JP2010265869A - 内燃機関の燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、気筒内へ燃料噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路内へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の燃料噴射システムにおいて、内燃機関の始動後に混合気が過剰なリーンとなる事態を回避することを課題とする。
【解決手段】本発明は、気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と吸気通路内へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射システムにおいて、内燃機関の始動完了後の吸気管圧力が所定の上限値を超える場合は、第２燃料噴射弁から噴射される燃料が減少するように目標噴射比率を補正するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と吸気通路内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射システムに関する。

気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路内へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の燃料噴射システムが知られている。このような内燃機関の燃料噴射システムにおいて、内燃機関の始動開始（例えば、クランキング開始）から混合気濃度が十分高くなるまでの期間は第１燃料噴射弁による燃料噴射を禁止するとともに第２燃料噴射弁による燃料噴射を行い、上記の期間経過後は第１燃料噴射弁による燃料噴射を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００１−０７３８５４号公報 特開２００５−３２５８２５号公報 特開２００８−１６３８１５号公報 特開２００３−２６２１７４号公報

ところで、内燃機関の始動後は、気筒内に供給すべき燃料を第１燃料噴射弁と第２燃料噴射弁とから分割して噴射させることにより、内燃機関を弱成層燃焼運転させる方法が考えられる。しかしながら、吸気管圧力（スロットル弁より下流の吸気通路内の圧力）が高いときは、第２燃料噴射弁から噴射された燃料が気化し難くなる。このため、吸気管圧力が高いときに第２燃料噴射弁の噴射比率が高められると、吸気通路の壁面等に付着する燃料（以下、「壁面付着燃料」と称する）が増加する。

壁面付着燃料が増加すると、気筒内に供給される燃料が減少する。このため、混合気の空燃比が過剰なリーンとなる場合がある。そのような場合は、混合気の着火不良や燃焼不良などが発生し、ドライバビリティの悪化や排気エミッションの増加を招く可能性がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気筒内へ燃料噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路内へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の燃料噴射システムにおいて、内燃機関の始動後に混合気が過剰なリーンとなる事態を回避可能な技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明の内燃機関の燃料噴射システムは、
気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
吸気通路内へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、
内燃機関の始動完了後に、予め定められた目標噴射比率に従って第１燃料噴射弁及び第２燃料噴射弁から燃料を噴射させる制御手段と、
吸気通路内の圧力を取得する取得手段と、
取得手段により取得された圧力が所定の上限値より高い場合は、第２燃料噴射弁から噴
射される燃料が減少するように前記目標噴射比率を補正する補正手段と、
を備えるようにした。

ここで、所定の上限値は、第２燃料噴射弁から噴射された燃料が気化可能な圧力範囲の上限値である。上限値は、内燃機関の温度（例えば、吸気通路内の温度や気筒内の温度等）が低くなるほど低い値を示す可能性があるため、内燃機関の温度に応じて変更されてもよい。

本願発明によると、吸気通路内の圧力（以下、「吸気管圧力」と称する）が上限値より高いときは、第２燃料噴射弁から噴射される燃料量が少なくなるように目標噴射比率が補正される。すなわち、吸気管圧力が上限値より高いときは、第１燃料噴射弁から噴射される燃料量が多くなるように目標噴射比率が補正される。

したがって、吸気管圧力が上限値より高い場合であっても、気筒内に供給される燃料の減少が緩和される。その結果、混合気の空燃比が過剰なリーンになる事態が回避され、ドライバビリティの悪化や排気エミッションの増加が抑制される。

本発明に係わる補正手段は、取得手段により取得された圧力（吸気管圧力）が上限値より高いときは、第２燃料噴射弁から噴射される燃料量が零まで減少するように目標噴射比率が補正されてもよい。その場合、第１燃料噴射弁のみから燃料が噴射されるため、混合気の空燃比が過剰なリーンになる事態をより確実に回避することが可能になる。

なお、第２燃料噴射弁から噴射される燃料量を零まで減少させるか、或いは第２燃料噴射弁から燃料を噴射させつつ噴射量を減少させるかの判別は、吸気管圧力と上限値との差の大きさ、内燃機関の温度、又は燃料の性状などを考慮して行われてもよい。

本発明によれば、気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路内へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の燃料噴射システムにおいて、内燃機関の始動後に混合気が過剰なリーンとなる事態を回避することができる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 内燃機関の始動時からファストアイドルまでの期間における第２燃料噴射弁の噴射比率の変化を示す第１のタイミングチャートである。 吸気管圧力と噴射比率との関係を示す第１の図である。 第１の実施例における噴射比率制御ルーチンを示すフローチャートである。 内燃機関の始動時からファストアイドルまでの期間における第２燃料噴射弁の噴射比率の変化を示す第２のタイミングチャートである。 吸気管圧力と噴射比率との関係を示す第２の図である。 第２の実施例における噴射比率制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置などは、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図４に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１では、複数の気筒のうち１気筒のみが示されている。

内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介して図示しない出力軸（クランクシャフト）と連結されている。また、各気筒２には、筒内に燃料を噴射するための第１燃料噴射弁５と、筒内の混合気に着火するための点火プラグ６が取り付けられている。

気筒２の内部は、吸気ポート７及び排気ポート８と連通している。気筒２内における吸気ポート７の開口端は、吸気バルブ９により開閉される。気筒２内における排気ポート８の開口端は、排気バルブ１０により開閉される。吸気バルブ９と排気バルブ１０は、図示しない吸気カムと排気カムとにより各々開閉駆動される。

前記吸気ポート７は、吸気通路７０と連通している。吸気通路７０には、スロットル弁７１が配置されている。スロットル弁７１より上流の吸気通路７０には、エアフローメータ７２が配置されている。スロットル弁７１より下流の吸気通路７０には、吸気通路７０内の圧力（吸気管圧力）を検出する圧力センサ７３と、吸気ポート７へ向けて燃料を噴射する第２燃料噴射弁１１とが配置されている。圧力センサ７３は、本発明に係わる取得手段の一実施態様である。

前記排気ポート８は、排気通路８０と連通している。排気通路８０は、図示しない触媒（例えば、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒など）や消音器を経由して大気中に開放されている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ２０は、前述したエアフローメータ７２や圧力センサ７３に加え、クランクポジションセンサ２１などの各種センサの検出信号を入力する。さらに、ＥＣＵ２０は、第１燃料噴射弁５、点火プラグ６、第２燃料噴射弁１１、及びスロットル弁７１を電気的に制御する。

例えば、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態に応じて、第１燃料噴射弁５から噴射すべき燃料量と第２燃料噴射弁１１から噴射すべき燃料との比率（噴射比率）を制御（噴射比率制御）する。以下、内燃機関１の始動時からファストアイドルまでの期間における噴射比率制御について述べる。

ＥＣＵ２０は、内燃機関１のクランキング開始後において気筒判別が終了すると、各気筒２の圧縮行程時に第１燃料噴射弁５から燃料を噴射させて成層燃焼による始動を図る。続いて、ＥＣＵ２０は、始動完了を判定すると、第１燃料噴射弁５による圧縮行程噴射と第２燃料噴射弁１１による燃料噴射とを併用して弱成層燃焼による機関運転を図る。

なお、内燃機関１の始動が完了したか否かの判定は、機関回転数Ｎｅが判定値Ｎｅ０以上に上昇したことを条件に内燃機関１の始動が完了したと判定する方法、又はクランキング開始からの経過時間が一定時間以上であることを条件に内燃機関１の始動が完了したと判定する方法等、を例示することができる。

ところで、吸気管圧力が高いときは、第２燃料噴射弁１１から噴射された燃料が気化し難くなる。このため、吸気管圧力が高いときに第２燃料噴射弁１１から噴射される燃料量
が増加されると、壁面付着燃料が増加する可能性がある。

壁面付着燃料が増加すると、気筒２内へ供給される燃料が減少する。このため、混合気の空燃比が過剰なリーンになる場合がある。そのような場合は、失火（混合気の着火不良や燃焼不良など）によるドライバビリティの悪化や排気エミッションの増加を招く可能性がある。

そこで、本実施例の噴射比率制御では、ＥＣＵ２０は、始動完了後の圧力センサ７３の信号（吸気管圧力）に応じてファストアイドル時の噴射比率を補正するようにした。

具体的には、ＥＣＵ２０は、図２に示すように、機関回転数Ｎｅが判定値Ｎｅ０以上となったときの吸気管圧力が上限値以下である場合は、予め定められた目標噴射比率に従って第１燃料噴射弁５と第２燃料噴射弁１１とから燃料を噴射させる（図２中の一点鎖線を参照）。

一方、機関回転数Ｎｅが判定値Ｎｅ０以上となったときの吸気管圧力が上限値より高い場合は、ＥＣＵ２０は、第２燃料噴射弁１１から噴射される燃料が減少（第１燃料噴射弁５から噴射される燃料が増加）するように目標噴射比率を補正する（図２中の実線を参照）する。

その際、ＥＣＵ２０は、図３に示すように、吸気管圧力と上限値との差が大きいときは小さいときより第２燃料噴射弁１１の燃料噴射量が少なくなるように、目標噴射比率を補正してもよい。さらに、ＥＣＵ２０は、吸気管圧力が上限値より高い閾値を超えるときは、第２燃料噴射弁１１の燃料噴射量が零となるように、目標噴射比率を補正してもよい。

なお、目標噴射比率の補正処理は、吸気管圧力が上限値以下となるまで継続される。すなわち、ＥＣＵ２０は、吸気管圧力が上限値以下に低下した後は、目標噴射比率に従って第１燃料噴射弁５と第２燃料噴射弁１１とから燃料を噴射させる。

このようにファストアイドル時の噴射比率が補正されると、吸気管圧力が上限値を超える場合であっても混合気の空燃比が過剰なリーンになる事態を回避することができる。よって、ドライバビリティの悪化や排気エミッションの増加を抑制することができる。

次に、内燃機関１の始動時からファストアイドルまでの期間における噴射比率制御の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、内燃機関１の始動時に実行される噴射比率制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭなどに記憶されており、内燃機関１の始動要求をトリガにして実行される。

図４の噴射比率制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１の処理を実行する。Ｓ１０１では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の始動要求が発生したか否かを判別する。例えば、ＥＣＵ２０は、イグニッションスイッチがオフからオンへ切り換えられたとき、又はスタータスイッチがオフからオンへ切り換えられたときに、始動要求が発生したと判定してもよい。

前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０はＳ１０２へ進む。Ｓ１０２では、ＥＣＵ２０は、第１燃料噴射弁５のみによる燃料噴射を実行する。詳細には、ＥＣＵ２０は、気筒判別処理の結果に基づいて各気筒２の圧縮行程時期を判定し、圧縮行程に同期したタイミングで第１燃料噴射弁５から燃料を噴射させる。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の始動が完了したか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ２０は、機関回転数Ｎｅが判定値Ｎｅ０以上まで上昇したか否か、又は始動開始からの経過時間が一定時間以上であるか否かを判別する。

前記Ｓ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２へ戻る。一方、前記Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４へ進む。Ｓ１０４では、ＥＣＵ２０は、吸気圧センサ１９の信号（吸気管圧力）を読み込む。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ２０は、前記Ｓ１０４で読み込まれた吸気管圧力が上限値以下であるか否かを判別する。Ｓ１０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６へ進む。Ｓ１０６では、ＥＣＵ２０は、予め定められた目標噴射比率に従って第１燃料噴射弁５と第２燃料噴射弁１１とから燃料を噴射させる。

また、前記Ｓ１０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７へ進み、前述の図３に示したようなマップに基づいて目標噴射比率を補正する。続いて、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０８へ進み、前記Ｓ１０７で補正された目標噴射比率に従って第１燃料噴射弁５と第２燃料噴射弁１１とから燃料を噴射させる。ＥＣＵ２０は、Ｓ１０８の処理を実行した後にＳ１０４へ戻る。すなわち、ＥＣＵ２０は、吸気管圧力が上限値以下となるまでＳ１０７及びＳ１０８の処理を継続する。

このようにＥＣＵ２０が図４のルーチンを実行することにより、本発明に係わる制御手段及び補正手段が実現される。したがって、内燃機関１の始動後において吸気管圧力が上限値を超える場合であっても、混合気が過剰なリーンとなる事態を回避することができる。その結果、ドライバビリティの悪化や排気エミッションの増加を抑制することができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図５〜図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、内燃機関１の始動が完了した後のファストアイドル時において、吸気管圧力が上限値を超えている間は第２燃料噴射弁１１から噴射される燃料が減少するように目標噴射比率を補正する例について述べた。

これに対し、本実施例では、図５，６に示すように、吸気管圧力が上限値を超えている間は、始動時と同様に第１燃料噴射弁５のみによる燃料噴射（圧縮行程噴射）を継続するようにした。この場合、気筒２内へ供給される燃料の減少が回避される。その結果、混合気の空燃比が過剰なリーンとなる事態をより確実に回避することができる。

以下、内燃機関１の始動時からファストアイドルまでの期間における噴射比率制御の実行手順について図７に沿って説明する。図７において、前述した第１の実施例の噴射比率制御ルーチン（図４を参照）と同等の処理については同一の符号が付されている。

図７のルーチンにおいて、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５で否定判定された場合に、前述した図４のＳ１０７，Ｓ１０８の代わりにＳ２０１を実行する。Ｓ２０１では、ＥＣＵ２０は、始動時と同様に第１燃料噴射弁５による圧縮行程噴射を行う。この場合、第２燃料噴射弁１１から燃料が噴射されないため、気筒２内へ供給される燃料の減少が回避される。その結果、混合気の空燃比が過剰なリーンとなる事態をより確実に回避することができる。

したがって、本実施例によれば、内燃機関１の始動後において吸気管圧力が上限値を超
える場合であっても、混合気が過剰なリーンとなる事態をより確実に回避することができる。

１ 内燃機関
２ 気筒
５ 第１燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ 吸気ポート
８ 排気ポート
９ 吸気バルブ
１０ 排気バルブ
１１ 第２燃料噴射弁
１９ 吸気圧センサ
２０ ＥＣＵ
２１ クランクポジションセンサ
７０ 吸気通路
７１ スロットル弁
７２ エアフローメータ
７３ 圧力センサ
８０ 排気通路

Claims (2)

1. 気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
   吸気通路内へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、
   内燃機関の始動完了後に、予め定められた目標噴射比率に従って第１燃料噴射弁及び第２燃料噴射弁の双方から燃料を噴射させる制御手段と、
   吸気通路内の圧力を取得する取得手段と、
   取得手段により取得された圧力が所定の上限値より高い場合は、第２燃料噴射弁から噴射される燃料が減少するように前記目標噴射比率を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
2. 請求項１において、前記補正手段は、第２燃料噴射弁から噴射される燃料量を零まで減少させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。

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