５０を横方向に分割し、燃料導入口５１から横方向にずれた位置に連通孔５３ａを設けたので、燃料供給口５２ａ，５２ｂから燃料導入口５１までの距離が長くなり、デリバリパイプ３５に伝わる圧力脈動を抑制することができる。

したがって、本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、より燃料配管系の圧力脈動が抑えられるので、振動の発生を抑制し、燃料噴射量に均一化を図ることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、吸気３弁式のエンジン１の場合には、１気筒に３つのインジェクタ３６を設ければよい。

また、圧力脈動に起因する振動及び騒音が特に目立つアイドル運転時や低回転時に限って、第１インジェクタ３６ａの噴射後、燃料配管系の固有振動数に対して約半周期位相をずらして第２インジェクタ３６ｂから燃料を噴射してもよい。

第１実施形態による圧力脈動抑制装置のシステム概略図である。 吸気ポート部分の拡大図である。 燃料噴射制御について説明するフローチャートである。 第１実施形態による燃料噴射制御を実施したときの配管系の圧力変動を示した図である。 １気筒に１つのインジェクタを設けた従来例の燃料噴射を実施したときの配管系の圧力変動を示した図である。 第２実施形態による圧力脈動抑制装置のシステム概略図である。 副室の内部を簡略に示した図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
３５ デリバリパイプ（燃料配管）
３６ａ 第１インジェクタ
３６ｂ 第２インジェクタ
５０ 副室
５０ａ 第１燃料室
５０ｂ 第２燃料室
５１ 燃料導入口
５２ 燃料供給口
５３ 仕切り板
５３ａ 連通孔
１２１ａ 第１吸気ポート
１２１ｂ 第２吸気ポート
Ｓ３ 燃料噴射制御手段

Claims (6)

1. 燃焼室に開口する第１吸気ポートと、
   前記燃焼室の前記第１吸気ポートが開口した箇所とは異なる箇所に開口する第２吸気ポートと、
   前記第１吸気ポートに燃料を噴射する第１インジェクタと、
   前記第２吸気ポートに燃料を噴射する第２インジェクタと、
   前記第１インジェクタ及び前記第２インジェクタに燃料を供給する共通の燃料配管と、
   前記第１インジェクタの燃料噴射によって一旦落ち込んだ前記燃料配管の圧力が上昇する時期に合わせて前記第２インジェクタの燃料噴射を開始する燃料噴射制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射制御手段は、
   第１インジェクタの燃料噴射後、前記燃料配管の固有振動数に対して半周期位相をずらして第２インジェクタの燃料噴射を開始する
   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. 前記燃料配管と、前記第１インジェクタ及び前記第２インジェクタと、の間に設けられて燃料溜める副室を備えた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記副室は、
   前記燃料配管からその副室内に燃料を導入する燃料導入口と、
   前記第１インジェクタ及び前記第２インジェクタに燃料を供給する燃料供給口と、
   内部を横方向に分割して第１燃料室と第２燃料室とを形成する仕切り板と、
   前記燃料導入口から横方向にずれた位置に設けられ、前記第１燃料室と前記第２燃料室とを連通する連通孔と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 運転条件に応じて、前記燃料噴射制御手段と、前記第１インジェクタと前記第２インジェクタを同時に噴射する同時燃料噴射制御手段とのいずれか一方を実施する
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 内燃機関の冷機時には、前記同時燃料噴射制御手段を実行する
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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