JP2017180209A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内燃料噴射と吸気通路燃料噴射との噴射量割合を不快感を与えずに切換可能とする。【解決手段】４つの気筒３０(♯1〜♯4)を有するエンジン１に備えられ、エンジン１の吸気ポート４に燃料を噴射する吸気通路燃料噴射弁１０a〜１０dと、エンジン１の燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁１１a〜１１dと、が各気筒３０に設けられたエンジン１の燃料噴射装置であって、エンジン１の運転状態に基づいて、吸気通路燃料噴射弁１０a〜１０dによる吸気通路燃料噴射と、筒内燃料噴射弁１１a〜１１dによる筒内燃料噴射とに切換えもしくは併用させるエンジンコントロールユニット４０を備え、エンジンコントロールユニット４０は、吸気通路燃料噴射と筒内燃料噴射とで噴射量割合を切換える際に、４つの気筒で切換時期が異なるように段階的に切り換える。【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射制御技術に関する。

燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と吸気通路に燃料を噴射する吸気通路燃料噴射弁とを備え、内燃機関の回転速度や負荷等に応じて夫々の燃料噴射弁における燃料噴射量を制御する内燃機関が知られている。
筒内燃料噴射弁には高圧燃料ポンプにより高圧化した燃料を供給することで、燃焼室内に燃料を噴射可能としている。

更に、特許文献１には、内燃機関の運転状態に基づいて、筒内燃料噴射弁による燃料噴射（筒内燃料噴射）と吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射（吸気通路燃料噴射）とで切換制御する装置が開示されている。特許文献１では、例えば低温域あるいは低回転域では吸気通路燃料噴射を行うことが開示されており、高温域、高回転域等では筒内燃料噴射が行なわれる。

特許第４１３５６４２号公報

しかしながら、特許文献１のように、運転状態に基づいて筒内燃料噴射弁による燃料噴射と吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射とに切換える内燃機関においては、内燃機関の運転中に回転速度や負荷等が変化して吸気通路燃料噴射と筒内燃料噴射の噴射量割合の切換えが行われる場合がある。
筒内燃料噴射においては高圧燃料ポンプの作動音が付加されるので、吸気通路燃料噴射と筒内燃料噴射の噴射量割合の切換が行われると、内燃機関全体の作動音が変化する。このような作動音の変化は、内燃機関の運転中に運転者等が意図していないときに発生すると、不快感を与えてしまう虞がある。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、筒内燃料噴射と吸気通路燃料噴射とを不快感を与えずに噴射量割合の切換が可能な内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、複数の気筒を有する内燃機関に備えられ、前記内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する吸気通路燃料噴射弁と、前記内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、を前記気筒の夫々に設けられた内燃機関の燃料噴射装置であって、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と、前記筒内燃料噴射弁による燃料噴射とに切換えもしくは併用させる制御部を備え、前記制御部は、前記吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と前記筒内燃料噴射弁による燃料噴射との間で噴射量割合を切換える際に、前記複数の気筒のうち一部の気筒と他の気筒とで前記燃料噴射の噴射量割合の切換時期が異なることを特徴とする。

また、好ましくは、前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出器を備え、前記制御部は、前記内燃機関の回転速度が所定値以下である際に、前記一部の気筒と前記他の気筒とで前記燃料噴射の噴射量割合の切換時期が異なるように制御するとよい。
また、好ましくは、前記内燃機関は走行駆動源として車両に搭載され、
前記車両の走行停止状態を検出する停車検出器を備え、前記制御部は、前記走行停止状態である際に、前記一部の気筒と前記他の気筒とで前記燃料噴射の噴射量割合の切換時期が異なるように制御するとよい。

また、好ましくは、前記内燃機関の前記気筒は直列に３個以上並べられ、前記制御部は、前記吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と前記筒内燃料噴射弁による燃料噴射との間で噴射量割合を切換える際に、直列に３個以上並べられた前記気筒のうち外側の気筒と内側の気筒とで前記燃料噴射の噴射量割合の切換時期が異なるとよい。
また、好ましくは、前記内燃機関は、前記複数の気筒の夫々に燃料を点火する点火器を備え、前記制御部は、前記点火器による点火順序と同一の順番で、前記吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と前記筒内燃料噴射弁による燃料噴射との間で噴射量割合を切換えるとよい。

本発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、内燃機関の運転状態に基づいて吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と筒内燃料噴射弁による燃料噴射とで噴射量割合が切換わる際に、全ての気筒で同時に切り換わるのではなく段階的に切り換わる。
したがって、吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と筒内燃料噴射弁による燃料噴射とで、例えば高圧燃料噴射ポンプの作動変化により内燃機関全体としての作動音が異なるとしても、吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と筒内燃料噴射弁による燃料噴射との間で噴射量割合を切換える際に、作動音が段階的に少しずつ変化する。これにより、運転者等に気づき難くなり不快感を与えずに燃料噴射量割合の切換えが可能となる。

本発明の一実施形態の燃料噴射装置を備えたエンジンの概略構成図である。 本発明の一実施形態の燃料噴射装置及びエンジンの概略構成図である。 筒内燃料噴射及び吸気通路燃料噴射の選択領域を示すマップの一例である。 吸気通路燃料噴射から筒内燃料噴射に切換える際の各気筒における切換順序を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態の燃料噴射装置を備えたエンジン１（内燃機関）の概略構成図である。なお、図１は、多気筒エンジンのうち、１つの気筒の断面を示している。図２は、本発明の一実施形態の燃料噴射装置及びエンジンの概略構成図である。
本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置を備えたエンジン１は、例えば自動車の走行駆動用の４気筒直列エンジンである。

エンジン１は、図１に示すように、シリンダヘッド２に、燃焼室３に連通する吸気ポート４(吸気通路)及び排気ポート５が設けられるとともに、吸気ポート４と燃焼室３との間を開閉する吸気弁６、排気ポート５と燃焼室３との間を開閉する排気弁７、燃焼室３に面して電極が配置された点火プラグ８（点火器）が設けられている。
更に、本実施形態に係るエンジン１のシリンダヘッド２には、吸気ポート４内に燃料を噴射する吸気通路燃料噴射弁１０と、燃焼室３内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁１１と、燃料を加圧する高圧燃料ポンプ２０を備えている。

吸気通路燃料噴射弁１０は、吸気ポート４に噴射口が配置され、燃料タンク１２からフィードポンプ１３によって供給された低圧の燃料を吸気ポート４内に噴射する。なお、この吸気通路燃料噴射弁１０による燃料噴射を吸気通路燃料噴射（ＭＰＩ）という。
筒内燃料噴射弁１１は、燃焼室３に噴射口が配置され、高圧燃料ポンプ２０から供給された高圧の燃料を燃焼室３内に噴射する。高圧燃料ポンプ２０は、フィードポンプ１３を介して燃料タンク１２から供給された低圧の燃料を加圧して筒内燃料噴射弁１１に供給する。なお、この筒内燃料噴射弁１１による燃料噴射を筒内燃料噴射(ＤＩ)という。

高圧燃料ポンプ２０は、シリンダヘッド２の上部に固定されている。また、高圧燃料ポンプ２０の側面には、ブロック状のフィード配管２１が固定されている。
フィード配管２１には、燃料タンクからフィードポンプ１３を介して燃料が供給される燃料供給配管２２と、吸気通路燃料噴射弁１０に燃料を供給する低圧燃料配管２３とが接続されている。また、高圧燃料ポンプ２０の側面には、筒内燃料噴射弁１１に接続される高圧燃料配管２４が接続されている。

燃料供給配管２２からフィード配管２１内に供給された燃料は、高圧燃料ポンプ２０の内部に供給される。高圧燃料ポンプ２０は、吸気弁６を駆動する吸気カムシャフト１６に設けられたカムによって駆動される。高圧燃料ポンプ２０は、駆動することで、燃料供給配管２２及びフィード配管２１を介して供給された燃料を加圧し、高圧燃料配管２４を介して筒内燃料噴射弁１１に加圧した燃料を供給する。

また、燃料供給配管２２からフィード配管２１内に供給された燃料は分岐して、高圧燃料ポンプ２０の駆動に拘わらず、低圧燃料配管２３を介して吸気通路燃料噴射弁１０に供給される。
図２に示すように、本実施形態に係るエンジン１では、直列に配置された４気筒の各気筒３０（♯１,♯２, ♯３,♯４）に夫々筒内燃料噴射弁１１（１１ａ,１１b，１１c,１１d）が設けられている。また、エンジン１の各気筒３０の吸気ポート４には、夫々吸気通路燃料噴射弁１０（１０ａ〜１０ｂ）が設けられている。

なお、直列に並んだ４つの気筒３０は、一端側から他端側に向かって１番気筒♯１、２番気筒♯２、３番気筒♯３、４番気筒♯４とする。
各気筒３０の吸気ポート４には、吸気管３１から分岐した吸気マニホールド３２を介して吸気が導入される。吸気管３１には、吸気管３１の開度を制御する電子制御スロットルバルブ３３が備えられている。

各気筒３０の排気ポート５から排出した排気は、排気マニホールド３４によって合流して排気通路３５に排出される。
筒内燃料噴射弁１１及び吸気通路燃料噴射弁１０は、エンジンコントロールユニット４０（制御部）により作動制御され、夫々異なる燃料噴射量に設定可能となっている。また、エンジンコントロールユニット４０は、高圧燃料ポンプ２０の作動オンオフ及び、吐出圧（吐出量）の制御を行なう。

エンジンコントロールユニット４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、タイマ及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成され、回転速度センサ４１(回転速度検出器)により検出したエンジン回転速度やアクセルセンサ４２により検出したアクセル操作量等のその他の情報を入力する。そして、エンジンコントロールユニット４０は、当該各種情報に基づいて、筒内燃料噴射弁１１及び吸気通路燃料噴射弁１０の各燃料噴射量及び燃料噴射時期、点火プラグ８による点火時期、高圧燃料ポンプ２０、電子制御スロットルバルブ３３等のその他各種機器の作動制御を行うことで、エンジン１の運転制御を行う。

エンジンコントロールユニット４０は、アクセル操作量等の情報からエンジン１の負荷を演算し、当該負荷と回転速度センサ４１により検出したエンジン回転速度に基づいて、筒内燃料噴射弁１１による燃料噴射（以下、筒内燃料噴射（ＤＩ）という）と、吸気通路燃料噴射弁１０による燃料噴射（以下、吸気通路燃料噴射（ＭＰＩ）という）との間で噴射量割合の切換制御を行なう。

図３は、筒内燃料噴射ＤＩ及び吸気通路燃料噴射ＭＰＩの選択領域を示すマップの一例である。図４は、吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに切換える際の各気筒（♯１〜♯４）における切換順序を示す説明図である。
エンジンコントロールユニット４０は、例えば図３に示すように、高負荷領域では筒内燃料噴射ＤＩを行ない、低負荷領域では吸気通路燃料噴射ＭＰＩを行なうように制御する。なお、エンジンコントロールユニット４０は、筒内燃料噴射ＤＩの際には高圧燃料ポンプ２０を作動させ、吸気通路燃料噴射ＭＰＩの際には高圧燃料ポンプ２０の作動を停止させる。

更に、エンジンコントロールユニット４０は、低負荷領域から高負荷領域に移行した際に、吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに切換制御するが、その際に図４に示すように、各気筒（♯１〜♯４）の切換時期を異なるように制御する。
吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩへの切換制御開始からの経過時間をtとすると、切換制御開始（ｔ=０）から所定時間t1経過後には１番気筒♯１を吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに切換える。切換制御開始から所定時間t2経過後には４番気筒♯４を吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに切換える。切換制御開始から所定時間t3経過後には２番気筒♯２を吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに切換える。切換制御開始から所定時間t4経過後には３番気筒♯３を吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに切換える。切換制御開始から所定時間t4経過後には全ての気筒（♯１〜♯４）が筒内燃料噴射に切り換わり切換完了となる。なお、経過時間0からｔ1、ｔ1からｔ2、ｔ2からｔ3、ｔ3からｔ4までの夫々の間隔は、全て同一とする。所定時間t4は、数秒程度である。

更に、エンジンコントロールユニット４０は、筒内燃料噴射ＤＩにする気筒数に応じて必要な吐出圧（吐出量）に制御する。
以上のように、本実施形態では、吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに切換制御する際に、４つの気筒３０（♯１〜♯４）を全て同一タイミングで切換えずに、所定間隔で１つの気筒ずつ順次切換える制御（燃料噴射順次切換制御）を行なう。

ところで、筒内燃料噴射ＤＩにおいては、高圧燃料ポンプ２０により燃料を加圧するので、高圧燃料ポンプ２０の作動音がエンジン１の作動音に付加される。したがって、吸気通路燃料噴射ＭＰＩと筒内燃料噴射ＤＩでは、エンジン１の全体騒音が異なる音量や音質となり、吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに切り換わるとエンジン１の全体騒音が変化することになる。

本実施形態では、上記のように４つの気筒（♯１〜♯４）を所定間隔で１つの気筒ずつ順次切換えることで、高圧燃料ポンプ２０により必要とされる吐出量が変化するので、高圧燃料ポンプ２０の作動音が段階的に変化しエンジン１の全体騒音に付加される。したがって、エンジン１の運転状態の変化に伴って吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに自動的に切り換わる際に、エンジン１の全体騒音が段階的に少しずつ変化することになり、運転者等が気づき難く、不快感の少ない燃料噴射の切換えが可能となる。

また、エンジンコントロールユニット４０は、筒内燃料噴射ＤＩから吸気通路燃料噴射ＭＰＩに切換える場合でも、上記のように１気筒ずつ順次切り換える。筒内燃料噴射ＤＩから吸気通路燃料噴射ＭＰＩに切換える場合では、１番気筒♯１、４番気筒♯４、２番気筒♯２、３番気筒♯３の順番に切換えてもよいし、３番気筒♯３、２番気筒♯２、４番気筒♯４、１番気筒♯１の順番に切換えてもよい。

これにより、筒内燃料噴射ＤＩから吸気通路燃料噴射ＭＰＩに切換わる場合でも、エンジン１の全体騒音が段階的に変化し、運転者等が気づき難いものとなる。
また、本実施形態では、直列４気筒のエンジン１において、１番気筒♯１、４番気筒♯４、２番気筒♯２、３番気筒♯３の順に、吸気通路燃料噴射ＭＰＩから筒内燃料噴射ＤＩに切換える。このように４個直列に並んだ気筒３０のうち、外側の２個の気筒（♯１, ♯４）を切換えた後に内側の２個の気筒（♯２, ♯３）を切換えるので、燃料噴射の切換えによるエンジン１の振動を抑制することができる。また、１番気筒♯１、４番気筒♯４、２番気筒♯２、３番気筒♯３の順番は、点火順序と同一である。点火順序は、エンジン１の運転時に振動が抑制されるように考慮した順番であるので、燃料噴射の切換順番を点火順序と同一とすることで、振動を抑えた燃料噴射の切換順番に容易に設定することができる。

また、エンジンコントロールユニット４０は、上記のような吸気通路燃料噴射ＭＰＩと筒内燃料噴射ＤＩとを気筒毎に順次切換える燃料噴射順次切換制御をエンジン回転速度が所定値Ｎ1以下である場合に行ない、エンジン回転速度が所定値Ｎ1以上では全気筒３０（♯１〜♯４）を同時に切換えるよう制御するとよい。この所定値Ｎ1は、エンジン１の作動音によって高圧燃料ポンプ２０の作動音が気づき難くなるような回転速度の下限値に設定すればよい。

このように、エンジン１の回転速度が所定値Ｎ1以下で燃料噴射順次切換制御を行なうことで、高圧燃料ポンプ２０の作動変化によるエンジン１全体の作動音の変化が気づき易い状態のみ燃料噴射順次切換制御が行なわれ、高回転時のようにエンジン１の作動音によって高圧燃料ポンプ２０の作動音の変化が気づき難い状態では全気筒３０（♯１〜♯４）を同時に迅速な燃料噴射の切換えが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えばエンジンコントロールユニット４０は、車速センサ４３（停車検出器）から車速Ｖを入力して、車速Ｖが０に近い車両停止状態でのみ上記の燃料噴射順次切換制御を行ない、車両走行状態では全気筒３０（♯１〜♯４）を同時に燃料噴射の切換えを行なうよう制御してもよい。
これにより、車両停止状態では燃料噴射を吸気通路燃料噴射ＭＰＩと筒内燃料噴射ＤＩとの間で順次切り替えることで、作動音の変化が気づき難くなり、一方、車両走行状態ではエンジン音やロードノイズ等により高圧燃料ポンプ２０の作動音の変化が気づき難いことから、全気筒３０（♯１〜♯４）を同時に燃料噴射の切換えを行い、当該燃料噴射の切換えを迅速に完了させることができる。

なお、本実施形態において、車速センサ４３以外でも、例えばサイドブレーキ操作のように他の手段で車両停止状態を検出してもよい。
また、筒内燃料噴射ＤＩと吸気通路燃料噴射ＭＰＩとで燃料噴射を切換える際に、１気筒ずつではなく複数気筒ずつ、例えば１番気筒♯１及び４番気筒♯４と、２番気筒♯２及び３番気筒♯３との２気筒ずつ、燃料噴射の切換時期を異なるように制御してもよい。

また、上記実施形態では、直列４気筒のエンジン１に本発明を採用しているが、各種複数気筒の内燃機関に適用することができる。
例えば直列３気筒エンジンにおいては、外側の１番気筒及び３番気筒と、内側の２番気筒とで、燃料噴射の切換時期を異なるように制御すればよい。
また、直列６気筒エンジンのように、４気筒以上の気筒数のエンジンにも本発明を採用してもよい。例えば直列６気筒エンジンでは、上記実施形態のように１気筒ずつ燃料噴射の切換えを行なってもよく、２気筒ずつあるいは３気筒ずつのように、複数の気筒ずつ燃料噴射の切換えを行なってもよい。

Ｖ型６気筒エンジンのように、２つのバンクを有するエンジンでは、一方のバンクの気筒群と他方のバンクの気筒群とで、筒内燃料噴射ＤＩと吸気通路燃料噴射ＭＰＩとの燃料噴射の切換時期を異なるように制御してもよい。

１ エンジン（内燃機関）
８ 点火プラグ（点火器）
１０(１０ａ〜１０ｄ) 吸気通路燃料噴射弁
１１(１１ａ〜１１ｄ) 筒内燃料噴射弁
３０ 気筒
４０ エンジンコントロールユニット（制御部）
４１ 回転速度センサ(回転速度検出器)
４３ 車速センサ（停車検出器）

Claims (5)

1. 複数の気筒を有する内燃機関に備えられ、
   前記内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する吸気通路燃料噴射弁と、前記内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、を前記気筒の夫々に設けられた内燃機関の燃料噴射装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と、前記筒内燃料噴射弁による燃料噴射とに切換えもしくは併用させる制御部を備え、
   前記制御部は、前記吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と前記筒内燃料噴射弁による燃料噴射との間で噴射量割合を切換える際に、前記複数の気筒のうち一部の気筒と他の気筒とで前記燃料噴射の噴射量割合の切換時期が異なることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出器を備え、
   前記制御部は、前記内燃機関の回転速度が所定値以下である際に、前記一部の気筒と前記他の気筒とで前記燃料噴射の噴射量割合の切換時期が異なるように制御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装置。
3. 前記内燃機関は走行駆動源として車両に搭載され、
   前記車両の走行停止状態を検出する停車検出器を備え、
   前記制御部は、前記走行停止状態である際に、前記一部の気筒と前記他の気筒とで前記燃料噴射の噴射量割合の切換時期が異なるように制御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装置。
4. 前記内燃機関の前記気筒は直列に３個以上並べられ、
   前記制御部は、前記吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と前記筒内燃料噴射弁による燃料噴射との間で噴射量割合を切換える際に、直列に３個以上並べられた前記気筒のうち外側の気筒と内側の気筒とで前記燃料噴射の噴射量割合の切換時期が異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
5. 前記内燃機関は、前記複数の気筒の夫々に燃料を点火する点火器を備え、
   前記制御部は、前記点火器による点火順序と同一の順番で、前記吸気通路燃料噴射弁による燃料噴射と前記筒内燃料噴射弁による燃料噴射との間で噴射量割合を切換えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

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