JP2012012964A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
内燃機関の始動時には、ポートインジェクタによる始動が行われる。この際、ポートインジェクタ内の燃料中に発生すると予測されるベーパ量を推定し、同ベーパ量が所定値以上であると推定されるときには、筒内インジェクタによるアシスト噴射を行い、燃料を吸気通路に供給することで、吸気通路内の圧力を増加させる。これにより、ベーパの発生を抑制することができる。
【選択図】図1
Description
ポートインジェクタ内でのベーパの発生について説明する。高温始動前においてポートインジェクタ内に滞留した燃料は周囲から熱を受けて高温になっている。また始動時には、内燃機関の吸気行程により吸気通路には負圧が生じている。このような状態で、ポートインジェクタの燃料噴射弁が開弁することにより、噴射孔近傍で燃料が瞬間的に蒸発してベーパを発生する、いわゆる減圧沸騰が生じる。
ポートインジェクタ内で減圧沸騰が生じると、燃料中に多量のベーパが混入するためポートインジェクタの噴射弁の開弁時間が同じでも、実際に吸気通路に噴射される燃料量が実質的に低下してしまう。このため、ポートインジェクタ内で燃料の減圧沸騰が生じると、内燃機関の燃焼空燃比がリーンとなり、内燃機関の燃焼が不安定になり、エンジンストール等の問題が生じるのである。
この問題を解決するため、高温始動時にはポートインジェクタから噴射される燃料の噴射量を増加させる燃料供給装置が知られている(例えば、特許文献1)。この燃料供給装置では、内燃機関及び吸気通路内の温度に基づいて、燃料噴射量制御を通常時モードと高温時モードに切換える。このため、ポートインジェクタ内の燃料にベーパが発生していない場合には通常時モードで燃料噴射量が制御され、ポートインジェクタ内の燃料にベーパが発生している場合には高温時モードで燃料噴射量が制御される。高温時モードでは、通常時モードより多くの燃料が噴射されるように制御し、適正な量の燃料が内燃機関に供給することで、内燃機関の始動性を向上しようとしたものである。
アシスト噴射によって、燃焼室内に供給された燃料は燃焼室から吸気通路に向かう、いわゆる吹き返しにより吸気通路に供給される。その後、吸気通路内で蒸発することで、吸気通路内の圧力を増加させる。その結果、ポートインジェクタの噴射弁開弁時に減圧沸騰が生じることが抑制される。そのためポートインジェクタ内のベーパ発生を抑制することができ、ポートインジェクタからの燃料噴射量が減量されないので、空燃比の適正化が可能となる。
シリンダブロック4には水温センサ6が設けられている。水温センサ6は、冷却水温TWを検出するように構成されている。
シリンダブロック4内のピストン2は、クランク機構を介してクランクシャフト8に接続されており、クランクシャフト8の回転に連動してピストン2がシリンダブロック4内を往復運動する。またクランクシャフト8の近傍には、クランク角センサ10が設けられている。クランク角センサ10は、クランクシャフト8の回転角度(クランク角CA)を検出するように構成されている。
シリンダヘッド12はシリンダブロック4の上部に組み付けられている。ピストン2の上面からシリンダヘッド12までの空間は燃焼室14を形成している。シリンダヘッド12には、燃焼室14内の混合気に点火する点火栓16が設けられている。
また、シリンダヘッド12は、燃焼室14と連通する吸気ポート18を備えている。吸気ポート18と燃焼室14との接続部には吸気バルブ20が設けられている。吸気バルブ20は、可変動弁機構21により駆動されるものである。可変動弁機構21は、吸気バルブ20のバルブタイミングを変更可能に構成されている。
吸気ポート18には吸気管22が接続されており、吸気ポート18及び吸気管22が吸気通路を形成している。吸気管22の途中には、サージタンク24が設けられている。サージタンク24の上流には、スロットルバルブ26が設けられている。吸気管22におけるスロットルバルブ28の上流には、エアフロメータ34が設けられており、吸入空気量を検出する。さらにエアフロメータ34の上流にはエアクリーナ36が設けられている。
また、シリンダヘッド12は、燃焼室14と連通する排気ポート40を備えている。排
気ポート40と燃焼室14との接続部には排気バルブ42が設けられている。排気バルブ は、可変動弁機構43により駆動されるものである。可変動弁機構43は、排気バルブ42のバルブタイミングを変更可能に構成されている。
排気ポート40には排気管44が接続されている。排気管44には、触媒46が設けられている。触媒46は、燃焼室14から排出される排気ガスを浄化するように構成されている。排気管44における触媒46の上流には、空燃比センサ48が設けられている。空燃比センサ48は、燃焼室14から排出される排出ガスの空燃比を検出するように構成されている。
さらにシリンダヘッド12には、各気筒の燃焼室14内に燃料を直接噴射することができる筒内インジェクタ52と吸気ポート18内に燃料を噴射することができるポートインジェクタ50が配置されている。
ポートインジェクタ50は図2に示すように、バルブ本体60と、バルブ本体60の内部に設けられる磁性体の固定鉄心51と、固定鉄心51と隣接するように設けられる可動鉄心59とを備えている。可動鉄心59は、ポートインジェクタ50の軸線方向に移動可能なようにポートインジェクタ50内に設けられている。また、ポートインジェクタ50は、可動鉄心59を図2の下方に付勢するスプリング53と、固定鉄心51の外周に配置されるコイル手段としてのコイル54とを備えている。可動鉄心59には、可動鉄心55とともにポートインジェクタ50の内部を軸線方向に移動する噴射弁55が取り付けられている。ポートインジェクタ50の先端部には噴射弁55を取り囲むように形成されたノズルボディ56が設けられ、噴射弁55とノズルボディ56との間には燃料室57が形成されている。この燃料室57には、ポートインジェクタ50の内部を経由して図示しない燃料タンクから燃料が供給される。ノズルボディ56は、その先端に設けられた噴孔56aと、噴射弁55が当接するシート部56bとを備えている。
このポートインジェクタ50では、コイル54に励磁電流が供給されていないときは、スプリング53によって可動鉄心59が図2の下方に付勢され、これにより噴射弁55がシート部56bに着座する。これにより、燃料室57と噴孔56aとの連通を遮断することができる(以下「閉弁状態という」)。一方、コイル54に励磁電流が供給されると、固定鉄心51が磁化され、これにより可動鉄心59がスプリング53に抗して図2の上方に駆動される。このように可動鉄心59が図2の上方に移動することにより噴射弁55がシート部56bから離座し、燃料室57と噴孔56aとが連通される(以下「開弁状態」という)。この際、燃料室57内の燃料が噴孔56aから噴射される。
ECU63はRAM,ROM,CPUを双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータである。ECU63の出力側には、点火栓16、可変動弁機構21,43、スロットルモータ28、ポートインジェクタ50、筒内インジェクタ52等が接続されている。ECU63の入力側には、水温センサ6、クランク角センサ10、スロットル開度センサ30、アクセル開度センサ32、エアフロメータ34、空燃比センサ48等が接続されている。
ECU63は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御を行う。以下、図3を参照しつつ本実施形態における始動時の燃料噴射制御について詳述する。
内燃機関始動時には、ECU63は、ポートインジェクタ50内の燃料中に発生するベーパ量を推定する処理が実行される。まず始動時に水温センサ6から冷却水温TWが検出される(S100)。また、ECU63内に記憶された前回内燃機関停止時の冷却水温TWMが読み出される(S110)。これらを元に図4に示すベーパ量のマップを参照し、TW及びTWMからベーパ量ΔVAPを算出する(S120)。
S170では、内燃機関1の始動時のアシスト噴射ONの場合の燃料噴射を行う。すなわち、ポートインジェクタ50から始動に必要な燃料が吸気ポート18に噴射される他、筒内インジェクタ52によって、燃焼室14内に直接燃料が噴射される。
これにより、燃料室57内の燃料中に多量のベーパが発生するためポートインジェクタ50の噴射弁55の開弁時間が同じでも、実際に吸気ポート18に噴射される燃料量が実質的に低下してしまう。このため、内燃機関1の燃焼空燃比がリーンとなり、内燃機関1の燃焼が不安定になり、エンジンストール等の問題が生じるのである。
これに対し、本実施の形態にかかる燃料噴射制御装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
本実施形態では、内燃機関1の燃焼室14と連通する吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタ50と、燃焼室14内に燃料を噴射する筒内インジェクタ52とを備えており、内燃機関の始動時にポートインジェクタ50内の燃料中に所定量以上のベーパが発生すると予測される場合には、アシスト噴射をONとし筒内インジェクタ52による噴射を行う。
吸気バルブ20は通常、ピストン2が下死点を通過しても所定時間の間開いている。このとき、燃焼室14内から吸気ポート18へ向かう気流、いわゆる吹き返しが生じる。そのため燃焼室14内に噴射された燃料はこの吹き返しによって吸気ポート18内に供給される。その後、吸気バルブ20が閉じた後に、この燃料が吸気ポート18内で蒸発することにより、吸気ポート18内の圧力が高まる。噴射弁開弁時にポートインジェクタ50内の燃料の蒸気圧以上になっていれば、減圧沸騰によってベーパが発生することが抑制される。そのためポートインジェクタ50内の燃料中のベーパの発生を抑制することができ、ポートインジェクタ50からの燃料噴射量が減量されないので、空燃比の適正化が可能となる。
さらに、筒内インジェクタ52を用いたことにより、吸気ポート18に供給された燃料は、燃焼室14内でシリンダブロック4の壁面等から熱を受け取っており、蒸発しやすくなっている。
なお、本実施形態では、ベーパ量に基づきアシスト噴射を行うかを判断したが、内燃機関1の始動時に内燃機関1の冷却水温TWが所定温度より高いときに、冷却水温TWが所定温度より低い場合に比べて、筒内インジェクタ52による噴射量を増加させるようにしてもよい。
ピストン2が上昇中であって、かつ吸気バルブ20が閉じるまでの期間は吹き返しが生じている期間である。そのため、この期間に燃焼室14内に噴射することで、シリンダブロック4の壁面等に付着する量が減少し、より多くの燃料を吹き返しによって吸気ポート18に供給することができる。
また本実施形態では、図3のS160及び図5に示すように、内燃機関1の吸気バルブ20が気筒の吸気孔を開閉する開閉特性を変更できる可変動弁機構21を備え、内燃機関1の始動時に発生するベーパ量が多いときはベーパ量が少ないときに比べて、可変動弁機構21は吸気バルブ20が遅く閉じるように開閉特性を変化させる。
吸気バルブ20が遅く閉じると吸気バルブ20が開きかつピストン2が上昇する期間が長くなる。そのため、吹き返し量が増加し、吸気ポート18内により多くの燃料を供給することができる。
また本実施形態では、内燃機関1の冷却水の水温を検出する冷却水温検出手段たる水温センサ6を備え、ポートインジェクタ50内の燃料中に発生するベーパ量は、内燃機関1の冷却水温に基づいて推定する。
また本実施形態では、図3のS100〜S120及び図4のマップに示すように、ポートインジェクタ50内の燃料中のベーパ量は、内燃機関1の前回停止時の冷却水温TWMと内燃機関1の始動時の冷却水温TWとに基づき、前回停止時の冷却水温が高いときは、前回停止時の冷却水温が低いときに比べてベーパ量が多いと推定し、始動時の冷却水温が高いときは、始動時の冷却水温が低いときに比べてベーパ発生量が多いと推定する。
ベーパ量の推定には予めECU63内に記憶された内燃機関の前回停止時の冷却水温と内燃機関始動時の冷却水温とベーパ量とのマップを用いている。そのため別途センサ等を用いることなく水温センサ6のみで、ベーパの発生を推定することができる。
ベーパの発生量が多いときは吸気通路により多くの燃料を供給し、吸気ポート18内の圧力を増加させる必要がある。この点、ピストン2上昇中であって、吸気バルブ20が閉じる直前には吸気バルブ20の開度が小さくなっているため、吹き返しの流速が早くなっている。そのため流速の早い吹き返しにあわせるように筒内インジェクタ52の燃料噴射期間を遅くなるように変更することで、より多くの燃料を吸気通路内に供給することができ、ベーパ発生を好適に抑制できる。これにより、ポートインジェクタ50からの燃料噴射量が減量されないので、空燃比の適正化が可能となる。
ベーパの発生量が多いときは吸気通路により多くの燃料を供給し、吸気ポート18内の圧力を増加させる必要がある。この点、燃焼室14内に噴射する燃料量を多くすると、吹き返しにより吸気通路内に供給される燃料量が多くなり、ベーパ発生を好適に抑制できる。
また本実施形態では、図3のS150に示すように、内燃機関1の始動時にベーパ量が多いときはベーパ量が少ないときに比べて、筒内インジェクタ52の噴射燃圧を高くする。
噴射燃圧が高い時には、多くの燃料を短時間に噴射することができる。そのため、吹き返しが多いときに多量の燃料を噴射することができるようになる。
なお、本実施例ではS160において、吸気バルブ20の開閉特性を変更したが、吸気バルブ20に代えて、あるいは吸気バルブ20とともに、可変動弁機構43によって、排気バルブ42を進角し、排気バルブ42を遅く閉じるように制御してもよい。
この例においては、図6に示すように、吸気バルブ20はt4よりも早いt4’で開き、t6よりも早いt6’で閉じる。また排気バルブ42はt3よりも遅いt3’で閉じる。このとき、t3’はt4’よりも遅くなっており、吸気バルブ20と排気バルブ42が共に開いた、バルブオーバーラップ期間(t4’〜t3’)が生じる。すると、排気が排気ポート40から再び燃焼室14内に吸入される量、すなわち内部EGR量が増加するため、燃焼室14内の圧力が高くなる。そのため、吹き返し量が増加し吸気通路20内により多くの燃料を供給することができる。これにより、ベーパの発生をより好適に抑制することができる。
63・・・ECU
Claims (10)
- 内燃機関の燃焼室と連通する吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタと、
前記燃焼室内に燃料を噴射する筒内インジェクタと、
を備えた内燃機関であって、
内燃機関の始動時に前記ポートインジェクタ内の燃料中に所定量以上のベーパが発生すると予測される場合には、所定量未満のベーパが発生すると予測される場合に比べて、前記筒内インジェクタによる噴射量を増加させることを特徴とする燃料供給装置。 - 内燃機関の燃焼室と連通する吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタと、
前記燃焼室内に燃料を噴射する筒内インジェクタと、
を備えた内燃機関であって、
内燃機関の始動時に内燃機関の冷却水温が所定温度より高いときには、冷却水温が所定温度より低い場合に比べて、前記筒内インジェクタによる噴射量を増加させることを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項1または2に記載の燃料供給装置であって、
前期筒内インジェクタは、内燃機関の排気バルブが閉じてから内燃機関の吸気バルブが閉じるまでの期間に、燃焼室内に燃料を噴射することを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項3に記載の燃料供給装置であって、
前記筒内インジェクタは、内燃機関のピストンが上昇中であって、かつ吸気バルブが閉じるまでの期間に、燃焼室内に燃料を噴射することを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項1または4に記載の燃料供給装置であって、
内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブが気筒の吸気孔または排気孔を開閉する開閉特性を変更できる可変動弁機構を備え、
内燃機関の始動時に発生すると予測されるベーパ量が多いときは前記ベーパ量が少ないときに比べて、前記可変動弁機構は吸気バルブまたは排気バルブが遅く閉じるように開閉特性を変化することを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項1または4に記載の燃料供給装置であって、
内燃機関の冷却水の水温を検出する冷却水温検出手段を備え、
前記ポートインジェクタ内の燃料中に発生すると予測されるベーパ量は、内燃機関の冷却水温に基づいて推定することを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項6に記載の燃料供給装置であって、
前記ポートインジェクタ内の燃料中に発生すると予測されるベーパ量は、内燃機関の前回停止時の冷却水温と内燃機関の始動時の冷却水温とに基づき、
前回停止時の冷却水温が高いときは、前回停止時の冷却水温が低いときに比べて前記ベーパ量が多いと推定し、
始動時の冷却水温が高いときは、始動時の冷却水温が低いときに比べて前記ベーパ量が多いと推定することを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項1または4に記載の燃料供給装置であって、
内燃機関の始動時に前記ベーパ量が多いときは前記ベーパ量が少ないときに比べて、前記筒内インジェクタによる燃料噴射の噴射終了時期を遅くすることを特徴とした燃料供給装置。 - 請求項1または4に記載の燃料供給装置であって、
内燃機関の始動時に前記ベーパ量が多いときは前記ベーパ量が少ないときに比べて、前記筒内インジェクタによる燃料噴射量を多くすることを特徴とする燃料供給装置。 - 請求項1または4に記載の燃料供給装置であって、
内燃機関の始動時に前記ベーパ量が多いときは前記ベーパ量が少ないときに比べて、前記筒内インジェクタの噴射燃圧を高くすることを特徴とする燃料供給装置。
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